Mecanismos de eliminación del nitrógeno proteico

• Introducción• Digestión y absorción de las proteínas• Destino de los aminoácidos• Catabolismo de los aminoácidos• Vías de eliminación del NH3

• Ciclo de la Urea (ubicaciòn, reacciones, regulaciòn, ecuaciòn global)

• Relaciòn del Ciclo de la Urea y el Ciclo de Krebs• Regulación del Ciclo de la Urea• Reacción de la Glutamina Sintetasa• Reacción de la Glutaminasa• Aspecto Clínico: Hiperamonemia

Introducción

• Las proteínas suministran los bloques estructurales (a.a.) necesarios para la síntesis de nuevas proteínas constituyentes del organismo, y por ello, se dice que tienen una función plástica o estructural

• La calidad o valor biológico de las proteínas de la dieta, depende de su contenido en aminoácidos esenciales.

ELIMINACION DEL AMONIACO

• AMONIOTELICOS: Especies acuáticas como peces óseos.

• URICOTELICOS: Aves y reptiles

• UREOTELICOS: Animales terrestres

NH3

Acido úrico

Urea

En el hombre:Urea compuesto no tóxico y muy soluble. A nivel renal parte del amoníaco se excreta como ión amonio siendo muy importante este mecanismo para el mantenimiento del equilibrio ácido-base.

Digestiòn y absorciòn

En la saliva, no existen enzimas con acción proteolítica. La hidrólisis de proteínas se inicia en el estómago, con la presenciade los zimógenos (enzimas digestivas de las proteínas en formainactiva).El primer zimógeno liberado por el páncreas es el pepsinògeno,luego este es activado por el HCl estomacal pasando a pepsina. Secontinua a nivel del intestino delgado por acción de la enterocinasase activa al tripsinògeno a tripsina, que es el activador común delos demás zimógenos, asimilándose los aminoácidos que luego sontransportados hacia el hígado.

  

Digestión y absorción de proteínas

A diferencia de los hidratos de carbono y lípidos una parte significativa de la digestión de proteínas tiene lugar en el estómago.

TRANSPORTE MEDIADO ACTIVO

-NH2 NH2 -NH2

Pepsinógeno H Cl Pepsina + resto de 42 Aa.

Digestión de Proteínas En el estómago

Proenzima Enzima activa pH 1,5-2,5

GASTRINA

Células Parietales

Células Principales

HCl

Pepsinógeno

Digestión de Proteínas

Tripsinógeno

Tripsina

Quimotripsinógeno

Procarboxipeptidasas A y B

Enteroquinasa

Proelastasa

Quimotripsina

Carboxipeptidasas A y B

Elastasa

TRIPSINA

INACTIVOS ACTIVOS

TRANSPORTE DE AMINOACIDOS

Los a.a. atraviesan las membranas a través de mecanismos detransportadores específicos.

Pueden hacerlo por:a) Transporte activo secundariob) Difusión facilitada

Todos los aminoácidos, cualquiera sea su procedencia,pasan a la sangre y se distribuyen a los tejidos, sindistinción de su origen.

Este conjunto de a.a. libres constituye un “fondocomún” o “pool”, al cual se recurre para la síntesis denuevas proteínas o compuestos derivados.

DESTINO DE LOS AMINOACIDOS

Una vez absorbidos, los aminoácidos tienendiferentes alternativas metabólicas:

a) Utilización (sin modificación) en síntesis de nuevas proteínas especificas.

b) Transformación en compuestos no proteicos de importancia fisiológica.

c) Degradación con fines energéticos (ayuno prolongado).

ORIGEN UTILIZACION

Absorción en intestino

Degradación de proteínas

Síntesis de aminoácidos

Síntesis de proteínas

Síntesis de Compuestos no nitrogenados

Producción de Energía (ayuno prolongado)

NH3Urea

-a cetoácidos glucosa

Cuerpos cetónicos

AMINOACIDOS

DESTINO DEL ESQUELETO CARBONADO DE A.A.

Según el destino se clasifican en:• Cetogénicos: producen cuerpos cetónicos.• Glucogénicos: producen intermediarios de la

gluconeogénesis (piruvato, oxalacetato, fumarato, succinilCoA o acetoglutarato).

• Glucogénicos y cetogénicos.• Gluconeogenicos: Excepto la leucina y lisina.

CICLO DE KREBS

ACIDOS GRASOSCOLESTEROL

CUERPOS CETONICOSGLUCONEOGENESIS

ACETOACETILCoA

ACETILCoA

PIRUVATO

TriptofanoPheTirLeuLis

LeucinaIsoleucinaTriptofano

AlaCisGliSer

Treonina AsparaginaAspartato

IsoleuMetVal

Treonina

PheTirosina

GLUTAMATO

ProlinaArgHistGlu

AMINAS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA

• Histamina• Acido g-aminobutirico (GABA)• Catecolaminas (Dopamina, Noradrenalina y Adrenalina)• Hormona Tiroidea• Melanina• Serotonina• Fosfocreatina

CATABOLISMO DE AMINOACIDOS

• La degradación se inicia por procesos que separan el grupo -aamino.

• Estos procesos pueden ser reacciones de:

1. Transaminación2. desaminación.

TRANSAMINACIÓNEs la transferencia reversible de un grupo amino a un -a cetoacido,catalizada por una aminotransferasa, utilizando piridoxal fosfatocomo cofactor.

El a.a. se convierte en -a cetoácido y el -a cetoácido en el aminoácido correspondiente.

Es decir, el grupo amino no se elimina sino se transfiere a un -acetoácido para formar otro aminoácido.

Todos los a.a. excepto lisina y treonina, participan en reacciones de“transaminacion” con piruvato, oxalacetato o acetoglutarato.

a.a.(1) + acetoácido(2) a.a.(2) + acetoácido (1)

Alanina + acetoglutarato piruvato + glutamato

A su vez, la alanina y el aspartato reaccionan con-a cetoglutarato, obteniéndose glutamato como

Producto.

Reacción de Transaminación: Esquema General

L-Glutamato a- cetoácido a-cetoglutarato L- Aminoácido

• En las reacciones de transaminación ocurre la transferencia de un grupo amino desde un a-aminoácido dador a un a-cetoácido aceptor.

• Las enzimas que catalizan estas reacciones se denominan AMINOTRANSFERASAS o TRANSAMINASAS.

• Estas enzimas son de naturaleza ubicua, están presentes tanto en el citosol como en las mitocondrias de las células de todos los seres vivos, animales y vegetales.

a

Transaminasas

Fosfato de piridoxal

(Vitamina B6)

C CO OO O- -

H C - C H +3H C - C H +3

N H 2 N H 2

(C H ) - C O O H2 2(C H ) - C O O H2 2

H O O C - C H O O C - C H

O O

G P T

A LT

G O T

A S T

C O O H

C H 2

C H 2

-

-

O

O

O

O

C

C

-

-

C H

C H

+

+

N H 2

N H 2

C O O H

C O O H

(C H )2 2

(C H )2 2

H O O C - C

H O O C - C

O

O

C O O H

L -a la n in a -c e to g lu ta ra to p iru v a to L -g lu tam ato

L -a sp a rta to -c e to g lu ta ra to o x a lac e ta to L -g lu tam ato

GPT (Glutámico Pirúvico Transaminasa)= ALT

GOT (Glutámico Oxalacetico Transaminasa) = AST

DESAMINACIÓN• El grupo amino del glutamato, puede ser separado por

desaminacion oxidativa catalizada por la glutamato deshidrogenasa, utilizando NAD y NADP como coenzimas.

• Se forma -a cetoglutarato y NH3

• La mayoría del NH3 producido en el organismo se genera por esta reacción.

Desaminación Oxidativa: Glutamato Deshidrogenasa

DESAMINACIÓN OXIDATIVA: GLUTAMATO DESHIDROGENASA

Glutamato + H2O + NAD(P) a-Cetoglutarato + NH4+ + NAD(P)H + 2 H+

REGULACION DE LA GLUTAMATO DESHIDROGENASA

• Regulación alostérica ( + ) ADP Y GDP ( - ) ATP Y GTP• Cuando se acumula ATP y GTP en la mitocondria, como

consecuencia de una actividad elevada del ciclo de Krebs, se inhibe la desaminación del glutamato para no incorporar más a-cetoglutarato al ciclo.

• Por el contrario, cuando aumentan los niveles de ADP y GDP se activa la enzima y de esa forma se produce NADH que es utilizado para la síntesis de ATP e ingresa el α-cetoglutarato al Ciclo de Krebs.

Es una enzima mitocondrial (hígado y riñón)

VIAS METABOLICAS DEL NH3

Fuentes de NH3 en el organismo:

a) Desaminación oxidativa de glutamatob) Acción de bacterias de la flora intestinal

• Todo el NH3 originado por desaminación, es convertido a UREA en el hígado.

• El proceso consume 4 enlaces fosfato (ATP) por cada molécula de UREA.

CICLO DE LA UREA

SÍNTESIS DE UREA• Se lleva a cabo en los hepatocitos, en un mecanismo llamado

“ ciclo de la urea”, en el cual intervienen cinco enzimas y como alimentadores ingresan NH3, CO2 y aspartato, el cual cede su grupo amino.

CICLO DE LA UREAComprende las siguientes reacciones:

1. Síntesis de carbamil fosfato2. Síntesis de citrulina3. Síntesis de argininsuccinato4. Ruptura de argininsuccinato5. Hidrólisis de arginina

Translocasas

Ecuaciòn Global del Ciclo de la Urea

• NH3 + CO2 + 3ATP +Aspartato Urea + 2 ADP + 2 Pi + AMP +PPi + fumarato

•REGULACIÒN

REGULACION DEL CICLO DE LA UREA

Regulación a corto plazo

Regulación a largo plazo

Carbamil fosfato sintetasa I

(+) N-Acetil glutamato

Biosíntesis de las enzimas del ciclo

(+) Aumento proteínas de la dieta

Aumento degradación proteínas endógenas (Inanición )

La regulación del ciclo ocurre principalmente en la CPS-I, que esta relativamente inactiva en ausencia de su activador alostérico N-acetilglutamato. La concentración del N-acetilglutamato esta determinado por la concentración de sus componentes acetil-CoA y glutamato y por la arginina, la cual es un efector alostérico positivo de N-acetilglutamato sintetasa.

Aspecto Clínico: Hiperamonemia

• El amoníaco es un neurotóxico. Se observa un marcado daño cerebral en casos de falla en la producción de urea por vía del ciclo de la urea o por falla en la eliminación de urea a través de los riñones. El resultado de cualquiera de estos acontecimientos es una acumulación de niveles circulantes del ión de amoniaco.

• Aparte de su efecto sobre el pH sanguíneo, el amoníaco atraviesa fácilmente la barrera sanguínea cerebral y en el cerebro es convertido a glutamato por vía de la glutamato deshidrogenasa, agotando al cerebro de α-KG.

• Mientras que la α-KG se agota, el oxaloacetato cae correspondientemente, y la actividad del ciclo de Krebs se disminuye. En ausencia de fosforilacion oxidativa aeróbica y de actividad del ciclo de Krebs, los irreparables daños celulares y la muerte de las células nerviosas es inevitable.

TOXICIDAD DEL AMONIACO• A NIVEL CEREBRAL

[NH4+] : revierte la reacción de la glutamato

deshidrogenasa

[a-cetoglutarato]

[ATP]

Valores normales: 5-10 mM de NH3 en sangre

REACCIONES DE ELIMINACIÒN DEL AMONIACO

REACCION DE LA GLUTAMINA SINTETASA

Glutamato Glutamina

NH4++

ATP ADP + Pi

Glutamina sintetasa

REACCION DE LA GLUTAMINASA

GlutaminaGlutamato

Glutaminasa

NH4+++ H2O

Enzima Mitocondrial

Muy activa en hígado y riñón

Conclusiones• La transaminaciòn y desaminación son procesos que acontecen

tanto en el catabolismo como en el anabolismo de los aminoácidos.

• Si la ingesta de nitrógeno es igual al que se elimina hay un balance nitrogenado en equilibrio.

• El nitrógeno proteico se eliminan principalmente en forma de urea un compuesto altamente soluble.

• La enzima reguladora es la Carbamoil Fosfato Sintetasa I.

• El ciclo de la urea funciona en cualquier condición metabólica del individuo, la deficiencia de cualquier enzima del ciclo conlleva a hiperamonemia que es nocivo para el organismo.

Bibliografìa• bd.unsl.edu.ar/download.php?id=1217• Bioquìmica de Haprper• Bioquìmica de Montgomery