Recambio proteico. El recambio proteico asegura la función biológica de las proteínas.

Transcripción

1 Nitrógeno Aminoácidos Esqueleto carbonado CO 2 NH H 3 N COO - C-H R α -aminoácido RECAMBIO PROTEICO Y METABOLISMO DE LOS AMINOACIDOS α-cetoácido Citrulina Aspartato Ornitina Ciclo de la urea Arginino succinato Ciclo de Krebs Oxaloacetato Malato Arginina Fumarato

2 Recambio proteico El recambio proteico asegura la función biológica de las proteínas. Las proteínas se encuentran en constante pérdida y renovación (turnover) : Secreciones hormonas, enzimas Renovación de los tejidos digestivo, piel, anexos Diferentes estadios metabólicos crecimiento, gestación, lactancia Frente a un exceso de aminoácidos, el organismo no posee ninguna forma de almacenamiento de proteínas, comparable al glucógeno ni a los triacilglicéridos del tejido adiposo. El catabolismo de los aminoácidos debe operar continuamente para degradar el exceso de los mismos. Los grupos amino de los aminoácidos son eliminados. Los aminoácidos son precursores de otras biomoléculas Proteínas Hormonas Coenzimas Nucleótidos Alcaloides Porfirinas Antibióticos Pigmentos Neurotransmisores

3 La oxidación de los aminoácidos contribuye de manera significativa a la generación de energía. NH 3 En carnívoros, luego de una ingesta, el 90 % de la energía puede ser cubierta por los aminoácidos. Oxidación de aminoácidos Recambio proteico. Exceso de aminoácidos en la dieta. Inanición o patologías. El metabolismo de los aminoácidos ocurre principalmente en el hígado.

4 La oxidación de aminoácidos produce amoníaco (NH + 4 ) Aminoácidos de la ingesta Proteína celular Hígado α-cetoácido L-Aminoácido α -Cetoglutarato L- Piruvato Urea Alanina del músculo Alanina Amoníaco Glutamina Glutamina extrahepática Amonio, urea, ácido úrico

5 Las aminotransferasas catalizan la transferencia de grupos amino de los aminoácidos al α-cetoglutarato L-Aminoácido Aminotransferasa PLP α-cetoácido α -Cetoglutarato L- ΔG 0 kj/mol La transaminación, es la transferencia de grupos amino desde un α-aminoácido a un α-cetoácido.

6 La desaminación oxidativa del ocurre en el hígado Mitocondria Modulación alostérica + ADP - GTP deshidrogenasa ΔG 0 kj/mol α-iminoglutarato Puede utilizarse en el ciclo de Krebs y producir glucosa α-cetoglutarato La desaminación de los aminoácidos, es la eliminación enzimática de sus grupos amino.

7 La glutamina constituye una forma NO tóxica de transportar NH + por la sangre. 4 + H 3 N L- - OOC CH 2 CH 2 C- COO - H glutamina sintetasa + H 3 N γ-glutamil fosfato O O - O- P-O C CH CH C- COO H L-Glutamina O - glutamina sintetasa glutaminasa mitocondrial hepática L- O C CH 2 CH 2 H 2 N - OOC CH 2 CH 2 + H 3 N + H 3 N C- COO - H C- COO - H ATP ADP + NH 4 Pi H 2 O NH + 4 La urea se metaboliza en forma diferente entre los carnívoros y los rumiantes H 2 N O C NH 2 Urea

8 La alanina transporta NH + 4 desde los músculos al hígado Músculo Glucosa glucólisis Piruvato proteína muscular aminoácidos Alanina α-cetoglutarato + NH 4 Glucosa Ciclo de la glucosa-alanina Alanina alanina aminotransferasa La inversión energética de la gluconeogénesis se restringe al hígado. Glucosa gluconeogénesis Piruvato Alanina Todo el ATP en el músculo es utilizado para la contracción. NH 4 Urea α-cetoglutarato Hígado Urea Urea Urea

9 Por qué excretar el NH + 4? La intoxicación por amoníaco provoca signos nerviosos: epilepsia, coma, muerte. La glutamina sintetasa y la glutamato deshidrogenasa se encuentran en altas concentraciones en el cerebro. Las reacciones catalizadas por la glutamina sintetasa y la glutamato deshidrogenasa dismunyen el α-cetoglutarato disponible para ciclo de krebs y la formación de ATP, lo que podría interferir con la función nerviosa. El glutamato y el ácido gama aminobutírico GABA son neurotransmisores deshidrogenasa. Dependiente de PLP Ácido gama aminobutírico (GABA) Histidina Histidina descarboxilasa. Dependiete de PLP Histamina

10 Aminoácidos Alanina En los animales ureotélicos, el NH + se recicla en el 4 ciclo de la urea y se excreta como urea. Glutamina Citosol Oxaloacetato Glutamina Citrulina Citrulina Arginosuccinato Apartato α-cetoglutarato NH + 4 Carbamil fosfato Ciclo de la urea Arginina Ornitina Mitocondria Ornitina Aspartato

11 La formación de carbamil fosfato es un punto de regulación del ciclo de la urea ATP La enzima carbamil fosfato sintetasa I es activada por el N-acetil-glutamato, sintetizado a partir de acetil-coa y glutamato. Carbonil fosfato Para sintetizar 1 molécula de carbamil fosfato se invierten 2 ATP. Carbamato Carbamil fosfato

12 Ciclo de krebs NH + 4 Ornitina Mitocondria Carbamil fosfato Citrulina Citosol 1. Formación de carbamil fosfato. Carbamil fosfato sintetasa I 2. Formación de citrulina a partir de ornitina y carbamil fosfato. Ornitina transcarbamilasa Ornitina Ciclo de la urea Citrulina 3. Formación de arginosuccinato Arginosuccinato sintetasa Aspartato 4. Escisión del arginosuccinato Arginosuccinato liasa Arginina Argininosuccinato 5. Formación de urea Arginasa Fumarato Oxaloacetato Malato La producción de urea aumenta con la ingesta rica en proteínas y en la inanición. Aumenta la síntesis de las 5 enzimas

13 Para producir 1 molécula de arginosuccinato se invierten 2 ATP Aspartato Citrulina Citrulin-AMP Argininosuccinato Para sintetizar 1 molécula de urea por vía del ciclo de la urea se invierten 4 ATP. 2NH + + HCO ATP 4- + H 2 O + 2ADP Pi + AMP H + La formación de fumarato en el ciclo de la urea, permite la entrada del mismo al ciclo de Krebs (o como malato). Esto reduce el costo para la formación de urea a 1.5 ATP.

14 El doble ciclo de Krebs Arginina Ornitina Ciclo de la urea Arginino succinato Citrulina 2 Carbamil fosfato 1 α-cetogrutarato 3 5 Aminoácidos α-cetoácido Fumarato 6 Aspartato 5 α-cetoglutarato 5 Aminoácidos 4 α-cetoácido Malato Oxaloacetato 1. Carbamil fosfato sintetasa I Gasto de ATP 2. Arginosuccinato sintasa. 3. deshidrogenasa Poder reductor. 4. Malato deshidrogensa Ganancia de ATP. 5. Aminotrasferasas 6. Fumarasa

15 Desviación del aspartato-arginino-succinato CO 2 NH + 4 Nitrógeno Aminoácidos Esqueleto carbonado + H 3 N COO - C-H R α -aminoácido α-cetoácido Citrulina Aspartato Ornitina Ciclo de la urea Arginino succinato Ciclo de Krebs Oxaloacetato Malato Arginina Fumarato Aproximadamente la mitad de todos los grupos amino excretados en forma de urea, deben pasar forzosamente a través de la rección de la aspartato aminotransferasa.

16 Los aminoácidos estándar entran al ciclo de Krebs para ser oxidados. Alanina Cisteína Glicina Serina Triptófano Treonina Piruvato CO 2 Acetil-CoA Isoleucina Leucina Triptófano Treonina Acetoacetil-CoA Asparagina Aspartato Aspartato Fenilalanina Tirosina Oxaloacetato Fumarato Ciclo de Krebs Citrato Isocitrato Leucina Lisina Fenilalanina Triptófano Tirosina CO Succinil-CoA α-cetoglutarato 2 Isoleucina Metionina Valina Treonina CO 2 Arginina Histidina Glutamina Prolina

17 Alanina Cisteína Glicina Serina Triptófano Asparagina Aspartato Tirosina Fenilalanina Los aminoácidos estándar pueden convertirse en glucosa y en cuerpos cetónicos Metionina Valina Treonina Isoleucina Piruvato Glucosa Oxaloacetato Fumarato Succinil-CoA Acetil-CoA Ciclo de Krebs Citrato α-cetoglutarato Isocitrato El ayuno conduce al catabolismo de aminoácidos glucogénicos. Leucina Isoleucina Triptófano Acetoacetil-CoA Cuerpos cetónicos Arginina Histidina Glutamina Prolina Leucina Lisina Tirosina Fenilalanina Triptófano

18 Ciclo del nitrógeno entre los órganos del rumiante Glándulas salivales Hígado NH 3 excretada Riñón Glutamina NH + 4 NH 3 Aminoácidos Músculo esquelético Menos del 40 % de la urea sintetizada en el ciclo de la urea proviene del catabolismo proteico Ureasa Rumen NH + 4 CO 2 Mas del 60 % de la urea sintetizada en el ciclo de la urea proviene del amoníaco ruminal

19 Resumen La oxidación de aminoácidos ocurre en tres estadios metabólicos diferentes: Recambio proteico, Exceso de aminoácidos en la dieta e Inanición. La oxidación de los aminoácidos contribuye de manera significativa a la generación de energía. La transaminación, es la transferencia de grupos amino desde un α-aminoácido a un α-cetoácido. La desaminación de los aminoácidos, es la eliminación enzimática de sus grupos amino. El glutamato, glutamina y la alanina liberan amoníaco en el hígado. El amoníaco depositado en las mitocondrias del hígado, se convierte en urea mediante el ciclo de la urea. El ciclo de la urea y el ciclo de Krebs pueden conectarse, lo que disminuye el costo energético (ATP) de eliminar el amoníaco. Los aminoácidos glucogénicos son de gran importancia para los carnívoros y los rumiantes ya que colaboran la homeostásis de la glucosa sanguinea. Los carnívoros eliminan toda la urea, mientras que en los rumiantes puede ser utilizada para la síntesis de proteínas por los microorganismos ruminales.

20 Bibliografía Lehninger, Nelson & Cox; Oxidación de aminoácidos y producción de urea; Principios de Bioquímica; Omega 3 ra Edición, 2001; Cap. 18, Pag Voet & Voet; Amino Acid Metabolism; Biochemistry; Wiley & Sons Inc. 2 da Edición, 1995; Cap 24, Pag Stryer; Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea; Bioquímica; Editorial Reverté 4 ta Edición, 1995; Cap. 25, Pag Mathews & van Holde; Metabolismo de los compuestos nitrogenados: principios de lña biosíntesis, la utilización y el recambio; Bioquímica; McGraw- Hill, Interamericana 2 da Edición, 1998; Cap.20, Pag Case, Carey, Hirakama; Proteínas y aminoácidos; Nutrición canina y felina; Harcourt Brace, 1997; Cap.12, Pag Cunninham; Digestión: procesos fermentativos, Utilización de los nutrientes después de su absorción; McGraw-Hill, 2 da edición, 1997; Cap. 30 y 31, Pag y A. Sirio, I. Tebot; Fisiología metabólica de los rumiantes; Departamento de Fisiología, UDELAR, Facultad de Veterinaria; 2000.