Aminoácidos & Proteínas

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UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA Centro Universitario de Ciencias de la Salud Aminoácidos & Proteínas Bioquímica Prof: Irma Noemí Lua Ramírez

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UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA

Centro Universitario de Ciencias de la Salud

Aminoácidos & Proteínas

Bioquímica

Prof: Irma Noemí Lua Ramírez

Ciclo 2010B

SAID ROBERTO PLAZOLA MERCADO

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BIOSÍNTESIS DE LOS AMINOÁCIDOS

Cada organismo vivo sintetiza sus propias proteínas a partir de los aminoácidos. Las plantas superiores sintetizan a su vez todos los aminoácidos necesarios. Hay que destacar que los animales carecen de esa capacidad. Cada especie animal puede sintetizar sólo algunos aminoácidos que necesita y, por lo tanto, depende de la dieta para incorporar aquellos aminoácidos que debe sintetizar para formar proteínas. Esos aminoácidos se los considera esenciales y no porque sean los únicos necesarios para la vida de la especie, sino porque deben estar incluidos en la dieta. Cada especie, tiene su grupo de aminoácidos esenciales propios. La mayoría de los aminoácidos que ingerimos se encuentran en forma de proteínas, sin embargo sólo los aminoácidos pueden incorporarse a las diferentes rutas metabólicas. Para ello, las proteínas y péptidos ingeridos sufren un proceso de hidrolización por medio de enzimas proteolíticas (secretadas por el estómago, páncreas e intestino delgado) en el tracto gastrointestinal. Después de la acción de las enzimas los aminoácidos quedan libres y son absorbidos y transportados a la corriente sanguínea por medio de la que llegan al hígado donde ocurre su metabolismo y distribución. Las proteínas endógenas también se degradan después de un tiempo y adquieren unas señales que van a indicar a las enzimas de degradación cuando deben comenzar su proceso. Los aminoácidos libres que provienen de este proceso de digestión de las proteínas son absorbidos por las paredes del intestino y conducidos por medio del sistema porta-hepático. Una vez que llegan al hígado, a través de la corriente sanguínea, son distribuidos por las células para su posterior utilización.

CATABOLISMO DE LAS PROTEINAS

Las células no utilizan las proteínas como fuente de energía. Sin embargo, los aminoácidos sobrantes tras la síntesis de proteínas no pueden ser almacenados, a diferencia de los azúcares y lípidos, ni pueden ser excretados. Debido a ello, son utilizados como combustible celular.

La degradación de aminoácidos permite la formación de derivados que entran en el ciclo de Krebs a través de varios puntos y amoníaco (NH3), que posteriormente será transformado en las mitocondrias hasta urea, que se elimina por la orina.

Las proteínas se extraen de las células destruidas y se fragmentan en aminoácidos libres. Algunos de ellos de convierten en aminoácidos, vuelven a formar enlaces peptídicos y sintetizan nuevas proteínas como parte de un continuo estado de recambio en todas las células.

Las proteínas recicladas primero se descomponen en aminoácidos. A continuación, los hepatocitos los convierten en ácidos grasos, cuerpos cetónicos o glucosa. Sin embargo antes que los aminoácidos puedan catabolizarse primero deben convertirse en algunas sustancias que puedan incorporarse al ciclo de Krebs.

Una de esas conversiones consiste en retirar el grupo amino (NH2) del aminoácido, un proceso llamado desaminación, para transformarlo en amoniaco (NH3). Los hepatocitos convierten el amoniaco en urea que se excreta en la orina.

Pool de Aminoacidos (sopa de aminoacidos)

El aporte proteico diario se realiza por dos vías: a la proteína alimentaria se le une la proteína que deriva del intestino(a éste se vierten sustancias de naturaleza proteica). No toda la proteína consumida es incorporada al

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organismo(coeficiente de digestibilidad). Los aminoácidos pasan a sangre y forman el reservorio o pool de aminoácidos que será dinámico. Se establece un equilibrio dinámico. Cada aminoácido tiene su capacidad de recambio. Se necesita un aporte adecuado de aminoácidos esenciales para la síntesis de hormonas, estructuras..etc. Si hay un exceso de aminoácidos en ese pool, el organismo utiliza los necesarios y el resto se desamina, el grupo amino sigue el ciclo de la urea y se excreta por la orina y el esqueleto hidrocarbonado entra en el ciclo de Krebs.(una dieta hiperproteica puede producir un aumento de urea y sobrecarga renal). Parte del nitrógeno que consumimos con las proteínas de la dieta se pierde por la orina(88%), por las heces(10%) y por la piel(2%).El método de balance del nitrógeno valora las pérdidas de nitrógeno por las heces y orina y nos dice cuanto hay que aportar por la dieta y equilibrar ese balance de nitrógeno en el organismo.Los procesos de síntesis y degradación de proteínas en el organismo animal son simultáneos. Se puede considerar que existe un pool de aminoácidos en el organismo que está en constante renovación y que responde al esquema siguiente:

Equilibrio Nitrogenado.

En la situación de equilibrio nitrogenado negativo se excreta mayor cantidad de nitrógeno del que se ingiere. Esto tiene lugar en la inanición, la desnutrición proteica y en ciertas enfermedades que cursan con catabolismo aumentado. Durante la inanición prolongada las cadenas carbonadas de los aminoácidos son necesarias para la gluconeogénsis; el amoniaco (nitrógeno) liberado de los aminoácidos es excretado principalmente en forma de urea y no se reincorpora a las proteínas. También puede darse un equilibrio negativo durante la vejez, la fiebre severa, proteolisis de la diabetes no controlada y, de gran importancia médica, en neoplasias, donde el catabolismo se encuentra exaservado. En el otro extremo, puede hallarse equilibrio nitrogenado positivo cuando lo ingerido supera a lo excretado, tal caso se da en niños en edad de crecimiento, puesto que están aumentando su peso corporal e incorporando más aminoácidos en las proteínas somáticas. Puede darse equilibrio nitrogenado positivo durante el embarazo y durante la alimentación post-inanición. La determinación del balance de nitrógeno en un paciente es un parámetro bastante eficaz para establecer catabolismo, deficiencias o excesos de proteínas en su dieta y conocer, junto a otros indicadores, su estado nutricional.

Recambio Proteico

La concentración celular de cada clase de proteína es consecuencia del equilibrio entre su síntesis y su degradación. Aunque parece derrochador, la degradación y resíntesis continua de las proteínas, un proceso que recibe el nombre de recambio proteico, tiene varios fines.El primero de todos es la flexibilidad metabólica, que se consigue mediante cambios relativamente rápidos de la concentración de enzimas reguladoras, hormonas peptídicas y moléculas receptoras. El recambio proteico protege también a las células de la acumulación de proteínas anómalas. Finalmente, numerosos procesos fisiológicos dependen tanto de las reacciones de degradación oportunas como de las de síntesis.

Las proteínas se parecen a los intermedios metabólicos de bajo peso molecular, en el sentido de que están sujetas a una biosíntesis y degradación continua, en un proceso denominado recambio proteico. Para una proteína intracelular cuya concentración total no cambie con el tiempo, la concentración de estado estacionario se mantiene mediante la síntesis de la proteína a una velocidad suficiente para reponer las pérdidas producidas por la degradación de la proteína. Muchos de los aminoácidos liberados durante el recambio proteico se reutilizan en la síntesis de nuevas proteínas.

Las proteínas del cuerpo están en continuo proceso de renovación. Cuando las proteínas se degradan deben sustituirse por otras nuevas. A esto se le llama recambio proteico. Este recambio se produce rápidamente y el

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organismo sólo admite proteínas nuevas.

Estas nuevas proteínas pueden obtenerse a través de las que contienen los alimentos que ingerimos diariamente, y si no se logra por esta vía, el organismo se las quita de la propia estructura del edificio corporal. En este caso la integridad de nuestro organismo queda amenazada.

DEGRADACIÓN DE PROTEINAS.

Descripción De Las Vías Ubiuitina Y Lisosómica.

La proteólisis es la degradación de proteínas ya sea mediante enzimas específicas, llamadas proteasas, o por medio de digestión intramolecular.La vida media de las proteínas va desde muy pocos minutos hasta semanas o en algunos casos meses. De cualquier forma, las proteínas son continuamente sintetizadas y degradadas a los aminoácidos que las componen. El papel de este proceso en el metabolismo se puede ver desde dos puntos principales:

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1.- para eliminar proteínas anormales cuya acumulación puede ser peligrosa para la vida celular

2.- para permitir la regularización del metabolismo celular eliminando proteínas reguladoras.

Desde este punto de vista el papel fisiológico de una proteína depende de la velocidad con que se sintetiza así como de la velocidad con la que se degrada, por lo tanto, el control de la velocidad de degradación de una proteína es un factor muy importante en la economía celular.

Degradación específica

Las células degradan específicamente proteínas anormales. Por ejemplo, la hemoglobina que ha sido sintetizada con el análogo de la valina a-amino-b-clorobutirato, tiene una vida media de aproximadamente 10 minutos en células reticulocitos, por el contrario, la proteína normal tiene una vida media de 120 días en eritrocitos, lo que probablemente la hace la proteína citoplásmica con mayor tiempo de vida media.

Los eucariontes tienen dos sistemas de degradación de proteínas que son los mecanismos lisosomales y los mecanismos citoplásmicos dependientes de ATP.

Via Ubiquitina Marca a las proteínas seleccionadas para la digestión. En los reticulocitos que no poseen lisosomas, existe una degradación selectiva de proteínas anormales. La observación de que la degradación de las proteínas se inhibe en condiciones anaerobias, llevo a la descripción del sistema proteolítico citoplásmico dependiente de ATP, que es independiente del sistema lisosomal descrito anteriormente. Desde el punto de vista termodinámico este proceso no era esperado pues la degradación de las proteínas es un proceso exergónico.

El análisis del proceso mostró que la ubiquitina es necesaria para esta degradación. Esta proteína monomérica de 76 residuos, se denomina así por su ubicuidad y abundancia en los eucariontes. Esta es la proteína conocida más conservada a lo largo de la evolución. La ubiquitina difiere solo en tres residuos entre el humano y la levadura. Para la degradación, a las proteínas se les une covalentemente la ubiquitina. El proceso demostrado por Avram Hershko, es reminiscencia de la activación de los aminoácidos y ocurre en tres etapas.

1.- en una reacción dependiente de ATP el carboxilo terminal de la proteína, es conjugado vía un enlace tioéster con la enzima que activa a la ubiquitina, un homodímero de 105 kD (E1 en la siguiente Figura).

2.- la ubiquitina es entonces transferida a un grupo sulfidrilo de una de las numerosas proteínas denominadas enzimas conjugadoras de ubiquitinas (E2´s), que son polipéptidos de aproximadamente 150 residuos que contienen en su sitio activo un residuo de Cys, además de presentar una identidad elevada entre ellas.

3.- a ubiquitina ligasa (E3 de aproximadamente 180 kD) transfiere la ubiquitina activada formada por E2 a un grupo e amino de una Lys de una proteína previamente unida formando un enlace isopeptídico. Al parecer E3 es clave en la selección de la proteína a degradarse.

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Representación del mecanismo de acción de la ubiquitina

Usualmente muchas moléculas de ubiquitina están unidas a la proteína seleccionada para degradarse. Además alrededor de 50 o más moléculas de ubiquitina de unen en fila a una proteína formando una cadena de multiubiquitina en la cual la Lys 48 de cada ubiquitina forma un enlace isopeptídico con el carboxilo terminal de la siguiente ubiquitina, al parecer este arreglo es esencial para la degradación de algunas proteínas.

Las proteínas ubiquitinadas son degradadas proteolíticamente en un proceso dependiente de ATP por un complejo multiprotéico de 2000 kD denominado proteosoma 26S; este complejo se encuentra tanto en el núcleo como en el citoplasma y consiste de al menos 20 tipos de subunidades y posee al menos cinco tipos diferentes de actividades de peptidasa que cortan después de residuos básicos, hidrofóbicos o acídicos.Via Lisosomica Degradan principalmente proteínas no selectivamente.Los lisosomas son organelos que contienen aproximadamente 50 enzimas hidrolíticas incluyendo una variedad de proteasas conocidas como catepsinas. El lisosoma mantiene un pH interior de aproximadamente 5.0 unidades, por tanto sus enzimas son óptimas a pHs ácidos. Al parecer esta situación protege a la célula del escape de las enzimas proteolíticas pues éstas son inactivas a pHs citosólicos.

Los lisosomas reciclan los constituyentes celulares al fusionar elementos del citoplasma que previamente han sido encapsulados en membranas, que se conocen como vacuolas autofágicas. De manera semejante degradan substancias asimiladas por la célula mediante endocitosis. La existencia de estos procesos se ha comprobado utilizando inhibidores de los lisosomas como la cloroquinina, que también es un inhibidor antimalarial. Esta molécula es una base débil que penetra libremente al lisosoma en su forma no cargada y se acumula en el interior del organelo en la forma cargada; este hecho incrementa el pH lisosomal e inhibe su función, con lo cual se ocasiona que disminuya la velocidad de degradación de proteínas. El tratamiento de células con antibióticos como la antipaina (Phe-Arg-Val-Arg), inhibe a las catepsinas.

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Figura: representación de la molécula de cloroquinina

En células bien nutridas la degradación de proteínas en el lisosoma es al parecer no selectiva. En células en ayuno prolongado, esta degradación no selectiva termina en un estado intolerable de degradación de enzimas esenciales y reguladoras. A pesar de lo anterior, los lisosomas tienen un sistema de selección que es activado solo después de un ayuno muy prolongado y que resulta en la degradación de proteínas que contengan la secuencia Lys-Phe-Glu-Arg-Gln (KFERQ) o una secuencia muy relacionada. El proceso ocurre principalmente en tejidos de animales que se atrofian por el ayuno (hígado y riñón) y en aquellos que no se regeneran (cerebro y testículos).

ELIMINACIÓN DEL NITROGENO PROTEICO.

Mecanismos y toxicidad del amoniaco.

El amoníaco es tóxico y afecta principalmente al sistema nervioso central. La encefalopatía asociada a defectos severos del ciclo de la urea se debe a aumento de amoníaco en sangre y tejidos. Como el hígado es el principal órgano encargado de la eliminación del amoníaco, cuando hay una falla o insuficiencia hepática grave, la amonemia asciende y se produce un cuadro de intoxicación, que pude llevar al coma e incluso la muerte. Como se menciono anteriormente, al pH fisiológico de los fluidos del organismo, la casi totalidad, alrededor del 99%, del amoníaco que es una molécula neutra se convierte en ión amonio, el cual no puede atravesar la membranas celulares. Se han postulados diferentes mecanismos que podrían contribuir a la notable toxicidad del amoníaco.

1. Acumulación de glutamina. Los niveles de esta sustancia se incrementan notablemente en las hiperamonemias. La acumulación de glutamina en el cerebro, especialmente en astrositos, produce efecto osmótico, aumentando la PIC (presión intracraneana) y dando hipoxia cerebral. 2. Inhibición de la lanzadera malato-aspartato. La síntesis exagerada de glutamina reduce los niveles de glutamato, esto inhibe la lanzadera. Se produce aumento de lactato y disminución del pH cerebral. 3. Actividad de la glucólisis. El amoníaco estimula la fosfofructoquinasa y con ello la actividad glucolítica. Aumenta el lactato y el valor de la relación NADH/NAD+. 4. Inhibición del ciclo de Krebs. El aumento de amoníaco en la mitocondria desvía la reacción de la glutamato deshidrogenasa hacia la aminación de α-cetoglutarato para formar glutamato. Este “drenaje” de uno de los intermediarios del ciclo del ácido cítrico deprime la marcha de esta vía de oxidación, de la cual depende exclusivamente el cerebro para proveerse de energía. El descenso de la concentración de ATP en las neuronas ocasiona graves trastornos en su actividad, lo que conlleva en última instancia a su muerte (Cuadro 4).

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Cuadro 4. Toxicidad del amoníaco. ⇑ [NH4+] ⇒ ⇑ uso de

α-cetoglutarato ⇒ ⇓ TCA ⇒ ⇓ [ATP] ⇒ Necrosis

Celular TCA: Ciclo de los ácidos tricarboxilicos o de Krebs.

DEGRADACIÓN DE AMINOÁCIDOS.

’‘DESAMINACION’‘La primera reacción en la ruptura de los aminoácidos es casi siempre la remoción de su grupo a-amino con el objeto de excretar el exceso de nitrógeno y degradar el esqueleto de carbono restante. La urea, es el producto principal de la excreción de nitrógeno en los mamíferos terrestres se sintetiza a partir de amonio y aspartato. Ambas substancias son derivadas principalmente del glutamato, el producto principal de las reacciones de desaminación.

’‘TRANSAMINACION’‘La reacción de aminotransferasa ocurre en dos pasos:1.- el grupo amino de un aminoácido es transferido a la enzima, produciendo el correspondiente a-ceto ácido y la enzima aminadaaminoácido + enzima D a-ceto ácido + E-NH22.- el grupo amino es transferido al a-ceto ácido aceptor (ej. Alfa-cetoglutarato) formando el producto aminoácido (ej. Glutamato) y regenerando la enzimaa-cetoglutarato + enzima-NH2 D enzima + glutamatoPara transportar al grupo amino, las aminotransferasas requieren de la participación de una coenzima que contiene un aldehído, el fosfato de piridoxal (PLP) que es un derivado de la piridoxina (vitamina B6).Figura: el fosfato de piridoxal (PPL)El grupo carbonilo del PPL se une covalentemente a un residuo particular de la enzima.El grupo amino es acomodado por la conversión de esta coenzima a piridoxamina-5´-fosfato (PMP). PLP es unido covalentemente a la enzima vía una base de Shiff (formando una imina) formada por la condensación de su grupo aldehído con el grupo e-amino de una lisina en la enzima.

Rutas De Degradacion De Los AminoacidosHay 20 rutas catabólicas diferentes para la degradación de cada uno de los a.a estándar. En el hombre estas

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rutas degradativas individuales de los aminoácidos sólo aportan del 10 al 15% de la producción energética corporal. Por lo tanto, son mucho menos activas que la glucólisis y la oxidación de ácidos grasos. La actividad de las rutas catabólicas puede variar mucho de un a.a. a otro, según el equilibrio entre las necesidades para los procesos biosintéticos y la cantidad disponible de un aminoácido dado.Los esqueletos carbonados de 10 de los a.a. se degradan, total o parcialmente, dando en último término acetil-CoA. 5 a.a. se convierten en a -cetoglutarato, 4 en succinil-CoA, 2 en fumarato y 2 en oxalacetato. Cofactores enzimáticos en el catabolismo de los aminoácidosReacciones de transaminación: piridoxal fosfatoTransferencia de grupos monocarbonados: - Tetrahidrofolato (metilo, metileno, formilo)S-adenosilmetionina (metilo) Aminoácidos que se degradan a acetil-CoALos esqueletos de 10 a.a. forman acetil-CoA que entra directamente en el ciclo del ácido cítrico. De los 10, 5 se degradan a acetil-CoA vía piruvato. Los otros 5 se convierten en acetil-CoA y/o acetoacetil-CoA, que se rompe seguidamente para formar acetil-CoA.Los 5 a.a. que entran vía piruvato son alanina, glicina, serina, cisteína y triptófano. La treonina se degrada en el hombre a succinil-CoA. La alanina da piruvato directamente el transaminarse con a -cetoglutarato, al igual que la cadena lateral del triptófano, que al cortarse da alanina y, por tanto, piruvato. La cisteína se convierte en piruvato en 2 pasos, uno para eliminar el átomo de azufre, siendo el otro una transaminación. La serina se convierte en piruvato mediante la serina deshidratasa. La glicina tiene 2 rutas. Se puede convertir en serina por adición enzimática de un grupo hidroximetilo. La segunda ruta, que predomina en animales, implica una rotura oxidativa en CO2, NH4

+ y un grupo metileno (fig. ). El cofactor tetrahidrofolato es el portador de unidades monocarbonadas en ambas reacciones.Porciones del esqueleto carbonado de 6 a.a.- triptófano, lisina, fenilalanina, tirosina, leucina e isoleucina – producen acetil-CoA y/o acetoacetil-CoA.La deshidratación del triptófano constituye la ruta más compleja de todas las vías catabólicas de a.a. en tejidos animales; parte del triptófano produce acetil-CoA por rutas diferentes: vía piruvato y vía acetoacetil-CoA. Algunos intermediarios del catabolismo del triptófano son precursores necesarios para la biosíntesis de otras moleculas importantes: niacina (precursor del NAD y NADP) y del neurotransmisor serotonina.La degradación de fenilalanina, y su producto de oxidación tirosina se degradan dando 2 fragmentos, que pueden entrar en el ciclo del ácido cítrico, pero en puntos diferentes del mismo: 4 de los 9 átomos de C de la fenilalanina z de la tirosina dan acetoacetato libre, que se convierte en acetil-CoA, mientras que un segundo fragmento se recupera en forma de fumarato. . Así 8 de los 9 átomos de C de estos a.a. entran en el ciclo del ácido cítrico (el C restante se pierde en forma de CO2). La fenilalanina, después de su hidroxilación, seconvierte en tirosina, es también precursor de las hormonas adrenalina y noradrenalina, secretadas por la médula adrenal. Defectos genéticos asociados al metabolismo de los a.a.Se han identificado en el hombre muchos defctos genéticos diferentes del metabolismo de los a.a.. La mayoría de tales defectos hacen que se acumulen intermediarios específicos, condición que puede producir un desarrollo neurológico defectuoso y retraso mental. La primera enzima de la ruta catabólica de la fenilalanina, la fenilalanina hidroxilasa, cataliza la hidroxilación de la fenilalanina a tirosina (fig. ). Un defecto genético de la fenilalanina hidroxilasa es responsable de la enfermedad fenilcetonuria, que es la causa más frecuente de la presencia de altas concentraciones de fenilalanina. Esta enzima requiere como cofactor la tetrahidrobiopterina, que transporta electrones desde el NADH al O2 en esta hidroxilación. La acumulación de fenilalanina puede perjudicar el desarrollo normal del cerebro en la infancia dando lugar a retraso mental severo. Cuando se detecta precozmente se puede prevenir esta enfermedad mediante al suministro de una dieta adecuada. Aminoácidos que se convierten en al -cetoglutaratoLos esqueletos carbonados de 5 a.a. (arginina, histidina, glutamato, glutamina y prolina) entran en el ciclo del

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ácido cítrico vía a -cetoglutarato. Prolina, glutamato y glutamina tienen esqueletos pentacarbonados. La transaminación o desaminación del glutamato produce el intermediario del ciclo del ácido cítrico a -cetoglutarato. La arginina e histidina se convierten también en glutamato. Aminoácidos que se convierten en succinil-CoALos esqueletos carbonados de metionina, isoleucina, treonina y valina se degradan a través de rutas que dan succinil-CoA, que es un intermediario del ciclo del ácido cítrico. La metionina dona su grupo metilo a través de la S-adenosilmetionina a uno de los diversos aceptores posibles. La isoleucina, valina y treonina también se convierten primero en propionil-CoA, el cual luego se transforma en succinil-CoA. Degradación de los aminoácidos ramificadosAunque la mayor parte del metabolismo de los a.a. transcurre en el hígado, los 3 a.a. con cadenas ramificadas (leucina, isoleucina y valina) se oxidan como combustibles principalmente en el músculo. adiposo, riñón y tej. cerebral. Estos tejidos extrahepáticos contienen una única aminotransferasa que no se encuentra en el hígado y que actúa sobre los 3 a.a. ramificados produciendo los a -cetoácidos correspondientes. Estos se transforman luego en derivados del acil-CoA. Existe una enfermedad genética humana relativamente rara en la que estos 3 a -cetoácidos se acumulan en sangre y se vierten en la orina (enfermedad del jarabe de arce). Degradación de asparagina y aspartato a oxalacetatoLos esqueletos carbonados de asparagina y aspartato entran en último término en el ciclo del ácido cítrico vía oxalacetato. La enzima asparaginasa cataliza la hidrólisis de la asparagina para dar aspartato, el cual es transaminado con él a -cetoglutarato dando glutamato y oxalacetato (fig.).Aminoácidos cetogénicos y glucogénicosAlgunos átomos de C de 6 de los a.a. (los que se degradan a acetoacetil-CoA y/o acetil-CoA: triptófano, fenilalanina, tirosina, isoleucina, leucina y lisina) pueden dar cuerpos cetónicos en el hígado por conversión del acetoacetil-CoA en acetona y b -hidroxibutirato, constituyendo los a.a. cetogénicos. La degradación de la leucina contribuye de forma sustancial a la cetosis durante la inanición.Los a.a. que se pueden convertir en piruvato, a -cetoglutarato, succinil-CoA, fumarato y oxalacetato se pueden convertir en glucosa y glucógeno, denominándose a.a. glucogénicos.

Reacción de Transaminación. La reacción de transaminación comprende la transferencia de un grupo α-amino de un aminoácido a un α-cetoácido. El aminoácido se convierte en un cetoácido y el cetoácido aceptor del grupo amina, en el aminoácido correspondiente (Figura 3). Esta transferencia es realizada por las enzimas aminotransferasas o también llamadas transaminasas. Mientras que la mayoría de los aminoácidos sufren transaminación, existen algunas excepciones: lisina, treonina, prolina e hidrixiprolina. Puesto que las transaminaciones son libremente reversibles, las transaminasas pueden funcionar tanto en el catabolismo como en la biosíntesis de aminoácidos. Las reacciones que involucran aminoácidos esenciales son mayormente unidireccionales, puesto que el organismo no puede sintetizar el α-cetoácido esencial, pudiendo existir pequeñas cantidades de éstos provenientes de la dieta. A modo de ejemplo puede verse lo que sucede con la valina, la cual al ser metabolizada da α-cetoisovalerato, este a continuación es rápidamente convertido en succinil-CoA y utilizado como energía en el ciclo de Krebs, sin posibilidad de volver a transaminarse. Las transaminasas catalizan una reacción bimloécular, donde el par aminoácido/α-cetoácido, formado por el L-glutamato y el α-ceto-glutarato constituyen un “par obligado”.

El piridoxal fosfato se localiza en el sitio activo de todas las transaminasas. Este es una coenzima derivado de la piridoxamina (vitamina B6), la cual cumple una importante función en el metabolismo de los aminoácidos. En todos los casos, la coenzima forma con el aminoácido un compuesto intermediario, uniéndose a éste por un enlace –CH=N–, denominado Base de Schiff. Intervienen además interacciones iónicas e hidrófobas para estabilizar el complejo. El piridoxal fosfato actúa como aceptor transitorio y transportador del grupo amina en el

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proceso de transferencia de la transaminación. Por otro lado, las aminotransferasas tienen la función de “guiar” la reacción en un determinado sentido y asegurar selectivamente la naturaleza del cambio a producir. Así tenemos que la reacción de cada par aminoácido/α-cetoácido es catalizada por una enzima especifica, cuyo nombre deriva de los compuestos participantes en la transferencia: ejemplos de ello son la glutámico oxalacético transaminasa (GOT), también llamada aspartato amintransferasa (AST), forma oxalacetato y glutamato a partir de aspartato y α-cetoglutarato. La glutámico piruvato transaminasa (GPT) o alanina amintransferasa (ALT), produce piruvato, utilizando el par obligado y alanina. A propósito de estas dos enzimas, son particularmente abundantes en hígado, músculo y corazón, razón por la cual en ciertos procesos patológicos que afectan a estos órganos, produciendo una injuria tisular y liberación de estas enzimas desde sus compartimentos celulares, se produce un aumento de sus concentraciones en plasma, lo cual se utiliza para diagnostico y pronostico. Como ejemplo podemos ver que el aumento de GOT en plasma es señal de injuria hepática severa. Algo similar ocurre con el daño del miocardio, dando se produce un aumento de ambas transaminasas en apenas 6 horas luego de un infarto agudo, permaneciendo elevadas durante varios días, pasibles de ser dosadas.

Desaminación Oxidativa. Teniendo en cuenta los componentes del par obligado, todos los grupos α-amino de los aminoácidos son finalmente transferidos al α-cetoglutarato mediante transaminación, formando L-glutamato. A partir de este aminoácido el grupo nitrogenado puede ser separado por un proceso denominado desaminación oxidativa, una reacción catalizada por la L-glutamato deshidrogensas, una enzima omnipresente de los tejidos de mamíferos que utiliza como coenzima NAD+ o NADP+ como oxidante. En la reacción directa, generalmente se utiliza NAD+ y se forma α-cetoglutarato y amoníaco: NH3 (Figura 4); este último, al pH fisiológico del medio se carga con un protón, presentándose casi en su totalidad como ión amonio (NH4

+). La reacción es reversible, por lo que el amonio pude unirse a una α-cetoglutarato para formar glutamato, usando como coenzima NADPH+. Es probable que in vivo la reacción tenga mayormente una dirección hacia la formación de amoníaco. La concentración de amoniaco que sería necesario para que la reacción se Transaminasa Piridoxal fosfato. Aminoácido (A) α-cetoácido (1) (α-cetoglutarato) α-cetoácido(2) Aminoácido (B) (Glutamato) desplace hacia la producción de glutamato es tóxica y, en condiciones normales, sería raramente alcanzada, exceptuando la región periportal del hígado, donde llega el amoníaco absorbido en el intestino y transportado al hígado.

El glutamato forma parte del par obligado de la transaminación de los aminoácidos y por tanto es la “puerta de acceso” (access door) del amoniaco libre a los grupos amino de la mayoría de los aminoácidos; y a la inversa, es la “puerta de salida” (exit door) del nitrógeno de estos compuestos. El papel predominante de la L-glutamato deshidrogensas en la eliminación del amoniaco queda marcado por su localización preponderante en las mitocondrias del hígado en donde, como veremos más adelante, tienen lugar las reacciones iniciales del ciclo de formación de urea. La enzima se implica también en la producción de amoníaco a partir de aquellos aminoácidos que son requerido para la producción de glucosa o para dar energía cuando se agotan las reservas de otras moléculas: azucares y lípidos. Basándose en esto, la L-glutamato deshidrogensas se regula alostéricamente por los nucleótidos purínicos. Cuando es necesario la oxidación de aminoácidos para la producción de energía, la actividad en la dirección de la degradación del glutamato es incrementada por el ADP y GDP, que son indicadores de un estado de bajo nivel de energía en la célula. El GTP y ATP, indicativos de un nivel de energía alto, son activadores alostéricos en la dirección de la síntesis de glutamato (Cuadro 3).

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Cuadro 3. Regulación alostérica de la l-glutamato deshidrogensas. Estado Energético [ATP/GTP] [ADP/GDP] Producto

- Favorable Alta Baja Glutamato - Desfavorable Baja Alta α-cetoglutarato

+ NH4+

AMINOÁCIDOS.

A los aminoácidos clasificados de acuerdo a su comportamiento metabólico se les conoce como: Aminoácidos cetogénicos son aquellos que al donar sus esqueletos de Carbono en forma

de acetoacetato se transformaran en acetil-CoA (cuerpos cetónicos) en el Ciclo de Krebs. o Leucina o Lisina

Aminoácidos glucogénicos son aquellos que producirán Piruvato (glucosa) o algún intermediario en el Ciclo de Krebs en la Gluconeogénesis.

o Alaninao Argininao Asparaginao Aspartatoo Cisteínao Glutamatoo Glutaminao Glicinao Histidinao Prolinao Serinao Metioninao Treoninao Valina

Aminoacidos mixtos son aquellos que producen intermediarios glucogénicos o cetogénicos.o Fenilalanilao Isoleucinao Triptófanoo Tirosina

División de aminoácidos glucogénicos y mixtos e intermediario metabólico que producen.

Piruvato Α-cetoglutarato Succinil CoA Fumarato Oxalacetato

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Alanina Glutamato Valina Fenilalanila AspartatoSerina Glutamina Treonina Tirosina Asparagina

Cisteina Prolina Metionina

Glicina Arginina IsoleucinaTriptófano Histidina

CICLO DEL UREA.

Después de las reacciones de desaminación que se producen en los aminoácidos, el amonio se debe excretar. En función de los diferentes organismos, la forma de hacerlo varía, por ejemplo, en los organismos ureotélicos (urea), uricotélicos (ácido úrico) o amoniotélicos (amoniaco).

Los organismos vivientes excretan el exceso de nitrógeno que resulta del metabolismo de aminoácidos en una de tres formas. Muchos organismos acuáticos simplemente excretan amoniaco. Donde el agua es menos abundante, el amoniaco se transforma en una molécula menos tóxica, además de que su excreción necesita de menos agua. Uno de estos productos es la urea, la cual es excretada por la mayoría de los vertebrados terrestres, el otro producto posible de excreción es el ácido úrico, que es excretado por aves y reptiles terrestres. En animales amoniotélicos, por ejemplo, peces óseos, el amoníaco se libera rápidamente de la sangre en las branquias, gracias al gran volumen de agua que pasa a través de éstas. Las bacterias y protozoos simplemente liberan el amoníaco al medio en que el agua es abundante, donde se disuelve este compuesto. Mientras que los animales uricotélicos, las aves y reptiles, la disponibilidad de agua es limitada. Puesto que la excreción de urea por la orina necesita un gran volumen de agua, esta circunstancia haría imposible el vuelo de las aves y provocaría una deshidratación de los reptiles que habitan hábitats áridos. Para evitar esto, el amoniaco se convierte en ácido úrico, compuesto insoluble que se excreta en forma de masa semisólida de cristales de ácido úrico en las heces.

En la especie humana, el ión amonio es un compuesto muy tóxico que se convierte en el hígado y el riñón en urea, en el llamado ciclo de la urea. Ésta pasa al torrente sanguíneo y es eliminada por el riñón en la orina. En nuestro organismo, la glutamina, es el aminoácido encargado de almacenar de manera temporal, mantener dentro de los niveles aceptados y transportar el amonio. El proceso es el siguiente, el amonio cuando está en tejido se une al ácido glutámico y, después de la reacción mediada por la glutamina sintasa, se forma la glutamina que pasa a la corriente circulatoria, desde donde la captura el hígado y la convierte de nuevo en ácido glutámico, separándose el amonio por medio de la acción de la glutaminasa.

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Dentro del ciclo de la urea hay que distinguir dos zonas en las que actúan las distintas enzimas: citoplasma y mitocondria. Las enzimas que actúan son las siguientes:

Carbamil fosfato sintetasa: la función de esta enzima ocurre en la mitocondria y consiste en que el amonio se activa por el aporte energético de dos moléculas de ATP y se forma el carbamil fosfato.

Ornitina transcarbamilasa: el carbamil fosfato se condensa con la ornitina y aparece la citrulina. Arginosuccínico sintetasa: el segundo nitrógeno necesario para la formación de la urea lo aporta el ácido

aspártico que se condensa con la citrulina, dando lugar al ácido arginosuccínico. Esta reacción ya ocurre en el citoplasma.

Arginosuccinasa: el ácido formado en la reacción anterior se divide en fumárico y arginina. Arginasa: en esta reacción se forma urea después de la hidrólisos de la arginina, se produce de nuevo la

ornitina que pasará del citoplasma a la mitocondria, donde comienza de nuevo el ciclo.

El ciclo de la urea de una manera sintética se puede decir que es de la siguiente manera:

Este ciclo se regula gracias por medio de la carbamil fosfato sintetasa, ya que un aumento en las reacciones de transaminación da lugar a un aumento en su actividad.

Formación de urea1. Una molécula de ornitina (alfa aminoácido), se combina con una molécula de amoníaco y una de CO2, para formar citrulina.2. Se adiciona un segundo grupo amino a la citrulina formando arginina, que es hidrolizada produciendo urea y regenerando ornitina.3. Los animales ureotélicos presentan grandes cantidades de la enzima arginasa en el hígado. Esta enzima cataliza la hidrólisis de la arginina en urea y ornitina.

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4. La ornitina generada se prepara para una próxima vuelta del ciclo de la urea.5. La urea pasa a través de la sangre a los riñones y es excretada por la orina.

Producción de urea de amoníaco 6. El ciclo de la urea comienza en el interior de las mitocondrias de los hepatocitos.7. El primer grupo amino que ingresa al ciclo proviene del amoníaco intramitocondrial.8. El amoníaco producido por las mitocondrias, se utiliza junto con el bicarbonato (producto de la respiración celular), para producir carbamoil-fosfato. Reacción dependiente de ATP y catalizada por la carbamoil-fosfato-sintetasa I. Enzima alostérica y modulada (+) por el N-acetilglutamato.9. El carbamoil-fosfato cede su grupo carbamoilo a la ornitina, para formar citrulina y liberar Pi. Reacción catalizada por la ornitina transcarbamoilasa. La citrulina se libera al citoplasma.10. El segundo grupo amino procedente del aspartato (producido en la mitocondria por transaminación y posteriormente exportado) se condensa con la citrulina para formar argininosuccinato. Reacción catalizada por la argininosuccinato sintetasa citoplasmática. Enzima que necesita ATP utilizando como intermediario citrulil-AMP.11. El argininosuccinato se hidroliza por la arginino succinato liasa, para formar arginina libre y fumarato.12. El fumarato ingresa al ciclo de Krebs y la arginina libre se hidroliza en el citoplasma, por la arginasa citoplasmática para formar urea y ornitina.13. La ornitina puede ser transportada a la mitocondria para iniciar otra vuelta del ciclo de la urea.Ciclo de Krebs / ciclo de la urea14. El fumarato producido en la reacción de la argininosuccinato liasa, ingresa a la mitocondria, donde es blanco de la fumarasa y malato deshidrogenasa para formar oxalacetato.15. El aspartato que actúa como dador de N en el ciclo de la urea se forma a partir del oxalacetato por transaminación desde el glutamato.16. Dado que las reacciones de los dos ciclos están interconectados se les ha denominado como doble ciclo de Krebs.

Regulación del ciclo de la ureaEl flujo del N a través del ciclo de la urea dependerá de la composición de la dieta. Una dieta rica en proteínas aumentará la oxidación de los aminoácidos, produciendo urea por el exceso de grupos aminos, al igual que en una inanición severa.

Características Las cinco enzimas se sintetizan a velocidades más elevadas, durante la inanición o en los animales con

dieta rica en proteínas. La enzima carbamoil-fosfato-sintetasa I es activada alostéricamente por el N - acetilglutamato que se

sintetiza a partir del acetil-CoA y el glutamato, por la N-acetilglutamato sintetasa, enzima que es activada por la arginina, aminoácido que se acumula cuando la producción de urea es lenta.

Energética del ciclo de la urea 17. El ciclo de la urea reúne dos grupos amino y un bicarbonato, para formar una molécula de urea:

18. La síntesis de la urea requiere 4 Pi de alta energía. 2 ATP para formar el carbamoil - P y un ATP para producir argininosuccinato. En la segunda reacción el ATP se hidroliza a AMP y Pi, AMP que puede ser nuevamente hidrolizado para dar 2 Pi. 19. Se ha calculado que los animales ureotélicos pierden cerca del 15% de la energía de los aminoácidos de los que se obtiene en la urea.

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20. Algunos animales compensan esta perdida (bovinos) por transferencia de la urea al rumen, donde los microorganismos la utilizan como fuente de amoníaco para la síntesis de aminoácidos. Este proceso incluso disminuye el consumo de agua.

PRODUCTOS ESPECIALIZADOS DERIVADOS DE AMINOÁCIDOS.

Catabolismo de Glutamina/Glutamato y de Asparragina/Aspartato

La glutaminasa es una importante enzima del túbulo renal implicada en la conversión de glutamina (del hígado y de otros tejidos) a glutamato y NH3

+, siendo el NH3+ excretado en la orina. La actividad de la

glutaminasa está presente en muchos otros tejidos también, aunque su actividad no es tan prominente como en el riñón. El glutamato producido de la glutamina es convertido a α-cetoglutarato, haciendo que la glutamina sea un aminoácido glucogénico.

La asparaginasa también se distribuye extensamente dentro del cuerpo, donde convierte la asparragina a amoníaco y aspartato. El aspartato se transamina a oxalacetato, que sigue el camino gluconeogénico a glucosa.

El glutamato y el aspartato son importantes en recoger y eliminar el nitrógeno amino vía la glutamina sintetasa y el ciclo de la urea, respectivamente. La trayectoria catabólica de los esqueletos de carbono implica reacciones de aminotransferasa simples de 1 paso que producen directamente cantidades netas de un intermediario del Ciclo del TCA. La reacción de la glutamato deshidrogenasa que funciona en la dirección de la producción de α-cetoglutarato proporciona una segunda ruta que conduce del glutamato a la gluconeogénesis.

Catabolismo de Alanina

La alanina es también importante en el transporte del nitrógeno entre tejidos como parte del ciclo de la glucosa-alanina (véase arriba). La vía catabólica de la alanina implica una reacción simple de aminotransferasa que produce directamente piruvato. Generalmente el piruvato producido por esta vía resultará en la formación del oxaloacetato, aunque cuando la carga de energía de una célula es baja el piruvato será oxidado a CO2 y H2O por vía del complejo PDH y del Ciclo del TCA. Esto hace que la alanina sea un aminoácido glucogénico.

Catabolismo de Arginina, Ornitina y Prolina

El catabolismo de la arginina comienza dentro del contexto del ciclo de la urea. Es hidrolizada a urea y ornitina

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por la arginasa.

La ornitina, en exceso de las necesidades del ciclo de la urea, es transaminada para formar el glutamato semialdehido. El glutamato semialdehido puede servir como el precursor de la biosíntesis de prolina como se describe arriba o puede ser convertido a glutamato.

El catabolismo de prolina es un reverso de su proceso de síntesis.

El glutamato semialdehido generado del catabolismo de la ornitina y de la prolina es oxidado a glutamato por una glutamato semialdehido deshidrogenasa independiente de ATP. El glutamato puede entonces ser convertido a α-cetoglutarato en una reacción de transaminación. Así la arginina, la ornitina y la prolina, son glucogénicos.

Catabolismo de Serina

La conversión de serina a glicina y luego la oxidación de glicina a CO2 y NH3, con la producción de dos

equivalentes de N5,N10-metileno THF, fue descrito arriba. La serina puede ser catabolizada de nuevo al intermediario glicolítico, 3-fosfoglicerato, por una vía que es esencialmente un reverso de la biosíntesis de serina. Sin embargo, las enzimas son diferentes. Aunque se ha demostrado en mamíferos como roedores y perros que la serina se puede convertir en piruvato mediante una reacción catalizada por la desaminación de serina/treonina deshidratasa, esta actividad de la enzima parece faltar en los seres humanos.

Catabolismo de Glicina

La glicina se clasifica como un aminoácido glucogénico, puesto que puede ser convertido a serina por la serina hidroximetiltransferasa, y la serina puede convertirse de nuevo al intermediario glicolítico, 3-fosfoglicerato o a piruvato por la serina/treonina dehidratasa. Sin embargo, la principal vía catabólica de la glicina conduce a la producción de CO2, amoníaco, y un equivalente de N5,N10-metileno THF por el complejo mitocondrial del fraccionamiento de la glicina.

Catabolismo de Cisteína

Hay varias vías para el catabolismo de la cisteína. La vía más simple, pero la menos importante es catalizada por una desulfurasa hepática y produce sulfuro de hidrógeno, (H2S) y piruvato. La principal vía catabólica en animales es la vía de la cisteina dioxigenasa que oxida el sulfhídrilo de la cisteína a sulfinato, produciendo el intermediario cisteinasulfinato. El cisteinasulfinato puede servir como un intermediario biosintético experimentando decarboxilación y oxidación para producir taurina. El catabolismo del cisteinasulfinato procede a través de la transaminación a β-sulfinilpiruvato que entonces experimenta desulfuración produciendo bisulfito, (HSO3

-) y el producto glucogénico, piruvato. La enzima sulfito oxidasa utiliza O2 y H2O para convertir HSO3- a

sulfato, (SO4-) y H2O2. El sulfato resultante es utilizado como un precursor para la formación de 3'-

fosfoadenosina-5'-fosfosulfato, (PAPS). El PAPS es utilizado para la transferencia de sulfato a las moléculas biológicas tales como los azúcares de los glicoesfingolípidos.

Catabolismo de la Metionina

Los principales destinos del aminoácido esencial metionina son la incorporación en las cadenas del polipéptido, y la utilización en la producción de α-cetobutirato y cisteina por vía de SAM como se describe arriba. Las reacciones del transulfuración que producen cisteína a partir de la homocisteína y de la serina también producen α-cetobutirato, el último que es convertido a succinil-CoA.

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La regulación del camino metabólico de la metionina se basa en la disponibilidad de metionina y de cisteína. Si ambos aminoácidos están presentes en cantidades adecuadas, SAM se acumula y es un efector positivo en la cistatione sintasa, animando la producción de cisteína y de α-cetobutirato (que son glucogénicos). Sin embargo, si la metionina es escasa, SAM se formará solamente en pequeñas cantidades, limitando así la actividad de la cistatione sintasa. Bajo estas condiciones la homocisteína acumulada es remetilada a metionina, usando N5-metil THF y otros compuestos como donantes metilos.

Catabolismo de Valina, Leucina e Isoleucina

Este grupo de aminoácidos esenciales están identificados como los aminoácidos con cadenas ramificadas, BCAAs. Debido a que este arreglo de los átomos de carbono no puede producirse por los humanos, estos aminoácidos son un elemento esencial en la dieta. El catabolismo de los tres compuestos se inicia en el músculo y produce NADH y FADH2 que puede ser utilizado para la generación de ATP. El catabolismo de los tres aminoácidos utiliza las mismas enzimas en los primeros dos pasos. El primer paso en cada caso es una transaminación usando una sola BCCA aminotransferasa, con un α-cetoglutarato como aceptor de la amina. Consecuentemente, tres diferentes α-cetoácidos son producidos y son oxidados usando una cadena ramificada común de α-cetoácido deshidrogenasa (BCKD), produciendo los tres diferentes derivados de CoA. Subsecuentemente los caminos metabólicos divergen, produciendo muchos intermediarios.

El producto principal de la valina es la propionil-CoA, el precursor glucogénico del succinil-CoA. El catabolismo de la isoleucina termina con la producción de acetil-CoA y propionil-CoA; así la isoleucina es tanto glucogénica como cetogénica. La leucina da lugar a acetil-CoA y a acetoacetil-CoA, y se clasifica así como estrictamente cetogénico.

Hay un número de enfermedades genéticas asociadas al catabolismo deficiente de BCAAs. El defecto más común está en la deshidrogenada de α-cetoácido de cadenas ramificadas, BCKD. Puesto que hay solamente una enzima deshidrogenasa para los tres aminoácidos, los tres α-cetoácidos se acumulan y son excretados en la orina. La enfermedad se conoce como Enfermedad de la orina de jarabe de arce debido al olor característico de la orina en individuos afligidos. El retraso mental en estos casos es extenso. Desafortunadamente, puesto que éstos son aminoácidos esenciales, no pueden ser restringidos fuertemente en la dieta; en última instancia, la vida de los individuos afectados es corta y el desarrollo es anormal. Los problemas neurológicos principales son debido a la pobre formación de mielina en el CNS.

Catabolismo de la Histidina

El catabolismo de la histidina comienza con la liberación del grupo α-amino catalizado por la histidasa, introduciendo un doble enlace en la molécula. Consecuentemente, el producto deaminado, urocanato, no es el usual α-cetoácido asociado con la pérdida de α-amino nitrógenos. El producto final del catabolismo de la histidina es glutamato, haciendo a la histidina uno de los aminoácidos glucogénicos.

Otra característica dominante del catabolismo de la histidina es que sirve como fuente de nitrógeno para combinarse con el tetrahidrofolato (THF), produciendo el intermediario 1-carbono THF conocido como N5-formimino THF. La última reacción es una de las dos rutas a N5- formiminoTHF.

La principal deficiencia genética asociada con el metabolismo de la histidina es la ausencia o deficiencia de la primera enzima de la vía, la histidasa. La histidinemia resultante es relativamente benigna. La enfermedad, que es de relativa alta incidencia (1 en 10.000), es más fácilmente detectada por la ausencia de urocanato de la piel y del sudor, donde se encuentra normalmente en abundancia relativa.

La decarboxilación de la histidina en el intestino por las bacterias da lugar histamina. Igualmente, la histamina se

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presenta en muchos tejidos por la decarboxilación de la histidina, que causa en exceso constricción o dilatación de varios vasos sanguíneos. Los síntomas generales son asma y varias reacciones alérgicas.

Catabolismo del Triptófano

Un número importante de reacciones laterales ocurren durante el catabolismo del triptófano en la vía al acetoacetato. La primera enzima de la vía catabólica es una pofirin oxigenasa del hierro que abre el anillo indol. La última enzima es altamente inducible, su concentración se eleva casi diez veces en una dieta rica en triptófano.

La quinurenina es la primera llave puntual de la ramificación intermedia en la vía catabólica que conduce a 3 destinos:

La quinurenina puede experimentar deaminación en una reacción estándar de transaminación produciendo ácido quinurenico. El ácido quinurenico y los metabolitos han demostrado que actúan como antiexcitotóxicos y anticonvulsivantes. Altos niveles de ácido quinurenico han sido encontrados en la orina de individuos que sufren de esquizofrenia. Se ha demostrado que el ácido quinurenico actúa como antagonista no competitivo en el sitio de unión del receptor de la glicina NMDA (NMDA = N-metil-D-aspartato) el cuál es un receptor ionotrópico (del canal iónico del ligando) para el glutamato. El receptor NMDA es un componente dominante del sistema neurotransmisor glutaminérgico que se cree esta implicado en la patofisiología de la esquizofrenia, así se explica el papel potencial del ácido quinurenico en la esquizofrenia.

La quinurenina puede también experimentar una serie de reacciones catabólicas produciendo ácido 3-hidroxiantranílico más alanina. Otro equivalente de la alanina es producido a partir de la quinurenina en una reacción de un solo paso que produce ácido antranílico. Es la producción de estos residuos de alanina lo que permite que el triptófano sea clasificado entre los aminoácidos glucogénicos. La oxidación de 3-hidroxiantranilato lo convierte en 2-amino-3-carboximuconico-6-semialdehido, que tiene dos destinos. El flujo principal de los elementos de carbono de este intermediario conduce al acetoacetato que es por lo que el triptófano es también un aminoácido cetogénico. Una importante reacción lateral en el hígado implica una ciclización no enzimática a quinolato y luego una vía de transaminación y varios rearreglos producen cantidades limitadas de ácido nicotínico, que conduce a la producción de una cantidad pequeña de NAD+ y NADP+.

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Formacion del Grupo Hem

El grupo hem se sintetiza en virtualmente todos los tejidos, pero su síntesis es más pronunciada en la médula ósea y el hígado, debido a la necesidad de incorporarlo en la Hb y los citocromos, respectivamente. Es una molécula plana que consta de un hierro ferroso y un anillo tetrapirrólico, la protoporfirina IX. Característicamente demuestra una banda a 440 nm o de Soret y otras cuatro más en el espectro visible El hem es un factor fundamental en la regulación de la tasa de síntesis de la globina. Su principal efecto se ejerce en la iniciación de la traducción, donde bloquea la acción de un inhibidor de la producción de globina13. También participa en la transcripción y el procesamiento del ARNm. Su papel en la síntesis proteica en los mamíferos se extiende más allá del eritrocito; en el tejido hepático y cerebral se demuestran sustancias que dependen del hem para comenzar la producción de proteínas.

Creatinina

La creatinina es un producto final del metabolismo muscular. Se origina a partir de la creatina por pérdida de una molécula de agua. A su vez, la creatina se produce por hidrólisis del fosfato de creatina, por acción de la creatin-fosfokinasa(CPK), apareciendo como metabolitos de dicha reacción el fosfato energético y la creatina. El radical fosfato puede aportar energía directamente por dicha reacción o a través de su acoplamiento a una molécula de ADP para formar ATP y posterior hidrólisis por acción de ATPasa.

La eliminación de creatinina en la especie humana tiene lugar casi exclusivamente a través de la filtración glomerular, siendo un importante índice del funcionamiento renal. A diferencia de la urea, la eliminación de creatinina por la orina no viene afectada por la diuresis, al mismo tiempo que para una persona es muy constante su eliminación diaria casi independientemente de la dieta alimenticia, siendo la masa muscular el factor condicionante más directo de su excreción total por día. En resumen, se puede afirmar que la eliminación de creatinina en un intervalo de 24 horas es un valor muy constante, dependiente principalmente de la masa muscular del individuo, y que el cálculo del aclaramiento de la creatinina es un parámetro directo del funcionamiento renal.

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HistaminaLa histamina es una molécula biológica categorizada químicamente como una amina, involucrada en reacciones inmunes locales. También regula funciones normales en el estómago y actúa como neurotransmisor en el sistema nervioso central. Una nueva evidencia también indica que la histamina desempeña una función en la quimiotaxis de glóbulos blancos como los eosinófilos.La histamina es una amina compuesta por un anillo imidazólico y un grupo etilamino como cadena lateral. Químicamente, la histamina es 2-(4-imidazol) etilamina y su fórmula es C5H9N3. Es el producto de la descarboxilación del aminoácido histidina, una reacción catalizada por la enzima L-histidin descarboxilasa. Es una amina hidrofílica vasoactiva (de ahí su nombre). Una vez formada, la histamina es almacenada o rápidamente inactivada. La histamina es catabolizada por la histamina-N-metiltransferasa y la diamina-oxidasa, y posiblemente sea capturada por algún transportador.

Funciones: Alergias: La histamina está considerada como un modulador tanto de la respuesta inmune humoral

como de la celular así como el mayor mediador de reacciones de hipersensibilidad inmediatas..

Neurotransmisor: La histamina incrementa la excitabilidad de las neuronas del sistema nervioso central. Está regulando funciones hipotalámicas, relación vigilia/sueño, inhibe el apetito y hay funciones vegetativas, control de la presión sanguínea, regulación de glucosa y lípidos, la regulación del consumo de líquidos, temperatura corporal y secreción de hormona antidiurética, así como la percepción del dolor

Regulación cardiovascular: La histamina es un vasodilatador; la liberación de histamina conlleva a un aumento en la permeabilidad capilar por efecto sobre los vasos pequeños como consecuencia de la salida de proteínas plasmáticas y de líquidos hacia los espacios extracelulares, incremento del flujo de la linfa y de su contenido proteínico y de la formación de edema.

Serotonina

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La Serotonina (5-hidroxitriptamina, o 5-HT), es una monoamina neurotransmisora sintetizada en las neuronas serotoninérgicas en el Sistema Nervioso Central (SNC) y las células enterocromafines (células de Kulchitsky) en el tracto gastrointestinal de los animales y del ser humano. La serotonina también se encuentra en varias setas y plantas, incluyendo frutas y vegetales.2

En el sistema nervioso central, se cree que la serotonina representa un papel importante como neurotransmisor, en la inhibición del enfado, la inhibición de la agresión, la temperatura corporal, el humor, el sueño, el vómito, la sexualidad, y el apetito. Estas inhibiciones están relacionadas directamente con síntomas de depresión. Particularmente, los antidepresivos se ocupan de modificar los niveles de serotonina en el individuo.

Además de esto, la serotonina es también un mediador periférico de la señal. Por ejemplo, la serotonina es encontrada extensivamente en el tracto gastrointestinal (cerca del 90%),3 y el principal almacén son las plaquetas en la circulación sanguínea.