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Todos los aminoácidos (a.a.) proceden de intermediarios de la glucólisis, del ácido cítrico o de la ruta de las pentosas fosfato (Figura 1). El nitrógeno entra en estas rutas a través del glutamato y la glutamina. Algunas rutas son sencillas, otras complejas. La síntesis de diez de los aminoácidos precisa tan sólo en uno de los pocos pasos desde el metabolito común del que proceden. Las vías biosintéticas de otros aminoácidos, tales como los aminoácidos aromáticos, son más complejas.

Figura 1: Esquema general de la biosíntesis de los aminoácidos.

Los distintos organismos presentan considerables diferencias en su capacidad para sintetizar los 20 a.a. estándar. Mientras que la

mayor parte de bacterias y plantas pueden sintetizar los 20 a.a. los mamíferos sólo pueden sintetizar la mitad, generalmente aquellos cuyas vías metabólicas son sencillas. Éstos son los denominados aminoácidos esenciales, que no son necesarios en la dieta (Tabla 1). El resto, los aminoácidos no esenciales deben obtenerse de los alimentos.

Un proceso útil para ordenar las rutas

biosintéticas consiste en agruparlas en seis familias, como corresponde a sus precursores metabólicos (Tabla 2).

Para el presente estudio, sólo se abordará la biosíntesis de los aminoácidos no esenciales, la razón es que las rutas son más cortas y el interés se enfoca a aquellos aminoácidos que son sintetizados por el ser humano.

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1. Biosíntesis a partir del -cetoglutarato

Para estás rutas se abordará la síntesis del glutamato, glutamina y prolina.

Síntesis del Glutamato: La aminación reductiva del α-cetoglutarato se cataliza por la glutamato deshidrogenasa (Figura 3). Además de la formación de L-glutamato a partir del intermediario anfibólico α-cetoglutarato, esta reacción constituye un primer paso clave en la biosíntesis de muchos aminoácidos adicionales.

Figura 3: Reacción de la Glutamato deshidrogenasa.

Síntesis de la Glutamina: La biosíntesis de la glutamina a partir de glutamato se cataliza por la glutamina sintetasa (Figura 4). Esta reacción muestra tanto semejanzas como diferencias con la reacción catalizada por la glutamato deshidrogenasa. Las enzimas fijan un nitrógeno inorgánico al enlace amino y otro al enlace amida. Ambas reacciones se acompañan de manera simultánea, por reacciones altamente exergónicas: en el caso de la glutamato desihdorgenasa, la oxidación del NAD(P)H, y en el de la glutamina sintetasa, la hidrólisis del ATP.

Figura 4: Reacción de la glutamina sintetasa.

Síntesis de la Prolina: En los mamíferos, y algunas otras formas de vida, la prolina se forma a partir del glutamato mediante la inversión de las reacciones del catabolismo de este aminoácido (Figura 5).

Figura 5: Biosíntesis de la prolina a partir de glutamato.

2. Biosíntesis a partir de 3-fosfoglicerato

Síntesis de la Serina y Glicina:

La principal ruta metabólica para la formación de serina es la misma en todos los organismos (Figura 6). En el primer paso, el grupo hidroxilo del 3-fosfoglicerato es oxidado por una deshidrogenasa (que utiliza NAD+) para dar 3-fosfohidroxipiruvato. Por transaminación a partir del glutamato se forma 3-fosfoserina, que se hidroliza por acción de la fosfoserina fosfatasa dando serina libre. La serina (de tres carbonos) es el precursor de la glicina (de dos carbonos) por eliminación de un átomo de carbono por acción de la serina hidroximetiltransferasa. La reacción precisa de la participación del tetrahidrofolato como aceptor del carbono β (C-3) de la serina y del piridoxal fosfato (PLP).

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Figura 6: Biosíntesis de la serina a partir del 3-fosfoglicetato y

de glicina a partir de serina en todos los organismos.

Síntesis de la Cisteína: En los mamíferos, la cisteína se sintetiza a partir de dos aminoácidos: la metionina proporciona el átomo de azufre y la serina proporciona el esqueleto carbonado. La metionina se convierte primero en S-adenosilmetionina, que puede ceder el grupo metilo a cualquiera de entre varios aceptores, para dar S-ademosilhomocisteína (adoHcy). Este producto desmetilado se hidroliza para dar lugar a homocisteína libre, que reacciona con la serina en una reacción catalizada por la cistationina β-sintasa para dar lugar a la cistationina. Por último, la cistationina γ-liasa, una enzima que precisa PLP, cataliza la eliminación de amoniaco y la ruptura de la cistationina para dar cisteína libre (Figura 7).

Figura 7: Biosíntesis de la cisteína a partir de homocisteína y

serina en mamíferos.

3. Biosíntesis a partir del Oxaloacetato.

Síntesis del Aspartato y Aspargina: El oxaloacetato es un producto del metabolismo de los carbohidratos, el cual participa en el ciclo de Krebs, pero también puede dar lugar a la formación de Aspartato, y este a su vez, puede dar lugar a la Aspargina (Figura 8). Primero, el oxaloacetato sufre una reacción de transaminación con el glutamato para formar α-cetoglutarato y aspartato, reacción mediada por la aspartato aminotransferasa

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Figura 8: Síntesis y degradación de la aspargina y el aspartato.

4. Biosíntesis a partir del Piruvato.

Síntesis de la Alanina:

La alanina se sintetiza a partir de piruvato por transaminación con el glutamato o el aspartato (Figura 9).

Figura 9: Síntesis de la alanina por transaminación del

piruvato

5. Síntesis de Tirosina a partir de Fenilalanina.

Síntesis de la tirosina: La tirosina, en el cuerpo humano y en la mayoría de los mamíferos se sintetiza a partir de

fenilalanina (un aminoácido esencial). En esta reacción ocurre una hidroxilación al carbono número 3 del anillo aromático (Figura 10), reacción mediada por la fenilalanina hidroxilasa, esta enzima requiere de un cofactor, la tetrahidrobiopterina. En los humanos, cuando hay deficiencia de esta enzima, ocurre una enfermedad llanada fenilcetonuria (PKU), este es un defecto genético que se manifiesta con niveles elevados del aminoácido en sangre (hiperfenilalanemia).

Figura 10: Síntesis de la tirosina a partir de la

fenilalanina.

BIOSÍNTESIS DE OTROS AMINOÁCIDOS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA

Algunos aminoácidos tiene funciones importantes en el cuerpo humano, desde mediadores de funciones fisiológicas hasta neurotransmisores, entre estos se encuentran el ácido gamma-aminobutírico (GABA), la serotonina, la adrenalina y la histamina, por mencionar algunos. La síntesis de estos aminoácidos se aborda a continuación:

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Síntesis del GABA: El GABA es sintetizado a partir de la

descarboxilación (Figura 11) del Glutamato,

mediada por la enzima Glutamato

Descarboxilasa (GAD) Una vez sintetizado, el

GABA es introducido en vesículas y está listo

para salir de la neurona presináptica.

Figura 11: Síntesis del GABA en las neuronas.

Síntesis de la Serotonina: En el cuerpo, la serotonina es sintetizada desde el

aminoácido triptófano (Figura 12) en una vía

metabólica corta que involucra dos enzimas:

triptófano hidroxilasa (TPH) y una aminoácido

aromático decarboxilasa (DDC).

Síntesis de la Adrenalina (Epinefrina):

La adrenalina es un neurotransmisor sintetizado a

partir de la dopamina, la cual a su ve, se sintetiza a

partir del aminoácido tirosina. La tirosina sufre

una hidroxilación en el carbono 4 por acción de la

enzima tirosina hidroxilasa formándose

Dihidroxifenilalanina (DOPA) posteriormente se

lleva a cabo una descarboxilación con acción de la

DOPA-descarboxilasa formando dopamina. La

dopamina, por catálisis de la Dopamina β-hidroxi-

lasa forma Noradrenalina (norepine-frina), este

compuesto es metilado por la feniletanolamina N-

metiltransferasa dando lugar a la Adrenalina

(Epinefrina)(Figura 13).

Figura 12: Degradación del Triptófano hasta

serotonina.

Síntesis de la histamina: La Histamina es una amina biológica involucrada

en respuestas inmunes locales; también regula

funciones fisiológicas en el estómago y actúa

como neurotransmisor. La síntesis de histamina se

produce a partir del aminoácido L-histidina (Figura

14), catalizada por la HDC (Histidina descarboxi-

lasa). La síntesis viene regulada por la presencia

de histidina en el medio.

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Figura 13: Síntesis de la Dopamina y la Epinefrina (Adrenalina) a partir de la tirosina.

Figura 14: Síntesis de la histamina a partir de histidina.

BIBLIOGRAFÍA:

David L. Nelson; Michael M. Cox. Lehninger. Principios De Bioquímica. Ediciones Omega. 4ª edición. pp. 834-70

Murray Robert K. et al. Bioquímica de Harper. Editorial Manual Moderno. 26va edición. pp. 355-61.

Matews C. K. Bioquímica. Editorial Prentice-Hall. 3ª edición. pp. 798-801.