metabolismo de aminoacidos

METABOLISMO DE
AMINOACIDOS
CICLO DEL NITRÓGENO
Todos los organismos requieren nitrógeno para vivir y crecer. A pesar que
la mayoría
y
del aire que
q respiramos
p
es N2, la mayoría
y
del nitrógeno
g
en la
atmósfera no está al alcance para el uso de los organismos.
La Fijación del Nitrógeno
La fijación
j
biológica
g
del nitrógeno
g
es un proceso en el cual el N2 se
convierte en amonio al ser reducido.
N2 Î NH4+
Esta es la manera en la que los organismos puede obtener nitrógeno
directamente de la atmósfera y la realizan tan sólo determinados
microorganismos.
microorganismos
Bacterias del género Rhizobium, son organismos que fijan el
nitrógeno a través de procesos metabólicos.
Estas bacterias que fijan el nitrógeno habitan en los nódulos
simbióticos de las raíces de las legumbres.
Complejo
Co
p ejo N
Nitrogenasa
oge s
- Dinitrogenasa reductasa
(Fe4-S4) → Ferroproteína
Transfiere los electrones desde la ferredoxina o la flavodoxina a la
di it
dinitrogenasa.
- Dinitrogenasa
(FeMoCo) → Molibdoferroproteína
((Fe4-S4)
Cataliza la reducción del nitrógeno
Utilización del Nitrato
La capacidad de reducir el nitrato a amoníaco es común en casi la
totalidad de las plantas, los hongos y las bacterias .
El primer paso reduce nitrato a nitrito a través de la nitrato reductasa.
NO3- + NAD(P)H + H+ Î NO2- + NAD(P) + H2O
Luego se reduce el nitrito a amoníaco en una serie de reacciones,
mediante la enzima nitrito reductasa.
NO2- Î NO- Î NH2OH Î NH3
INCORPORACIÓN DE AMONIO
Prácticamente todos los organismos comparten unas mismas rutas de
utilización del nitrógeno en forma de amoníaco.
El nitrógeno amino del glutamato y el nitrógeno amida de la glutamina
son extraordinariamente activos en la biosíntesis.
biosíntesis
SÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS
y Los organismos presentan amplias diferencias en cuanto
a su capacidad de sintetizar aminoácidos.
y Muchas bacterias y la mayoría de las plantas pueden
sintetizar todos sus metabolitos nitrogenados a partir de
una única fuente de nitrógeno, como el amoníaco o el
nitrato.
y Sin embargo, muchos microorganismos utilizarán un
aminoácido ya formado cuando dispongan de él,
él en vez
de sintetizarlo.
y Los mamíferos tienen unas características intermedias,
p
puesto
que son capaces
q
p
de sintetizar aproximadamente
p
la
mitad de los aminoácidos en las cantidades necesarias
para su crecimiento y para el mantenimiento de un
balance nitrogenado
g
normal.
y Los aminoácidos que han de proporcionarse en el
alimento para satisfacer las necesidades metabólicas de
un animal se denominan aminoácidos esenciales.
esenciales
y Los aminoácidos que no es necesario proporcionar,
porque pueden biosintetizarse en cantidades suficientes,
se denominan aminoácidos no esenciales.
esenciales
y En general, los aminoácidos esenciales son aquellos que
tienen estructuras complejas, como anillos aromáticos y
cadenas laterales hidrocarbonadas.
y Los aminoácidos no esenciales son los que se sintetizan con
facilidad a partir de matabolitos abundantes, como los
intermediarios de la glucólisis, del ciclo del ácido cítrico o la
ruta de las pentosas fosfato.
Transaminación:
y La transaminación es la transferencia reversible de un
grupo amino desde un aminoácido a un cetoácido, con la
intervención del piridoxal fosfato como coenzima.
y El glutamato juega un papel clave en la asimilación del
amoníaco, por lo tanto tiene una participación central en la
transaminación.
y En otras palabras, el glutamato es un producto abundante
de la asimilación del amoníaco, y la transaminación utiliza
el nitrógeno del glutamato para la síntesis de otros
aminoácidos.
y La transaminación comporta la transferencia del grupo
amino, generalmente del glutamato, a un
αcetoácido, con la formación del correspondiente
aminoácido más el derivado α
α-ceto
ceto del glutamato, que es
el α-cetoglutarato.
y Las reacciones transaminación están catalizadas por
enzimas
denominadas
transaminasas
o,
más
correctamente aminotransferasas.
y Esta reacción es reversible, y la dirección en que se
produce una determinada transaminación está
controlada en gran parte por las concentraciones
intracelulares de sustratos y productos.
y Esto
E
significa
i ifi que la
l transaminación
i
ió puede
d utilizarse
ili
no
sólo para la síntesis de aminoácidos sino también para la
degradación de los aminoácidos que se acumulan en una
cantidad
id d superior
i de
d la
l necesaria.
i
CATABOLISMO DE
AMINOACIDOS
Balance de nitrógeno
‹ En adultos sanos la degradación y la síntesis de proteínas
ocurren a la misma velocidad y se mantiene el balance
nitrogenado, donde el nitrógeno que ingresa y el que se
excreta son similares.
‹ Niños en crecimiento,
crecimiento adultos en recuperación de
enfermedades o embarazadas tienen un balance
nitrogenado positivo. Por que hay síntesis neta de
p ote as.
proteínas.
‹ Cuando se excreta más nitrógeno del que se incorpora,
estamos en balance nitrogenado negativo. Esto ocurre
g aminoácido esencial en la dieta,, o en el
cuando falta algún
ayuno.
‹ En
los animales, los aminoácidos sufren degradación
oxidativa en tres situaciones metabólicas diferentes.
diferentes
1)
Las proteínas del organismo (proteína endógenas) están en
continuo recambio, algunos de los aminoácidos liberados
durante la degradación se degradan si no se necesitan para la
síntesis de nuevas proteínas.
2)
Cuando la dieta es rica en proteínas (proteínas exógenas) y los
aminoácidos ingeridos exceden las necesidades corporales para
la síntesis de proteínas, el excedente se cataboliza; los
aminoácidos no se pueden almacenar.
3)
Durante la inanición o en la diabetes mellitus, en las que no hay
glúcidos disponibles o estos no son utilizados adecuadamente,
se recurre a las proteínas endógenas como combustible.
‹ Las proteínas que forman parte de las dietas son
degradadas por la acción de enzimas proteolíticas
(proteinazas y peptidasas) presentes en el aparato
digestivo, las cuales las convierten en aminoácido.
‹ Los aminoácidos obtenidos de la degradación de las
proteínas son absorbidos por la mucosa intestinal
mediante mecanismos de transporte activo que consume
ATP y la presencia de iones sodio.
‹ En
todas
las
circunstancias
metabólicas,
los
aminoácidos pierden su
grupo
α-amino
α
amino
para
formar α-cetoácidos, los
“esqueletos carbonados”
de los aminoácidos.
aminoácidos
‹ El
nitrógeno del grupo
amino tiene diferentes
destinos
metabólicos,
pudiendo ser utilizado en
la biosíntesis o puede ser
eliminado.
α-cetoácidos
experimentan oxidaciones a
CO2 y H2O y, a menudo más
importante,
proporcionan
unidades de tres y cuatro
carbonos
b
q
que
pueden
d
convertirse a través de la
gluconeogénesis en glucosa,
el combustible que alimenta
el cerebro, el músculo
esquelético y otros tejidos.
‹ Los
‹ El hígado es el órgano principal de la
degradación de aminoácidos, pero
también se produce en tejidos
extrahepáticos
como
el
tejido
muscular.
‹ El exceso de amoniaco generado en
otros tejidos (extrahepáticos) se
transporta al hígado para su
conversión en la forma que se
excretan.
Primera fase:
‹ Con pocas excepciones, el primer paso de la degradación
de los aminoácidos consiste en la eliminación del grupo
α-amino para producir el correspondiente α-cetoácido
(t
(transaminación).
i
ió ) Esto
E t ocurre en ell citosol
it
l de
d los
l
hepatocitos.
‹ Esta modificación suele realizarse en forma simultánea
con la síntesis de glutamato a partir de α-cetoglutarato.
Segunda fase:
‹ El glutamato se transporta a la mitocondria, donde se
elimina el grupo amino en forma de ion amonio libre y
vuelve a convertirse luego en α-cetoglutarato mediante la
glutamato deshidrogenasa (desaminación oxidativa).
oxidativa)
Aminoácido + α
α-cetoglutarato
cetoglutarato → cetoácido + glutamato
Glutamato + NAD(P) + + H2O → α-cetoglutarato + NAD(P)H + H+ + NH4+
Aminoácido + NAD(P)+ + H2O → cetoácido + NAD(P)H + H+ + NH4+
La acción combinada de una aminotranferasa y
l
la
glutamato
l t
t
d hid
deshidrogenasa
se conoce como
transdesaminación.
ƒ Una vez eliminado el nitrógeno, el esqueleto carbonado
puede procesarse hacia la oxidación en el ciclo del ácido
cítrico o puede utilizarse para la síntesis de hidratos de
carbono, dependiendo del estado fisiológico del organismo.
ƒ Los aminoácidos pueden ser glucogénicos, cetogénicos o
ambos.
‹ Los
glucogénicos son los que generan piruvato o
intermediarios del ciclo de Krebs como α-cetoglutarato,
succinil-CoA, fumarato u oxaloacetato. (Color naranja)
‹ Los cetogénicos generan sólo acetil-CoA o acetoacetil-CoA,
son aminoácidos precursores de lípidos. Lisina y Leucina.
(Color azul)
‹ Glucogénicos
Gl
é i
y cetogénicos:
t é i
I l
Isoleucina,
i
F il l i
Fenilalanina,
Tirosina y Triptofano. (Color púrpura)
Tercera fase:
‹Parte del amoniaco generado en este proceso se
recicla y se utiliza en diversas rutas biosintéticas; el
exceso se excreta
t directamente
di t
t o se convierte
i t en urea
o ácido úrico para su excreción, según el organismo.
‹ El
exceso
de
amoniaco
generado en la mayor parte de
los otros tejidos
j
se convierte en
glutamina, que pasa al hígado y
seguidamente
a
las
mitocondrias hepáticas.
‹ En la mayoría de los tejidos, la
glutamina o el glutamato, o
ambos, se encuentran en
concentraciones más elevadas
que el resto de los aminoácidos.
Excreción del amoniaco
‹ El amonio libre es toxico para el sistema nervioso central y antes de ser
exportados de los tejidos extrahepáticos a la sangre lo transforman en
glutamina gracias a la glutamina sintetasa,
sintetasa o alanina,
alanina mediante una
ruta denominada ciclo de la glucosa-alanina.
‹ La glutamina y la alanina normalmente están presente en la sangre en
concentraciones mucho mayores que los otros aminoácidos.
‹En el hígado
g
y el riñón la g
glutamina libera el
amonio, a través de la enzima mitocondrial
glutaminasa.
‹Se hace necesaria una eliminación eficaz, ya que es
una sustancia tóxica cuyo aumento en la sangre y
los tejidos puede crear lesiones en el tejido
nervioso.
i
‹Dentro
de los mecanismos q
que dispone
p
el
organismo humano para la eliminación del
amoníaco se encuentran:
{ La excreción renal
{ Síntesis y excreción de la urea.
Excreción renal
‹El riñón es capaz
p de eliminar amoníaco p
por la
orina en forma de sales de amonio. En este órgano,
el amoníaco obtenido se combina con iónes H+
f
formando
d amonio
i que se elimina
li i
combinado
bi d con
aniones.
‹La excreción urinaria de sales de amonio consume
H+, por lo
l que
q
estas
t reacciones
i
d
dependen
d
d los
de
l
mecanismos renales de regulación del pH
sanguíneo.
sanguíneo
Síntesis y excreción de Urea.
‹Es el mecanismo más eficaz que dispone el
organismo para la eliminación del amoníaco.
‹La síntesis
í
i de
d la
l Urea se lleva
ll
a cabo
b en ell hígado
hí d y
de este órgano es secretada al torrente sanguíneo y
filtrada en los riñones para excretarse por la orina.
orina
‹La Urea es un compuesto de baja toxicidad. En
este proceso 2 moléculas de amoníaco y una de
CO2 son convertidas en urea (Ciclo de la urea)
Ciclo de la urea
‹El 80% del nitrógeno que se excreta, lo hace en
forma de urea.
‹La
producción
d ió
d
de
urea tiene
i
l
lugar
casii
exclusivamente en el hígado. La urea pasa la
torrente sanguineo y de ahí a los riñones y se
excreta en la orina.
‹Ruta cíclica en la que intervienen 5 reacciones,
dos son mitocondriales y tres citosólicas.
4
5
3
2
1
c La
4
5
3
2
1
enzima mitocondrial
carbamoil fosfato sintetasa I
cataliza el primer paso de la
síntesis
de
urea.
Técnicamente, no es una
enzima del ciclo ya que
cataliza
t li
l condensación
la
d
ió y
activación de amonio y ácido
carbónico
para
formar
carbamoil fosfato,
fosfato en donde
se encuentra el primer N de
los 2 que tendrá la urea.
d Esta enzima transfiere el grupo
4
5
3
2
1
carbamoil del carbamoil fosfato
a la ornitina, dando citrulina.
La reacción ocurre en la
mitocondria, la ornitina, es
producida en el citoplasma, por
lo cual entra a la mitocondria
por
un
transportador
específico
específico.
Las
reacciones
sucesivas del ciclo, ocurren en
el citoplasma, por lo cual la
citrulina debe exportarse desde
l mitocondria.
la
it
d i
e El segundo nitrógeno de la urea
4
5
3
2
1
es introducido en esta parte del
ciclo (totalmente citoplasmico),
p
en la cual, se condensa el grupo
ureido de la citrulina con el
amino del aspartato para dar
arginosuccinato.
i
i
La reacción,
ió
que es dependiente de ATP. En
el arginosuccinato, están ya los
componentes de la urea,
urea
producto final de excreción.
f La arginosuccinasa cataliza
4
5
3
2
1
la eliminación de arginina
del esqueleto del aspartato
formando fumarato que
puede ser reconvertido a
aspartato para ser utilizado
en esta misma reacción (vía
fumarasa
y
malato
deshidrogenasa para formar
oxaloacetato seguido de una
transaminación.
g La reacción final del ciclo
4
5
3
2
1
conlleva a la hidrólisis de
la arginina para producir
urea y ornitina, que vuelve
a entrar a la mitocondria
para repetir el ciclo. La
ornitina realiza el mismo
papel
p
p q
que el oxalacetato
en el ciclo de Krebs.
RELACION ENTRE CICLO DE KREBS Y
CICLO DE LA UREA
Fumarasa
Malato
deshidrogenasa
Malato
deshidrogenasa
g
Fumarasa
REGULACION DEL CICLO DE LA UREA