7. metabolismo de proteinas y aminoacidos

Metabolismo de proteínas y aminoácidos

Generalidades

• El organismo digiere entre 60 y 100 gramos diarios de proteínas.

• Se suman entre 35 y 200 g de proteínas endógenas (jugos digestivos, descamación celular).

• Sólo se pierden por las heces entre 6 y 12 g de proteínas o sus productos, correspondientes a 1-2 g de N2.

Enzimas digestivas

• Hidrolasas que rompen los enlaces peptídicos.• Clases de enzimas:

– Endopeptidasas– Exopeptidasas

• Aminopeptidasas• Carboxipeptidasas

• Fases: Gástrica-Pancreática-Intestinal

Digestión y absorción de proteínas

Luz intestinal Superficie Luminal

Enterocito Capilar

K+Polipéptidos

Aminoácidos libres(40%)

Oligopéptidos(60%)

Estómago

Pepsina

Pancreas

TripsinaQuimotripsinaElastasaCarboxipeptidasas

Borde en cepillo

EndopeptidasaAminopeptidasaDipeptidasa

Aminoácidos

DipéptidosTripéptidos

Na+

Na+

H+

H+

Na+

K+

ATP

ADP

Aminoácidos

Digestión gástrica• Jugo gástrico:

– HCl ( pH=2 ), funciones:• Matar los gérmenes• Desnaturalizar las proteínas: más digeribles

– Pepsinas:• La pepsina A, la mayor , se activa a pH ácido.• Ataca enlaces peptídicos de aminoácidos aromáticos.• Generada a partir de proenzima pepsinógeno, que pierde 44 aa

a partir del amino terminal por autoactivación (a pH<5) o por autocatálisis (la misma pepsina).

• Si bién libera aa y polipéptidos, su importancia radica en que ellos estimulan a la colecistoquinina del duodeno.

Secreción de ácido

clorhídricoSangre

CÉLULA PARIETAL

ANHIDRASA CARBÓNICA

Digestión pancreática

• Jugo pancreático rico en endopeptidasas y carboxipeptidasas. Todas se activan en la luz intestinal.– La enteropeptidasa , enteroquinasa secretada por las células

epiteliales del intestino, activa al tripsinógeno, eliminando 6 aa del amino terminal y convirtíendolo en tripsina.

– La tripsina se autocataliza luego y activa además la quimotripsina, elastasa, y las carboxipeptidasas A y B.

– El jugo pancreático tiene además un inhibidor de tripsina.

Enzimas gástricas y pancreáticas

Enzima Proenzima Activador Punto de acción R

Pepsina A PepsinógenoAutoactivación Pepsina Tyr,Phe,Leu

Tripsina TripsinógenoEnteropeptidasa Tripsina Arg,Lys

Quimotripsina Quimotripsinógeno Tripsina Tyr,Trp,Phe,Met,Leu

Elastasa Proelastasa Tripsina Ala,Gly,Ser

Carboxipeptidasa A Procarboxi.A Tripsina Val,Leu,Ile,Ala

Carboxipeptidasa B Procarboxi.B Tripsina Arg,Lys

R R1

-CO-NHCHCO-NHCHCO- R R1

-CO-NHCHCO-NHCHCO- R R1

-CO-NHCHCO-NHCHCO-

R R1

-CO-NHCHCO-HCHCO-

R -CO-NHCHCOO- R

-CO-NHCHCOO-

Digestión intestinal• La digestión gástrica y la pancreática generan un 60% de

oligopéptidos entre 2 y 8 aminoácidos.• La superficie intestinal es rica en aminopeptidasas A y N

(actúan sobre oligopéptidos con NH2 terminal ácido y neutro) así como en dipeptidasas.

• Di o tripéptidos con prolina, hidroxiprolina, son absorbidos directamente.

Absorción de aminoácidos y dipéptidos

• El intestino absorbe aminoácidos libres y pequeños péptidos.

• Aunque la gradiente de concentración es favorable, se requiere un transportador .Los transportadores son sodio dependientes.

• Existen hasta siete transportadores por grupos de aminoácidos : neutros, aromáticos, iminoácidos, etc.

Absorción de aminoácidos no esenciales

• Se absorben entre 60 y 100 g de aminoácidos cada día. Aproximadamente el 40% son no esenciales, de ellos 12 g corresponden a ácido glutámico.

• El glutámico se absorbe muy lentamente debido a que en el enterocito se le somete a una transaminación, por ello se absorbe como alanina y produce cetoglutarato que es responsable de las necesidades calóricas del mismo enterocito, luego ayuda a la absorción de otros aminoácidos.

Origen de los aminoácidos• Provienen inicialmente del

N de la atmósfera.• Se transforma de N2 a NH3

por algas, microorganísmos y plantas.

• El ser humano sintetiza 11 de los veinte amino-ácidos necesarios. Los otros debe consumirlos, son los esenciales.

N2 en la atmósfera

NH4+ NO

2-

NO3-

NH4+

Aminoácidosproteínas

proteínas

POOL DE AMINOÁCIDOS

Remoción de nitrógeno de los aminoácidos

• La remoción del grupo alfa es la primera etapa en el catabolismo de los aminoácidos.

• Las reacciones características son:– Transaminación y – Desaminación oxidativa

• Estas reacciones generan aspartato y amonio que son las fuentes últimas del nitrógeno de la urea.

Reacciones de Transaminación• Sintetiza aminoácidos a partir de

alfa ceto ácidos.• Se les llama transaminasas o

aminotransferasas.• La enzima está asociada al

piridoxal fosfato. Forma activa de la vitamina B6, generando temporalmente piridoxamina fosfato.

alanina cetoglutarato

piruvato glutamato

cetoglutarato

aspartato

oxalacetatoC

=O H

O3P-CH2- OH

NCH3

CH2-NH2

O3P-CH2- OH

NCH3

Piridoxal fosfato Piridoxamina fosfato

Reacciones de Desaminación oxidativa

• Desaminación oxidativa: libera los grupos NH2- como NH4 libre. Reac-ciones que ocurren en hígado y riñón, dando cetoácidos y NH4+.

• Reacción llevada a cabo por la deshidrogenasa glutámica, con coenzimas NAD o NADP, pero actúa en ambas direcciones.

NH3 deaminoácidos

Cetoácido

cetoglutarato

NH3 delglutamato

NH3

+NADH(NADPH)

aminotransferasa Glutamato deshidrog.

NAD(NADP)

cetoglutarato

glutamato

Deshidrogenasaglutámica

Disposición del amonio• Aunque el amoniaco está involucrado en la formación de

urea por el hígado, su nivel mientras se dirige de los tejidos hacia el hígado para su transformación en urea debe mantenerse bajo, por ser tóxico.

• Los tejidos producen amonio:– De los aminoácidos: mediante la amino transferasa y glutamato

deshidrogenasa.– De la glutamina: Los riñones forman amonio de la glutamina por

acción de la glutaminasa. Este amonio se excreta como amoniaco. – De la acción bacteriana en el intestino.– De las aminas de la dieta, o de las purinas y pirimidinas.

Vía de la Glutamino sintetasa y la glutaminasa

• El 50% del amonio circulante lo hace como glutamina sintetizada en el hígado. Lo produce la glutamino sintetasa del hígado y el fenómeno opuesto la glutaminasa del riñón.

Glutamato

Glutamina Glutamato

Glutamina

Glutaminosintetasa(hígado)

Glutaminasa(riñón)

Transporte de amonio

• La proteína celular es degradada con la muerte celular planificada o apoptosis.

• La vida media de las proteinas es variable. Desde horas como la insulina, hasta meses como la hemoglobina.

• La selección de la proteína para degradarse depende de su unión con un polipéptido de 76aa llamado ubiquitina.

• Las proteínas consumidas en exceso no se almacenan, se usan de inmediato para energía

Riñón

Hígado

Músculo

Destino del N2 de los alfa aminoácidos

• Depende del lecho ecológico donde viva el animal:– Los peces excretan amoniaco, por cuanto es de fácil

disolución en el agua.– Las aves excretan ácido úrico (uricotélicos) deben consevar

bajo peso y retener agua o lo que excretan con el guano, alto contenido de ác.úrico semisólido.

– Los mamíferos excretan urea (ureotélicos) compuesto altamente soluble.

Ciclo de la urea• Un ser humano con una dieta

normal, 300g de carbohidratos, 100 g de grasa y 100g de proteínas debe excretar aproximadamente 16,5 g de nitrógeno al día , 95% en la orina y 5% en las heces.

• La urea representa del 80 a 90% del N2 que sale por la orina.

• La urea se produce en el hígado, se libera a la sangre y se excreta por el riñón.

• Se requieren bicarbonato (fuente de CO2),una molécula de amonio, un grupo amino del aspartato y 3 moléculas de ATP.

Carbamil fosfato

enzima

enzima

CitrulinaAspartato

Arginino succinato

Fumarato

Urea

Arginina

Ornitina

Síntesis de carbamil fosfato

• La síntesis de carbamil fosfato es el 1er paso de la síntesis de urea. El CO2 proviene del bicarbonato, la energía y el grupo fosfato de dos moléculas de ATP.

• La enzima encargada es la Carbamil fosfato sintetasa I

• El carbamil fosfato se une a la ornitina con la ornitin transcarbamilasa para formar citrulina. Estas dos reacciones son mitocondriales. Las restantes son citosólicas.

Carbamil fosfato

enzima

enzima

Citrulina

Arginino succinato

Fumarato

Urea Arginina

Ornitina

citosolcitosol

mitocondriamitocondria

Carbamilfosfatosintetasa I

Aspartato(2º nitrógeno)

Arginino succinato liasa

N del ac.glutámico

Ciclo de la urea• La citrulina formada sale

al citosol donde se une al aspártico, mediante una arginino succínico sintetasa y el gasto de un ATP.

• El arginino succínico libera fumarato y forma arginina por una arginino succinasa y esta última por una arginasa libera urea y forma nuevamente ornitina que cierra el ciclo.

Arginina succinato

fumarato

aspartato

arginina

citrulina

ornitinaCarbamil fosfato

Biosíntesis de aminoácidos de aminoácidos no esenciales

• La síntesis de proteínas requiere de todos los aminoácidos, tanto los esenciales como los no esenciales.

• Los esenciales deben venir en la dieta, mientras que los no esenciales pueden ser sintetizados a partir de otros intermediarios comunes del metabo-lismo.

GlucogénicosGluco y cetogénicos Cetogénicos

Alanina TirosinaAsparaginaAspartatoCisteinaGlutamatoGlutaminaGlicinaProlinaSerinaArginina Isoleucina LeucinaHistidina Fenilalanina LisinaMetionina TriptofanoTreoninaValina

No

esen

cial

Ese

ncia

les

Síntesis de aminoácidos a partir de ceto ácidos

• Alanina, Aspartato y Glutamato son formados a partir de cetoácidos corres-pondientes: piruvato, oxalace-tato y cetoglutarato, que pro-vienen del metabolísmo de los carbohidratos.

• Esto se produce gracias a la transaminación.

• El glutamato es producido más comúnmente a partir la reversa de la desaminación oxidativa catalizada por la glutamato deshidrogenasa.

Piruvato Alanina

aminoácido

cetoácidoaminotra

nsferasa

Oxalacetato Aspartato

aminoácido

cetoácidoaminotransferasa

Cetoglutarato Glutamato

aminoácido

cetoácidoaminotransferasa

Cetoglutarato Glutamato

NH3+NADH

NADGlutamato

deshidrogenasa

Síntesis de aminoácidos por amidación

• Glutamina: se sintetiza a partir del glutamato en presencia de ATP, NH3 y glutamina sintetasa. Es el mayor mecanismo de detoxificación de amonio en el cerebro.

• Asparragina: se sintetiza a partir de aspartato, en presencia de glutamina, ATP y la enzima asparragina sintetasa. La asparraginasa que hidroliza la asparragina se usa en el tratamiento de leucemia dado que esta última es necesaria a ese tipo de células

Glutamato + ATP+NH3 Glutamina + ADP + H + PiGlutamina sintetasa

Aspartato +Glutamina+ATP Asparragina+AMP+Ppi+H

Asparragina sintetasa

Síntesis de la Serina• Se forma a partir de 3-P

glicerato del metabo-lismo de carbohidratos.

• Sufre oxidación con formación de NADH (energía?)y produce 3-fosfo serina.

• Recibe un grupo amino del glutamato por transaminación y forma 3-fosfoserina la que al hidrolizar el ácido fosforico deja un grupo alcohol.

Fosfogliceratodeshidrogenasa

3-fosfoglicerato 3-fosfopiruvato

GlutamatoCetoglutarato

3-fosfoserina Serina

Fosfatasa

Aminotransferasa

Glicina

• Es sintetizada a partir de la serina, mediante la remoción de un grupo hidroximetil y la acción de una serina hidroximetil trans-ferasa.

• Actúa como receptor tetrahidrofolato.

Glicina

N5N10 Metilentetrahidrofolato

Tetrahidrofolato

Serina hidroximetil transferasa

Serina

Prolina

• Se sintetiza a partir del glutamato.

• Comprende dos fenómenos de reducción, por lo tanto hay gasto de energía.

Enzimasdesconocidas

Glutamato semialdehido

Pirrolin 5, carboxilato

Pirrolin 5 carboxilatoreductasa

Prolina

GlutamatoATP

Tirosina • Precursora de la tiroxina, adrenalina, y melanina.• Se forma a partir de la fenilalanina por una

hidroxilasa. • La reacción es reversible, luego la tirosina, no

esencial depende de la fenilalanina esencial.• La enzima sólo se encuentra en el hígado

Tetrahidrobiopterín dihidrobiopterín

Fenil alanina hidroxilasa

Fenil alanina Tirosina

Catabolismo del esqueleto de carbono de los aminoácidos

• Luego de la eliminación del grupo amino el esqueleto carbonado de los aminoácidos se cataboliza a sustratos para biosíntesis de carbohidratos o lípidos.

• Se clasifican entonces en glucogénicos y cetogénicos

DESTINO DEL ESQUELETO CARBONADO DE LOS AMINOÁCIDOSGlucogénicos Cetogénicos Glucogénicos y cetogénicosAla Hip Leu IleArg Met LisAsp Pro FenCis Ser TirGli Tre TriGlu ValHis

Aminoácidos glucogénicos• La asparragina por una asparraginasa

pierde NH4 y se transforma en aspártico que por un transaminasa produce oxalacetato

• La glutamina por una glutaminasa pierde NH4 y produce glutamato que por transaminación produce ceto glutárico.

• La prolina se oxida a dehidroprolina, luego se hidrata a glutamato semialdehido y luego se oxida a glutamato

• La arginina , vía síntesis de urea gene ra ornitina, la que da lugar por transaminación y oxidación a glutamato.

Aminoácidos glucogénicos• La alanina forma piruvato

por transaminación.• La glicina se transforma en

serina por una hidroximetil transferasa. La serina por una deshidratasa se transforma en piruvato

• La metionina, isoleucina y la valina se catabolizan a succinil CoA

Aminoácidos cetogénicos

• Todos los aminoácidos que forman piruvato, generan acetil CoA vía la piruvato deshidrogenasa.

• Además la fenilalanina, tirosina, triptofano, lisina y leucina forman Acetil CoA directamente.

• La metionina se condensa con ATP para formar S-adenosil metionina o Metionina activa.

La metionina activa es un donante de un átomo de carbono pero puede en último término generar propionil CoA.

Otros compuestos que se forman a partir de los aminoácidos

• Los aminoácidos no sólo sirven para fabricar proteínas sino que permiten la preparación de compuestos biológicamente activos tales como:– Núcleo Hem de la hemoglobina– Creatina– Histamina– Serotonina– Catecolaminas– Melanina

Creatina fosfato• Derivado fosforilado de la creatina. Se encuentra en

el músculo y es un compuesto rico en energía que puede donar un grupo fosfato al ADP para formar ATP, mediado por la creatin quinasa.

• Mantiene el nivel celular de ATP durante los esfuerzos musculares medios.

• Se sintetiza a partir de glicina y arginina, más un grupo metilo de la s-adenosil metionina.

• Recibe luego un grupo fosfato del ATP.• Su forma de excreción una vez defosforilada, es la

creatinina.

Síntesis de creatina fosfato

Arginina

Glicina

Transamidinasa Guanidino acético Ornitina

S-adenosilmetionina

S-adenosilmetionina

Creatina

PO3-NH2Creatina fosfato

ATP

Pi

C-N-CH2-CO

=

CH3NH

NH Creatinina

DERIVADOS DE LOS AMINOACIDOS

Neurotransmisores derivados de la tirosina

• La mayor parte de la tirosina que no es incorporada a proteínas es catabolizada para producción de energía.

• Otra ruta significativa de la tirosina es su conversión a catecolaminas.

• Los neurotransmisores catecolaminas, son dopamina, norepinefrina y epinefrina.


• La norepinefrina es el neurotransmisor principal de las terminaciones post ganglionares simpáticas. La norepinefrina y su derivado metilado, la epinefrina son almacenados en los nodos sinápticos de las neuronas, que los secretan, sin embargo la epinefrina no es un mediador de las terminaciones simpáticas post ganglionares.


• La tirosina es transportada dentro de las neuronas secretoras de catecolamina y las células medulares de las adrenales donde tiene lugar la síntesis de catecolaminas. El primer paso en el proceso , requiere tirosina hidroxilasa, el que al igual que la fenil alanina hidroxilasa requiere tetrahidrobiopterina como su cofactor.


• La reacción de hidroxilación , genera DOPA (3,4-dihidro-fenilalanina).

• DOPA decarboxilasa convierte DOPA a dopamina,

• dopamina b-hidroxilasa convierte dopamina a norepinefrina y la…

• fenil-etanolamina N-metiltransferasa convierte norepinefrina a epinefrina.


• Esta última reacción es una de varias en el organismo que usa SAM (s adenosil metionina) como un donante de grupos metil. Generando S-adenosil-homocisteina. Dentro de la sustancia negra y en algunas otras partes del cerebro, la síntesis solamente procede hacia dopamina. Dentro de la médula adrenal la dopamina es convertida a norepinefrina y epinefrina.


• Una vez sintetizadas la dopamina, la epinefrina y la nor-epinefrina, son empaquetadas bajo la forma de gránulos en vesículas celulares. Dentro de estas vesículas , la nor-epinefrina y la epinefrina, son unidas a ATP y a una proteina denominada CROMOGRANINA A. El metabolismo de estas catecolaminas ocurre a traves de las acciones catecolamina-O-metiltransferasa, (COMT) y monoamino oxidasa, (MAO). Ambas enzimas estan ampliamente distribuidas en el cuerpo. Sin embargo , la COMT no es encontrada en las terminaciones nerviosas como si lo es la MAO.



Neurotransmisores derivados del triptofano.

• El triptofano sirve como un precursor para la síntesis de serotonina (5-hidroxytriptamina, 5-HT) y melatonina (N-acetil-5-metoxitriptamina).



• La serotonina es sintetizada a través de un proceso de dos pasos comprometiendo una hidroxilación dependiente de tetrahidrobiopterina

• Reacción (catalizada por triptofano 5 mono-oxigenasa) y luego una descarboxilación catalizada por L-amino ácido aromático decarboxilasa.

• La hidroxilasa , normalmente no esta saturada y como resultado de esto, una incrementada ingesta de triptofano en la dieta, llevara a un incremento en el contenido de serotonina en el cerebro.


• La serotonina esta presente en altas concentraciones en las plaquetas y en el tracto gastrointestinal. Cantidades menores son encontradas en el cerebro y en la retina. Las neuronas que contienen serotonina tienen sus cuerpos celulares en los núcleos de la línea media del tallo cerebral y se proyectan a porciones del hipotálamo, el sistema límbico, la neocorteza

( neocortex) y la medula espinal. • Despues de ser liberada desde las neuronas

serotoninergicas, la mayor parte de la serotonina liberada es recapturada por un mecanismo activo de reabsorción.


• La función del antidepresivo, Prozac es justamente inhibir este proceso de recaptación, por tanto resultando en una presencia de serotonina prolongada en las uniones sinápticas.


• La melatonina es un derivado de la serotonina dentro de la glándula pineal

( hipofisis ) y la retina, donde se encuentra la enzima necesaria: N-acetiltransferasa. Las celulas del parenquima de la pineal, secretan melatonina hacia la sangre y el líquido cerebro espinal..


• La síntesis y secreción de la melatonina se incrementa durante los periodos de oscuridad del día y es mantenida a niveles bajos durante las horas de luz. Esta variación diurna de la síntesis de melatonina es manejada por la norepinefrina secretada en los nervios simpáticos post ganglionares, los cuales inervan la pineal.


• Los efectos de la norepinefrina son llevados a cabo por su interaccion con los receptores beta adrenergicos. Estos llevan al incremento de los niveles de cAMP (ciclico), el que finalmente activa la N-acetil transferasa requerida para la sintesis de melatonina.

• La melatonina funciona inhibiendo la sintesis y secrecion de otros neurotransmisores tales como la dopamina y GABA

Biosíntesis de Creatina

• La creatina es sintetizada en el higado por metilacion del guanidoacetato usando SAM como donante de metilos. Guanidoacetato por si mismo es formado en el riñon a partir del aminoacido ARGININA y GLICINA.


Biosíntesis de Creatina• La creatina es usada como una forma de

deposito de fosfatos de alta energia. El fosfato es transferido desde al ATP a la creatina , generando creatina fosfato, a traves de la accion de la cretainafosfokinasa. La reaccion es reversible de manera tal que cuando hay una gran demanda de energia, (durante la contraccion muscular) la creatina fosfato , dona su fosfato al ADP convirtiendolo en ATP..

Biosíntesis de Creatina• La creatina y la creatina fosfato se

encuentran en el tejido muscular, cerebro y sangre. La creatinina se forma en el musculo a partir de la creatina fofato por una reaccion (deshidratacion) no enzimatica y subsecuente perdida de fosfato. La cantidad de creatinina asi formada , es producida en relacion a la masa muscular y es relativamente constante de dia a dia.


• La creatinina es excretada por los riñones siendo su nivel de excrecion una medida de la funcion renal.

• (depuración de creatinina)

Nucleotidos.

• Los requerimientos metabolicos para los nucleotidos, asi como de sus bases, pueden ser introducidos por la ingesta dietaria o por síntesis de novo a partir de precursores de bajo peso molecular.

Nucleotidos.

• La habilidad para producir nucleotidos , a partir de fuentes corporales, evita los requerimientos nutricionales.

• De manera que las bases puricas y pirimidinicas no son requeridas en la dieta.

• Por tanto las vias metabolicas son la fuente mayor de nucleotidos para la sintesis de DNA y RNA y cofactores de enzimas.

Sobre el DNA y RNA...

• Endonucleasas: Produciendo oligonucleotidos• Fosfodiesterasas --- --- --- ---Produciendo nucleotidos libres - - - - - - -• Nucleosido fosforilasas Los nucleotidos son hidrolizadas,

finalizando en ribosa-1-fosfato y bases libres.

Nucleotidos.

• Si los nucleosidos y / o las bases no son reutilizados, las bases puricas son degradadas a acido urico y las pirimidinas a β-amino-iso-butirato , NH3 y CO2.

• La via de la ingesta o la de sintesis de novo de las purinas y pirimidinas llevan a la produccion de nucleosido-5'-fosfatos via la utilización de un azucar activado como intermediario y una enzima denominada fosforibosil-transferasas. El azucar activado usado es la 5-fosforibosil-1-pirofosfato, PRPP. PRPP es generada por la acción de la PRPP sintetasa y requiere energía en forma de ATP tal como se muestra: • ribosa-5-fosfato + ATP -------> PRPP +

AMP

La sintesis de la primera purina es la inosina monofosfato, IMP se inicia con 5-fosfo-a-ribosil-1-pirofosfato, PRPP.

Via una serie de reacciones que usan ATP, derivados tetrahidrofolatos (THF), glutamina, glicina y aspartato esta via metabolica lleva a IMP. Las dos enzimas indicadas con las letras A y B fijan las velocidades límite del proceso de sintesis del ciclo del nucleotido purinico.

• adenosina fosforibosiltransferasa (APRT), cataliza la siguiente reaccion:

• adenina + PRPP <-----> AMP + PPi• hypoxantina-guanina

fosforibosiltransferasa (HGPRT), cataliza la siguiente reacción:

• hipoxantina + PRPP <------> IMP + PPi • guanina + PRPP <--------> GMP + PPi

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7. metabolismo de proteinas y aminoacidos