metabolismo de aminoácidos - enzimologia.fcien.edu.uyenzimologia.fcien.edu.uy/bqii 2011/metabolismo...
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Metabolismode
aminoácidos
Beatriz Alvarez
Laboratorio de Enzimología
El nitrógeno, presente en la biosfera como nitrato (NO3-)
o dinitrógeno (N2), debe ser reducido a amonio (NH4+)
para su incorporación a proteínas.
La especie humana adquiere el nitrógeno mayoritariamente de las proteínas de la dieta.
El ciclo del nitrEl ciclo del nitróógenogeno
Esquema general del metabolismo de aminoácidos
Proteínas de la dieta
Aminoácidos en la sangre
Aminoácidos ProteínasDerivados no proteicos
Carbono Nitrógeno
CO2 + H2OEnergía
Urea y otros
OrinaTriacilglicéridos
Glucógeno Coenzimas vedette:Coenzimas vedette:PiridoxalPiridoxal fosfatofosfatoFolatoFolatoTetrahidrobiopterinaTetrahidrobiopterinaCobalaminaCobalamina
DigestiDigestióónn
SSííntesisntesis
DegradaciDegradacióónn
• Las proteínas se digieren mediante la acción de proteasas que hidrolizan los enlaces peptídicos, previa desnaturalización por el ácido del estómago o calor de la cocción.
• Los aminoácidos, dipéptidos y oligopéptidos se absorben en el intestino delgado.
Digestión y absorción de proteínas
Digestión de proteínas
La digestión de las proteínas comienza en el estómago, donde el pepsinógeno se convierte en pepsina.
La llegada del bolo alimenticio al intestino dispara la liberación de las hormonas colecistoquinina y secretina, las cuales promueven la secreción de las proenzimaspancreáticas.
La enteropeptidasa activa el tripsinógeno y la tripsina activa el resto de las proteasas.
Los pequeños péptidos y aminoácidos formados son transportados a través de los enterecitos a la circulación portal, por transporte activo o difusión facilitada.
Las proteínas ingeridas se emplean para:
Síntesis de compuestos nitrogenados- purinas, pirimidinas, grupos hemo, etc.
Fuente de energía durante el ayuno- directamente, ingresando al ciclo de Krebs.- indirectamente, convirtiéndose en glucosa.
Síntesis de triacilglicerolespese a su fama, las proteínas engordan.
Síntesis de nuevas proteínas- enzimas, proteínas musculares, proteínas
plasmáticas, etc. LAS PROTEÍNAS ESTÁN EN CONTINUO RECAMBIO.
Aminoácidos esenciales o indispensablesEsencialesArginina (en crecimiento)
HistidinaIsoleucinaLeucinaLisinaMetioninaFenilalaninaTreoninaTriptofanoValina
No EsencialesAlaninaAsparaginaAspartatoCisteínaGlutamatoGlutaminaGlicinaProlinaSerina Tirosina
No pueden ser sintetizados y deben estar presentes en la dieta.
Se pueden sintetizar a partir de intermediarios metabólicos.
Requerimiento proteico
Requerimiento
(g/kg de peso corporal/día)
Lactante
4-6 meses
Niño
10-12 años Adulto
1,1 1,0 0,8
Las proteínas del organismo están en continuo recambio
El nitrógeno no tiene fuentes de almacenamiento especiales en el organismo.
Todo el tiempo se están degradando y sintetizando proteínas.
En la especie humana, 1-2% de las proteínas, fundamentalmente musculares, están recambiándose.
De los aminoácidos que se liberan, 75% se reciclan. El nitrógeno del resto forma urea.
Balance de nitrógenoDiferencia entre el nitrógeno ingerido y el excretado.
El nitrógeno se adquiere en forma de proteínas y se elimina como urea (y un poquito de amoníaco, ácido úrico y creatinina) en la orina y como proteína sin digerir en heces.
El adulto sano está en equilibrio nitrogenado: lo que entra es igual a lo que sale. La degradación y la síntesis de proteínas ocurren a la misma velocidad.
Balance de nitrógeno positivo: niños, embarazadas y adultos en recuperación. Hay síntesis neta de proteína.
Balance de nitrógeno negativo: traumas graves o dietas inadecuadas (cuando falta algún aminoácido esencial, o en el ayuno – se utilizan aminoácidos para producir glucosa y eventualmente energía).
Esquema general del metabolismo de aminoácidos
Proteínas de la dieta
Aminoácidos en la sangre
Aminoácidos ProteínasDerivados no proteicos
Carbono Nitrógeno
CO2 + H2OEnergía
Urea y otros
OrinaTriacilglicéridos
Glucógeno Coenzimas vedette:Coenzimas vedette:PiridoxalPiridoxal fosfatofosfatoFolatoFolatoTetrahidrobiopterinaTetrahidrobiopterinaCobalaminaCobalamina
DigestiDigestióónn
SSííntesisntesis
DegradaciDegradacióónn
Las enzimas glutamato deshidrogenasa, glutamina sintetasa y las aminotransferasas(transaminasas) tienen un rol muy importante en el metabolismo de aminoácidos.
TRANSAMINACIÓN
Los grupos α-amino se transfieren de un aminoácido a un alfa-cetoácido con las enzimas transaminasas o aminotransferasas.
Suele participar el par glutamato/α-cetoglutarato.
Reacciones reversibles, participan en la síntesis y degradación.
Existen transaminasas para casi todos los aminoácidos.
Tienen piridoxal 5'-fosfato como grupo prostético.
El piridoxal fosfato deriva de la vitamina B6.
Vitamina B6
Piridoxina, piridoxal y piridoxamina y derivados fosforilados
Presente en pollo, carne,
pescado, hueves, arroz
integral, frutas,
nueces.
El PLP se une El PLP se une covalentementecovalentementea la enzima, a a la enzima, a travtravéés de una s de una base de base de SchiffSchiff((iminaimina) con una ) con una lisina del sitio lisina del sitio activoactivo
Aspartato aminotransferasa
Aspartato aminotransferasa
Sitio activo con el piridoxal fosfato formando una base de Schiff con una lisina de la enzima
Sitio activo con el piridoxal fosfato unido a un análogo de sustrato.
El aumento en el suero de determinadas aminotransferasas es utilizado como marcador clínico de daño tisular.
SGOT: glutamato-oxaloacetato aminotransferasa o aspartato transaminasa
SGPT: glutamato-piruvato aminotransferasa o alanina transaminasa
Por ejemplo, luego de un ataque cardíaco aumenta en primer lugar la creatina quinasa, luego aumenta SGOT, y más tarde SGPT.
Como el par α-cetoglutarato/glutamato participa en muchas transaminaciones, el glutamato es un intermediario prominente en la eliminación de amonio así como en vías anabólicas.
El glutamato está en un “nudo” entre el amonio libre y los grupos amino de los aminoácidos.
¿¿QuQuéé opina acerca de la siguiente afirmaciopina acerca de la siguiente afirmacióón? n? ¿¿Es Es verdadera o falsa?verdadera o falsa?
"Dado que el nitr"Dado que el nitróógeno del glutamato puede ser geno del glutamato puede ser redistriburedistribuíídodo por por transaminacitransaminacióónn, el glutamato es un , el glutamato es un
buen suplemento para protebuen suplemento para proteíínas pobres desde el punto nas pobres desde el punto de vista nutricional."de vista nutricional."
Glutamato deshidrogenasa
utiliza NADPH, incorpora amonio al glutamato para sintetizar este aminoácido y otros por transaminación, activada por ATP y GTP
utiliza NAD+, reacción anaplerótica, provee de un intermediario oxidable y NADH, activada por ADP y GDP
El glutamato recluta grupos amino. En el hígado se libera amonio. Éste va al ciclo de la urea.
El glutamato constituye el quinto El glutamato constituye el quinto ““saborsabor””, UMAMI, que , UMAMI, que se suma al salado (se suma al salado (NaNa+),+), áácido (Hcido (H++), amargo (alcaloides ), amargo (alcaloides y otros) y dulce (sacarosa y otros). y otros) y dulce (sacarosa y otros).
Constituye un sabor agradable, presente en la salsa de Constituye un sabor agradable, presente en la salsa de soja y la carne. soja y la carne.
Se conoce desde principios del siglo 20 y se Se conoce desde principios del siglo 20 y se comercializa como aditivo alimentario (glutamato comercializa como aditivo alimentario (glutamato monosmonosóódico dico –– ajinomotoajinomoto).).
Recientemente, se encontraron receptores en la lengua Recientemente, se encontraron receptores en la lengua para el glutamato. para el glutamato.
¿¿CuCuáál podrl podríía ser el sentido evolutivo de a ser el sentido evolutivo de sensarsensar el el glutamato?glutamato?
Curiosidad: UMAMICuriosidad: UMAMI
PROTEPROTEÍÍNASNAS
Glutamina
Glutamato
Glutamina sintetasa
glutamato + NH4+ + ATP → glutamina + ADP + Pi + H+
� Produce glutamina, uno de los 20 aminoácidos de las proteínas.
� La glutamina sirve como dador de nitrógeno en varias vías biosintéticas (purinas, citosina).
�La glutamina es muy abundante en la circulación, pues sirve como una forma de transporte inocua del amoníaco, que es tóxico, hacia el hígado (para formar urea) y el riñón (para excreción).
Glutaminasa� El hígado y el ríñón tienen glutaminasa, enzima mitocondrial que libera el amoníaco.
glutamina + H O → glutamato + NH
Destinos del amonio proveniente de la glutamina
En el hígado, el amonio liberado de la glutamina por la glutaminasa se utiliza para sintetizar urea.
En el riñón, la formación de amonio está relacionada con la eliminación de ácido (H+), puesto que el amoníaco (NH3) liberado por la glutaminasa se protona a amonio (NH4
+) gracias a su pKa de 9.3.
En E. coli es regulada mediantelos siguientes mecanismos:
� Alosterismo
� Modificación covalente
� Regulación de la expresióngénica y la síntesis proteica(control de la cantidad de enzima)
La glutamina sintetasa es una enzima muyregulada.
Ciclo de la urea
� 80% del nitrógeno que se excreta, lo hace en forma de urea.
� Parte de las enzimas están en la matriz mitocondrial y parte en el citosol.
� La arginina, con la arginasa, genera urea y ornitina en el citosol. Luego, las siguientes enzimas regeneran la arginina.
� La enzima carbamoil fosfato sintetasa I mitocondrial cataliza el primer paso regulado de la síntesis de urea.
Ciclo de la urea
Destino de los esqueletos carbonados
Todos los tejidos tienen cierta capacidad para síntesis y remodelación de aminoácidos.
El hígado es el sitio principal de metabolismo de los aminoácidos.
En tiempos de buena suplementación dietaria, el nitrógeno es eliminado vía transaminación, desaminación y síntesis de urea. Los esqueletos carbonados pueden conservarse como glucógeno o como ácidos grasos.
Los aminoácidos pueden ser glucogénicos, cetogénicos o ambos.
Los glucogénicos son los que generan piruvato o intermediarios del ciclo de Krebs como α-cetoglutarato o oxaloacetato.
Los cetogénicos (Lys y Leu) generan sólo acetil-CoA o acetoacetil-CoA.
En períodos de ayuno, los esqueletos carbonados se utilizan como fuente de energía, rindiendo CO2 y H2O.
Biosíntesis
de los
aminoácidos no esenciales
Aminoácidos esenciales o indispensablesEsencialesArginina (en crecimiento)
HistidinaIsoleucinaLeucinaLisinaMetioninaFenilalaninaTreoninaTriptofanoValina
No EsencialesAlaninaAsparaginaAspartatoCisteínaGlutamatoGlutaminaGlicinaProlinaSerina Tirosina
No pueden ser sintetizados y deben estar presentes en la dieta.
Se pueden sintetizar a partir de intermediarios metabólicos.
Los esqueletos carbonados de los aminoLos esqueletos carbonados de los aminoáácidos cidos no esenciales pueden sintetizarse a partir de no esenciales pueden sintetizarse a partir de metabolitos intermediarios derivados, por metabolitos intermediarios derivados, por ejemplo, de glucosa. ejemplo, de glucosa.
Dos aminoDos aminoáácidos no esenciales derivan cidos no esenciales derivan directamente de aminodirectamente de aminoáácidos esenciales (tirosina cidos esenciales (tirosina y cistey cisteíína). na).
Coenzimas importantes: Coenzimas importantes: piridoxalpiridoxal fosfato, folato y fosfato, folato y tetrahidrobiopterinatetrahidrobiopterina..
Síntesis de glutamato
El glutamato se sintetiza a partir de su precursor alfa-cetoácido con la enzima glutamato deshidrogenasa.
Síntesis de aspartato
El aspartato se sintetiza por transaminación del oxalaceto.
glutamato + oxalacetato alfa-cetoglutarato + aspartato
NH3+
O
O
O
O
NH3+
OO
-O
O
O
O
O
O
O
OO
-O
OO
También se sintetiza aspartato por desaminaciónde la asparagina con la asparaginasa, análoga a la glutaminasa
asparagina + H2O → aspartato + NH3
Síntesis de asparagina y glutamina
La asparagina sintetasa y la glutamina sintetasa catalizan la producción de asparaginay glutamina
glutamato + NH4+ + ATP → glutamina + ADP + Pi + H+
aspartato + NH4+ + ATP → asparagina + ADP + Pi + H+
glutamato + piruvato α-cetoglutarato + alanina
Síntesis de alanina
La alanina se sintetiza por transaminación con la enzima alaninatransaminasa
La concentración de alanina en la circulación es alta, más baja solo que la de glutamina.
NH3+
OO
-O
O
OO
-O
OO
NH3+
O
O
O
OO
CICLO DE LA GLUCOSA – ALANINA
La alanina transaminasa participa en el transporte de esqueletos carbonados y nitrógeno del músculo al hígado.
Músculo esquelético: el piruvato de la glucólisis se transforma en alanina a expensas de glutamato.
Hígado: se regenera el piruvato para la gluconeogénesis y el amonio del glutamato puede ir al ciclo de la urea.
glutamato + piruvato α-cetoglutarato + alanina
NH3+
OO
-O
O
OO
-O
OO
NH3+
O
O
O
OO
Síntesis de prolina La prolina se sintetiza a partir de glutamato con glutamato semialdehídocomo intermediario
La prolina también se sintetiza a partir de arginina de la dieta.
Primero, la arginina se transforma en ornitina vía arginasa.
La enzima puede operar en dirección opuesta para sintetizar ornitina y arginina a partir de prolina.
Síntesis de serina
La serina se sintetiza a partir de 3-fosfoglicerato.
Se oxida la función alcohólica para formar un alfa-cetoácido que se transamina y desfosforila.
La glicina se sintetiza a partir de serina. La enzima utiliza tetrahidrofolato y piridoxal fosfato.
En el hígado de vertebrados, la glicina también puede sintetizarse a partir de dióxido de carbono y amonio, si bien esta reacción opera fundamentalmente en el sentido de degradación de glicina.
Ácido fólico
Los derivados del folato transportan unidades monocarbonadas en diferentes estados de oxidación intermedios unidos a N-5 (formil, formimino, metilo), a N-10 (formilo) o a ambos (metileno o metenilo).
La serina, cuyos carbonos a su vez pueden obtenerse de carbohidratos (3-fosfoglicerato), es la principal fuente de unidades monocarbonadas al pool de folato
Síntesis de cisteínaEl azufre para la cisteína proviene de la metionina y los carbonos de la serina.
En primer lugar, ocurre la síntesis de S-adenosilmetionina, un importante agente metilante.
+++
PLPPLP
B12
� La metionina reacciona con ATP para formar S-adenosilmetionina.
� La S-adenosilmetionina cede su grupo metilo a diferentes biomoléculas formándose homocisteína.
� La homocisteína condensa con la serina para formar cistationina, la cual es clivada por la cistationasa para dar cisteína y alfa-cetobutirato.
� Esto es conocido como la vía de transulfuración.
� La cistationina beta-sintasa y la cistationina gama-liasa ambas utilizan PLP.
� La cisteína se utiliza para la síntesis de proteínas y de glutatión.
� Los aumentos en la homocisteína del plasma se asocian a problemas vasculares.
S
NH3+
CH3-O
O
O
NH3+
S+ CH3
OH OH
-O
ON
N
N
N
NH2
O
NH3+
S
OH OH
-O
ON
N
N
N
NH2
SH
O
-O
NH3+
O
NH3+
OH O
O
NH3+
S-O
O
NH3+
O
O
NH3+
SH O
O
O
O
ATP Pi + PPi
methionineadenosyltransferase
methyltransferases
acceptor
CH3-acceptor
methionine
S-adenosylmethionine (SAM)
S-adenosylhomocysteine (SAH)
adenosine H2O
N5-CH3-
H4folato
betaine
dimethylglycine
betaine-homocysteinemethyltransferase
H4folate
methioninesynthase(B12)
homocysteine
H2O
serine
cystathionine
cystathionineβ-sinthase(PLP)
cystathionine γ-lyase(PLP)
H2O
cysteine α-ketobutyrate
+ NH3++ +
N5,N10-CH2-
H4folate
N5,N10-CH2-
H4folate
reductase
Metabolismo de metionina y cisteína
Síntesis de tirosina
La tirosina se sintetiza a partir de fenilalanina
� Deficiencias en la enzima que sintetiza tirosina a partir de fenilalanina
� Retardo mental
� La acumulación de fenilalanina depleta de α-cetoglutarato por transaminación
� La depleción de α-cetoglutarato compromete el ciclo de Krebs y el metabolismo aeróbico del cerebro
� Se encuentra fenilpiruvato, fenilacetato y fenillactato en la orina
� Se debe suplementar la dieta con tirosina y restringir la fenilalanina
"contiene "contiene fenilalanina"fenilalanina"
Las deficiencias genéticas en la fenilalanina hidroxilasa llevan a la fenilcetonuria
Aspartamo: L-Aspartil-L-fenilalanina metil éster
¿¿QuQuéé productos le parece que se forman de su productos le parece que se forman de su catabolismo?catabolismo?
¿Porqué algunos refrescos que contienen el edulcorante aspartamo advierten “contiene fenilalanina”?
Porque los fenilcetonúricos no lo pueden consumir.
Aspartamo: L-Aspartil-L-fenilalanina metil éster
Se metaboliza dando aspartato, fenilalanina y metanol. El aspartato es inocuo, la fenilalanina también (excepto para los fenilcetonúricos!) y el metanol puede ser metabolizado por el hígado en pequeñas cantidades.
Provee de 4 kcal/g, como otros aminoácidos. Pero es 200 veces más dulce que el azúcar, por lo tanto endulza en cantidades muy bajas.
Bebida cola: 0.06 % de aspartamo contra 12 % de sacarosa.
Fue descubierto por Jim Schlatter en 1965, un químico trabajando en nuevas drogas peptídicas para el tratamiento de úlceras. En sus experimentos, sintetizó el aspartato-fenilalanina metil éster. Casualmente, lo tocó. Más tarde, sin querer, llevó el dedo a la boca y notó el gusto dulce. ¡¿Cómo, si se había lavado las manos después del desayuno?! Sospechó del aspartato-fenilalanina metil éster y se animóa probarlo. Años más tarde, la curiosidad de Schlatter redundó en un negocio billonario.
transaminasa o transaminasa o aminotransferasaaminotransferasa
aminoaminoáácidocido
αα--cetocetoáácidocidoPLPPLP
NH3+
OO
-OO
NH3+
OO
NH2O
OO
-OO
O
Repaso finalRepaso final
Las enzimas glutamato deshidrogenasa, glutamina Las enzimas glutamato deshidrogenasa, glutamina sintetasasintetasa y las y las aminotransferasasaminotransferasas (transaminasas) tienen un rol muy importante en el (transaminasas) tienen un rol muy importante en el metabolismo de aminometabolismo de aminoáácidos. cidos.
αα--cetoglutaratocetoglutarato
glutamatoglutamato
glutaminaglutamina
HH2OO
glutaminasaglutaminasa
NHNH33ATP + NHATP + NH44++
ADP + ADP + PiPi
glutamina glutamina sintetasasintetasa
glutamato glutamato deshidrogenasadeshidrogenasa
NAD(P)HNAD(P)H + H+ H++
NAD(PNAD(P))++
NHNH44++
HH2OO