Los aminocidos obtenidos por la dieta (de manera exgena) se mezclan con aquellos liberados en la degradacin de protenas endgenas y con los que son sintetizados de novo. Estos aminocidos se encuentran circulando en sangre y distribuidos en todo el organismo sin que exista separacin alguna entre aminocidos de diferente origen. Existe, de esta manera, un conjunto de estos compuestos libres en toda la circulacin que constituyen un fondo comn o pool de aminocidos, al cual las clulas recurre cuando debe sintetizar nuevas protenas o compuestos relacionados.El destino ms importante de los aminocidos es su incorporacin a cadenas polipeptdicas durante la biosntesis de protenas especficas del organismo. En segundo lugar, muchos aminocidos son utilizados para la sntesis de compuestos nitrogenados no proteicos de importancia funcional. Finalmente los aminocidos en exceso, como no pueden almacenarse, son eliminados por orina o bien se utilizan principalmente con fines energticos. En ste caso sufren primero la prdida de la funcin amina, lo cual deja libre el esqueleto carbonado. El grupo nitrogenado que se desprende como amonaco, es eliminado en el ser humano principalmente como urea. Las cadenas carbonadas siguen diferentes rutas, que las llevan a alimentar el ciclo del cido ctrico o de Krebs para oxidarse completamente en l hasta CO2 y H2O y producir energa. Alternativamente, dichas cadenas pueden ser derivadas a las vas de gluconeognesis (aminocidos glucognicos) o de sntesis de cidos grasos o cuerpos cetnicos (aminocidos cetognicos).

Figura 1Metabolismo general de los aminocidosLos aminocidos participan en muchas vas para la produccin de molculas vitales para el organismo y en el ambiente, as como tambin son obtenidos en el organismo a partir de diferentes mecanismos.

1.- Funcin como fuente de nitrgeno para la sntesis de compuestos nitrogenados:El nitrgeno, N2, es abundante en la atmsfera, pero es demasiado inerte para su utilizacin en la mayora de procesos bioqumicos. Debido a que slo unos pocos microorganismos pueden convertir N2 en formas biolgicamente tiles, tales como el NH3, los grupos amino se utilizan de forma muy conservadora en los sistemas biolgicos. Los aminocidos obtenidos a partir de las protenas de mediante va exgena, son la fuente de la mayor parte de grupos amino presente en el organismo. La mayora de aminocidos se metabolizan en el hgado. Parte del amoniaco generado en este proceso se recicla y se utiliza en diversas rutas biosintticas; el exceso se excreta directamente o se convierte en urea o cido rico para su excrecin, segn el organismo.Los grupos amino de los aminocidos sern aquellos que sirvan como fuente de nitrgeno para sintetizar compuestos nitrogenados, como se observa en la figura siguiente:

Aminocidos de la protena ingerida.

Alanina del msculo.

Figura 2Obtencin de nitrgeno para la sntesis de compuestos nitrogenadosEl grupo amino, perteneciente a los aminocidos obtenidos a partir de la ingesta de protenas cede el nitrgeno para la sntesis de compuestos nitrogenados

Glutamina del msculo y otros tejidos.

NH4+, urea o cido rico.

La degradacin de aminocidos inicia generalmente con la separacin de su grupo -amino (desaminacin), el resto nitrogenado seguir un camino distinto del que tomar la cadena carbonada y antes de que se lleve a cabo la degradacin, los aminocidos se interconvierten entre ellos, transfiriendo el grupo amino de una esqueleto carbonado a otro (transaminacin).

Figura 3Metabolismo de los aminocidos en el organismo. Opciones metablicas de los aminocidos y de los esqueletos carbonados y grupo amino constituyente.

2.- Transaminacin:

a) Definicin:Una de las reacciones en la que participan los aminocidos es la de transaminacin, que es la transferencia reversible de un grupo amino desde un aminocido a un cetocido, con la intervencin del piridoxal fosfato como coenzima, la cual, puede considerarse como ruta anaplertica debido a que son reacciones reversibles que pueden producir intermediarios del ciclo del cido ctrico. En la transaminacin, un aminocido transfiere su grupo amino a un cetocido y se convierte a su vez en otro cetocido.Esta desempea un papel algo ms amplio en el metabolismo de los aminocidos, por cuanto proporciona una ruta para la redistribucin del nitrgeno de los aminocidos. Dado el papel clave del glutamato en la transaminacin. En otras palabras, el glutamato es un producto abundante de la asimilacin del amoniaco, y la transaminacin utiliza el nitrgeno del glutamato para la sntesis de otros aminocidos.Las reacciones de transaminacin estn catalizadas por enzimas denominadas transaminasas, o, de una manera ms correcta, aminotransferasas.

Figura 4TransaminacinComporta la transferencia del grupo amino, generalmente del glutamato, a un -cetocido, con la formacin del correspondiente aminocido, el derivado de -ceto del glutamato, que es el -cetoglutarato.La constante de equilibrio de esta reaccin es cercana a 1, considerndose libremente reversible mientras excitan los sustratos y productos correspondientes en ambos lados de la ecuacin.

Existen aminotransferasas especficas en las clulas animales para la sntesis de todos los aminocidos que se encuentran en las protenas, excepto la treonina y la lisina. De este modo, hay cierta incapacidad de las clulas animales para sintetizar la mayora de los aminocidos esenciales debido a una incapacidad para sintetizar los esqueletos carbonados en forma de -cetocidos.

1.- Funcin y aplicacin de las siguientes enzimas en el diagnstico de algunas enfermedades:b) Alanina transaminasa (TGP)c) Glutamato transaminasa (TGO)

Ahora bien, las aminotransferasas utilizan una coenzima, el piridoxal fosfato, que procede de la vitamina B6. La parte funcional del cofactor es un grupo funcional aldehdo, -CHO, unido a un anillo de piridina. La catlisis se inicia con la condensacin de este aldehdo con el grupo amino de un aminocido, para dar un intermediario base Schiff, o aldimina. Intervienen adems interacciones inicas e hidrfobas para estabilizar el complejo. El piridoxal fosfato acta como aceptor transitorio y transportador del grupo amina en el proceso de transferencia de la transaminacin.

Figura 5En la figura (a g)Se muestra el piridoxal fosfato y su forma amida, las cuales son las coenzimas que se unirn a las aminotransferasas (b) El piridoxal fosfato se une a la enzima de manera no covalente y esta unin genera una base de Schiff con un residuo de Lisina en el centro activo. (c) El piridoxal fosfato (en rojo) esta unido a uno de los dos sitios activos del enzima dimrico aspartato aminotransferasa. (d) Vista amplia del sitio activo con el piridoxal fosfato. (e) Otra vista del sitio activo.

Por otro lado, las aminotransferasas tienen la funcin de guiar la reaccin en un determinado sentido y asegurar selectivamente la naturaleza del cambio a producir. As tenemos que la reaccin de cada par aminocido/- cetocido es catalizada por una enzima especifica, cuyo nombre deriva de los compuestos participantes en la transferencia: ejemplos de ello son la glutmico oxalactico transaminasa (GOT), tambin llamada aspartato amintransferasa (AST), forma oxalacetato y glutamato a partir de aspartato y -cetoglutarato. La glutmico piruvato transaminasa (GPT) o alanina aminotransferasa (ALT), produce piruvato, utilizando el par obligado y alanina.Estas dos enzimas, son particularmente abundantes en hgado, msculo y corazn, razn por la cual en ciertos procesos patolgicos que afectan a estos rganos, produciendo una injuria tisular y liberacin de estas enzimas desde sus compartimentos celulares, se produce un aumento de sus concentraciones en plasma, lo cual se utiliza para diagnostico y pronostico.

Ambas transaminasas son importantes para el diagnostico de lesiones cardiacas y hepticas causadas por ataque de corazn, toxicidad de frmacos o infeccin. Tras un ataque de corazn, diversas enzimas, incluidas estas aminotransferasas, escapan de las clulas cardiacas lesionadas al torrente circulatorio. La medida de la concentracin en el suero sanguneo de estas dos aminotransferasas mediante las pruebas de la SGPT Y SGOT (S de suero) y de otro enzima, la creatina quinasa, mediante la prueba de la SCK, puede proporcionar informacin sobre la gravedad de la lesin. La creatina quinasa es el prime enzima cardiaco que aparece en la sangre despus de un ataque de corazn; tambin desaparece muy rpidamente de la sangre. La GOT es la siguiente en aparecer y la GPT lo hace ms tarde. La lactato deshidrogenasa tambin escapa desde el msculo cardiaco lesionado o anaerbico.Las pruebas de la SGOT y la SGPT tambin son importantes en medicina industrial, para determinar si las personas expuestas a tetracloruro de carbono, cloroformo u otros disolventes industriales han sufrido lesin heptica. La degeneracin del hgado producida por estos disolventes va acompaada del paso a la sangre de diversos enzimas de los hepatocitos daados. Las aminotransferasas son de gran utilidad en el contro de las personas expuestas a tales compuestos qumicos, dibido a que son muy activas en el hgado y su actividad se puede detectar a muy bajas concentraciones.

3.- Desaminacin oxidativaComo se sabe, los grupos amino de muchos -aminocidos se recogen en el hgado en forma del grupo amino de molculas de L-glutamato. Teniendo en cuenta los componentes del par obligado, todos los grupos -amino de los aminocidos son finalmente transferidos al -cetoglutarato mediante transaminacin, formando L-glutamato. A partir de este aminocido el grupo nitrogenado puede ser separado por un proceso denominado desaminacin oxidativa, una reaccin catalizada por la L-glutamato deshidrogensa, una enzima omnipresente de los tejidos de mamferos que puede utilizar como coenzima tanto NAD+ como NADP+ como oxidante. En la reaccin directa, generalmente se utiliza NAD+ y se forma -cetoglutarato y amonaco: NH3; este ltimo, al pH fisiolgico del medio se carga con un protn, presentndose casi en su totalidad como in amonio (NH4+). La reaccin es reversible, por lo que el amonio pude unirse a una -cetoglutarato para formar glutamato, usando como coenzima NADPH+ . Es probable que in vivo la reaccin tenga mayormente una direccin hacia la formacin de amonaco. La concentracin de amoniaco que sera necesario para que la reaccin se desplace hacia la produccin de glutamato es txica y, en condiciones normales, sera raramente alcanzada, exceptuando la regin periportal del hgado, donde llega el amonaco absorbido en el intestino y transportado al hgado.

Figura 6Reaccin de desaminacin oxidativa.Catalizada por Glutamato deshidrogensa. NAD+ y NADP+ participan como cofactores y tanto los nucletidos trifosfatos (ATP y GTP) como los difosfatos (ADP y GDP) ejercen control como moduladores alostricos positivos segn el sentido de la reaccin.

El glutamato forma parte del par obligado de la transaminacin de los aminocidos y por tanto es la puerta de acceso (access door) del amoniaco libre a los grupos amino de la mayora de los aminocidos; y a la inversa, es la puerta de salida (exit door) del nitrgeno de estos compuestos. El papel predominante de la L-glutamato deshidrogenasas en la eliminacin del amoniaco queda marcado por su localizacin preponderante en las mitocondrias del hgado en donde, como veremos ms adelante, tienen lugar las reacciones inciales del ciclo de formacin de urea. La enzima se implica tambin en la produccin de amonaco a partir de aquellos aminocidos que son requerido para la produccin de glucosa o para dar energa cuando se agotan las reservas de otras molculas: azucares y lpidos. Basndose en esto, la L-glutamato deshidrogenasas se regula alostricamente por los nucletidos purnicos. Cuando es necesaria la oxidacin de aminocidos para la produccin de energa, la actividad en la direccin de la degradacin del glutamato es incrementada por el ADP y GDP, que son indicadores de un estado de bajo nivel de energa en la clula. El GTP y ATP, indicativos de un nivel de energa alto, son activadores alostricos en la direccin de la sntesis de glutamato (Cuadro 1). Cuadro 1. REGULACIN ALOSTRICA DE LA L-GLUTAMATO DESHIDROGENSAS.Estado Energtico [ATP/GTP][ADP/GDP] Producto Favorable Alta Baja Glutamato Desfavorable Baja Alta -cetoglutarato + NH4+

4.- Destino del NH4+

Figura 7Esquema general de la degradacin de aminocidos.

La mayora de los aminocidos se metabolizan en el hgado, donde hay un exceso de NH4+, este puede ser excretado libremente o ser transformado hasta urea o cido rico, para su excrecin, en dependencia de la especie animal. En mamferos el amonio libre es txico, por lo que el procedente de la degradacin de aminocidos en tejidos perifricos debe de transportarse en formas no txicas hasta el hgado, y all transformarse en urea para ser excretado.

FiguraTransporte del amoniaco al hgado para la sntesis de ureaEn el transporte de este amoniaco desde otros tejidos al hgado para su convesion fina en urea intervienen dos mecanismos. La mayora de los tejidos utilizan la glutamina sintetasa para convertir el amoniaco en el producto atoxico.

5.- Ciclo de la Urea:Las reacciones del ciclo estn bicompartimentalizadas, algunas reacciones se llevan a cabo en la matriz mitocondrial, en tanto que otras ocurren en el citosol. En forma esquemtica podemos enumerar las etapas de la biosntesis de urea de la siguiente manera:

1. Inicio de la biosntesis: Carbomoil fosfato sintetasa I. La biosntesis de urea comienza con la condenacin de bixido de carbono, amonaco y 2 ATP, para formar carbamoil fosfato, reaccin catalizada por la carbamoil fosfato sintetasa I (CPSI). En los tejidos humanos existen dos formas de CPS. La carbamoil fosfato sintetasa I, del la sntesis de la urea, es una enzima mitocondrial heptica. La carbamoil fosfato sintetasa II (CPSII), una enzima citislica que emplea glutamina en vez de amonaco como donador de nitrgeno, participa en la biosntesis de pirimidinas. La CPSI es la enzima limitante de la velocidad, o marcapaso, del ciclo de la urea. Esta enzima reguladora es activa slo en presencia del activador alostrico N-acetilglutamato, cuya unin induce un cambio conformacional que aumenta la afinidad de la sintetasa por el ATP. 2. Formacin de citrulina. La L-ornitina transcarbamoilasa cataliza la transferencia de la porcin carbamoil del carbamoil fosfato a un aminocido ornitna, formando citrulina y ortofosfato. Esta reaccin se lleva a cabo en la matriz mitocondrial; la formacin del sustrato ornitina y la metabolizacin subsecuente del producto, citrulina, se lleva a cabo en el citosol. Por tanto la entrada como la salida de ornitina y citrulina de la mitocondria implica la participacin de un sistema de transporte situado en la membrana interna de esta organela, formado por un contratransportador citrulina/ornitina. 3. Formacin de argininosuccinato. La reaccin de la argininosuccinato sintetasa une aspartato y citrulina a travs del grupo amino del aspartato, y suministra el segundo nitrgeno de la urea. La reaccin requiere ATP para formar un intermediario citrulina-AMP y luego, desplazando el AMP por aspartato forma citrulina. 4. Formacin de arginina y fumarato. La escisin del argininosuccinato, catalizado por la argininosuccinasa o arginino succinato liasa, retiene nitrgeno en el producto arginina y libera el esqueleto del aspartato como fumarato. La adicin de agua al fumarato genera malato, y la oxidacin de ste, dependiente de NAD+, forma oxalacetato. Estas dos reacciones, correspondientes a ciclo TCA, se catalizan por la fumarasa y la malato deshidrogenasa citoslicas. La transaminacin del oxalacetato con el glutamato forma de nuevo aspartato. El esqueleto carbonado del aspartato/fumarato, acta como un transportador para el paso del nitrgeno del glutamato a un precursor de la urea. 5. Formacin de ornitina y urea. La reaccin final del ciclo de la urea, la ruptura hidroltica de la arginina caltalizada por la arginasa heptica, libera urea. El otro producto, ornitina, reingresa a la mitocondria heptica para ser utilizada nuevamente en el ciclo de la urea. Cantidades menores de arginasa tambin se encuentran en los tejidos renal, cerebral, mamario, testicular y en la piel. La ornitina y la lisina son inhibidores potentes de la arginasa, y por tanto, compiten con la arginina.

Figura 8Esquema general del ciclo de la urea.

a) Relacin del ciclo de la urea con el ciclo de KrebsEl fumarato producido en la reaccin arginino-succinasa es un intermediario del ciclo del cido ctrico, los ciclos estn interconectados en un proceso conocido como doble ciclo de Krebs. Pero cada ciclo puede funcionar independientemente y la comunicacin entre ellos depende del transporte de intermediarios clave entre la mitocondria y el citosol. Varios enzimas del ciclo del acido ctrico incluidas la fumarasa y la malato deshidrogenasa, tambin se hallan como isozimas en el citosol. El fumarato generado en la sntesis citosolica de arginina puede convertirse en malato en el citosol y estos intermediarios pueden seguir siendo metabolizados en el citosol o ser transportados a las mitocondrias para su utilizacin en el ciclo del acido ctrico. El aspartato formado en las mitocondrias por transaminacin entre oxalacetato y glutamato puede ser transportado al citosol, en donde acta como dador de nitrgeno en la reaccin del ciclo de la urea catalizada por la argininosuccinato sintetasa. Estas reacciones, que constituyen la desviacin del aspartatoargininosuccinato, proporcionan vnculos metablicos entre las rutas separadas por las que se transforman los grupos amino y los esqueletos carbonados de los aminocidos.

Figura 9Conexiones entre el ciclo de la urea y el ciclo del cido ctrico. Los ciclos interconectados se han denominado doble ciclo (biciclo de Krebs. El ciclo que conecta los ciclos del cido ctrico y de la urea se denomina desviacin del aspartato-argininosuccinato.

6.- Destino de la cadena carbonada de los aminocidos:La cadena carbonada de los aminocidos, una vez que han perdido el grupo amino, puede seguir diferentes destinos metablicos. Cuando su esqueleto carbonado se transforme en metabolitos que puedan convertirse en glucosa, los aminocidos son denominados glucognicos y cuando su cadena carbonada se transforma en Acetil-CoA y cuerpos cetnicos, los aminocidos son llamados cetognicos. Las cadenas carbonadas de algunos aminocidos pueden derivar hacia ambos destinos.Las cadenas carbonadas de los veinte aminocidos se degradan hacia tan slo siete molculas: piruvato, acetil-CoA, acetoacetil-CoA, -cetoglutarato, succinil-CoA, fumarato y oxalacetato. Los aminocidos glucognicos: se degradan a piruvato, -cetoglutarato, succinil-CoA, fumarato u oxalacetato; luego por ello pueden ser precursores de la glucosa. Los aminocidos cetognicos: se degradan a acetil-CoA o acetoacetato, y de esta manera podrn convertirse en cidos grasos o compuestos cetnicos. En el esquema siguiente se recogen los destinos de los esqueletos carbonados de todos los aminocidos.

Figura 10Los aminocidos glucognicos se indican de color naranja los aminocidos cetognicos de color azul, y los pocos aminocidos que pueden ser tanto glucognicos como cetognicos de color morado. El asterisco corresponde a los aminocidos que tienen ms de una va de entrada en las rutas centrales

Los estudios sobre nutricin reforzados por las investigaciones mediante aminocidos marcados con istopos establecieron la interconversin de los tomos de grasa, carbohidratos y protenas, y pusieron de manifiesto que la totalidad, o una porcin del esqueleto carbonado de los aminocidos, se puede convertir en carbohidratos (13 aminocidos glucognicos), grasa (un aminocido cetognico) o ambos (cinco aminocidos).

Cuadro 2En este cuadro se presentan los aminocidos que estn clasificados segn el destino de su esqueleto carbonado

1.- Formacin de purinas libres a partir de cidos nuclicos.

Figura 11Reutilizacin de las bases pricas y pirimidinas

La biosntesis de novo y las rutas de recuperacin son dos reacciones mediante las cuales se obtiene la formacin de nucletidos.La biosntesis de novo comienza a partir de sus precursores metablicos: ribosa 5-fosfato, aminocidos, NH3 y CO2. La estructura del anillo de purina es construido a partir de la adicin de uno a uno pocos tomos a la vez a la ribosa a lo largo del proceso. Ahora bien, los dos nucletidos de purina originales de los cidos nucleicos son el adenosina 5-monofosfato (AMP., adenilato) y la guanosina 5-monofosfato (GMP, guanilato). En el primer paso comprometido de la va, un grupo amino, proporcionado por la glutamina, se une al C-1 del PRPP. EL anillo de purina se construye sobre esta estructura.El siguiente paso consistir en incorporar tres tomos de glicerina, la cual es una reaccin de condensacin y se gasta un ATP para activar el grupo carboxilo de la glicina. El grupo amino de la glicina incorporada se formila a continuacin por la accin de N^(10.)-formiltetrahidrofolato, esto constituir el tercer paso. Despus se incorporar un nitrgeno suministrado por la glutamina, antes de la deshidratacin y el cierre del anillo de imidazol de cinco tomos del ncleo de la purina, en forma de 5-aminoimidazol ribonucletido.Hasta ahora, seis de los tres tomos necesarios para la formacin del segundo anillo de la purina se encuentran en la posicin que les corresponde. En el paso seis, se aadir primero un grupo carboxilo para completar la reaccin y se realizar a partir del carbonato que suele estar en disolucin Posteriormente, una reorganizacin transfiere el carboxilato del grupo amino exocclico a la posicin cuatro del anillo de imidazol. Como siguiente paso, el aspartato cede su grupo amino en los siguientes pasos: 1) La formacin de un enlace amida2) Eliminacin del esqueleto carbonado del aspartato.En el paso diez, el ltimo tomo de carbono es suministrado por el N^10-formiltetrahidrofolato y despus se da la segunda ciclacin que proporciona el segundo de los dos anillos adyacentes del ncleo de la purina (paso once). El primer intermediario con un anillo purnico completo es el isocinato (IMP).

Figura 11Sintesis de novo de los nucleoidos de purina: construccin del anillo purinico del isosinato (IMP)A partir del paso 2, R simboliza el grupo 5-fosfato-D-ribosilo sobre el cual se construye el anillo purinico. La formacin de 5-foforribosilamina (paso1) es el primer paso determinante de la sntesis de las purinas. Observe que el producto del paso 9, AICAR, es el remanente del ATP liberado durante la biosntesis de histidina. El paso 6 es la ruta alternativa de AIR a CAIR que se da en los eucariotas superiores.

2.- Sntesis de cido rico.El catabolismo de los nucletidos de purina da lugar a cido rico a travs de las siguientes rutas:

Figura 12Catabolismo de los nucletidos de purina hasta cido rico.

En las rutas de degradacin, la adenosina se desamina por la adenosina desaminasa (ADA) para dar inosina. Tanto la inosina como la guanosina pueden formarse por hidrlisis de los respectivos nuclesidos monofosfato, sobre los que acta la nucle{osido de purina fosforilasa (PNP) para dar hipoxantina y guaninasa, una enzima abundante en el cerebro y en el hgado de los mamferos. La hipoxantina se oxida a xantina, y la xantina a cido rico, por la accin de la de la xantina oxidasa. Esta enzima, que oxida otros varios compuestos nitrogenados heterocclicos, contiene unido FAD, molibdeno y hierro no hemo. Los electrones obtenidos de la oxidacin de los sustratos se transfieren a cada uno de estos transportadores, que finalmente reducen el oxigeno a H2O2 sobre el que acta la catalasa.El catabolismo de las purinas en los primates termina en el cido rico, que se extra. Sin embargo, la mayora de los animales oxidan en mayor medida el anillo de purina, a alantoina y luego a cido alantoico, que se excreta (como hacen algunos peces) o se cataboliza a urea (en la mayora de los peces, algunos moluscos y los anfibios) o amoniaco (en algunos invertebrados marinos).

BIBLIOGRAFA G. Ahern, Kevin, E. Van Holde, Kensal y K, Mathews, Christopher. (2002). Bioqumica. Tercera edicin. Madrid: PEARSON, EDUCATION. S.A. Nelson, David y Cox, Michael. (2009). Lehninger Principios de Bioqumica. Quinta edicin. Espaa: Ediciones Omega.