MET degradativo aas NCR 2015

METABOLISMO DEGRADATIVO
DE
AMINOÁCIDOS
Metabolismo degradativo de aminoácidos.
 Introducción.
NH4+
 Visión general del catabolismo de los aminoácidos.
Ión amonio
Transaminación.
Desaminación Oxidativa.
Descarboxilación.
Acoplamiento de transaminación y desaminación.
Ácido úrico
 Ciclo de la Urea.
Destinos del esqueleto carbonado.
Urea
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Metabolismo degradativo de aminoácidos.
Aminoácidos
Unidades estructurales de las proteínas
Hidrógeno
Grupo α-amino
Precursores de
biomoléculas
importantes
(compuestos
nitrogenados:
hormonas, purinas,
pirimidinas, porfirinas,
algunas vitaminas y
aminas fisiológicamente
activas )
Grupo α-carboxílico
H
+
I
H3N – C – COO
I
R
Pueden servir como
fuente energética
(último recurso
como combustible)
Grupo R o cadena lateral
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Metabolismo degradativo de aminoácidos.
Catabolismo de los aminoácidos:
Remoción del grupo α-amino
Remoción del
grupo α-amino
H
+
I
H3N – C – COO
I
R
Esqueleto carbonado
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Metabolismo degradativo de aminoácidos.
COOI
C=O Piruvato
α-Cetoglutarato
I
Oxalacetato
R
α-cetoácido
Catabolismo de los aminoácidos:
Remoción del grupo α-carboxílico
Remoción del
grupo α-carboxílico
+
R – CH2 – NH3
H
+
I
H3N – C – COO
I
R
amina primaria
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Metabolismo degradativo de aminoácidos.
Catabolismo de los aminoácidos
(mamíferos)
Ácidos
Grasos
Acetil CoA
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Metabolismo degradativo de aminoácidos.
Reacciones generales del catabolismo de los aminoácidos y destinos metabólicos
NH3
PROTEINAS
Proteólisis
Endopeptidasas
Desaminación
oxidativa
excretado
Cetoácido
(esqueleto carbonado)
NADH+H+
Cte-
PÉPTIDOS
Urea (vertebrados terrestres)
Amoníaco (peces)
Ácido úrico (aves, reptiles)
Ácido
Ácido pirúvico
pirúvico
↓
Oxalacetato
↓
Fosfoenolpiruvato
↓
CARBOHIDRATOS
Exopeptidasas
NH3
AMINOÁCIDOS
Acetil CoA
Cetoácido
Transaminación
(esqueleto carbonado)
LÍPIDOS
CO2
Descarboxilación
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Metabolismo degradativo de aminoácidos.
Malonil CoA
NADPH+H+
Amina primaria
O2
ATP
CO2 + H2O
TRANSAMINACION
(mitocondria y citosol)
H
+ I
H3N – C – COO- +
I
Ra
aminoácido a
COOI
C=O
I
Rb
α-cetoácido b
Fosfato
de Piridoxal
Aminotransferasa
o
Transaminasa
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Objetivo 4. Metabolismo degradativo de aminoácidos.
COOCOOI
+ I
C = O + H3N – C – H
I
I
Rb
Ra
α-cetoácido a
aminoácido b
TRANSAMINACION
(mitocondria y citosol)
H
+ I
H3N – C – COO –
I
CH3
alanina
+
COOI
C=O
I
(CH2)2
I
COO-
Fosfato
de Piridoxal
COOI
C=O
I
CH3
Glutamato aminotransferasa
o Glutamato transaminasa
α-cetoglutarato
piruvato
← Reacción anaplerótica del Ciclo de Krebs
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Objetivo 4. Metabolismo degradativo de aminoácidos.
COO+ I
H3N – C – H
+
I
(CH2)2
I
COO-
glutamato
TRANSAMINACION
(mitocondria y citosol)
H
+ I
H3N – C – COO –
I
R
Ala, Arg, Asp,
alanina
Asn, Cis, Ileu,
Leu, Lis, Fen,
Trp, Tir, Val
+
COOI
C=O
I
(CH2)2
I
COO-
Fosfato
de Piridoxal
Aminotransferasa
Transaminasa
α-cetoglutarato
COOI
C=O
I
R
α-cetoácido
Colector de grupos aminos de 12 aminoácidos
(punto de encrucijada metabólica)
Dador de grupos aminos para rutas biosintéticas
o
para la excreción de compuestos nitrogenados
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Objetivo 4. Metabolismo degradativo de aminoácidos.
COO+ I
H3N – C – H
+
I
(CH2)2
I
COO-
glutamato
DESAMINACION OXIDATIVA
(citosol y mitocondria)
NAD(P) + H+
COO+ I
H3N – C – H
I
(CH2)2
I
COO-
NAD(P)+
COO+ I
H2N = C
I
(CH2)2
I
COO-
glutamato
α-iminoglutarato
(aminoácido)
(iminoaminoácido)
COOI
C=O
I
(CH2)2
I
COO-
H2O
+ NH4+
α-cetoglutarato
(α-cetoácido)
Glutamato deshidrogenasa (dependiente de la piridina)
Dador de grupos aminos para rutas biosintéticas
o
para la excreción de compuestos nitrogenados
Colector de grupos aminos de 12 aminoácidos
(punto de encrucijada metabólica)
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Objetivo 4. Metabolismo degradativo de aminoácidos.
ACOPLAMIENTO TRANSAMINACIÓN-DESAMINACIÓN
COOI
C=O
I
(CH2)2
I COO
H
+ I
H3N – C – COO
I
R
Aminoácido
Catabólico
Anabólico
NADH+H+
+
+ NH4
Ciclo
de la
urea
α-cetoglutarato
Transaminación
Aminotransferasa
Desaminación oxidativa
Glutamato deshidrogenasa
O
II
H2N – C – NH2
Urea
COO-
COO
I
C=O
I
R
α-cetoácido
+ I
H3N – C – H
I
(CH2)2
I
COOglutamato
Aminoácido glucogénico
Aminoácido cetogénico
Piruvato
Aceto acetil CoA
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Objetivo 4. Metabolismo degradativo de aminoácidos.
NAD+ + H2O
Gluconeogénesis
Acetil CoA
Glucosa
Ácidos grasos
DESCARBOXILACIÓN
(mitocondria y citosol)
utiliza enzimas que se denominan descarboxilasas cuya coenzima es el fosfato de
piridoxal.
Genera aminas biogénas y también productos de los procesos de putrefacción de
proteínas.
H
+ I
H3N – C – COOI
Ra
+
R – CH2 – NH3 + CO2
Aminoácido descarboxilasa
Amina primaria
(ptomaina)
aminoácido
•
•
•
•
•
•
•
Histamina
Acido g-aminobutirico (GABA)
Catecolaminas (Dopamina, Noradrenalina y Adrenalina)
Hormona Tiroidea
Melatonina
AMINAS DE IMPORTANCIA
Serotonina
BIOLÓGICA
Creatina
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Metabolismo degradativo de aminoácidos.
Ejemplo: Síntesis de Histamina
Histidina
•
•
•
•
•
DESCARBOXILACIÓN
(mitocondria y citosol)
Histamina
Tiene acción vasodilatadora
Disminuye la presión sanguínea
Colabora en la constricción de los bronquiolos
Estimula la producción de HCl y estimula la pepsina en estomago
Se libera bruscamente en respuesta al ingreso de sustancias
alérgenas en los tejidos.
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Metabolismo degradativo de aminoácidos.
AMINAS PRIMARIAS
γ-AMINOBUTIRATO (GABA)
• Se forma por descarboxilación
del ácido glutámico,
generalmente en el sistema
nervioso central.
•
Utiliza piridoxalfosfato como
coenzima.
glutamato
El GABA es un intermediario químico
regulador de la actividad neuronal,
actuando como inhibidor o depresor
de la transmisión del impulso nervioso
γ-AMINOBUTIRATO
(GABA)
AMINAS PRIMARIAS
CATECOLAMINAS:
Dopamina, Noradrenalina y
Adrenalina
•
•
Son neurotransmisores que
se producen en el sistema
nervioso y en la medula
adrenal.
Derivan de la TIROSINA
La acción de las catecolaminas es muy variada:
 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.
 Son rápidamente degradadas y eliminadas del organismo
PRODUCTOS DE LA DESCARBOXILACIÓN DE ALGUNOS
AMINOÁCIDOS Y FUNCIONES BIOLÓGICAS
Triptofano → Triptamina + CO2 (precursor ácido indolacético, hormona de
crecimiento de las plantas)
Arginina → Agmatina + CO2 (precursor espermina y espermidina, factor de
crecimiento de ciertos microorganismos)
Ornitina → Putrescina + CO2 (fuerte olor de descomposición)
Lisina → Cadaverina + CO2 (fuerte olor de descomposición)
Ácido glutámico → Ácido δ-aminobutírico (GABA), regulador de la
transmisión nerviosa)
Serina
Etanolamina forma parte de la cabeza polar de fosfolípidos y
esfingolípidos
SÍNTESIS DE UREA
-NH2
NH3
Tóxico
Urea
Hígado
ORINA
• El NH3 originado por desaminación, es
un compuesto muy tóxico y es
convertido a UREA en el hígado. Ésta
pasa al torrente sanguíneo y es
eliminada por el riñón en la orina.
• Se lleva a cabo en las mitocondrias de
los hepatocitos, en un mecanismo
llamado “ ciclo de la urea”, que
requiere energía: 3ATP+PPi
• En el ciclo de la úrea intervienen
enzimas mitocondriales y citosólicas
•
1.
2.
3.
4.
5.
Comprende las siguientes
reacciones:
Síntesis de carbamil fosfato
Síntesis de citrulina
Síntesis de argininsuccinato
Ruptura de argininsuccinato
Hidrólisis de arginina
SÍNTESIS DE UREA
CICLO DE LA UREA
(Krebs-Henseleit)
Reacciones
1.- Síntesis del carbamoil fosfato. Donador de grupo carbamil activado al ciclo.
Requiere 2ATP. Mitocondria.
E: Carbamil fosfato sintetasa (enzima alostérica)
NH4+ + HCO3- → Carbamoil fosfato
2.- Síntesis de citrulina. Mitocondria. E: Ornitín-carbamil-transferasa.
Carbamoil fosfato + Ornitina → Citrulina
•
Regulación
Síntesis de las enzimas
3.- Síntesis de agininosuccinato. Requiere 1ATP. Citosol.
• Carbamil fosfato sintetasa
E: Argininosuccinato sintetasa.
(enzima alostérica)
Citrulina + ATP + Aspartato (NH3+) → Argininosuccinato.
4.- Ruptura de agininosuccinato. Citosol. E: Argininosuccinato liasa.
Argininosuccinato → Fumarato + Arginina.
5.- Hidrólisis de la arginina. Citosol. E: Arginasa.
Arginina → Urea + Ornitina
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Metabolismo degradativo de aminoácidos.
O
II
H2N – C – NH2
DOBLE CICLO (BICICLO) DE KREBS
(conexión entre el Ciclo de Krebs y Ciclo de la Urea)
Arginina
Urea
Ciclo
de la urea
Ornitina
Fumarato
Malato
Desviación del
aspartato-argininosuccinato
Esqueletos
carbonados
Oxalacetato
*
Arginino
succinato
Aspartato
Citrulina
Aspartato
α-cetoglutarato
glutamato
NADH+H+
Citosol
Citrulina
Grupos amino
Ornitina
Carbamoil
fosfato
NAD+
Malato
Ciclo
de Krebs
Fumarato
Matriz
mitocondrial
Desviación del aspartato-argininosuccinato
•
Une lo ciclos de Krebs y de la urea.
•
Enlaza los destinos de los grupos amino y los esqueletos carbonados de los aminoácidos.
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Objetivo 4. Metabolismo degradativo de aminoácidos.
Destino del esqueleto carbonado de los aa.
Los aa pueden ser glucogénicos, cetogénicos o ambos, ya sea
que participen en la síntesis de glucosa y/o de cuerpos
cetónicos.
 Aminoácidos cetogénicos: participan en la síntesis de cuerpos cetónicos.
Generan sólo acetil-CoA, acetoacetato.
 Aminoácidos glucogénicos: Participan en la síntesis de glucosa- generan
piruvato e intermediarios del Ciclo de Krebbs.
 Aminoácidos gluco-cetogénicos: Participan en ambas síntesis, glucosa y
cuerpos cetónicos
Casi todos los aa no esenciales son glucogénicos, por el contrario,
casi todos los aa esenciales son cetogénicos
La degradación oxidativa
de los 20 aminoácidos
comprende 20 secuencias
multienzimáticas
diferentes que convergen
en unas pocas rutas
terminales que conducen
al:
• piruvato
• acetil CoA,
• algunos intermediarios
del Ciclo de Krebs
Catabolismo de los aminoácidos
(agrupados según su producto principal de degradación)
aminoácidos
Cuerpos
cetónicos
α-cetoglutarato
Isocitrato
Citrato
Ciclo
del
ácido cítrico
Succinil-Coa
Succinato
Acetil-CoA
Oxalacetato
Fumarato
Malato
Piruvato
aminoácidos
aminoácidos
Glucosa
aminoácidos
aminoácidos
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Objetivo 4. Metabolismo degradativo de aminoácidos.
aminoácidos
Catabolismo de los aminoácidos
(agrupados según su producto principal de degradación)
Leucina
Lisina*
Fenilalanina*
Triptofano*
Tirosina*
Glutamato
Cuerpos
cetónicos
α-cetoglutarato
Isocitrato
Acetoacetil-CoA
Citrato
Arginina
Glutamina
Histidina
Prolina
Ciclo
del
ácido cítrico
Succinil-Coa
Isoleucina
Metionina
Treonina
Valina
Succinato
Acetil-CoA
Oxalacetato
Fumarato
Fenilalanina
Tirosina
Malato
Piruvato
Isoleucina*
Leucina
Treonina *
Triptofano*
Alanina
Cisteína
Glicina
Serina
Treonina
Triptofano
Glucosa
Glucogénico
Asparagina
Aspartato
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Objetivo 4. Metabolismo degradativo de aminoácidos.
Cetogénico
Glucogénico y Cetogénico*
feliz día
FUENTES DE NITRÓGENO



Los aminoácidos, no se almacenan en el organismo.
Sus niveles dependen del equilibrio entre biosíntesis (anabolismo) y
degradación (catabolismo) de proteínas corporales, es decir del balance
nitrogenado.
El N se excreta por orina y heces
RELACIONES METABOLICAS DE LOS AMINOACIDOS
Esqueleto Carbonado
Fondo metabólico
Común o “pool de aa.”
ACOPLAMIENTO TRANSAMINACIÓN-DESAMINACIÓN
H
+ I
H3N – C – COO
I
R
Aminoácido
COOI
C=O
I
(CH2)2
I COO
+
+ NH4
α-cetoglutarato
Transaminación
Aminotransferasa
COO
I
C=O
I
R
α-cetoácido
NADH+H+
Desaminación oxidativa
Glutamato deshidrogenasa
COO+ I
H3N – C – H
I
(CH2)2
I
COOglutamato
Catabólico
Anabólico
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Objetivo 4. Metabolismo degradativo de aminoácidos.
NAD+ + H2O
H
+ I
H3N – C – COOI
Ra
DESCARBOXILACIÓN
(mitocondria y citosol)
Aminoácido descarboxilasa
+
R – CH2 – NH3 + CO2
amina primaria
aminoácido
Amina primaria
(ptomaina)
Ptomainas: Aminas tóxicas producidas durante la putrefacción de proteínas alimenticias
al descarboxilarse los aminoácidos.
Ejemplos de ptomainas:
cadaverina, putrescina, agmatina (derivada de la arginina), histamina (derivada de la
histidina), triptamina (derivada del triptófano) y tiramina (derivada de la tirosina).
Tiramina: Amina contenida en el queso, chocolate, mermelada y vino tinto que si no son
oxidadas entran en la circulación general y causan la liberación de adrenalina y
noradrenalina. Esto produce una vasoconstricción periférica y aumento del gasto
cardíaco, hipertensión grave, además de provocar dolor de cabeza, palpitaciones,
hemorragia subdural, apoplejía o infarto de miocardio.
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Objetivo 4. Metabolismo degradativo de aminoácidos.
CICLO DE LA UREA
(Krebs-Henseleit)
Formación de urea en el hígado de organismos ureotélicos,
catalizada por un mecanismo cíclico que requiere energía (3ATP +
PPi). Es excretada en la orina en los mamíferos terrestres.
O
II
H2N – C – NH2
Glutamato
(desaminación oxidativa)
Aspartato
(transaminación)
Carbamoil fosfato
compuesto de alto contenido
energético
donador de grupo carbamílico
Ecuación global:
2NH4+ + HCO3- + 3ATP + H2O → UREA + 2ADP + AMP + 4Pi + 2H+
Profa. Audrey Suárez. Bioquímica. Metabolismo degradativo de aminoácidos.
H
+ I
H3N – C – COO- Aminoácido
α-cetoglutarato
I
R
aminoácido aminotransferasa
COOI
C=O α-cetoácido
I
R
NAD+ + H2O
glutamato deshidrogenasa
Mitocondria
COOI
C=O
I
(CH2)2
I
COO-
-
2ATP
O
O
2ADP+Pi
II
II
H2N – C – O – P – O- Carbamoil fosfato
I
Pi
OOrnitina
Citosol
O
Ornitina
II
H2N – C – NH2 Urea
1 molécula de urea
requiere 4 grupos
fosfato de
alto contenido
energético
H2O
Arginina
Fumarato
H
+ I
glutamato H3N – C – COOI
(CH2)2
I
COO-
COOI
glutamato
oxalacetato C=O
I
CH2
I
aspartato aminotransferasa
COOα-cetoglutarato
NADH+H+ + NH4+
HCO3
COOI
C=O
I
(CH2)2
I
COO-
H
+ I
H3N – C – COOI
CH2
aspartato
I
COO-
Citrulina
Ciclo
Ciclo
delala
de
Urea
Urea
Citrulina
ATP
Citruil-AMP
Argininosuccinato
PPi → 2Pi
AMP
Malato
Ciclo
de
Krebs
Reacciones:
1.- Síntesis de carbamil fosfato.
2.- Síntesis de citrulina.
3.- Síntesis de argininosuccinato.
4.- Ruptura de argininosuccinato.
5.- Hidrólisis de arginina.