5. Metab. de aminoácidos
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Metabolismo de Aminoácidos Catabolismo Beatriz Alvarez Beatriz Alvarez Laboratorio de Enzimolog Laboratorio de Enzimolog í í a a
Transcript of 5. Metab. de aminoácidos
Metabolismode
Aminoácidos
Catabolismo
Beatriz AlvarezBeatriz Alvarez
Laboratorio de EnzimologLaboratorio de Enzimologííaa
Esquema general del metabolismo de aminoácidos
Proteínas de la dieta
Aminoácidos en la sangre
Aminoácidos ProteínasDerivadosno proteicos
Carbono Nitrógeno
CO2 + H2OEnergía
Urea y otros
OrinaTriacilglicéridos
Glucógeno Coenzimas vedette:Coenzimas vedette:Piridoxal Piridoxal fosfatofosfatoFolatoFolatoTetrahidrobiopterinaTetrahidrobiopterinaCobalaminaCobalamina
DigestiDigestióónn
SSííntesisntesis
DegradaciDegradacióónn
transaminasa o transaminasa o aminotransferasaaminotransferasa
aminoaminoáácidocido
αα--cetocetoáácidocidoPLPPLP
NH3+
OO
-OO
NH3+
OO
NH2O
OO
-OO
O
RepasoRepaso
Las enzimas glutamato deshidrogenasa, glutamina Las enzimas glutamato deshidrogenasa, glutamina sintetasasintetasa y las y las aminotransferasasaminotransferasas (transaminasas) tienen un rol muy importante en el (transaminasas) tienen un rol muy importante en el metabolismo de aminometabolismo de aminoáácidos. cidos.
αα--cetoglutaratocetoglutarato
glutamatoglutamato
glutaminaglutamina
HH2OO
glutaminasaglutaminasa
NHNH33ATP + NHATP + NH44++
ADP + ADP + PiPi
glutamina glutamina sintetasasintetasa
glutamato glutamato deshidrogenasadeshidrogenasa
NAD(P)HNAD(P)H + H+ H++
NAD(PNAD(P))++
NHNH44++
HH2OO
El primer paso en el catabolismo de los aminoácidos suele ser la remoción de los grupos amino.
TRANSAMINACIÓN
Los grupos amino se transfieren de un aminoácido a un alfa-cetoácido con las enzimas transaminasas o aminotransferasas.
Suele participar el par glutamato-α-cetoglutarato.
Reacciones reversibles, participan en la síntesis y degradación.
Existen transaminasas para casi todos los aminoácidos.
Tienen piridoxal fosfato como grupo prostético.
El piridoxal fosfato deriva de la vitamina B6.
El glutamato recluta grupos amino. En el hígado se libera amonio gracias a la glutamato deshidrogenasa. Éste va al ciclo de la urea.
Glutamato deshidrogenasa
Glutamina sintetasa
glutamato + NH4+ + ATP → glutamina + ADP + Pi + H+
� Produce glutamina, uno de los 20 aminoácidos de las proteínas.
� La glutamina sirve como dador de nitrógeno en varias vías biosintéticas (purinas, citosina).
�La glutamina es muy abundante en la circulación, pues sirve como una forma de transporte inocua del amoníaco, que es tóxico, hacia el hígado y el riñón.
Glutaminasa� El hígado y el ríñón tienen glutaminasa, enzima mitocondrial que libera el amonio.
glutamina + H2O → glutamato + NH3
Destinos del amonio proveniente de la glutamina
En el hígado, el amonio liberado de la glutamina por la glutaminasa se utiliza para sintetizar urea.
En el riñón, la formación de amonio está relacionada con la eliminación de ácido (H+), puesto que el amoníaco (NH3) liberado por la glutaminasa se protona a amonio (NH4
+) gracias a su pKa de 9.3.
Ciclo de la urea
� 80% del nitrógeno que se excreta, lo hace en forma de urea.
� Parte de las enzimas están en la matriz mitocondrial y parte en el citosol.
� La arginina, con la arginasa, genera urea y ornitina en el citosol. Luego, las siguientes enzimas regeneran la arginina.
� La enzima carbamoil fosfato sintetasa I mitocondrial cataliza el primer paso regulado de la síntesis de urea.
Ciclo de la urea
Destino de los esqueletos carbonados
Todos los tejidos tienen cierta capacidad para síntesis y remodelación de aminoácidos.
El hígado es el sitio principal de metabolismo de los aminoácidos.
En tiempos de buena suplementación dietaria, el nitrógeno es eliminado vía transaminación, desaminación y síntesis de urea. Los esqueletos carbonados pueden conservarse como carbohidratos o como ácidos grasos.
Los aminoácidos pueden ser glucogénicos, cetogénicos o ambos.
Los glucogénicos son los que generan piruvato o intermediarios del ciclo de Krebs como α-cetoglutarato o oxaloacetato.
Los cetogénicos (Lys y Leu) generan sólo acetil-CoA o acetoacetil-CoA.
En períodos de ayuno, los esqueletos carbonados se utilizan como fuente de energía, rindiendo CO2 y H2O
Catabolismo de glutamina y glutamato
La glutamina y el glutamato se convierten en alfa-cetoglutarato
Catabolismo de prolinaCatabolismo de prolina
La La prolinaprolina tambitambiéén se n se convierte en convierte en alfaalfa--cetoglutaratocetoglutarato..
Participa el glutamato Participa el glutamato gamagama--semialdehsemialdehíído do como intermediario.como intermediario.
Catabolismo de arginina
La arginina rinde alfa-cetoglutarato
... y la histidina también rinde alfa-cetoglutarato...
...en una v...en una víía en la cual a en la cual participa el folato...participa el folato...
Catabolismo de asparagina y aspartato
De la asparagina y el aspartato se obtiene oxalacetato.
Del aspartato también se obtiene fumarato en el ciclo de la urea y en el ciclo de los nucleótidos de purina.
Catabolismo de la alanina
La alanina se convierte en piruvato
Participa en el ciclo de la glucosa Participa en el ciclo de la glucosa alaninaalanina
Catabolismo de serina
La serina puede convertirse en piruvato con la serina deshidratasa, que remueve el hidroxilo y el amino.
La serina también puede convertirse en glicina. La enzima utiliza PLP y tetrahidrofolato, generando metilentetrahidrofolato.
Ácido fólico
Los derivados del folato transportan unidades monocarbonadas en diferentes estados de oxidación intermedios unidos a N-5 (formil, formimino, metilo), a N-10 (formilo) o a ambos (metileno o metenilo).
La serina, cuyos carbonos a su vez pueden obtenerse de carbohidratos (3-fosfoglicerato), es la principal fuente de unidades monocarbonadas al pool de folato
La glicina se convierte en serina o en CO2 y NH4
+. El complejo de clivaje de glicina utiliza tetrahidrofolato y PLP.
PLPPLP
PLPPLP
La La glicinaglicina puede convertirse tambipuede convertirse tambiéén en n en glioxilatoglioxilato por por transaminacitransaminacióónn o con una Do con una D--aminoaminoáácido cido oxidasaoxidasa. .
ElEl glioxilato glioxilato puede oxidarse para dar puede oxidarse para dar oxalato.oxalato.ÉÉste puede formar sales de calcio insolubles en ste puede formar sales de calcio insolubles en los clos cáálculos renales. lculos renales.
NH3+
CH2
O
O
O
O
O
H
O
O
O
O
Glicina Glioxilato Oxalato
La metionina forma cisteina y α-cetobutiratoImportante nudo metabólico (folato, B12, PLP, SAM, homocisteína)
Aumentos en homocisteínaconstituyen factor de riesgo cardiovascular
B12
PLPPLP
+
El catabolismo de metionina comienza por la síntesis de S-adenosilmetionina
El sulfonio activado de la S-adenosilmetionina es un excelente dador de metilos a oxígenos o nitrógenos de diferentes moléculas.
Al transferir el metilo via metiltransferasas, SAM forma homocisteína.
Más de 35 reacciones requieren SAM en humanos. Por ejemplo:
Precursor Producto metiladoGuanidinoacetato CreatinaNucleótidos (ADN y ARN) Nucleótidos metiladosNorepinefrina EpinefrinaFosfatidiletanolamina FosfatidilcolinaAcetilserotonina Melatonina
++
Además de ser un agente metilante, la S-adenosilmetionina es precursora de poliaminas, luego de decarboxilarse.
+
SAM
Poliaminas
� al inicio de la replicación del ADN, aumenta la concentración de ornitina decarboxilasa
� son catiónicas
� se unen al ADN
� derivan de arginina y metionina
Catabolismo de cisteína
La cisteína es oxidada a expensas de O2
formando cisteínsulfinato, el cual rinde piruvato y sulfato como productos finales.
El sulfato puede excretarse en la orina o utilizarse en la formación de 3’-fosfoadenosina-5’-fosfosulfato (PAPS), que se utiliza para la transferencia de sulfato a moléculas biológicas como los glicoesfingolípidos.
Un importante destino de la cisteína es la taurina (+H3NCH2CH2SO3
-), que forma parte del taurocolato de las sales biliares.
Otro importante destino de la Otro importante destino de la cistecisteíína na es el es el glutatiglutatióónn o o γ-glutamilcisteinilglicina.
SSííntesis de glutatintesis de glutatióónn
FUNCIONES DEL GLUTATIÓN
� concentración intracelular: 5-10 mM
� mantiene los tioles o sulfhidrilos proteicos reducidos
� sustrato de la glutarredoxina en la síntesis de desoxirribonuclétodos
� detoxificador de peróxidos y otras especies reactivas del oxígeno y del nitrógeno
2 GSH + H2O2 GSSG + H2Oglutatión peroxidasa, selenoenzima
GSSG + NADPH NADP+ + 2 GSHglutatión reductasa
� se conjuga con diferentes moléculas (xenobióticos) para aumentar su solubilidad
La fenilalanina y la tirosina rinden fumarato y acetil-CoA
La La tetrahidrobiopterina tetrahidrobiopterina no proviene de una vitamina, no proviene de una vitamina, puede sintetizarse a partir de GTP.puede sintetizarse a partir de GTP.
El proceso comienza con la fenilalanina hidroxilasaEl proceso comienza con la fenilalanina hidroxilasa
Las deficiencias genéticas en la fenilalanina hidroxilasa llevan a la fenilcetonuria� Retardo mental.
� Herencia autosómica recesiva, 1 en 15000 nacimientos.
� La acumulación de fenilalanina depleta de α-cetoglutarato por transaminación. Esto compromete el ciclo de Krebs y el metabolismo aeróbico del cerebro.
� Se encuentra fenilpiruvato, fenilacetato y fenillactato en la orina.
� Se debe suplementar la dieta con tirosina y restringir la fenilalanina.
�� Debido a los fenilcetonúricos, las bebidas con aspartamo (L-aspartil-L-fenilalanina metil éster) tienen el rótulo "contienen fenilalanina".
Las deficiencias en la homogentisato dioxigenasa causan la alcapLas deficiencias en la homogentisato dioxigenasa causan la alcaptonuria, en tonuria, en que la orina se vuelve negra por la oxidacique la orina se vuelve negra por la oxidacióón del metabolito a un producto n del metabolito a un producto similar a la melanina.similar a la melanina.
La alcaptonuria por deficiencia de homogentisato dioxigenasa homogentisato dioxigenasa ilustra el concepto
de:
Errores innatos del metabolismo
Archibald Garrod
Desórdenes hereditarios causados por defectos en una enzima específica que resultan en alteraciones en determinada vía metabólica.
Archibald Garrod (1857-1936)
Fue el primero en conectar una enfermedad con las leyes de Mendel y con una alteración metabólica.
Propuso el concepto de "errores innatos del metabolismo".
Sus observaciones se refirieron inicialmente a la enfermedad alcaptonuria.
Hoy en día, se conocen centenas de desórdenes de este tipo.
Errores innatos del metabolismoErrores innatos del metabolismo
Todas las enzimas marcadas con rojo originan errores innatos delmetabolismo, incluida la fenilcetonuria.
La metionina, la valina, la treoninay la isoleucinarinden propionil-CoA
El propionil-CoA proviene de la degradación de la metionina, isoleucina, valina, treonina, ácidos grasos de cadena impar y cadena lateral del colesterol.
Es convertido en succinil-CoA por la propionil-CoA carboxilasa (biotina), la epimerasa y la metilmalonil-CoA mutasa (B12)
Deficiencias en las enzimas de la diapositiva anterior, así como en el metabolismo de B12, pueden contribuir a cetoacidosis y, en casos raros, a enfermedades graves.
Metilmalonil-CoA mutasa
La acidemia metilmalónica por deficiencia de metilmalonil-CoA mutasa es otro error innato del
metabolismo
B12B12
CULPABLE O INOCENTE?La historia de Patricia Stallings
En 1989, en Missouri, EEUU, Patricia Stallings le da la mamadera a su bebéRyan. Como el bebé se enferma, vomita y está letárgico, lo lleva al hospital.
Al bebé le hacen análisis y detectan etilenglicol en su sangre, un componente de los anticongelantes. Como el médico sospecha que Patricia quiso envenar al bebé, los separan y ponen al bebé a cargo de otra familia.
Tres meses más tarde, Patrica visita a su bebé y le da una mamadera. Días más tarde, el bebé se muere y Patricia es arrestada y encontrada culpable. Argumentan haber encontrado trazas de etilenglicol en la mamadera.
Sin embargo, en el momento de ser arrestada, Patricia estaba embarazada de otro bebé. Luego de nacer, al bebé le encuentran la enfermedad acidemia metilmalónica.
Los bioquímicos de la Universidad de St. Louis se interesan por el caso y analizan la sangre de Ryan. Encuentran altas concentraciones de ácido metilmalónico, un producto del catabolismo de isoleucina y valina, así como altas concentraciones de cuerpos cetónicos. No encontraron etilenglicol. Reanalizando los datos iniciales, ven que los laboratorios habían atribuido etilenglicol a componentes desconocidos.
Patricia Stallings fue liberada.
Los aminoácidos de cadena ramificada (valina, isoleucina y leucina) son degradados principalmente en el músculo, en la mitocondria.
Su oxidación permite obtener mucha energía.
Participan una transaminasa y un complejo α-cetoácido deshidrogenasa similar a los complejos de piruvato y alfa-cetoglutarato deshidrogenasa (TPP, FAD, NAD, lipoato, CoA).
Esta deshidrogenasa para los α-cetoácidos de cadena ramificada falla en la enfermedad de la “orina del jarabe de arce (maple syrup)”.
La valina y la isoleucina forman propionil-CoA, y éste succinil-CoA.
La leucina forma β-hidroxi-β-metilglutaril-CoA (HMGCoA). Éste es un intermediario de la síntesis de esteroides en el citosol, pero la degradación de aminoácidos ocurre en la mitocondria y las reservas no se mezclan.
La leucinaes totalmente cetogénica
La lisina es totalmente cetogénica
Del triptofano se obtiene acetil-CoA y piruvato.
Parte de los metabolitos pueden ser desviados hacia la formación de nicotinato, precursor de NAD(P).
El primer paso en la degradación del triptofano es catalizado por una enzima hepática, la triptofano dioxigenasa.
Los dos átomos de oxígeno (O2) se incorporan al sustrato.
La enzima tiene un grupo hemo.
Concentración plasmática de aminoácidos determinada en una persona sana, en reposo y durante ejercicio físico intenso Am inoácido Reposo Ejercicio
(µM) (µM) Alanina 313 378 Arginina 82 85
Aspartato 14 13 Cistina 57 ND
Fenilalanina 55 54 G lutam ato 91 94 Glutam ina 520 ND
Glicina 209 203 Histidina 88 90
Isoleucina 66 56 Leucina 128 105 Lisina 174 172
Metionina 27 26 Prolina 177 ND Serina 113 112
Treonina 83 80 Tirosina 51 55 Valina 215 174 ND: no determinadoND: no determinado
Conversión de aminoácidos a productos especializados
Moléculas derivadas de aminoácidos� Dopamina, norepinefrina y epinefrina� Etanolamina, colina, acetilcolina y betaína� Melanina � Creatina� Glutatión� Óxido nítrico� Poliaminas� SelenocisteSelenocisteíínana�� EsfingosinaEsfingosina�� SerotoninaSerotonina�� MelatoninaMelatonina�� HistaminaHistamina
� Hormonas tiroideas� S-adenosilmetionina� Carnitina� Porfirinas � γ-aminobutirato (GABA)� Coenzima A� NAD (en parte)� Taurina� Carnosina
Varias aminas de importancia biológica se producen a partir de aminoácidos por
descarboxilación
histaminahistidina
γ-aminobutirato
(GABA)
glutamato
poliaminasornitina
serotoninatriptofano
dopaminanorepinefrinaadrenalina
tirosina
Catecolaminas
� Derivan de la tirosina
� Su nombre promueve del catecol
OH
OH
Dopaminasistema nervioso central
(Sustancia Nigra)
Adrenalinamédula suprarrenal
Noradrenalinaprincipal neurotransmisor de sistema simpáticoposganglionar
Síntesis
Primero se hidroxila la tirosina a dopa con una enzima similar a la fenilalanina hidroxilasa que utiliza tetrahidrobiopterina.
Luego se descarboxila la dopa a dopamina con una descarboxilasa que utiliza PLP.
En la médula adrenal, la dopamina se hidroxila a norepinefrina (noradrenalina) y se metila a expensas de AdoMet (SAM).
Luego de la síntesis,se empaquetan en vesículas.
Parkinson
� degeneración de sustancia nigra y locus coeruleus del cerebro
� temblores
� inducida por consumo de la droga MPTP (metilfeniltetrahidropiridina)
� disminución de la dopamina secretada
� mejoría con la administración de análogos de DOPA
Ante una situación de estrés, una neurona acetilcolinérgica promueve la liberación de calcio intracelular a nivel de la médula adrenal y activa la liberación de los gránulos cromafines. La adrenalina
se libera al torrente sanguíneo.
"pelear o "pelear o salir volando"salir volando"
Epinefrina o adrenalinaEpinefrina o adrenalina
Las catecolaminas se unen a dos tipos de receptores, los receptores α- y β-adrenérgicos. Los receptores adrenérgicos son clásicos receptores serpentina que acoplan con proteínas G intracelulares.
Receptores αααα1
Abren canales de Ca2+
Receptores αααα2
Se une a Gi, inhibe a laadenilato ciclasa
Receptores ββββ1
Activan a Gs, activando a laadenilato ciclasa
Receptores ββββ2
Activan a Gs, activando a la adenilato ciclasa
Hígado (β2): ↑ Glucogenolisis, ↓ glucogenogénesis
↑ Gluconeogénesis
Músculo (β2): ↑ Glucogenólisis, ↓ glucogenogénesis ↑ Glucolisis
Tejido Adiposo (β1): ↑ Lipólisis
EFECTOS METABÓLICOS DE LA ADRENALINA
↑↑↑↑ glucagón, ↓↓↓↓ insulina
Músculo liso vascularVasos de músculo esquelético (β2): Relajación
Vasos de piel, ap. digestivo (α1y α2): Contracción
Músculo liso bronquial (β2): Relajación
Miocardio (β1)↑ Frecuencia card↑ Fuerza contractil
OTROS EFECTOS FISIOLÓGICOS
En respuesta al estrés, la corteza suprarrenal secreta glucocorticoides como el cortisol, una hormona esteroidea que induce la enzima feniletanolamina N-metiltransferasa (enzima que cataliza la conversión de noradrenalina a adrenalina)
H3CO
OH
C C
OH
H
O
OH
Adrenalina Noradrenalina
COMT (AdoMet)MAO
Ac. Vanillilmandélico(Ac. hidroxiindolacético)
O2O2
H2OH2O
catecolamina O-metil transferasa
monoamino oxidasa
los inhibidores de la MAO se usan como antidepresivos
Catabolismo de catecolaminas
Adrenalina
Noradrenalina Anfetamina
Meta anfetamina
Encuentre usted las diferencias...Encuentre usted las diferencias...
Paréntesis: ¡Es natural!
¿Es seguro consumir suplementos dietarios derivados de plantas? ¿Té de yuyos? ¿Té de hongos?
“…pero si es natural…”
Muchas plantas tienen componentes bioactivos.
La toxicidad depende de la dosis.
¡Cuidado! La cantidad y calidad de los componentes bioactivos de los suplementos derivados de plantas no
está controlada y puede ser muy variable.
El caso de la EphedraLa Ephedra es una planta históricamente utilizada en la medicina tradicional china para el tratamiento del asma y las alergias.
Los suplementos dietarios derivados de la Ephedra se comenzaron a utilizar ampliamente en todo el mundo para mejorar los tratamientos de adelgazamiento y el rendimiento deportivo.
La Ephedra tiene el alcaloide efedrina, un estimulante que actúa a nivel de los receptores adrenérgicos.
Causa una serie de efectos negativos, desde insomnio y palpitaciones a ataques cardíacos y cerebrales.
NH
OH
NH
OH
OH
OH
efedrina
epinefrinaoadrenalina
En el 2004, la Administración de Drogas y Alimentos (FDA) de los Estados Unidos prohibió la venta de suplementos dietéticos derivados de Ephedra.
El uso de efedrina está prohibido en el deporte. Maradona dio positivo en el mundial de 1994 (Estados Unidos) y fue expulsado.
Histamina
Síntesis :
terminales nerviosas
células enterocromafines de la pared gástica
A nivel gástricoEstimula la secreción de HCl
SNCNeurotransmisor
Sitio de InflamaciónVasodilatación
EFECTOS FISIOLÓGICOS DE LA HISTAMINA
se libera en grandes cantidades en la respuesta alérgica
cimetidina: antagonista de receptores gástricos H2
se utiliza para tratar úlceras pépticas
Serotonina (5-hidroxitriptamina)
Se sintetiza a partir de triptofano en el sistema nervioso central y también en varios otros tejidos (plaquetas y tracto gastrointestinal)
La serotonina interacciona con receptores específicos. La mayoría de los receptores están acoplados a proteínas G que afectan las actividades de adenilato ciclasa o fosfolipasa Cγγγγ. . . . Uno de los receptores es un canal iónico.
A nivel del sistema nervioso central, las neuronas serotoninérgicas recapturan la serotonina liberada en las sinapsis a través de un sistema de recaptación (uptake) activo.
La función del antidepresivo Prozac es inhibir el proceso de recaptación, lo cual prolonga la vida media de la serotonina espacio intersináptico.
"lava tu tristeza""lava tu tristeza"
La melatonina se produce en la glándula pineal y en la retina, que tienen la enzima N-acetiltransferasa necesaria. Aumenta la síntesis en la oscuridad y disminuye durante el día. Induce el sueño y regula el ritmo circadiano.
Ácido γ-aminobutírico (GABA)
SíntesisSistema nervioso central
A partir de glutamato(glutamato decarboxilasa)
FunciónNeurotransmisor inhibitorio
El receptor es un canal aniónico
Glutamato
GABA
CO2
PLP
Óxido nítrico (.NO)
¡un radical libre mensajero celular!
Se sintetiza a partir de la arginina con la enzima Se sintetiza a partir de la arginina con la enzima óóxido xido nníítrico sintasatrico sintasa
Premio Nobel 1998 a Furchgott, Murad e IgnarroPremio Nobel 1998 a Furchgott, Murad e Ignarro
Ignarro visitIgnarro visitóó dos veces Uruguaydos veces Uruguay
Mensajero celularMensajero celular
Factor de relajaciFactor de relajacióón vascular derivado del endotelion vascular derivado del endotelio
Nitritos (nitroglicerina) y sildenafil (viagra)Nitritos (nitroglicerina) y sildenafil (viagra)
Inmunomodulador y neurotrasmisorInmunomodulador y neurotrasmisor
CreatinaAmortiguador de energía en el músculo esquelético.
En una carrera de 100 m, en los primeros 4 segundos se utiliza la fosfocreatina para regenerar el ATP.
fosfocreatina + ADP + H+ creatina + ATP
Deriva de glicina, arginina y metionina (AdoMet).
Forma espontáneamente creatinina, la cual se excreta en la orina en cantidades constantes que dependen de la masa muscular corporal. La creatinina se utiliza para normalizar los valores de metabolitos en la orina, asícomo indicador de la función renal.
