UNIVERSIDAD NACIONAL
MAYOR DE SAN MARCOS
FACULTAD DE QUMICA E
INGENIERA QUMICA
BIOQUMICA
FRED GARCA ALAYO, Ph.D.
Mg. JUAN CARLOS WOOLCOTT HURTADO
CICLO DEL NITRGENO
N2 atmosfrico Fijacin
Industrial
NITRATOS
Atmosfrica Biolgica
Productores Consumidores
Descomponedores
Disolucin y
transporte
Medio
acutico
Procesos de putrefaccin de la
materia orgnica muerta
NH3
Erupciones
volcnicas
Bacterias desnitrificantes
Pseudomonas, Alcaligenes, Thiobacillus, Bacillus
CICLO DEL NITRGENO El nitrgeno libre forma el 78 % de la atmsfera
El nitrgeno inerte es prcticamente inaccesible para la mayora de los seres vivos.
Otros componentes atmosfricos: NH3, de las emanaciones volcnicas, y NOx que se forman en las tormentas elctricas
Fijacin industrial: por el mtodo Haber-Bosch: se pasa del N2 a formas activas de forma parecida a la fijacin atmosfrica y a la
combustin a altas temperaturas amonaco y fertilizantes
Fijacin atmosfrica: tormentas elctricas
Fijacin biolgica: bacterias y hongos que transforman el N2 atmosfrico en nitratos disponibles para las plantas:
Bacterias: Azotobacter (suelo), cianobacterias (fitoplancton) y Rhizobium (simbiosis en las races de leguminosas)
Hongos: gen. Frankia, actinomiceto que forma ndulos radiculares con rboles como el aliso
La mayor parte del nitrgeno disponible para los seres vivos (93%) procede de la actividad de los descomponedores
CICLO DEL NITRGENO
REDUCCIN DEL NITRGENO:
DINITROGENASA
Clostridium y Rhizobium
Protena Mo y Fe
Protena S y Fe
CICLO DEL NITRGENO 1. Bacterias que fijan el nitrgeno, reducen el gas N2 en amoniaco
2. El amoniaco en presencia de agua se convierte en amonio
3. El amoniaco generado en el suelo por fijacin de N2 lo utilizan plantas y animales superiores; pero la mayor parte se oxida a nitritos por los m.o (Nitrosomonas)
2 NH3 + 3 O2 2 NO2- + 2 H2 O + 2 H
+
4. Nitrobacter continua la oxidacin de nitritos a nitratos
2 NO2- + O2 2 NO3-
5. Pasos 3 y 4 representan la nitrificacin
6. El nitrgeno tambin entra al suelo por las tormentas elctricas
O2 O2 O2 N2 2 NO 2 NO
2- 2 NO3-
7. Las bacterias del suelo y plantas revierten el proceso de nitrificacin por reductasas
Nitrato reductasa
NO3- + NADPH + H+ NO2
- + NADP+ + H2O
Nitrito reductasa
NO2- + 3NADPH + 4H+ NH4
+ 3NADP+ + H2O + OH-
CICLO DEL NITRGENO
8. Los iones amonio formados en el suelo por reduccin y fijacin de nitrgeno lo utilizan plantas para sintetizar aa.
9. Aunque los animales pueden utilizar los iones de amonio, todo el nitrgeno lo obtiene a travs de la cadena alimenticia.
10. El nitrgeno de las plantas y animales se recicla en el suelo: El N excretado como urea o cido rico se transforma en amoniaco por
accin de M.O.
Protenas y otros componentes nitrogenados de los animales y plantas muertos que estn en proceso de descomposicin son hidrolizados en aa y otros compuestos.
FIJACIN DEL NITRGENO La fijacin biolgica de N se consigue a travs del complejo de la
nitrogenasas.
El complejo esta formado por: -Nitrogenasa reductasa
Su centro redox tiene 2 Mo, 32 Fe, y 30 S. -Dinitrogenasa
Tiene dos centros de unin a la reductasa y los 8 electrones necesarios se transfieren a la dinitrogenasa uno a uno dando lugar a un ciclo en que la forma reducida de la reductasa se une a la dinitrogenasa, mientras que la forma oxidada de la reductasa se separa.
Se requiere ATP que es ms que todo cataltico.
OXIDACIN DE AMINOCIDOS ltimas biomolculas que contribuyen a la generacin de energa
metablica.
La energa metablica varia segn el tipo de organismo.
Los carnvoros hasta 90% de su necesidad
La mayora de los M.O pueden nutrirse de aa del entorno en caso estn disponibles.
Las plantas fotosintticas no oxidan aa o raramente.
Los aa en plantas estn reguladas para cubrir necesidades de biomolculas.
En animales los aa se degradan oxidativamente en 3 situaciones metablicas diferentes:
1. Durante la sntesis y degradacin normales de protenas celulares (recambio)
2. Cuando la dieta es rica en protenas ingirindose aa en exceso de las necesidades.
3. En la inaccin o diabetes, en las que no hay glcidos.
En estas circunstancias pierden sus grupos aminos y los -cetocidos se oxidan a CO2 y H2O.
DESTINO METABLICO DE LOS GRUPOS
AMINO
El nitrgeno atmosfrico N2 es abundante pero inerte para su utilizacin en los procesos bioqumicos.
Pocos M.O pueden convertirse N2 en formas biolgicas tiles como NH3, los grupos amino se utilizan en forma conservadora en los sistemas biolgicos.
Los aa de la dieta son la fuente de la mayor parte de los grupos amino.
DESTINO METABLICO DE LOS GRUPOS
AMINO
DEGRADACIN OXIDATIVA DE LOS
AMINOCIDOS
Los aminocidos que se emplean como combustible, siguen 2 caminos:
Conversin en glucosa (gluconeognesis) Oxidacin a CO2 a travs del CAT Un hombre de 70 kg y una dieta de 2,500 a 3,000 Kcal
Recambia 400 g diarios de protena 100g se oxida o convierte en glucosa
6 a 20 g de nitrgeno se excreta por la orina como urea
Cada protena tiene una determinada vida media
La vida media depende de su secuencia de aminocidos
Las enzimas claves tiene una vida media corta (horas)
La ingesta de un exceso de protenas no conduce a un mayor almacenamiento de aa, sino que se degradan.
PROTEOLISIS Degradacin de protenas ingeridas a aa en el tracto
gastrointestinal.
La entrada de protenas al estomago estimula a la mucosa gstrica la secrecin de la gastrina.
La gastrina estimula la secrecin de HCl por las clulas gstricas y pepsingeno, pH 1,5-2,5.
Las protenas sufren la accin de pepsina en el estmago.
La pepsina corta cadenas polipeptdicas en pptidos ms pequeos
Al pasar al intestino el bajo pH ocasiona la secrecin de la secretina a la sangre que estimula al pncreas a secretar bicarbonato.
La colecistoquinina estimula la secrecin de enzimas pancreticas: quimotripsina, tripsina y carboxipeptidasas en el intestino
(exocrinos).
La tripsina libre activa: quimotripsinogeno, procarboxipeptidasa y proelastasa.
En el hombre la mayor parte de las protenas globulares son degradadas y las fibrosas parcialmente (queratina).
OXIDACIN DE LOS AMINOCIDOS Comprende 20 secuencias multienzimtico diferentes que conducen
al piruvato, a acetil-CoA o intermediarios del CAT.
La eliminacin del grupo amino es el 1 paso Importancia del Fosfato de piridoxal (B6) en la transferencia de los
grupos -amino al Glu. Dos rutas principales:
a) Transaminacin: Ala, Arg. Asp, Asn, Cys, Ile, Leu, Lys, Phe, Trp, Tyr y Val transfieren su grupo amino al carbono de -cetoglutarato (Transaminasas)
-cetoglutarato + aa Glu + -cetocido (aminotransferasa)
OXIDACIN DE LOS AMINOCIDOS b) Desaminacin oxidativa: El Glutamato transaminado, se
desamina oxidativamente por accin de la glutamato -
deshidrogenasa (Transdesaminacin)
L-glu + NAD+ (NADP+) + H2O -cetoglutarato + NH4+ + NADH (NADPH)
Glutamato deshidrogenasa modulada por ADP (+) y GTP (-)
Glutamato
deshidrogenasa
RUTAS QUE CONDUCEN AL ACETIL- CoA:
AMINOCIDOS CETOGNICOS Y GLUCOGNICOS
Ingresan al CAT
Ala
Gly
Ser
Thr
Cys
Phe
Tyr
Leu
Lys
Trp
Ile
Siguen el CAT o se convierten en glucosa
Ala
Gly
Ser
Cys
Thr
RUTAS DIRECTAS AL ACETIL- CoA
10 aminocidos forman Acetil-CoA.
Entran va piruvato Ala, Gly, Ser, Cys, Trp.
Provienen del acetoacetil CoA: Phe, Tyr, Leu, Lys, Ile
y Trp y de ah a la acetil
CoA
RUTAS DIRECTAS AL ACETIL- CoA
RUTAS DEL - CETOGLUTARATO
Se incorporan al CAT, glucognicos
Arg
His
Gln
Glu
Pro
VIAS CATABLICAS DE LOS
AMINOCIDOS
EXCRECIN DE LOS PRODUCTOS
NITROGENADOS
El amonio es txico para las clulas
El ion amonio, que rebasa las necesidades fisiolgicas se excreta en diversas formas.
Los peces excretan N2 amnico en forma de amoniaco o urea.
Los vertebrados terrestres excretan el exceso en forma de urea
Los pjaros, primates, insectos y reptiles lo convierten en cido rico para eliminarlo
Formacin de urea en el hgado - ciclo de la urea -
CICLO DE LA UREA
1. El amoniaco (NH3) con el CO2 da fosfato de carbamilo (mitocondria)
NH4+ + HCO3
- + 2 ATP + H2O Carbamoilfosfato + 2ADP + Pi (Carbamoil- P- sintetasa)
2. El fosfato de carbamilo + ornitina da citrulina (mitocondria)
Carbamoil P + ornitina citrulina + Pi (ornitina transcarbamoilasa)
3. La citrulina + aspartado + ATP da Argininosuccinato (citoplasma) Citrulina + Aspartato + ATP arginosuccinato + AMP + Pi
(Argininosuccinatosintetasa)
4. La argininosuccinato da arginina y fumarato (citoplasma)
Argininosuccinato Arg + fumarato (Argininosuccinato liasa)
5. La arginina + agua da urea y ornitina (citoplasma)
Arginina + H2O urea + ornitina (arginasa)
CICLO DE L A UREA
CONEXIN DEL CICLO DEL CIDO CTRICO Y
DE LA UREA
INCORPORACIN DEL AMONIACO
El N reducido a NH4+; puede asimilarse como
componente de aminocidos y otras molculas.
La mayor parte de los aminocidos derivan de la amina del Glu.
El N del grupo amida de la Gln es fuente de grupo amida para una amplia gama de procesos biosintticos.
El Glu y Gln paso crtico en la incorporacin del N.
El Glu y el NH4+ dan Gln (Glutamina sintetasa).
Glu + NH4+ + ATP Gln + ADP + Pi + H+
GLUTAMINA SINTETASA
La Gln sintetasa de las bacterias esta sujeto a la regulacin alostrica y a control por modificacin covalente.
Tiene 12 unidades identicas
6 productos del metabolismo de la Gln y Ala y Gly son inhibidores
Hay inhibicin por adelinilacin de la Tyr por la adenilil transferasa
La adenilil transferasa regulada por la protena Pii y esta a su vez por la uridilil transferasa.
REGULACIN ALOSTRICA DE LA
Gln SINTETASA
Tyr adenililado
BIOSNTESIS DE AMINOCIDOS
BIOSNTESIS DE AMINOCIDOS
BIOSNTESIS DE AMINOCIDOS
BIOSNTESIS DE LOS AMINOCIDOS
Los vertebrados no pueden sintetizar todos los aminocidos
Aminocidos esenciales:
Leu - Ile
Thr - Trp
Val - Lys
Phe - Met.
Arg y His en niez
Treonina y metionina procedentes de la homoserina
Lisina a partir del cido -diaminopimlico y cido aminoadpico
Valina, Isoleucina y leucina a partir de -cetobutirato
Fenilalanina y triptofano a partir de cido shiquimico
Arginina a partir de ornitina
Histidina a partir del cido 5- fosforribosil -1- pirofosfato
AMINOCIDOS ESENCIALES
AMINOCIDOS ESENCIALES
AMINOCIDOS ESENCIALES
AMINOCIDOS NO ESENCIALES
Glu, Gln y Pro a partir de - cetoglutarato
Ser y Gly a partir de 3 - fosfoglicerato
Cys a partir de Met y Ser
Tyr a partir de Phe
Asp, Asn, Ala a partir de cido glutmico
SNTESIS DE AMINOCIDOS
SNTESIS DE SERINA BIOSNTESIS DE PROLINA BIOSNTESIS DE ARGININA
PORFIRINAS
Glicina precursor del ncleo para los
grupos hemo:
Hemoglobina Citocromos Clorofilas
PIGMENTOS BILIARES
BIOSNTESIS DE CREATININA Y
FOSFOCREATINA
Glicina y arginina
precursores
BIOSNTESIS DEL GLUTATION
NEUROTRANSMISORES
SNTESIS DE NEUROTRANSMISORES
SNTESIS DE NEUROTRANSMISORES
SNTESIS DE POLIAMINAS
Derivados de la metionina Rol en el empaquetamiento de ADN
Las poliaminas han sido relacionadas con procesos fundamentales para la vida, como son la divisin, el crecimiento, la diferenciacin y la muerte celular, habindose demostrado en
todos los organismos en los que se han conseguido mutantes deficientes en su sntesis
que las poliaminas son esenciales.
GRACIAS