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.



Quimotripsina

Diversidad de Proteínas

Extraído de Lehninger, 2008.

Proteínas de membrana Luciferasa

HemoglobinaQueratina

AMINOACIDOAMINOACIDO


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


- 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.


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


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++


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


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


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


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.




Secretina

CO3H-Colecistoquinina

SECRECION PANCREATICA

Secretina

Colecistoquinina

Contenido estomacal acido

HCO3-

Proenzimas

o zimógenos

pH




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




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


NaNa++

NaNa++


NaNa++ KK++

KK++ATP → ADP+Pi

AminoácidosAminoácidos AminoácidosAminoácidos

PéptidosPéptidosLUMENLUMENINTESTINALINTESTINAL

ENTEROCITOENTEROCITO

SANGRE SANGRE PORTALPORTAL

PeptidasasPeptidasascitosólicascitosólicas


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).


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)


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


- Reacciones de Transaminación

- Reacciones de Desaminación

Oxidativa

No Oxidativa


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


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.


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.





Oxidativa

No Oxidativa

Glutamato α-cetoglutarato

Glutamato deshidrogenasa


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


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





Oxidativa

No Oxidativa


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+


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).

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

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