bolilla 8: metabolismo de aminoácidos. digestión y absorción. catabolismo. transaminación....

BOLILLA 8: Metabolismo de Aminoácidos. Digestión y absorción. Catabolismo. Transaminación. Desaminación oxidativa y no oxidativa. Descarboxilación. Transporte de amoníaco: síntesis de glutamina. Glutaminasa. Organismos ureotélicos, uricotélicos y amoniotélicos. Ciclo de la urea. Costo energético. Destino del esqueleto carbonado. Aminoácidos cetogénicos y glucogénicos. Compuestos nitrogenados de importancia biológica derivados de aminoácidos.

QUIMICA BIOLOGICA Lic. y Prof. en Ciencias Biológicas

ME

TA

BO

LIS

MO

IN

TE

RM

ED

IO

Conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en las células y tejidos.

Conocimientos previos:

- Ciclo del nitrógeno.

- Sistemas digestivo, circulatorio, endocrino.

- Estructura química de proteínas y aminoácidos. Nomenclatura.

-Transporte mediado activo. Difusión facilitada.

- Actividad enzimática y su regulación. Acción de cofactores y moduladores.

- Metabolismo. Regulación. Balance energético.

- Glucólisis.

- Ciclo de Krebs.

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

Objetivos

- Que al finalizar la clase, sean capaces de:

1) Definir y distinguir aminoácidos esenciales y no esenciales.

2) Diferenciar y formular las reacciones de transaminación y desaminación, comprendiendo su significado biológico.

3) Fundamentar la toxicidad del amoníaco. Explicar su metabolización y excreción en los distintos organismos.

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

Quimotripsina

Diversidad de Proteínas

Extraído de Lehninger, 2008.

Proteínas de membrana Luciferasa

HemoglobinaQueratina

AMINOACIDOAMINOACIDO

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

COO-

C

R

H3N+ H

Grupo carboxilo(disociado)

Cadenalateral

Carbono

Grupo amino(protonado)

Repasemos…Repasemos…

H2N C

H

R1

CO NH C

H

CO

R2-n

NH C

H

R3

COOH

n

Repasemos…

AA amino terminal AA carboxilo terminal

Uniones peptídicas

AMINOACIDOSAMINOACIDOS##

Aminoácidos esenciales en roedores, insectos, peces*, aves* y humanos**

Aminoácidos no esenciales

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

- No son sintetizados por el organismo. Deben ser incorporados con la dieta. -Mantener el crecimiento y el equilibrio nitrogenado.

Valina Fenilalanina

Leucina Triptofano

IsoleucinaTreonina

Lisina Histidina**

Metionina Arginina**

Alanina Glicina

Serina Tirosina

Cisteína Ac. Aspártico

Ac. Glutámico Glutamina

Asparagina Prolina

- Sintetizados por el organismo.

# Los 20 AAs pueden ser sintetizados por los vegetales.* Peces y aves poseen además otros aminoácidos esenciales.** En humanos, Histidina es esencial en niños y Arginina es parcialmente esencial.

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

COO-

CH3N+ H

CH3

AlaninaAla

Algunos aminoácidos que veremos en esta clase

COO-

CH3N+ H

CH2

COO-

AspartatoAsp

COO-

CH3N+ H

CH2

CH2

COO-

GlutamatoGlu

COO-

CH3N+ H

CH2

CH2

CONH2

GlutaminaGln

AA neutro o alifático

AAs ácidos

AA amida

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

COO-

CH3N+ H

CH2

COO-

CH3N+ H

CH2

OH

Fenilalanina Tirosina

COO-

CH3N+ H

CH2OH

SerinaSer

COO-

CH3N+ H

C OHH

CH3

TreoninaThr

AAs hidroxilados

Aminoácidos aromáticos

Recordemos como funciona el Ciclo del N2

en la naturaleza…

N2

N2

N2

NH4+

AAsNO3-

Absorción del nitrógeno por las plantasAbsorción del nitrógeno por las plantas

N2 N2

N2

N2

NH4+

NO3-

NO3-

AAs

NH4+

AAs

Fijación del Nitrógeno en las plantasFijación del Nitrógeno en las plantas

N2 NH4+

Nódulo radicalNódulo radical: bacteria, u otro microorganismo en asociación simbiótica con raíz.

NHNH44++

Fijación del Nitrógeno en las plantasFijación del Nitrógeno en las plantas

Nitrogenasa

N2 NH4+

NADHNADPH

Oxidación de CH (Ej. Glu y Fru)

NADHNADPH

Ferredoxina reducida

Ferredoxina oxidada

Fe-Proteinaoxidada

Fe-Proteinareducida

Fe-Mo-Proteinareducida

Fe-Mo-Proteinaoxidada

2ATP

2ADP + 2Pi

N2 +10H+

2 NH4+ + H2

COMPLEJO NITROGENASA

AMINOACIDOS PROTEINAS

Fijación del Nitrógeno en las plantasFijación del Nitrógeno en las plantas

Flavodoxina red.

e- e- e-

N2

N2

N2

NH4+

AAsNO3-

Absorción del nitrógeno por las plantasAbsorción del nitrógeno por las plantas

N2 N2

N2

N2

NH4+

NO3-

NO3-

AAs

NH4+

AAs

La absorción de NO3- esta mediada por un

mecanismo de simporte 2H+/NO3

Plantas que no pueden fijar N2 Plantas que no pueden fijar N2 (mayoría de los cultivos excepto leguminosas)(mayoría de los cultivos excepto leguminosas)

Fuentes importantes de nitrógeno: NO3- y NH4

+

NO3- NO2

- + H2O

NAD(P)H + H+ NAD(P)+

Nitrato reductasa

NO2- + 3H2O + 2H+

Nitrito reductasa

LUZFerredoxina

NH4+ + 2H2O + 1.5 O2

AMINOACIDOS PROTEINAS

Citosol

Cloroplastos o Protoplastidios

Fuentes exógenas Fuentes endógenas

Proteínas de la dieta ANIMALES Proteínas de membranas, (vegetales o animales) enzimas, hormonas, etc.

Digestión y absorción Degradación

AMINOACIDOS

Transaminación y/ó Desaminación

- Proteínas- Aminoácidos No esenciales- Constituyentes nitrogenados no proteicos: purinas, pirimidinas, porfirinas, ácidos biliares.

Degradación Biosíntesis

α - cetoácido amoníaco

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

¿Cómo se digieren las proteínas de la dieta en el humano?

Extraído de Lehninger, 2008.

SecretinaCO3H-

Colecistoquinina

Pepsinógeno

Digestión de ProteínasI) En el estómago

pH 1,5-2,5 Proenzima

-NH2

GASTRINA

Células Parietales

Células Principales

HCl

Pepsinógeno

Pepsina + resto de 42 Aa.HCl

Enzima activa

-NH2-NH2

Digestión de proteínas en el estómagoDigestión de proteínas en el estómagopor acción de la Pepsinapor acción de la Pepsina

COOCOO--

NHNH33++

Arg

Phe

Leu

PepsinaPepsina

Péptidos de alto PMPéptidos de alto PM

COOCOO --

Phe

Leu

NHNH33

++

NHNH 33++

Arg

COOCOO--

• ES UNA ENDOPEPTIDASA.

• HIDROLIZA UNIONES PEPTIDICAS.

• ACTUA SOBRE GRUPOS AMINO DE AMINOACIDOS AROMATICOS HIDROLIZANDO LAS PROTEINAS A POLIPEPTIDOS DE ALTO PM.

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

¿Cómo se digieren las proteínas de la dieta en el humano?

Extraído de Lehninger, 2008.

Secretina

CO3H-Colecistoquinina

SECRECION PANCREATICA

Secretina

Colecistoquinina

Contenido estomacal acido

HCO3-

Proenzimas

o zimógenos

pH

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

¿Cómo se digieren las proteínas de la dieta en el humano?

Extraído de Lehninger, 2008.

SecretinaCO3H-

Colecistoquinina

Digestión de ProteínasII) En Duodeno e Intestino

Tripsinógeno

Tripsina

Quimotripsinógeno

Procarboxipeptidasas A y B

Enteroquinasa

Proelastasa

Quimotripsina

Carboxipeptidasas A y B

Elastasa

TRIPSINA

INACTIVOS ACTIVOS

QUE TIPO DE ENLACES PEPTIDICOS HIDROLIZAN ??

• Tripsina (endopeptidasa) : grupos carbonilo de lisina y arginina

• Quimotripsina (endopeptidasa) grupos carboxilo de fenilalanina, tirosina, triptofano

• Las carboxipeptidasas (exopeptidasas) eliminan restos carboxilos terminales.

Digestión intraluminal de proteínasDigestión intraluminal de proteínaspor acción de proteasas pancreáticaspor acción de proteasas pancreáticas

COOCOO--

NHNH33++

Arg

Phe

Leu

TripsinaTripsina

QuimotripsinaQuimotripsina

ElastasaElastasa

NHNH33++

Arg

COOCOO--

Phe

NHNH33++

COOCOO--

Leu

NHNH33++

COOCOO--

NHNH33++

COOCOO--

NHNH33++

COOCOO--

OligopéptidosOligopéptidos

Arg COOCOO--NHNH22

AA BásicosAA Básicos

Leu COOCOO--NHNH22

Phe COOCOO--NHNH22

AA NeutrosAA Neutros

Carboxi-Carboxi-Peptidasa BPeptidasa B

Carboxi-Carboxi-Peptidasa APeptidasa A

PeptidasasPeptidasas

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

¿Cómo se digieren las proteínas de la dieta en el humano?

Extraído de Lehninger, 2008.

SecretinaCO3H-

Colecistoquinina

AminoácidosDipéptidosTripéptidos

Absorción intestinal de aminoácidos y péptidosAbsorción intestinal de aminoácidos y péptidos

- Ocurre por - Ocurre por transportadores de aminoácidos y péptidostransportadores de aminoácidos y péptidos del borde en cepillo de las células intestinales.del borde en cepillo de las células intestinales.

- Transporte - Transporte activo Naactivo Na++-dependiente-dependiente y transporte y transporte pasivo pasivo NaNa++-independiente-independiente..

- Necesidad de múltiples transportadores determinados - Necesidad de múltiples transportadores determinados por la por la diferencia de tamaño y cargadiferencia de tamaño y carga de los aminoácidos y de los aminoácidos y péptidos.péptidos.

Transporte intestinal de aminoácidosTransporte intestinal de aminoácidos

Ocurre por varios mecanismos:Ocurre por varios mecanismos: % Relativo para% Relativo para AlaninaAlanina

T. activo dependiente de NaT. activo dependiente de Na++ 75% 75%T. facilitado independiente de NaT. facilitado independiente de Na++ 20% 20%Difusión pasivaDifusión pasiva < 5% < 5%

AminoácidosAminoácidosLUMENLUMENINTESTINALINTESTINAL

ENTEROCITOENTEROCITO

SANGRE SANGRE PORTALPORTAL

AminoácidosAminoácidos

AminoácidosAminoácidos

NaNa++

NaNa++

AminoácidosAminoácidos

NaNa++ KK++

KK++ATP → ADP+Pi

AminoácidosAminoácidos AminoácidosAminoácidos

PéptidosPéptidosLUMENLUMENINTESTINALINTESTINAL

ENTEROCITOENTEROCITO

SANGRE SANGRE PORTALPORTAL

PeptidasasPeptidasascitosólicascitosólicas

AminoácidosAminoácidos

Transporte intestinal de péptidos pequenosTransporte intestinal de péptidos pequenos

AminoácidosAminoácidosPéptidosPéptidos

Transporte activo de di- y tripéptidos acoplado a Transporte activo de di- y tripéptidos acoplado a hidrogenioneshidrogeniones

2H2H++

PéptidosPéptidos HH++

NaNa++

NaNa++

NaNa++KK++

ATP → ADP+Pi

Distribución de los aminoácidos en el período Distribución de los aminoácidos en el período post-prandialpost-prandial

• La mayor parte de los aminoácidos: Hígado.• Glutamina y Asparragina: Intestino y riñón. • Aminoácidos de cadena ramificada: Músculo y cerebro.

¿¿CCóómo son incorporados los aminoácidos en las mo son incorporados los aminoácidos en las células de los distintos tejidos?células de los distintos tejidos?

Difusión facilitada

-Los transportadores se encuentran en todas las células.- Son específicos para grupos de aminoácidos (neutros, catiónicos y de glutamato).

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

AMINOACIDOS (fondo metabólico

común)

UTILIZACION

Síntesis de proteínas

Síntesis de compuestos nitrogenados no proteicos

Degradación y producción de

Energía

ORIGENORIGEN

Absorción en intestino

Degradación de proteínas

endógenas (Proteasas)

Síntesis de aminoácidos (principalmente

en hígado)

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

Catabolismo de aminoácidosCatabolismo de aminoácidos

Proteínas intracelulares

Proteínas dietarias Aminoácidos

Esqueleto carbonadoNH4+

Biosíntesis de aminoácidos, nucleótidos y aminas biológicas

Carbamil fosfato α-cetoacidos

CICLO DE LA UREA

CICLO DE KREBS

Interconexión Aspartato-arginino

succinato

CO2 + H2O + ATP

OxalacetatoUREA

(producto de excreción del nitrógeno)

Glucosa(gluconeogénesis)C

atab

oli

smo

del

nit

róg

eno

d

e am

ino

ácid

os

Vías de eliminación del grupo Vías de eliminación del grupo αα-amino-amino

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

- Reacciones de Transaminación

- Reacciones de Desaminación

Oxidativa

No Oxidativa

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

TransaminaciónTransaminación

α-aminoácido (R’)α-cetoácido (R)α-aminoácido (R) α-cetoácido (R’)

PLP

Aminotransferasa o Transaminasa

PLP: piridoxal fosfato piridoxamina fosfato

• Las reacciones de transaminación son fácilmente reversiblesreversibles y son muy importantes en el metabolismo proteico.

• Todos los aminoácidos (excepto lisina y treonina) participan en reacciones de transaminación con los α-cetoácidosα-cetoácidos:

• α-cetoglutarato

• oxaloacetato

• piruvato

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

Principales reacciones de transaminación

PLP

Alanina aminotransferasa

(ALT)

Glutámico pirúvico transaminasa (GPT)

COO-

CH3N+ H

CH3

Alanina

+

COO-

C

CH2

CH2

COO-

O

α-cetoglutarato

COO-

C

CH3

O

Piruvato

COO-

CH3N+ H

CH2

CH2

COO-

+

Glutamato

GPTGPT- Localización citoplasmática.- Particularmente abundante en hígado, corazón y músculo.

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

PLP

Aspartato aminotransferasa

(AST)

Glutámico oxalacético transaminasa (GOT)

Principales reacciones de transaminación

COO-

C

CH2

CH2

COO-

O

+

α-cetoglutarato

COO-

CH3N+ H

CH2

COO-

Aspartato

+

COO-

CH3N+ H

CH2

CH2

COO-

Glutamato

COO-

C

CH2

COO-

O

Oxalacetato

GOTGOT- Localización >> mitocondrial y < citoplasmática.- Particularmente abundante en hígado y corazón.

Vías de eliminación del grupo Vías de eliminación del grupo αα-amino-amino

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

- Reacciones de Transaminación

- Reacciones de Desaminación

Oxidativa

No Oxidativa

Glutamato α-cetoglutarato

Glutamato deshidrogenasa

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

Desaminación oxidativa del glutamatoDesaminación oxidativa del glutamato

(+) ADP y GDP

(-) ATP y GTP

GDH

TRANSDESAMINACION

TRANSAMINACION DESAMINACION OXIDATIVA

Aminoácido cetoglutarato

Glutamatocetoácido

NADH + H+

NAD+

NH4++

Transaminasa

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

Desaminación oxidativa por Desaminación oxidativa por aminoácido oxidasasaminoácido oxidasas peroxisomales peroxisomales

D-aminoácido + H2O + E-FAD

E-FADH2 + O2

D-aminoácido oxidasa

D-aminoácido oxidasaE-FAD + H2O2

-cetoácido + NH4+

+ E-FADH2

L-aminoácido oxidasa

L-aminoácido oxidasaE-FMNH2 + O2 E-FMN + H2O2

L-aminoácido + H2O + E-FMN -cetoácido + NH4+

+ E-FMNH2

2 H2O2 2 H2O + O2

Catalasa

Vías de eliminación del grupo Vías de eliminación del grupo αα-amino-amino

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

- Reacciones de Transaminación

- Reacciones de Desaminación

Oxidativa

No Oxidativa

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

Desaminación no oxidativaDesaminación no oxidativa

COO-

CH3N+ H

CH2OH

Serina

COO-

C

CH3

O

Piruvato

+ NH4+

PLP

Serina deshidratasa

H2O H2O

COO-

CH3N+ H

C OHH

CH3

Treonina

PLP

Treonina deshidratasa

H2O H2O

COO-

C

CH2

CH3

O

α-cetobutirato

+ NH4+

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

Bibliografía

1- BLANCO A., “Química Biológica”, Ed. El Ateneo, 8a edic., Bs. As. (2007).2- LEHNINGER, A.L., "Principios de Bioquímica", Ed. Omega, 4ª ed. (2008).

Bibliografía Complementaria

1- CAMPBELL Y FARREL, “Bioquimica”, Thomson Eds., 4ta. Ed., (2005).2- SALISBURY Y ROSS, “Fisiología vegetal”, Grupo Ed. Iberoamericana, (1994).3- HILL, WYSE Y ANDERSON, “Fisiología animal”, Ed. Med. Panamericana,(2006), Madrid, España.4- LIM M.Y., “ Lo esencial en Metabolismo y Nutrición”, Ed. Elsevier, 3ra. ed., Barcelona (2010).