Las Proteinas

¿Qué son?

• Son macromoléculas orgánicas, constituidas básicamente por (C), (H), (O), (N); aunque pueden contener también (S) y (P) y, en menor proporción, (Fe), (Cu), (Mg), y (I),

• Estos elementos químicos se agrupan para formar unidades estructurales llamados AMINOÁCIDOS, a los cuales podríamos considerar como los "ladrillos de los edificios moleculares proteicos".

• Se clasifican, de forma general, en Holoproteinas y Heteroproteinassegún estén formadas respectivamente sólo por aminoácidos o bien por aminoácidos más otras moléculas o elementos adicionales no aminoacídicos

Aspartato aminotransferasa de E. coli con el cofactor piridoxal-5'-fosfato

Funciones

• Estas moléculas desempeñan mayor número de funciones que cualquier otra en las células de todo ser vivo. Forman parte de la estructura básica de los tejidos , desempeñan funciones metabólicas y reguladoras. También definen la identidad de cada ser vivo, ya que son la base de la estructura del código genético (ADN) y de los sistemas de reconocimiento de organismos extraños en el sistema inmunitario.

Metabolismo

• En función de la cantidad de aminoácidos esenciales, se establece la calidad de los distintos tipos de proteínas. Aquellas que contienen cantidades suficientes de cada uno de los aminoácidos esenciales son proteínas de alto valor biológico y, cuando falta un aminoácido esencial, el valor biológico de esa proteína disminuye. El organismo no puede sintetizar proteínas si tan sólo falta un aminoácido esencial. Todos los aminoácidos esenciales se encuentran presentes en las proteínas de origen animal, por tanto, estas proteínas son de mejor calidad o de mayor valor biológico que las de origen vegetal, deficitarias en uno o más de esos aminoácidos. Sin embargo, proteínas incompletas bien combinadas pueden dar lugar a otras de valor equiparable a las de la carne, el pescado y el huevo.

• Las proteínas comienzan a digerirse en el estómago, donde son atacadas por la PEPSINA, que las divide en sustancias más simples, liberando algunos aminoácidos. En el duodeno, el jugo pancréatico y posteriormente, las enzimas del jugo intestinal completan su digestión. Los AMINOÁCIDOS se absorben en el intestino delgado, pasan directamente a la sangre y llegan al hígado donde unos se almacenan y otros intervienen en la síntesis o producción de proteínas de diversos tejidos, formación de anticuerpos, etc. Las PROTEÍNAS son digeridas hasta convertirse en AMINOÁCIDOS los cuales pueden ser absorbidos por la sangre y llevados al hígado, para allí sufrir transformaciones. Aproximadamente el 58% de las proteínas consumidas son convertidas a glucosa y la mayoría de los aminoácidos tienen esta capacidad (glucogénicos). El grupo AMINO, tras la desaminación es liberado como amonio, que es llevado al hígado para producir urea. El AMONIO es altamente tóxico por esto es transportado en combinación con el ÁCIDO GLUTÁMICO como glutamina, la síntesis de la cual se hace a través del ciclo de la ornitina. La urea también es una sustancia tóxica, se elimina del organismo a través de la orina. Las HORMONAS pueden tener un efecto catabólico o anabólico sobre el metabolismo de las proteínas. La hormona del crecimiento, la insulina o la testosterona tienen efecto inductor de la síntesis (ANABOLISMO), mientras que otras, como los corticoides tienen el efecto contrario (CATABOLISMO).

• En el metabolismo, el principal producto final de las proteínas es el amoníaco (NH3) que luego se convierte en urea (NH2)2CO2 en el hígado y se excreta a través de la orina.

• Trataremos primordialmente de la transformación catabólica del nitrógeno de los aminoácidos en urea y de los esqueletos de carbono en intermediarios anfibólicosdel ciclo del ácido cítrico.

CATABOLISMO DEL NITRÓGENO DE LOS AMINOÁCIDOSEn los tejidos de mamíferos los grupos amígenos de los aminoácidos, derivados ya sean de la dieta o de la demolición de las proteínas tisulares son excretada, en último término, como urea en la orina. La biosíntesis de la urea implica la acción de varias enzimas. Se puede dividir convenientemente para su estudio en 4 procesos:1 Transaminación,2 Desaminación oxidativa,3 Transporte de amoniaco, y4 Reacciones del ciclo de laurea.

ProteólisisDegradación de proteínas ya sea mediante enzimas

específicas, llamadas peptidasas, o por medio de digestión

intracelular.

Proceso de degradaciónSi se degradan durante la digestión, participan proteasas específicas como la tripsina, la quimotripsina, las carboxipeptidasas y la elastasa.La degradación intracelular la lleva a cabo un complejo multienzimáticodenominado proteosoma, que actúa en el citosol. Se trata de una estructura cilíndrica formada por proteasas y dos extremos de complejos proteicos que alimentan la cámara interna del cilindro al reconocer las proteínas. Las proteínas que van a ser degradadas han sido marcadas anteriormente con una pequeña proteína llamada ubicuitina.La proteólisis tiene varias funciones para la célula, entre ellas:

• Eliminación de metionina en el extremo N-terminal tras la traducción.• Eliminación de las secuencias señal de péptidos después de su

transporte a través de la membrana.• Separación de proteínas virales que se traducen desde un ARN

mensajero monocistrónico.• Digestión de proteínas de los alimentos como fuente de aminoácidos.

• Conversión de proteínas inactivas (proenzimas, zimógenos, pre-hormonas) en sus formas funcionales finales.

• Degradación de ciclinas y otras proteínas requeridas para la progresión en el ciclo celular.

La proteólisis puede realizarse también en el interior de los orgánulos llamados lisosomas, mediante unas proteasas específicas llamadas catepsinas, de los que hay unos 50 tipos diferentes. El pH óptimo para su actuación es de 5, y se consigue gracias a una bomba de protones. La degradación lisosomal recicla los aminoácidos de las proteínas que no son anómalas, por ejemplo, las que se encuentran en la membrana, o se han incorporado a la célula por endocitosis. No elimina proteínas "incorrectas". Son muy importantes en procesos como la regresión del útero tras el parto, que en 9 días pasa de pesar 2 kg a 50 g, o en la eliminación de las membranas interdigitales durante el desarrollo fetal.

Transaminación y desaminación

La transaminación catalizada por las enzimas

llamadas transaminasas o aminotransferasas,

implica la interconver-sión de un par de

aminoácidos y un par de cetoácidos. Estos

generalmente son a–amino y b–cetoácidos

Transaminación

Desaminación

La desaminación ocurre a través de la desaminación

oxidativa del glutamato por la glutamato deshidrogensa que

produce amonio. La reacción requiere de NAD+ o NADP+ y

regenera -cetoglutarato para transaminaciones adicionales

Cuando se ingieren en exceso, los aminoácidos (aa) pueden servir como fuente de

energía. Para que esto ocurra, deben perder sus grupos amino. Los esqueletos

carbonados pueden seguir 2 caminos:

1. Convertirse en glucosa (gluconeogénesis).

2. Oxidarse a CO2 vía Ciclo de Krebs.

La degradación oxidativa de aa no es un proceso relevante en bacterias ni vegetales, pero es de

suma importancia en animales superiores.

La velocidad de utilización y la proporción de los diferentes aa utilizados depende de:

1. Disponibilidad de otros combustibles.

2. Disponibilidad de aa exógenos.

3. Necesidad del organismo de ciertos aa para la síntesis proteica.

4. Dependencia de aa esenciales.

5. Necesidad de aa específicos como precursores de otras biomoléculas importantes.

En las proteínas ingeridas.

La digestión de las proteínas comienza en el estómago.

La pepsina hidroliza las proteínas para dar lugar a péptidos y algunos aa libres.

En el intestino delgado la quimiotripsina, la tripsina, las carboxipeptidasas A y B y la

elastasa (entre otras enzimas) se encargan de obtener aminoácidos libres.

Los aa libres entran al torrente sanguíneo y llegan al hígado, donde se metabolizan.

Una vez absorbidos, los aminoácidos tienen diferentes alternativas metabólicas:

1. Utilización (sin modificación) en síntesis de nuevas proteínas específicas.

2. Transformación en compuestos no proteicos de importancia fisiológica.

3. Degradación con fines energéticos.

Los aminoácidos NO SE ALMACENAN en el organismo.

Sus niveles dependen del equilibrio entre biosíntesis y degradación de proteínas

corporales, es decir el balance entre anabolismo y catabolismo (balance nitrogenado).

El N se excreta por orina y heces.

Alanina

Arginina

Ác. Aspártico

Asparagina

Cisteína

Fenilalanina

Isoleucina

Leucina

Lisina

Triptófano

Tirosina

Valina

α- oxoácido

(α- oxoglutarato)α- oxoácido

(análogo del aa)L- Glutamato

Transferencia del grupo α- amino al carbono α de un α- oxoácido para obtener otro α-

oxoácido y L- glutamato.

Transaminasas

Todas las reacciones catalizadas por transaminasas son libremente reversibles.

Todas las transaminasas utilizan fosfato de piridoxal ó fosfato de piridoxamina

(derivados de la vit. B6) como grupo prostético*.

Estas enzimas se encuentran tanto en citoplasma como en mitocondria.

El glutamato obtenido en estas reacciones puede desaminarse directamente o donar su

grupo amino para obtener aspartato, que a su vez participa en el ciclo de la urea.

* Algunas coenzimas están unidas muy estrechamente a la molécula de la enzima, reciben entonces el

nombre de «grupos prostéticos», y simplemente «coenzima» cuando la unión es débil.

Estructura de la glutamato- transaminasa humana.

El glutamato formado por acción de las transaminasas puede ser desaminado

rápidamente por acción de la Glutamato- deshidrogenasa (GDH) dependiente de piridina,

presente tanto en citoplasma como en mitocondrias de hepatocitos.

L-Glutamato + NAD+ (NADP+) + H2O α- oxoglutarato + NH4+ + NADH

(NADPH)

Los grupos amino se separan en forma de iones Amonio.

La GDH puede emplear tanto NAD+ como NADP+ como aceptores de electrones.

El NADH formado se oxida nuevamente por medio de la cadena de transporte

electrónico.

GDH es estimulada por ADP, GDP y algunos aa; e inhibida por ATP, GTP y NADH.

GDH

Nombre Enzima/Proceso defectuoso

Albinismo Tirosina 3-monoxigenasa

Alcaptonuria Ác. Homogentísico 1,2 dioxigenasa

Fenilcetonuria Fenilalanina- 4- monoxigenasa

Histidinemia Histidina- amoniaco- liasa

Hipervalinemia Valina- transaminasa

Ciclo de la urea

El ciclo de la urea es un proceso metabólico en el cual se procesan los

derivados proteicos y se genera urea como producto final.

Si no se reutilizan para la síntesis de nuevos aminoácidos u otros

productos nitrogenados, los grupos amino se canalizan a un único

producto final de excreción. La mayoría de especies acuáticas, como

por ejemplo los peces óseos, excretan el nitrógeno amínico en forma

de amoníaco por lo que se les llama animales amonotélicos; la mayoría

de animales terrestres son ureotélicos, excretan el nitrógeno amínico

en forma de urea; las aves y también los reptiles son uricotélicos,

excretan el nitrógeno amínico en forma de ácido úrico

Producción de urea a partir de amoníaco en cinco pasos

enzimático

El ciclo de la urea empieza en el interior de las mitocondrias

del hígado, si bien tres de los pasos siguientes tienen lugar

en el citosol; por tanto, el ciclo abarca dos compartimientos

celulares. El primer grupo amino que entra en el ciclo de la

urea proviene del amoníaco de la matriz mitocondrial, como

resultado de las múltiples rutas descritas. Parte del amoníaco

también llega al hígado vía vena porta a partir del intestino,

en donde se produce por oxidación bacteriana de

aminoácidos.

Cualquiera que sea su origen, el NH4 generado en las mitocondrias hepáticas se utiliza inmediatamente junto con el CO2 (en forma de HCO3-) producido por la respiración mitocondrial, generando carbamoil fosfato en la matriz. Esta reacción dependiente de ATP es catalizada por la carbamoilfosfato sintetasa I, la enzima reguladora. La forma mitocondrial del enzima es distinta de la forma citosólica (II), que tiene una función diferente en la síntesis de pirimidinas. El carbamoil fosfato, que puede ser considerado como un donador activado del grupo carbamilo, entra ahora en el ciclo de la urea, que consta de cuatro pasos enzimáticos. En primer lugar, el carbamoil fosfato cede su grupo carbamilo a la ornitina para formar citrulina y libera Pi y tiene lugar a través de un intermedio citrulil-AMP'. La ornitina desempeña pues un papel similar al del oxalacetato en el ciclo del ácido cítrico, aceptando material en cada vuelta del ciclo. La reacción está catalizada por la ornitina transcarbamilasa, y la citrulina formada pasa de la mitocondria al citosol.

El segundo grupo amino se introduce a partir del aspartato(generado en la mitocondria por transaminación y transportado al citosol) mediante una reacción de condensación entre el grupo amino del aspartato y el grupo ureido (carbonilo) de la citrulina, que forma argininosuccinato. Esta reacción citosólica, catalizada por la argininosuccinato sintetasa, requiere ATP. A continuación, se corta reversiblemente el argininosuccinato por la argininosuccinato liasa, para formar arginina libre y fumarato, que entra en la mitocondria y se une a la reserva de intermedios del ciclo del ácido cítrico. En la última reacción del ciclo de la urea, el enzima citosólico arginasacorta la arginina dando urea y ornitina. La ornitina es transportada a la mitocondria para iniciar otra vuelta del ciclo de la urea.

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