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

BOLILLA 8: Metabolismo de Aminoácidos. Digestión y absorción de Proteínas. Catabolismo de aminoácidos. 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.

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

Metabolismo de aminoácidosMetabolismo 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

Glutamato α-cetoglutarato

Glutamato deshidrogenasa

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

Desaminación oxidativa del glutamatoDesaminación oxidativa del glutamato

(+) ADP y GDP

(-) ATP y GTP

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

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

Desaminación Desaminación nono oxidativa 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

Toxicidad del amonToxicidad del amonííacoaco

Glutamato α-cetoglutarato

Glutamato deshidrogenasa

α-cetoglutarato Ciclo de Krebs ATP

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

¿¿CCóómo el hace el organismo para evitar la mo el hace el organismo para evitar la hiperamonemia y transportar el amonhiperamonemia y transportar el amonííaco hasta los aco hasta los

sitios de eliminacisitios de eliminacióón?n?

Mayoría de los tejidos Hígado Músculo

Glutamina sintetasa

Glutamina

GlutamatoGlutamato

Glutamina

UREA

Glutaminasa Glutamato deshidrogenasa

(GDH)

GDH

GPT GPT

Aminoácidos

Piruvato Piruvato

Glucosa Glucosa

CICLO GLUCOSA-ALANINA

Alanina Alanina

Gluconeogenesis

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

GlutaminasaGlutaminasa

Extraído de Lehninger, 2008.

L-Glutamina

L-Glutamato

Glutaminasa(mitocondrias de hígado y riñón)

Molécula pequeña Sin cargaAtóxicaDifusibleSolubleElimina NH3 y CO2

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

Formas de excreción del nitrógeno en Formas de excreción del nitrógeno en las diferentes especies animaleslas diferentes especies animales

Ion Amonio

UreaAcido Urico

Animales amonotélicos: mayoría de vertebrados

acuáticos.Animales ureotélicos: muchos vertebrados

terrestres y tiburones.Animales uricotélicos:

pájaros y reptiles.

Mg2+

Mg2+

Mit

oco

nd

ria

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

Ciclo de la UreaCiclo de la Urea(+) N-acetilglutamato

Citosol

REGULACION DEL CICLO DE LA UREA

Regulación a corto plazo

Regulación a largo plazo

Carbamil fosfato sintetasa I

(+) N-Acetil glutamato

Biosíntesis de las enzimas del ciclo

(+) Aumento proteínas de la dieta

(+) Aumento degradación proteínas endógenas (Inanición )

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

GASTO ENERGETICO DEL CICLO DE LA UREA

• Formación de Carbamilfosfato: 2 ATP

• Ingreso de Aspartato: 1 ATP AMP + PPi 2 Pi

EN TOTAL: 4 uniones ricas en energía ó 3 ATP

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

Interconexión del Ciclo de la Urea Interconexión del Ciclo de la Urea con el Ciclo de Krebscon el Ciclo de Krebs

MDHMDH

MDHMDH

FumarasaFumarasa

GOTGOT

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

DESTINO DEL ESQUELETO CARBONADO DE LOS AAs.DESTINO DEL ESQUELETO CARBONADO DE LOS AAs.

Según el destino que siga el esqueleto carbonado, luego de la separación del grupo amino, los aminoácidos se clasifican en:

• CetogénicosCetogénicos: son precursores de cuerpos cetónicos a través de la formación de acetoacetato y acetil-CoA.

• GlucogénicosGlucogénicos: son precursores de intermediarios de la gluconeogénesis aportando piruvato, oxalacetato, fumarato, succinilCoA o cetoglutarato.

• Glucogénicos y cetogénicosGlucogénicos y cetogénicos: parte de su molécula es cetogénica y parte es glucogénica.

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

Cuerpos Cuerpos cetónicoscetónicos

GlucosaGlucosa

Ciclo de Ciclo de KrebsKrebs

Treonina

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

Cuerpos Cuerpos cetónicoscetónicos

GlucosaGlucosa

Ciclo de Ciclo de KrebsKrebs

Treonina

TreoninaTreoninaAldolasaAldolasa

Ser-HO-metilSer-HO-metiltransferasatransferasa

Serina Serina deshidratasadeshidratasa

PDHPDH

GPTGPT

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

AcetatoALDHALDH

FAD+FADH2

Acetil-CoA

AcetatoAcetatotioquinasatioquinasa

CoA-SH + ATP

ADP

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

Cuerpos Cuerpos cetónicoscetónicos

GlucosaGlucosa

Ciclo de Ciclo de KrebsKrebs

Treonina

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

Cuerpos Cuerpos cetónicoscetónicos

GlucosaGlucosa

Ciclo de Ciclo de KrebsKrebs

Treonina

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

AsparaginasaAsparaginasa

Aspartato Aspartato aminotransferasa aminotransferasa

o GOTo GOT

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

Cuerpos Cuerpos cetónicoscetónicos

GlucosaGlucosa

Ciclo de Ciclo de KrebsKrebs

Treonina

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

Cuerpos Cuerpos cetónicoscetónicos

GlucosaGlucosa

Ciclo de Ciclo de KrebsKrebs

Treonina

4 etapas

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

FenilalaninaFenilalaninahidroxilasahidroxilasa

H4BO2

TransaminaciónDescarboxilaciónOxidaciónHidrólisis

TioquinasaTioquinasa

AMINOACIDOS COMO PRECURSORES EN LA AMINOACIDOS COMO PRECURSORES EN LA BIOSINTESIS DE AMINAS BIOLOGICASBIOSINTESIS DE AMINAS BIOLOGICAS

• Muchas de las aminas biológicas formadas por descarboxilación de algunos aminoácidos son sustancias de importancia funcional

• Para este proceso de síntesis el organismo utiliza piridoxalfosfato (PLP) como coenzima

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

AMINAS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA

• Histamina, Tiramina, Triptamina.• Acido -aminobutirico (GABA)• Catecolaminas (Dopamina, Noradrenalina

y Adrenalina)• Hormonas Tiroideas• Melatonina• Serotonina• Creatina

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

SINTESIS DE ALGUNAS AMINAS DE IMPORTANCIA SINTESIS DE ALGUNAS AMINAS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICABIOLÓGICA

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

HistidinaHistamina

COCO22

Tiramina

Triptamina

Glutamato

GABA

Triptofano

TirosinaDescarboxilasaDescarboxilasa

(PLP)(PLP)

SINTESIS DE ALGUNAS AMINAS DE IMPORTANCIA SINTESIS DE ALGUNAS AMINAS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICABIOLÓGICA

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

La histamina posee acción vasodilatadora, disminuye la presión sanguínea, colabora en la constricción de los bronquiolos, estimula la producción de HCl y estimula la pepsina en estómago, se libera bruscamente en respuesta al ingreso de sustancias alérgenas en los tejidos.

Tiramina y triptamina son sustancias vasoconstrictoras.

El Acido γ-aminobutírico (GABA) es un compuesto funcionalmente muy importante, ya que es un intermediario químico regulador de la actividad neuronal, actuando como inhibidor o depresor de la transmisión del impulso nervioso.

Las catecolaminas, Dopamina, Noradrenalina y Adrenalina, se producen en el sistema nervioso y en la medula adrenal. Son vasoconstrictores en algunos tejidos y vasodilatadores en otros, aumentan la frecuencia cardíaca, son relajantes del músculo bronquial, estimulan la glucógenolisis en músculo y la lipólisis en tejido adiposo.

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

Qué sucede con el metabolismo del N2 y aminoácidos en las plantas??

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

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

16 ATP

16ADP + 16Pi

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

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

GlutaminaGlutaminasintetasasintetasa

GlutamatoGlutamatosintasasintasa

Ferredoxina red. (cloroplastos)

NADH o NADPH (protoplastos)

AsparaginaAsparaginasintetasasintetasa

ProteínasClorofilaAcs. Nucleicos

AspartatoAspartatoaminotransferasaaminotransferasa

PEP carboxilasaPEP carboxilasa

Glutamina y Asparagina son las amidas vegetales importantes para acumular nitrógeno, principalmente en órganos de almacenamiento.

(PLP)

Síntesis de aminoácidosSíntesis de aminoácidos

(en plantas se sintetizan todos,Inclusive los esenciales)

Via de las pentosas P

Via de las pentosas P

Química Biológica METABOLISMO DE AMINOACIDOS

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).