CENTRO DE CIENCIAS BASICAS

DEPARTAMENTO DE QUIMICA

INGENIERIA BIOQUIMICA

4° semestre

Ponencia No. 8

Leucina

Angélica Elizabeth Luna Hernández

ID: 180628

Dr. José Francisco Morales Domínguez

Aguascalientes, Ags. 07 de Abril del 2014

RESUMEN La leucina es un aminoácido esencial ramificado que se encuentra en gran variedad de

alimentos de origen tanto animal como vegetal. Se sintetiza de manera compleja como todos

los aminoácidos esenciales, la leucina en particular, tiene su punto inicial de síntesis en un

metabolito de la síntesis de valina, el cual al usar una enzima diferente a la que cataliza la

síntesis de valina (aminotransferasa) da lugar a otro metabolito que sufre otras tres reacciones

para formar leucina. Este aminoácido, además de ser bloque de construcción de proteínas, tiene

funciones como estimulante de la síntesis proteica, activando la vía mTOR que está implicada

en el control de inicio de la transcripción de ARNm, así como el crecimiento de células. El

metabolismo de la leucina es similar al de los otros aminoácidos de cadena ramificada: valina

e isoleucina sobre todo en las primeras reacciones de degradación, por lo cual, un metabolismo

anormal de este aminoácido como de la valina e isoleucina puede provocar por una deficiente

actividad de las enzimas involucradas en su metabolismo, lo que puede provocar algunas

acidurias orgánicas y leucinosis enfermedad que se caracteriza por que la orina de los que la

parecen tiene un olor a jarabe de arce. Esta enfermedad debe y puede detectarse desde los

primeros días de nacido, de lo contrario puede provocar retraso mental y en algunos casos

hasta la muerte. Varios experimentos en ratas han demostrado que los BCAA tienen un efecto

anticatabólico importante y favorecen la síntesis proteica, razón por la cual son recomendados

para los atletas de alto rendimiento.

ANTECEDENTES

La leucina (Leu, L) es un aminoácido no polar, alifático, por lo cual su

grupo alquilo (-R) no se ioniza, y no se solvata en el agua con facilidad.

Está codificado en el ARN mensajero como UUA, UUG, CUU, CUC,

CUA o CUG.

La leucina es un aminoácido esencial pues no puede ser sintetizado por

el organismo, así que tiene que ser obtenido mediante la ingesta directa

de los alimentos. Ya que independientemente de su papel como Fig 1. Leucina

elemento de estructuras de proteínas y polipéptidos, regula vías metabólicas clave necesarias

para el crecimiento, desarrollo reproducción e inmunidad

La leucina es un aminoácido exclusivamente cetogénico, ya que puede donar su esqueleto de

carbono en forma de acetoacetato, el cual posteriormente puede transformarse en acetil-CoA o

bien degradarse directamente a acetil-CoA (Vázquez E., 2003)

FUENTES DE OBTENCION

Animal

Leche y derivados lácteos, huevos, carne (pollo, cerdo, ternera etc.)

Pescado (salmón, mero, sardina, etc.)

Vegetal

Legumbres: garbanzos, lentejas, habas, judías, cacahuates etc.

Frutos secos y semillas: avellanas, nueces, almendras, piñones etc.

Fig.2 Alimento de origen animal fuente de leucina. Fig. 3 Alimentos de origen vegetal fuente de leucina

FUNCIÓN

Algunas de las funciones de la leucina son:

Interviene en la formación y reparación del tejido muscular, ayudando a su vez a proteger los

músculos.

Ayuda a regular los niveles de azúcar en sangre.

Actúa como energía en entrenamientos de alto esfuerzo.

Ayuda a aumentar la producción de la hormona del crecimiento.

Además, produce un efecto estimulante/regulador en la síntesis proteica. El mecanismo se hace

regulando dicha síntesis a partir de una señal intracelular para estimular el inicio de la

traducción. A través de la vía mTOR (vía de la diana de la rapamicina de mamíferos). La familia

de proteínas mTOR está implicada en el control del inicio de la transcripción del ARNm, la

formación de ribosomas, la regulación del crecimiento, proliferación y muerte celular. Pero la

función que se relaciona con la leucina, es su capacidad de detectar un exceso de aminoácidos

y como consecuencia desempeña un papel clave en la regulación del crecimiento e hipertrofia

muscular.

Aunque aún se trata de saber cómo funciona realmente este proceso, se ha descubierto que la

vía mTOR es extremadamente sensible a la leucina. Pruebas recientes han demostrado que

cuando se toma L-Leucina se activa mTOR, lo que activa la síntesis de proteínas (crecimiento

muscular) y aumenta la capacidad de una célula para crear nuevas proteínas (tejido muscular)

METABOLISMO

BIOSINTESIS

Las vías para la biosíntesis de los aminoácidos son variadas. Sin embargo, todas presentan un

aspecto en común: los esqueletos carbonados de los aminoácidos proceden de intermediarios

de la glucolisis, de la vía de las pentosas o del ciclo de Krebs (Stryer L. 1995)

Fig. 4 Vías de formación de aminoácidos. Las etapas que no se producen en el organismo humano se representan con líneas continuas

La leucina, junto con la metionina, treonina, lisina, isoleucina y valina son aminoácidos

esenciales, sus rutas biosínteticas son complejas e interconectadas. En muchos casos las rutas

en bacterias, hongos y plantas difieren significativamente. De estos aminoácidos, la valina y la

leucina proceden de la familia biosínteticas del piruvato porque proceden de este, además están

conectadas entre sí.

Un intermediario en la biosíntesis de valina, el α-ceto-isovalerato es el

punto de inicio de cuatro reacciones posteriores que darán lugar a la

leucina.

El piruvato que dará lugar a la valina sufre 4 reacciones antes de

transformarse en α-ceto-isovalerato, donde puede sufrir una reacción

de transaminación por la enzima valina aminotransferasa para formar

valina, o puede seguir una ruta de cuatro reacciones más para la

creación de leucina. Cuando se va a formar leucina el α-ceto-isovalerato

forma α-Isopropilmalato con la entrada de un Acetil-CoA y la acción de

la α-Isopropilmalato sintasa, después este metabolito sufre una

isomerización por la isopropilmalato isomerasa cambiando la posición

de un grupo hidroxilo dando lugar al β-Isopropilmalato en cual con la β-

Isopropilmalato deshidrogenasa se oxida a α-Cetoisocaproato con el

cofactor NAD+ liberando CO2 y NADH + H+, por último el isocaproato

sufre una reacción de transaminación por la leucina aminotransferasa

que tiene como resultado la leucina.( Nelson D. y Cox M., 2008)

Fig. 5. a La biosíntesis de la leucina comienza con un metabolito procedente de la biosíntesis de valina

Fig. 5. b Biosíntesis de la Leucina

Fig. 5. c Enzimas involucradas en la biosíntesis de la Leucina

DEGRADACION

El metabolismo de los aminoácidos es bastante diferente en los distintos tejidos y órganos. La

mayoría de los aminoácidos se metabolizan en el hígado, con la excepción de los aminoácidos

ramificados, que son utilizados por el músculo y los tejidos periféricos. (Devlin T.2004)

Hay reacciones capaces de separar el grupo amino de los aminoácidos y convertirlos en urea.

Mientras que los grupos carbonados forman intermediarios metabólicos principales que puedan

convertirse en glucosa u oxidarse en el ciclo del ácido cítrico.

Los aminoácidos se pueden denominar como glucogénicos o cetogénicos, según el compuesto

al que se degraden. Los glucogénicos son aquellos que pueden degradarse a piruvato, α-

Cetoglutarato, succinil-CoA, fumarato u oxalacetato. Los cetogénicos son aquellos que se

degradan a acetil-CoA o acetoacetil-CoA. Muchos aminoácidos son tanto glucogénicos como

cetogénicos. Sin embargo la leucina y la lisina son exclusivamente cetogénicos.

Fig. 6 Degradación de los aminoácidos; cetogénicos o glucogénicos

Los aminoácidos valina, leucina e Isoleucina comparten

varias características: su estructura química, que

contiene un resto alifático ramificado, su carácter

esencial y su catabolización energética preferente en el

músculo y otros tejidos periféricos

El metabolismo de los aminoácidos de cadena larga

BCAA (branched chain aminoacids) es especial y se

inicia en el musculo. Durante su metabolismo se forma

NADH, por lo que constituye una excelente forma de

energía. La BCAA aminotransferasa está presente en

el musculo a una concentración mayor que en el

hígado. (Hernández A. 2010).

La leucina se transamina al correspondiente α-

cetoácido, el α-Cetoisocaproico (requiere PLP), el cual

sufre una descarboxilación oxidativa que lo convierte en

Isovaleril-CoA, esta reacción es realizada por el

Fig. 7 Reacciones llevadas a cabo en la degradación de la leucina

complejo deshidrogenasa de α-cetoácidos de cadena ramificada (α-cetoácidos de valina e

isoleucina también). Este complejo tiene su forma más activa en el hígado en estado de

alimentación, y en el musculo en estado de inanición, reflejando el metabolismo de los BCAA

de la dieta en el hígado y de los BCAA en el musculo para suministrar energía durante el ayuno.

El complejo deshidrogenasa de los α-cetoacidos requiere TPP como cofactor.

El isovaleril-CoA se deshidrogena hasta β-metilcrotonil-CoA, reacción catalizada por la

isovaleril-CoA deshidrogenasa, en la que el aceptor de hidrogeno es el FAD. El β-metilcrotonil-

CoA se carboxila para formar β-metilglutaconil-CoA consumiendo un ATP reaccion que tiene

como catalizador a la enzima β-metilcrotonil-CoA carboxilasa (requiere biotina) . Posteriormente

β-metilglutaconil-CoA se hidrata con ayuda de la β-metilglutaconil-CoA y forma 3-Hidroxi-3-

metilglutaril-CoA (HMG-CoA), el cual se escinde en acetil-CoA y acetacetato por la HMG-CoA

liasa.

Fig. 8 Reacciones terminales en la degradación de la leucina

El β-hidroxi-β-metilglutaril-CoA es un intermediario en la síntesis citosolica de esteroides. Como

la degradación de los BCAA tiene lugar en las mitocondrias, las dos reservas no se mezclan.

En la degradación de la leucina participan 7 coenzimas: PLP en la transaminación; TPP, lipoato,

FAD y NAD+ en la descarboxilación oxidativa; FAD de nuevo en la deshidrogenación y biotina

en la carboxilación. No se conocen derivados nitrogenados funcionalmente importantes de los

aminoácidos ramificados Está claro que su destino metabólico principal es la producción directa

o indirecta de energía.

EFECTOS EN LA SALUD

Suplementos BCAA

Se aconseja una suplementación con BCAA en deportes de resistencia de larga duración

porque evita la caída de aminoácidos en el plasma y se retrasa la aparición de fatiga. Además

(Shiomura Y. y col.,) encontraron que administración de suplementos de BCAA antes y después

del ejercicio tiene efectos beneficiosos para disminuir el daño muscular inducido por el ejercicio

y promueve la síntesis de proteínas musculares y perdida de grasa porque la estimulación de

la oxidación de ácidos grasos parece estar vinculada a un incremento de oxidación de BCCA,

que ocurren durante el ejercicio. Esto se debe a que los BCAA al ser transportados por la

sangre, al igual que el triptófano, compiten por su transportador de albumina. Si la concentración

de BCAA es mayor el organismo se encuentra en una fase de anabolismo. (Isidro F. 2007)

Beneficios de los suplementos de BCAA

Tienen un efecto anticatabólico importante

Favorecen la síntesis proteica

Favorecen la perdida de grasa en dietas hipocalóricas

Importante fuente de combustible durante los estados de agotamiento de carbohidratos

Fig. 9 Suplemento de BCAA

Enfermedad de jarabe de maple

Dado que la leucina, isoleucina y valina se metabolizan inicialmente, de forma similar: una

transaminación seguida de una descarboxilación oxidativa por la acción del complejo

deshidrogenasa de los α-cetoácidos que es la misma para todos los aminoácidos ramificados.

Una deficiente actividad de este complejo causa la enfermedad de la orina con olor a jarabe de

arce, en la que se acumulan los tres aminoácidos y α-cetoácidos ramificados (Fejerman N.

2007) en todos los líquidos corporales (plasma, orina)

Fig. 10 Los enfermos que padecen MSUD tienen una deficiente actividad de complejo deshidrogenasa

de los α-cetoácidos

Al acumularse, sobre todo α-cetoácidos, estos se eliminan por vía renal y aportan a la orina el

olor característico que le ha dado a la enfermedad su nombre característico. La acumulación

en la sangre produce encefalopatía neonatal grave con alto riesgo de secuelas neurológicas

permanentes y de muerte sin tratamiento adecuado.

El efecto principal de los metabolitos acumulados se produce en el cerebro, ocasionando en

efecto tóxico directo' que se traduce en disfunción y eventualmente muerte de las neuronas.

(Valladares P., 2012)

Para identificar esta enfermedad es necesario realizar exámenes de orina. En recién nacidos

lo ideal es hacer una tamiz metabólico neonatal el cual consiste en pinchar el talón del recién

nacido para extraer la sangre. Se identifica la enfermedad por espectroscopia de masas de los

α-cetoácidos o se emplean diferentes métodos como son pruebas bioquímicas, cromatografía

en capa fina, cromatografía en Tándem y cromatografía de gases acoplada a espectrometría

de masa

Es necesario diferenciar la fase en la que se encuentra el paciente (fase aguda o fase de

mantenimiento). Los objetivos en la fase de descompensación metabólica aguda se basan en

tres puntos:

Eliminar los metabolitos tóxicos: se consigue mediante diálisis peritoneal, hemodiálisis o

exanguinotransfusión

Soporte nutricional: dieta permanente pobre en BCAA

Conseguir anabolismo. Tiamina

Otras alteraciones del metabolismo de la leucina

Tabla 1 posibles enfermedades del metabolismo de aminoácidos ramificados.

Acidosis orgánica Deficiencia enzimática Aspectos distintivos

Leucinosis Complejo

deshigrogenasa de α-

cetoacidos

Orina con olor jarabe de arce. Acidosis

y cetosis

Isovalérica Isovaleril-CoA

deshidrogenasa

Orina con olor a pie sudado

3-Metil

crotonilglicinuria

3-metilcrotonil-CoA

carboxilasa

Olor a orina de gato. Formas graves

con hipoglucemia y acidosis

3-Metil glutaconica tipo

I

3-metilglutaconil CoA

hidratasa

Retraso en el lenguaje

3-hidroxi-3-

metilglutarica

3-hidroxi-3-metilglutaril

CoA liasa

Hipoglucemia y acidosis sin cetosis.

Altera el catabolismo de la leucina y la

síntesis de cuerpos cetónicos

Fig. 11 Catabolismo de los aminoácidos ramificados, se Indican puntos de bloqueo en los que se originan las acidurias orgánicas más frecuentes de estas vías metabólicas. 1 = enfermedad del jarabe de arce; 2 = aciduria isovalérica; 3 = aciduria 3-metilcrotónica; 4 = aciduria 3-hidroxi-3-meti glutárica; 5 = alteración de la cetolísis; 6 = aciduria propiónica; 7 = aciduria metilmalónica,

El diagnostico de estas alteraciones del catabolismo tanto de la leucina como el de los otros

aminoácidos ramificados se basa en el estudio de ácidos orgánicos en orina, ya que todas ellas

muestran un perfil característico (Arderiu X. 1998)

Fig.12 Los exámenes de orina son útiles en la diagnostico de acidurias

BIBLIOGRAFÍA

Libros

Hernández A. (2010). Tratado de nutrición: Bases fisiológicas y bioquímicas de la nutrición.

Buenos Aires: Médica Panamericana.

Arderiu X. (1998). Bioquímica clínica y patología molecular. España: Reverté.

Fejerman N. (2007). Neurología Pediátrica. Buenos Aires: Medica Panamericana.

Stryer L. (1995). Bioquímica. España: Reverté.

Devlin T.(2004). Bioquímica libro de texto con aplicaciones bioquímicas. España: Reverté.

Nelson D. y Cox M. (2008). Lehninger Principles of Biochemistry. U.S.A.: W.H. Freeman and

Company.

Isidro F. (2007). Manual del entrenador personal. España: Ed. Paidotribo

Artículos

Yoshiharu S. y col (2004). Exercise Promotes BCAA Catabolism: Effects of BCAA

Supplementation on Skeletal Muscle during Exercise. *Department of Materials Science and

Engineering, Nagoya Institute of Technology, 5. 06/04/2015, De The Journal of Nutrition Base

de datos.

Valladares P. (2012). Enfermedad de orina en jarabe de arce clásica: La importancia del examen

clínico en trastornos neurometabólicos: La detección precoz y manejo oportuno. Salud en

tabasco, 18, 36-41. 06/04/2015, De Redalyc Base de datos.

Páginas de internet

Vázquez E.. (04 de Octubre de 2003). Los aminoácidos cetogénicos. 03/04/2015, de UNAM

Sitio web: http://laguna.fmedic.unam.mx/~evazquez/0403/aminoacidos%20cetogenicos.html