Aminoácidos Esqueleto carbonado

Nitrógeno

NH

COO-

+

+ 4

H3 N

α -aminoácido

C-H R

CO2

RECAMBIO PROTEICO Y METABOLISMO DE LOS AMINOACIDOS α-Cetoácido

Citrulina

Aspartato

Ornitina Ciclo de la urea

Arginino succinato

Ciclo de Krebs

UREA

Oxaloacetato

Malato Arginina

Fumarato

Recambio proteico El recambio proteico asegura la función biológica de las proteínas. Las proteínas se encuentran en constante pérdida y renovación (turnover) : Secreciones
hormonas, enzimas… Renovación de los tejidos
digestivo, piel, anexos… Diferentes estadios metabólicos
crecimiento, gestación, lactancia…

Frente a un exceso de aminoácidos, el organismo no posee ninguna forma de almacenamiento de proteínas, comparable al glucógeno ni a los triacilglicéridos del tejido adiposo. El catabolismo de los aminoácidos debe operar continuamente para degradar el exceso de los mismos. Los grupos amino de los aminoácidos son eliminados. Los aminoácidos son precursores de otras biomoléculas
Proteínas
Hormonas
Coenzimas
Nucleótidos
Alcaloides


Porfirinas
Antibióticos
Pigmentos
Neurotransmisores

La oxidación de los aminoácidos contribuye de manera significativa a la generación de energía.

NH3

En carnívoros, luego de una ingesta, el 90 % de la energía puede ser cubierta por los aminoácidos. Oxidación de aminoácidos Recambio proteico. Exceso de aminoácidos en la dieta. Inanición o patologías. El metabolismo de los aminoácidos ocurre principalmente en el hígado.

+

La oxidación de aminoácidos produce amoníaco (NH 4) Aminoácidos de la ingesta

Proteína celular

Hígado α-Cetoácido

L-Aminoácido α -Cetoglutarato

L-Glutamato

Urea

Piruvato

Amoníaco Alanina del músculo

Alanina

Glutamina

Glutamina extrahepática

Amonio, urea, ácido úrico

Las aminotransferasas catalizan la transferencia de grupos amino de los aminoácidos al α-cetoglutarato

L-Aminoácido α-Cetoácido

Aminotransferasa PLP ΔG’°≈ 0 kJ/mol

α -Cetoglutarato

L-Glutamato

La transaminación, es la transferencia de grupos amino desde un α-aminoácido a un α-cetoácido.

La desaminación oxidativa del Glutamato ocurre en el hígado

Mitocondria Modulación alostérica + ADP - GTP

Glutamato

Glutamato deshidrogenasa ΔG’°≈0 kJ/mol α-Iminoglutarato

Puede utilizarse en el ciclo de Krebs y producir glucosa α-Cetoglutarato

La desaminación de los aminoácidos, es la eliminación enzimática de sus grupos amino.

La glutamina constituye una forma NO tóxica de transportar NH+4 por la sangre. L-Glutamato

+ H3 N -OOC

CH2 CH2 C- COOH ATP glutamina sintetasa ADP + γ-Glutamil fosfato H3 N O O O- P-O C CH2 CH2 C- COOH ONH+4 glutamina sintetasa + Pi H N 3 L-Glutamina O C CH2 CH2 C- COOH H2 N glutaminasa mitocondrial hepática L-Glutamato -OOC

NH+4

+ H3 N

CH2 CH2 CH

H2 O

La urea se metaboliza en forma diferente entre los carnívoros y los rumiantes

O H2N C NH2 Urea

COO-

La alanina transporta NH+4 desde los músculos al hígado Músculo

Glucosa

glucólisis

Piruvato

proteína muscular Glutamato aminoácidos α-Cetoglutarato

Alanina

Glucosa

Ciclo de la glucosa-alanina

+

NH4

alanina aminotransferasa Alanina

La inversión energética de la gluconeogénesis se restringe al hígado. Glucosa gluconeogénesis NH4

Piruvato

Glutamato

Urea

Alanina

Todo el ATP en el músculo es utilizado para la contracción.

α-Cetoglutarato

Hígado Urea

Urea

Urea

¿Por qué excretar el NH+4? La intoxicación por amoníaco provoca signos nerviosos: epilepsia, coma, muerte. La glutamina sintetasa y la glutamato deshidrogenasa se encuentran en altas concentraciones en el cerebro. Las reacciones catalizadas por la glutamina sintetasa y la glutamato deshidrogenasa dismunyen el α-Cetoglutarato disponible para ciclo de krebs y la formación de ATP, lo que podría interferir con la función nerviosa. El glutamato y el ácido gama aminobutírico GABA son neurotransmisores

Glutamato

Histidina

Glutamato deshidrogenasa. Dependiente de PLP

Histidina descarboxilasa. Dependiete de PLP

Ácido gama aminobutírico (GABA)

Histamina

En los animales ureotélicos, el NH+4 se recicla en el ciclo de la urea y se excreta como urea.

Aminoácidos Alanina

Glutamina Citosol

Glutamato Glutamina

Citrulina

Glutamato Oxaloacetato

Citrulina

NH+4

Apartato

Carbamil fosfato

α-Cetoglutarato

Arginosuccinato Arginina

Ciclo de la urea

Ornitina Mitocondria

Aspartato

Ornitina

UREA

La formación de carbamil fosfato es un punto de regulación del ciclo de la urea ATP

La enzima carbamil fosfato sintetasa I es activada por el N-acetil-glutamato, sintetizado a partir de acetil-CoA y glutamato. Carbonil fosfato

Para sintetizar 1 molécula de carbamil fosfato se invierten 2 ATP. Carbamato

Carbamil fosfato

Citosol

Mitocondria

1. Formación de carbamil fosfato. Carbamil fosfato sintetasa I

NH+4 Carbamil fosfato Ciclo de krebs

2. Formación de citrulina a partir de ornitina y carbamil fosfato. Ornitina transcarbamilasa

Ornitina Citrulina

Ornitina

3. Formación de arginosuccinato Arginosuccinato sintetasa

Citrulina

Ciclo de la urea

Aspartato

Argininosuccinato

Arginina

Oxaloacetato

Fumarato

Malato

4. Escisión del arginosuccinato Arginosuccinato liasa

5. Formación de urea Arginasa La producción de urea aumenta con la ingesta rica en proteínas y en la inanición. Aumenta la síntesis de las 5 enzimas

Para producir 1 molécula de arginosuccinato se invierten 2 ATP

Aspartato

Citrulina

Citrulin-AMP

Argininosuccinato

Para sintetizar 1 molécula de urea por vía del ciclo de la urea se invierten 4 ATP. 2NH+4 + HCO3- + 3ATP4- + H2O
UREA + 2ADP3- + 4Pi + AMP 2- + 5H+ La formación de fumarato en el ciclo de la urea, permite la entrada del mismo al ciclo de Krebs (o como malato). Esto reduce el costo para la formación de urea a 1.5 ATP.

El doble ciclo de Krebs… α-cetogrutarato

Ornitina

5

Aminoácidos

Glutamato

Ciclo de la urea Arginina

Carbamil fosfato

1

3 α-cetoácido

Citrulina Arginino succinato

2

Aspartato

Fumarato

α-cetoglutarato

6

5

5

Aminoácidos

Glutamato

4 Malato

1. 2. 3. 4.

Carbamil fosfato sintetasa I Arginosuccinato sintasa. Glutamato deshidrogenasa Malato deshidrogensa

α-cetoácido Oxaloacetato

Gasto de ATP Poder reductor. Ganancia de ATP.

5. Aminotrasferasas 6. Fumarasa

Desviación del aspartato-arginino-succinato Aminoácidos Esqueleto carbonado COOα -aminoácido C-H R

Nitrógeno NH+4

+ H3 N

CO 2

α-Cetoácido Citrulina

Aspartato

Ornitina Ciclo de la urea

Arginino succinato

Ciclo de Krebs

UREA

Oxaloacetato

Malato Arginina

Fumarato

Aproximadamente la mitad de todos los grupos amino excretados en forma de urea, deben pasar forzosamente a través de la rección de la aspartato aminotransferasa.

Los aminoácidos estándar entran al ciclo de Krebs para ser oxidados. Alanina Cisteína Glicina Serina Triptófano Treonina

Piruvato

Isoleucina Leucina Triptófano Treonina

Acetil-CoA CO 2

Acetoacetil-CoA Asparagina Aspartato Aspartato Fenilalanina Tirosina

Citrato

Oxaloacetato

Fumarato

Ciclo de Krebs

Leucina Lisina Fenilalanina Triptófano Tirosina

Isocitrato

CO Succinil-CoA

Isoleucina Metionina Valina Treonina

α-Cetoglutarato

CO 2

2

Glutamato Arginina Histidina Glutamina Prolina

Los aminoácidos estándar pueden convertirse en glucosa y en cuerpos cetónicos Alanina Cisteína Glicina Serina Triptófano

Piruvato

Leucina Isoleucina Triptófano

Acetil-CoA

Glucosa

Asparagina Aspartato Tirosina Fenilalanina

Acetoacetil-CoA Citrato

Oxaloacetato

Fumarato

Ciclo de Krebs

Isocitrato

Cuerpos cetónicos Succinil-CoA

Metionina Valina Treonina Isoleucina

Leucina Lisina Tirosina Fenilalanina Triptófano

α-Cetoglutarato

Glutamato

El ayuno conduce al catabolismo de aminoácidos glucogénicos.

Arginina Histidina Glutamina Prolina

Ciclo del nitrógeno entre los órganos del rumiante

UREA excretada

Hígado Glándulas salivales

Riñón

UREA UREA

UREA

NH3

UREA

Aminoácidos UREA

UREA

UREA

Glutamina NH+4

NH3

Ureasa NH+4

Músculo esquelético Menos del 40 % de la urea sintetizada en el ciclo de la urea proviene del catabolismo proteico Rumen

CO2

Mas del 60 % de la urea sintetizada en el ciclo de la urea proviene del amoníaco ruminal

Resumen La oxidación de aminoácidos ocurre en tres estadios metabólicos diferentes: Recambio proteico, Exceso de aminoácidos en la dieta e Inanición. La oxidación de los aminoácidos contribuye de manera significativa a la generación de energía. La transaminación, es la transferencia de grupos amino desde un α-aminoácido a un α-cetoácido. La desaminación de los aminoácidos, es la eliminación enzimática de sus grupos amino. El glutamato, glutamina y la alanina liberan amoníaco en el hígado. El amoníaco depositado en las mitocondrias del hígado, se convierte en urea mediante el ciclo de la urea. El ciclo de la urea y el ciclo de Krebs pueden conectarse, lo que disminuye el costo energético (ATP) de eliminar el amoníaco. Los aminoácidos glucogénicos son de gran importancia para los carnívoros y los rumiantes ya que colaboran la homeostásis de la glucosa sanguinea. Los carnívoros eliminan toda la urea, mientras que en los rumiantes puede ser utilizada para la síntesis de proteínas por los microorganismos ruminales.

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