Incorporación de nitrógeno. Prots. vegetales DIETA HUMANA. AA en intestino. AA en sangre. AA en células. Proteínas celulares

Transcripción

1 Tema 25. Panorámica general del metabolismo de los aminoácidos. Panorámica general del metabolismo de los aminoácidos. Origen de los aminoácidos corporales. Aminoácidos esenciales. Enzimas proteolíticas digestivas. Absorción de aminoácidos. Transportadores de aminoácidos y ciclo del gamma-glutamilo. La degradación de proteínas corporales como fuente de aminoácidos. Proteasas lisosomales y citoplasmáticas. Señales para la degradación de proteínas. Ubiquitilación. Proteosoma. Regulación de la degradación de las proteínas musculares. Enfermedades del transporte de aminoácidos. BIOQUÍMICA-1º de Medicina Departamento de Biología Molecular Javier León 1 N 2 atmosférico Incorporación de nitrógeno Bacterias fijadoras de N Prots. vegetales Dieta de hervíboros DIETA HUMANA AA en intestino AA en sangre AA en células DIGESTIÓN ABSORCION Proteínas celulares TRADUCCIÓN Proteínas animales TRANSPORTE AL CITOPLASMA 2

2 Origen de los aminoácidos de la célula Proteínas de la dieta Proteasas del tubo digestivo. Sistemas de transporte de aminoácidos Co-transportadores específicos Ciclo del γ- glutamilo Degradación de proteínas celulares Proteasas celulares Lisosomales Citosólicas Proteosoma Biosíntesis a partir de precursores Solamente sintetizamos aminoácidos no esenciales. 3 No podemos sintetizar y por tanto debemos ingerir en la dieta 9 aminoácidos = Aminoácidos esenciales (en adultos bien alimentados) Buscad los nombres de los aminoácidos Lehninger Principios de Bioquímica", 4ª ed. Nelson, D.L. y Cox, M.M. Omega

3 Aminoácidos esenciales Aromáticos: Alifáticos ramificados: Con azufre: Alcohol: Básicos: Fenilalanina, Triptófano Valina, Leucina, Isoleucina Metionina Treonina Histidina, Lisina Esenciales condicionales : Arginina, Glutamina, Cisteina, Glicina, Prolina, Tirosina 5 El pool de aminoácidos está en equilibrio con las proteínas tisulares Proteínas de la dieta (Req g/día para 70 Kg peso, ~0,8 g/kg) EXCESO DE PROTS. DIETA Otras rutas biosintéticas: bases, hormonas, neurotransmisores, etc Pool de aminoácidos ~ 100 g SINTESIS ~ 300 g/d DEGRADACIÓN ~ 300 g/d Proteínas tisulares Moléculas del ciclo Krebs y acetil-coa DEGRADACIÓN Y EXCRECIÓN Urea en orina ~ g /día DEGRADACIÓN DE PROTS. Y EXCRECIÓN DE AA 6

4 Las proteasas digestivas se activan por proteolisis El truco para no autodigerirnos: Pro-proteasa inactiva (zimógeno) Fragmento peptídico Ruptura específica Proteasa activa Célula de la mucosa intestinal Enteropeptidasa Tripsina Proteasas activadas Tripsinógeno Zimógenos -Tripsinógeno (autoactivación) - Quimotripsinógeno - Proelastasa - Procarboxipeptidasas - Profosfolipasa A2 Las cascadas de activación de pro-enzimas por proteolisis específica aparece en otros procesos biológicos:...,, 7 Principales enzimas proteolíticos del tubo digestivo ESTÓMAGO HCl Pepsinógeno H + Pepsina Prolipasa PANCREAS - HCO 3 Enteropeptidasa Tripsinógeno Quimotripsinógeno Tripsina Tripsina Lipasa Quimotripsina Proelastasa Tripsina Elastasa Tripsina Procarboxipeptidasas A, B Carboxipeptidasas A, B* MUCOSA INTESTINAL Aminopeptidasas* Enteropeptidasa (membrana celular) *Exoproteasas 8

5 Transporte de aminoácidos: a) Co-transportadores aminoácido-sodio Especificidad de aminoácido Aminoácidos neutros de pequeño tamaño Aminoácidos neutros y aromáticos grandes* Aminoácidos básicos* Glicina y prolina Aminoácidos ácidos Ejemplos Ala, Ser, Thr Ile, Leu, Val, Tyr Trp, Phe Arg, Lys, Ornitina, Cistina Pro, Gly, Hidroxiprolina Asp, Glu *Relacionados con enfermedades hereditarias frecuentes Cotransporte de dipeptidos-h + Siete sistemas de co-transporte de AA- Na (también en otros tejidos) Dipeptidos H + AA Na + - Bioquímica básica de Marks. Un enfoque clínico. Smith C., Marks A.D. y Lieberman AA ATP Na + 3 Na + K + Bomba Na-K 2 K + Transporte facilitado VENA PORTA 9 Transporte de aminoácidos: b) Ciclo del γ-glutamilo Membrana de Intestino, riñón, hígado Buscad la estructura γ-glutamil-aminoácido Aminoácido (intracelular) 5-oxo-prolina Aminoácido (exterior) Cys-Gly Gly Cys ATP ADP+Pi Glutatión (GSH) ADP + Pi ATP ADP + Pi ATP Glutamato γ-glutamil transpeptidasa 10

6 SERIN-PROTEASAS -Tripsina - Quimotripssina -Elastasa -Trombina - Plasmina - Activdor del plasminógeno tisular (tpa) - Subtilisina CISTEIN-PROTEASAS -Caspasas - Catepsina B - Calpainas - Papaina Cuatro tipos de proteasas (según su mecanismo de proteolisis) SERIN-PROTEASAS METALOPROTEASAS - Carboxipeptidasa A y B - Aminoppetidasas - Metaloproteasas de matriz - Termolisina CISTEIN-PROTEASAS ASPARTIL-PROTEASAS METALO-PROTEASAS Sustrato ASPARTIL-PROTEASAS - Pepsina -Renina - Catepsina D -ProteasaHIV 11 PROTEASAS Proteasas digestivas: la mayoría serin-proteasas Proteasas de la matriz extracelular: la mayoría metaloproteasas PROTEASAS Proteasas del lisosoma: Catepsinas Proteasas celulares Proteasas citosólicas: Caspasas, Calpaínas Proteosoma 12

7 Principales proteasas lisosomales (Catepsinas) Nombre Peso molecular ph óptimo Características Catepsina B Endopeptidasa (Cisteín proteasa) o carboxipeptidasa Catepsina L Endopeptidasa (cisteín proteasa) (pref residuos hidrofóbicos) Catepsina H Endopeptidasa o aminopeptidasa (Cisteín proteasa) Catepsina D ,5 Similar a la Pepsina (aspartil proteasa) 13 PROTEASAS Proteasas digestivas: la mayoría serin-proteasas Proteasas de la matriz extracelular: la mayoría metaloproteasas PROTEASAS Proteasas del lisosoma: Catepsinas Proteasas celulares Proteasas citosólicas: Caspasas, Calpaínas Proteosoma: proteolisis dependiente de ubiquitilacion 14

8 1) La vida media de las proteínas es muy variable 2) Su estabilidad está regulada 3) Hay secuencias de AA que son señales específicas de degradación en proteasoma Señales que inducen la unión covalkente de (Ubq) en el N de la cadena lateral de una varias Lys de la proteinas Las proteínas marcadas con Ubq y su degradación en el proteasoma 15 Premios Nobel de Química de 2004 "for the discovery of ubiquitin-mediated protein degradation" Avram Hershko (Israel Institute of Technology) Aaron Ciechanover (Israel Institute of Technology) Irwin Rose (University of California,,Irvine) : Proteina de 76 AA muy conservada en eucariotas La unión de cadenas cortas de varias Ubq (al menos 4) al ε-n de cadenas de Lys de una proteína la marca para su proteolisis en proteosomas 16

9 Ubq 48 Ubq Lys de proteina a degradar Biochemistry. 5ª ed. Berg, J., Tymoczko, J. Stryer, L. 17 Ultraestructura del proteasoma Estudiado en Biologia Celular Tapa Tapa Proteosoma 26S ( Biochemistry. Berg, J., Tymoczko, J. Stryer, L. Ed. W.H. Freeman. 2003) 18

10 Bioquímica del proteasoma El proteasoma es un gran complejo citoplásmico (26S) encargado de degradar proteínas-ubq Tiene al menos dos copias de 36 subunidades (=64) Requiere ATP (seis subunidades son ATPasas) Produce péptidos cortos Hay unos proteosomas en la célula, tanto en núcleo como citosol -Lys-Ubq-Ubq-Ubq -Lys-Ubq-Ubq-Ubq-Ubq PROTEOSOMA Ubq Hepta/octo/nonapéptidos Lehninger 4ª, cap Ubiquitilación de proteínas E1: enzima activador de Glicina C-terminal C O O- E1 SH + ATP E1 S Enlace tio-ester AMP + PPi C O E2: Proteína transportadora de. E1 S C O + E2 SH E1 SH + E2 S O C E3: ligasa (complejos de 4-6 subs) E3 E3 + PROTEINA PROTEINA + E2 S O C PROTEINA 20

11 Conjugación de ubiquitina para degradar proteínas ( E1: Enzima activadora de Ubq E2: Proteína transportadora de Ubq: unos 30 E3: Ubq ligasa específica de proteína(s): Hay unos 100 complejos E3. en humanos La se recicla Péptidos de 7-9 AA 21 Señalización específica de ubiquitilación/degradación 1. Secuencias PEST (12-60 AA, ricas en Pro, Glu, Ser, Thr) 2. Residuos aminoterminales (Arg, Lys, His, Phe, Leu) 3. Degrones : secuencias en la proteinas de las que depende su degradación - Lehninger Principios de Bioquímica", 4ª ed. Nelson, D.L. y Cox, M.M. Ed. Omega

12 La degradación de cliclinas a lo largo del ciclo celular Niveles de ciclina ciclina E ciclina A ciclina B G 0 G 1 S G 2 M Degrón 23 Balance nitrogenado Balance nitrogenado positivo: Se ingiere más N que el que se excreta (crecimiento infantil, embarazo, convalescencia) Balance nitrogenado negativo: Se ingiere menos N que el que se excreta (malnutrición proteica, caquexia oncológica) 24

13 Desnutrición proteica Marasmo Dieta con insuficiencia severa tanto en calorías como en proteínas, Kwashiorkor Enfermedad generada por una dieta con aporte normal de calorías pero pobre en proteínas. Síntomas: Retraso en el crecimiento, pérdida de la masa muscular y de peso, inflamación generalizada (edema), disminución de la inmunidad, dermatitis y cambios de pigmentación en la piel, debilitamiento del cabello, bajo coeficiente de inteligencia 25 Inhibidores de proteasas como anti-retrovirales Busca el enlace peptídico "Biochemistry". 3ª ed. Garret, R.M. and Grisham, 26

14 Inhibidores de proteasas como antitumorales Borzetomib (Velcade 27 Inhibidores de proteasas como antitumorales TUMOR METASTASIS MMPs: Colagenasas Estromalisisnas Gelatinasas Otras proteasas: Activ. plasminógeno PSA Inhibidores de MMPs: TIMP-1 TIMP-2 PROTEOLISIS 28

15 Enfermedades del transporte de AA a la célula Enfermedad de Hartnup Autosómica recesiva rara, pero la mas frecuente aminoacidopatía junto con fenilcetonuria (6-7/ ) Defecto un gen del transportador de AA neutros y aromáticos (Val, Leu, Ile, Tyr, Trp, Phe) que se expresan en células intestinales y epiteliales de riñón. Se detectó en los años 50 en una familia (los Hartnup) en la que varias personas presentaban un síndrome semejante al de la pelagra (ausencia de nicotinamida). Estos AA (algunos esenciales) no son absorbidos en el intestino ni reabsorbidos desde el filtrado glomerular a la sangre. Uno de los AA no transportados es el Trp, que es precursor de la nicotinamida Se cree que Julio Cesar padecía la enfermedad de Hartnup Se trata con administración de niacina (vitamina B3), que elimina los síntomas de pelagra pero no desaparece la amioaciduria 29 Enfermedades del transporte de AA a la célula Cistinuria Enfermedd autosómica recesiva, ~5/ Cistina: Cys-Cys Defecto en un gen del transportador de cistina y aminoácidos di básicos Lys, Arg, Orn. De ellos sólo la Lys es esencial. El problema más serio es la formación de cálculos renales de cristales de cistina, que es un aminoácido relativamente insoluble. Se trata bebiendo mucha agua y a veces con bicarbonato sódico para alcalinizar la orina (la Cistina es más soluble en medio alcalino). Qué tienen en comun estos cuatro AA?? Piedras de cistina en orina de cistinúricos 30