BIOSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS

Transcripción

1 BIOSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS

2 20 son los aminoácidos codificados por el código genético Alanina Ala A Isoleucina Ile I Arginina Arg R Leucina Leu L Asparagina Asn N Lisina Lys K Aspártico Asp D Metionina Met M Cisteína Cys C Prolina Pro P Fenilalanina Phe F Serina Ser S Glicina Gly G Tirosina Tyr Y Glutamina Gln Q Treonina Thr T Glutámico Glu E Triptófano Trp W Histidina His H Valina Val V 2

3 Estructura general de un alfa-aminoácido carboxilato a- amino carbono a sustituyente o grupo R 3

4 La síntesis de aminoácidos necesita solucionar tres problemas bioquímicos fundamentales 1) Obtener nitrógeno Sólo ciertos microorganismos son capaces de reducir moléculas de nitrógeno gaseoso inerte (N 2 ) a dos moléculas de amoníaco. El nitrógeno en forma de amoníaco es la fuente de nitrógeno para TODOS los aminoácidos Los esqueletos carbonados proceden de la vía glicolítica, de la vía de las pentosas fosfato o del Cíclo de Krebs Bacterias y cianobacterias fijadoras libres de nitrógeno Fijadores simbióticos

5 El mayor reservorio de nitrógeno de la Tierra está en su atmósfera

6 siempre nos quedaremos cortos a la hora de evaluar la importancia que tiene la fijación del nitrógeno, por parte de los microorganismos que fijan N 2, para el metabolismo de todos los eucariotas superiores Los microorganismos fijan kg cada año (60% del total) Los rayos y radiación UV (15% del total) Los procesos Industriales (25% del total ) Catálisis Química: N 2 + H 2, catalizador de Fe, 500ºC, P de 300 atms Fijación del nitrógeno: los microorganismos utilizan un potente reductor y ATP para reducir en N 2 atmosférico a amoníaco El nitrógeno en los aminoácidos, purinas, pirimidinas y otras biomoléculas, proviene en última instancia del nitrógeno atmosférico

7 La catálisis enzimática la lleva a cabo el complejo enzimático Nitrogenasa Electrones procedentes de la ferredoxina reducida (potente reductor) Proteína Fe-S Dímero a 2 2 Tetrámero Reductasa (Fe-proteína) Nitrogenasa (MoFe-proteína) La transferencia de electrones desde el componente Reductasa al componente Nitrogenasa está acoplada a la hidrólisis de ATP el complejo enzimático cuenta con numerosos centros redox Sensible a la inactivación por O 2

8 Nitrogenasa: contiene varios centros redox Heterotetrámero formado por dos subunidades alfa (rojo) y dos beta (azul) Cada agrupación P contiene: Agrupación-P Cofactor Fe-Mo 8 átomos de Fe 7 átomos de S conectados a la proteína por unión vía Cys homocitrato Átomo central Cada cofactor FeMo contiene: 1 átomo de Mo 7 átomos de Fe, 9 átomos de S, 1 átomo central 1 homocitrato, conectados al a proteína por unión vía Cys y His

9 Recuerde que las agrupaciones hierro-azufre funcionan como transportadores de electrones Agrupaciones hierro-azufre Proteína Cada una de estas agrupaciones puede llevar a cabo reacciones de oxido reducción Los iones Fe alternan ente los estados Fe 2+ (reducido) a Fe 3+ (oxidado)

10 Reductasa Nitrogenasa Nitrógeno El cofactor hierro-molibdeno (Fe-Mo) se une al N 2 atmosférico y lo reduce Subunidad-α Ferredoxina reducida [4Fe-4S] Agrupación-P Amoníaco Subunidad-β Por cada electrón transferido se hidrolizan 2 ATPs N 2 + 6e - +6H + 2NH 3 Proceso costoso energéticamente La reacción biológica genera además de 2 moles de NH 3 por cada mol de N 2, al menos 1 mol de H 2 N 2 + 8e - + 8H ATP + 16 H 2 O 2NH 3 + H ADPs + 16 P i

11 La síntesis de aminoácidos necesita solucionar tres problemas bioquímicos fundamentales 2) Control estereoquímico Todos los aminoácidos menos la Gly son quirales, por lo cual las vías biosintéticas deben generar el isómero correcto Excepto la Glicina El carbono α es un centro quiral Veremos luego que en la síntesis de los 19 aa quirales, la estereoquímica del átomo de carbono alfa queda determinada mediante una reacción de transaminación en la que participa el piridoxal fosfato (PLP)

12 L-alanina D-alanina Los aminoácidos codificados por el código genético son todos de la serie L

13 La síntesis de aminoácidos necesita solucionar tres problemas bioquímicos fundamentales 3) Cantidad suficiente de cada aminoácido: regulación La retroinhibición y los mecanismos alostéricos garantizan que los 20 aa se encuentren en cantidad suficiente para sintetizar proteínas y llevar a cabo otros procesos Amino acid(s) mg per kg body weight mg per 70 kg mg per 100 kg H Histidine I Isoleucine L Leucine K Lysine M Methionine+ C Cysteine (15 total) F Phenylalanine+ Y Tyrosine 25 (total) T Threonine W Tryptophan V Valine WHO Estimating the daily requirement for the indispensable amino acid

14 La biosíntesis de aminoácidos está íntimamente relacionada con la nutrición porque muchos organismos superiores han perdido la capacidad de sintetizar algunos de ellos (los aminoácidos esenciales) Esenciales Isoleucina (Ile) Leucina (Leu) Lisina (Lys Metionina (Met) Fenilalanina (Phe) Treonina (Thr) Triptófano (Trp) Valina (Val) Histidina (His) (condicionalmente) Arginina (Arg) (condicionalmente) No esenciales Alanina (Ala) Tirosina (Tyr) Aspartato (Asp) Cisteína (Cys) Glutamato (Glu) Glutamina (Gln) Glicina (Gly) Prolina (Pro) Serina (Ser) Asparagina (Asn)

15 La síntesis de aminoácidos necesita solucionar tres problemas bioquímicos fundamentales 1) Obtener nitrógeno 2) Control estereoquímico 3) Cantidad suficiente de cada aminoácido: regulación

16 El ión amonio se incorpora a los aminoácidos por medio del Glutamato y la Glutamina Glutamato Glutamina α α El grupo alfa amino de la mayoría de los aa proviene de la transaminación del grupo alfa-amino del glutamato La glutamina cede su átomo de Nitrógeno de la cadena lateral a un amplia gama de compuestos entre ellos al Trp y la His

17 Cómo se sintetiza el Glutamato? α-cetoglutarato (intermediario del Ciclo de Krebs) α Glutamato Enzima Glutamato deshidrogenasa (GDH) Consume NAD(P)H (en algunas especies la enzima no diferencia entre NADH y NADPH) Etapas: -se forma una base de Schiff (carbonilo reacciona con amino, doble enlace C=N), que se protona fácilmente -la base de Schiff protonada se reduce mediante la transferencia de un ion hidruro (H - ) procedente del NADPH y se forma glutamato

18 En esta reacción se determina la estereoquímica del átomo de C α de glutamato (isómero L) Base de Schiff α -cetoglutarato protonada L-glutamato C α Hidruro (H-) en color verde

19 Cómo se sintetiza el Glutamina? Cα Cα Cα Glutamato Intermediario acilfosfato Glutamina Enzima: Glutamina sintetasa (GS) En esta reacción se incorpora un segundo ion amonio para formar Glutamina Etapas: - reacción dirigida por la hidrólisis de ATP permitiendo la formación del ntermediario acilfosfato reacción del intermediario con el amoníaco para formar glutamina Enzima clave en la regulación de la síntesis de aa

20 Glutamina sintetasa (GS) un ejemplo de enzima regulada mediante diferentes mecanismos Regulación por Modificación covalente Alostérica por retroinhibición acumulativa Salmonella typhimurium 12 subunidades idénticas de 50kDa c/u

21 Regulación por modificación covalente inhibición por adenililación (incorporación de AMP) a nivel de la Tyr 397 cercana al sitio activo de la enzima Adenilil Transferasa (AT) & P A Glutamina sintetasa NO adenilada (más activa) Glutamina sintetasa adenilada (menos activa) Adenilil Transferasa (AT) & P D La actividad de adenililación o fosforólisis de la adeniltransferasa (AT) está regulada por una proteína reguladora P que existe en dos formas P A y P D

22 P A se convierte en P D cuando se uridila por acción de la enzima Uridil transferasa P A, No Uridilada Actividad adenililante de AT Uridil Transferasa P D, Uridilada Actividad de fosforólisis de AT Las modificaciones covalentes aumentan la sensibilidad a la regulación alostérica

23 Modulación alostérica por retroinhibición acumulativa Glutamina sintetasa

24 La biosíntesis de aminoácidos se regula por retroinhibición Las vías ramificadas necesitan una sofisticada regulación - retroinhibición y retroactivación - multiplicidad enzimática - retroinhibición acumulativa - cascada enzimática como en la glutamina sintetasa Más puntos de regulación hace posible que el flujo de nitrógeno en el interior de la célula se pueda ajustar con más precisión

25 La glutamato deshidrogenasa (GDH) Presente en todos los organismos La glutamina sintetasa (GS) α-cetoglutarato Glutamina glutamato sintasa Glutamato Una enzima extra presente en bacterias y plantas, no en animales (rol importante si escasea el NH 4+ ) La glutamato sintasa (aminación reductora del α-cetoglutarato a glutamato)

26 No. de aminoácidos No esenciales Esenciales No. pasos necesarios para la síntesis

27 Familias Biosintéticas de aminoácidos en bacterias y plantas Los aminoácidos se sintetizan a partir de intermediarios del ciclo de Krebs, la glicólisis, la vía de las pentosas fosfato

28 Biosíntesis de AA por transaminación: Asp, Ala Enzima Lisina α-cetoácido (Oxalacetato Asp Piruvato Ala) Glu α-cetoglutarato Aldimina interna Piridoxal P formando una base de Schiff con el grupo amino de una Lys del enzima Piridoxamina Fosfato (PMP) Cetimina Cα L-Aminoácido Aldimina externa Intermediario quinoideo

29 Una etapa común determina la quiralidad de todos los aminoácidos Protón que se va a transferir Arginina Lisina Aminoácidos conservados en todas las transaminasas

30 La formación de Asparragina a partir de Aspartato requiere un Intermediario adenililado En mamíferos el dador de NH 3 es la glutamina (por hidrólisis) Aspartato Intermediario-acil-adenililato Asparagina el aspartato se activa por amidación dirigida por ATP (se le une AMP) en vez de por fosforilación

31 El glutamato es el precursor de glutamina, prolina y arginina Arg Glutamato g-semialdehído glutámico Prolina

32 El 3-fosfoglicerato (de la glucólisis) es el precursor de serina Y la serina de la cisteína y glicina Para sintetizar la Glicina precisamos que se transfiera la cadena lateral de la Serina

33 El tetrahidrofolato transporta fragmentos monocarbonados activados con diversos grados de oxidación Lo obtenemos de la dieta o a partir de la acción de microorganismos en el tracto intestinal Transporta metilo (-CH 3 ), metileno (-CH 2 -), formilo (CHO) estos derivados del tetrahidrofolato actúan como Donadores de fragmentos monocarbonados en diversas reacciones biosintéticas/

34 Síntesis de glicina a partir de serina El tetrahidrofolato transporta fragmentos monocarbonados activados

35 S-adenosilmetionina es el principal donador de grupos metilo

36 Las vías complejas los aminoácidos aromáticos El corismato es el intermediario de la síntesis de aminoácidos aromáticos en bacterias, hongos y plantas

37 Los aminoácidos son precursores de muchas biomoléculas Óxido Nítrico una molécula mensajera se forma a partir de Arginina AA y muchos más Gracias Andrea Villarino