DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS Y Á AMINOÁCIDOS

DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS Y AMINOÁCIDOS
Á
Síntesis de nuevas Proteínas
Aminoácidos
Fuentes:
‐Degradación de proteínas (digestión o recambio)
‐Síntesis
Síntesis de Síntesis
de
nucleótidos, neurotrasmisores, etc.
También utilizados como combustible metabólico
Grupo amino
↓
Eliminación en Ciclo de la Urea
Esqueleto carbonado
↓
Ciclos metabólicos
(catálisis y síntesis)
DIGESTIÓN DE PROTEÍNAS INGERIDAS POR LA DIETA
Estómago e Intestino
Pepsina
p
Tripsina, p
,
Quimiotripsina RECAMBIO DE PROTEINAS
‐ Detección y eliminación de proteínas dañadas o innecesarias
‐La ubiquitina (UBQT) marca a las proteínas a degradarse
La ubiquitina (UBQT) marca a las proteínas a degradarse
‐ Glicina terminal (extremo COO‐) de la UBQT se une a grupos amino laterales de lisinas de la proteina a marcarse (gasto de ATP)
‐ Esta unión isopeptídica requiere 3 enzimas:
E1: Enzima activadora de UBQT, el carboxilo terminal de UBQT se une a un grupo
sulfhidrilo de la E1 previa interacción con un AMP proveniente de hidrólisis de ATP
(activación).
(activación)
E2: Enzima conjugante de UBQT, luego del paso anterior la UBQT se une a la E2
liberando E1.
E3: Ligasa ubiquitina‐proteína, cataliza la transferencia de la UBQT desde E2 al grupo
amino lateral de la proteína diana.
Proteasoma
‐Complejo proteico (26S) responsable de la hidrólisis de proteínas marcadas con UBQT
‐2 Componentes:
a)) 20S o Catalítico: 28 subunidades distribuidas en 4 anillos de 7 subunidades c/u
/
formando un barril
→ 2 anillos α ext. y 2 β int. Los β llevan los extremos N terminal de sus subunidades con
treonina o serina (grupo OH lateral) que atacan los enlaces peptídicos. Libera
péptidos
é tid de
d 7‐9
7 9 aminoácidos.
i á id
a) 19S o Regulador: reconoce prot. marcadas y las introduce al barril catalizador para
su hidrólisis liberando UBQT. Dependiente
p
de ATP.
Lo que determina que una proteína sea
marcada
para
su
destrucción
es
principalmente el aminoácido amino terminal
(regla del N terminal).
Por ej. metionina define una vida media
mucho mayor que arginina.
La E3 es la responsable de la lectura N
terminal.
terminal
DEGRADACIÓN DE AMINOÁCIDOS
- Se lleva a cabo en 2 pasos principales: 1- liberación del grupo amino
y, 2- incorporación a alguna vía de producción de energía (ver Destino de átomos de C de
aminoácidos).
- 1- La aminotransferasa (transaminasa) cataliza la transferencia del grupo amino
de un α-aminoácido a un α-cetoácido (α-cetoglutarato para la formación de
glutamato): transaminación.
El grupo amino ahora en el glutamato se elimina como amonio por desaminación
oxidativa por acción de la glutamato deshidrogenasa con reducción de NAD+ o
NADP+ y formando una base de Schiff intermediaria: desaminación.
Las Aminotransferasas o transaminasas usan piridoxal fosfato (PLP) como
grupo prostético. Este es básicamente una piridina con una función
aldehido la cual es capaz de unir grupos amino de aminoácidos, separarlos
y transferirlos a un cetoácido.
Aunque la mayoría de los aminoácidos transfieren los
átomos de N al α-cetoglutarato, la serina y la treonina
pueden formar directamente NH4 por medio de la serina
deshidratasa o la treonina deshidratasa.
deshidratasa
En los órganos diferentes al hígado, el N a ser eliminado pasa
de g
glutamato a alanina p
para ser transportado
p
al hígado
g
donde
pasa de nuevo a glutamato
CICLO DE LA UREA
La mayoría de los vertebrados terrestres elimina el amonio proveniente de la
degradación de aminoácidos como urea.
urea
Organismos:
-Urotélicos: eliminan amonio como urea.
-Amonotélicos:
Amonotélicos: eliminan directamente amonio al medio acuoso (peces)
-Uricotélicos: lo eliminan como ácido úrico (aves)
P
Pasos
d l ciclo:
del
i l
1- Formación de carbamil fosfato entre NH4+ y HCO3- por acción de la carbamil
fosfato sintetasa y la utilización de ATP
2- Reacción entre el carbamil fosfato y ornitina para dar citrulina (ornitina
t
transcarbamilasa)
b il
)
3- Unión de citrulina con aspartato en el citoplasma para dar
argininsuccinato (argininsuccinato sintetasa) con ruptura de ATP.
4- Escisión de argininsuccinato en arginina y fumarato
Ciclo de Krebs
5- Hidrólisis de la arginina en urea (eliminación) y ornitina (sigue el ciclo)
Ciclo de
la Urea
DESTINO DE LOS ÁTOMOS DE CARBONO DE AMINOÁCIDOS DEGRADADOS
•Destino:
Destino: transformación en intermediarios para i) producir glucosa,
glucosa ác.
ác grasos o
cuerpos cetónicos , u ii) oxidarse en C. de Krebs para producir energía.
•Los 20 aminoácidos se transforman en 7 moléculas: acetil-CoA, acetoacetil CoA,
piruvato, α-cetoglutarato, succinil-CoA, fumarato y oxalacetato. Los que forman las 2
primeras son cetogénicos (generan
(
cuerpos cetónicos o ác. grasos)) y los que generan
las demás son glucogénicos (generan glucosa).
BIOSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS
FIJACIÓN DE NITRÓGENO
•El N de aminoácidos, purinas, pirimidinas y otras moléculas tiene su origen en el
Nitrógeno atmosférico.
•La fijación de N es el proceso por el cual se transforma N2 en NH3
•Sólo algunas bacterias son capaces de la fijación de N, y también se puede
producir por algunos procesos artificiales.
•Proceso Biológico:
-Interviene el complejo nitrogenasa formado por 2 proteínas: reductasa (aporta
electrones) y nitrogenasa (utiliza los electrones para reducir N2 a NH3)
-En la reducción biológica intervienen 8 electrones
-Los 8 e- proceden de la ferredoxina reducida
-Por cada e- transferido se hidrolizan 2 ATP
N2 + 8e- + 8H+ + 16 ATP + 16 H2O
2 NH3 + H2 + 16 ADP + 16 Pi
El componente reductasa transfiere los e- desde la ferredoxina reducida al
componente nitrogenasa. La energía de la hidrólisis de ATP se utiliza para el
cambio conformacional que acerca ambos componentes y transferir los e- al lugar
donde se reducirá el N2.
INCORPORACIÓN DE AMONIO A BIOMOLÉCULAS
-Se incorpora en primera instancia a glutamato y glutamina y de ellos a otros
aminoácidos.
-El grupo α-amino de la mayoria de los aminoácidos proviene de transaminación
de glutamato
-Glutamina aporta el nitrogeno de su cadena lateral para síntesis de
compuestos como triptofano e histidina.
-El glutamato se forma por la unión de NH4 con α-cetoglutarato catalizada por la
glutamato deshidrogenasa. Es la reacción inversa a la de degradación, en este
caso con consumo de NADH o NADPH y con la formación de una base de
Schiff intermediaria
Una 2da molécula de NH3 puede incorporarse al
glutamato para formar glutamina por acción de la
glutamina sintetasa
SÍNTESIS DE LOS ESQUELETOS CARBONADOS
DE LOS AMINOÁCIDOS
•Los esqueletos carbonados provienen de intermediarios de la glucólisis, de la
vía de las pentosas fosfato o del ácido cítrico
(C. ác. Cítrico)
Esencial
No esencial
Precursor de otro aminoácido
(C. ác. Cítrico)
(Vía
pentosas
Fosfato)
(Glucólisis)
(C. ác. Cítrico)
(Glucólisis)
•Los aminoácidos se clasifican
en no esenciales
i l
o esenciales
i l
según la capacidad o no de ser
sintetizados por el ser humano,
respectivamente.
•Los microorganismos en gral
pueden sintetizar los 20.
•Los
aminoácidos
no
esenciales
requieren simples etapas para su
síntesis mientras que los no esenciales
necesitan
it
etapas
t
más
á complejas
l j
que
involucran más pasos.
Síntesis de glutamato, aspartato y alanina
•El glutamato se forma por aminación reductiva del α-cetoglutarato (glutamato
deshidrogenasa)
•El
El grupo amina del glutamato puede transferirse a otros α
α-cetoácidos
cetoácidos como el
piruvato y el oxalacetato para dar alanina y aspartato, respectivamente.
oxalacetato + glutamato
piruvato + glutamato
aspartato + α-cetoglutarato
alanina + α-cetoglutarato
•Estas
Estas reacciones son catalizadas por transaminasas asociadas a piridoxal fosfato
(como se muestra en la degradación de aminoácidos)
Síntesis de Asparragina:
p
g
se forma a p
partir de aspartato
p
con activación e hidrólisis
de ATP, siendo el N aportado por el NH3 en bacterias o por la glutamina en
mamíferos. Reacción similar a la síntesis de glutamina a partir de glutamato.
Síntesis de glutamina, prolina y arginina
Todas se forman a partir de glutamato:
•Glutamina: se forma por activación con ATP e incorporación de otro grupo amino
•Prolina y Arginina: El grupo carboxilo lateral (γ) del glutamato reacciona con ATP
y NADPH para dar: a) un semialdehido glutámico que por pérdida de H2O forma
un compuesto cíclico precursor de la prolina o,
o b) ornitina,
ornitina por transaminación con
otra molécula de glutamato, la cual formará arginina siguiendo el ciclo de la urea.
Síntesis de Serina y Glicina
•Serina: se forma a partir de 3-fosfoglicerato por oxidación con NAD+ y
transaminación con glutamato
•Glicina: se sintetiza por transferencia del grupo metileno lateral de la serina al
tetrahidrofolato (un transportador de fragmentos monocarbonados)
monocarbonados).
Síntesis de Cisteína
Se forma a partir de la unión de la homocisteína, precursor de la
metionina, con serina para dar cistationina que por desaminación
da α-cetobutirato y cisteína.
La homocisteína proviene
del ciclo de los metilos
activados
donde
se
intercambian metilos entre
S-adenosil
metionina,
homocisteína y metionina
Metionina
Síntesis de aminoácidos aromáticos: Fenilalanina, Tirosina y Triptofano
• Se condensan fosfoenol piruvato (de Glucólisis) y eritrosa 4-fosfato (de C. de las
Pentosas) para dar un azúcar abierta de 7 C que se oxida y vuelve cíclica. Luego
se deshidrata y reduce para formar Siquimato el cual forma Corismato por
condensación de otro fosfoenol piruvato
•El
El Corismato es el precursor común de los tres aminoácidos
•La tirosina puede formarse a partir de Corismato o por hidroxilación de fenilalanina
Triptofano
Fenilalanina
Tirosina
GLIFOSATO (Roundup):
•Herbicida de amplio espectro que inhibe a la enz. responsable de la formación
del precursor de corismato, el 5-enolpiruvil-siquimato-3-fosfato.
•Esta enzima, la 5-enolpiruvil-siquimato-3-fosfato sintasa (EPSPS), al estar
presente sólo en plantas hace teóricamente inocuo al herbicida para los
animales.
•De todos modos, su utilización debe ser moderada y vigilada ya que por ser un
producto químico puede actuar sobre otros mecanismos aún no bien explorados
•Estudios recientes lo predisponen como capaz de provocar "trastornos
intestinales y cardíacos, malformaciones y alteraciones neuronales“.
Modo de acción:
•El glifosato actúa como un inhibidor competitivo del Fosfoenol
piruvato (PEP) y se combina mas fuertemente al complejo EPSP
Sintasa-Siquimato-3-fosfato (S3P) de lo que lo hace PEP (el sustrato
natural).
)
•Sin embargo, al igual que el PEP, el glifosato no presenta afinidad por
la enzima aislada; es decir, PEP o glifosato no se combinan con EPSP
Sintasa sino al complejo EPSP Sintasa-S3P.
Sintasa,
Sintasa S3P
•Una gran diferencia entre PEP y glifosato es que la tasa de
disociación del complejo EPSP sintasa-S3P-glifosato es 2300 veces
mas lenta que la tasa de disociación de EPSP sintasa-S3P-PEP.
Debido a esto, una vez que el glifosato se combina con el complejo
EPSP sintasa-S3P la enzima es virtualmente inactivada
Integración:
‐Marcación de proteínas y degradación.
Marcación de proteínas y degradación
‐Degradación de Aminoácidos: a) Transaminación y Desaminación, b) Destino de los esqueletos carbonados (aminoácidos cetogénicos
esqueletos carbonados (aminoácidos cetogénicos y glucogénicos)
y glucogénicos) y c) Ciclo de la Urea y c) Ciclo de la Urea
(eliminación de amonio).
‐ Fijación de Nitrógeno.
Fijación de Nitrógeno
‐ Síntesis de aminoácidos: transaminación, aminación reductiva y desaminación.
‐ Aminoácidos esenciales y no esenciales. Problema:
¿Cuáles de los 20 aminoácidos pueden sintetizarse directamente por
transaminación de intermediarios metabólicos muy frecuentes? Mencione tanto
los aminoácidos como sus intermediarios.