Metabolismo DE Aminoacidos 1 PDF

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Summary

Balance nitrogenado. Digestión y absorción. Sistema de transportes. Ciclo gamma-glutamilo. Aminoácidos esenciales y no esenciales. Catabolismo de aminoácidos. Eliminación del grupo amonio. Síntesis de glutamina. Ciclo glucosa-alanina. Ciclo de la urea y su regulación....

Description

A diferencia de los otros metabolismos que estuviéramos viendo de lípidos y glúcidos, donde los mismos pueden almacenarse. Los aminoácidos no se almacenan y entonces podemos hablar de un conjunto o un pool de aminoácidos que van a hacer todos aquellos aminoácidos libres que se encuentran dentro de la célula en sangre o en tejidos extracelulares. Abastecen a este pool de aminoácidos una serie de rutas cómo la degradación de proteínas, proteínas provenientes de la dieta y la síntesis de aminoácidos no esenciales. Pero también hay rutas que se abastecen desde pool de aminoácidos como la síntesis de proteínas de nuevo, la síntesis de compuestos no nitrogenados y a la vez el esqueleto carbonato de ese aminoácido puede ser utilizado para sintetizar glucosa, para sintetizar cuerpos cetónicos, ácidos grasos, o para oxidarlos totalmente y poder obtener energía a partir de ellos. Para que esto se lleve a cabo se necesita, primero, de la desaminación de estos aminoácidos. BALANCE NITROGENADO Los aminoácidos no se almacenan, es que en una persona bien alimentada, el balance nitrogenado es cercano a cero, esto quiere decir el balance nitrogenado equivale al nitrógeno incorporado o ingerido a partir de la dieta, menos el nitrógeno eliminado. El nitrógeno se puede eliminar por urea,

en la orina o también en una menor proporción, por heces o por descamación de piel y tegumentos. Pero existen situaciones fisiológicas en donde el balance nitrogenado es positivo, o sea la cantidad de proteínas de la dieta que ingerimos se aporta en este pool de aminoácidos, y este pool de aminoácidos aumenta la síntesis de proteínas tisular. ¿Cuáles son estas situaciones fisiológicas? El Crecimiento, embarazo, lactancia y recuperación de estrés metabólico, situaciones en donde nosotros necesitamos crecer la masa proteíca, la masa de proteínas. Por el contrario hay situaciones en donde el balance nitrogenado es negativo, quiere decir que la cantidad de aminoácidos que incorporamos por la dieta, no es suficiente y entonces aumenta más la cantidad de nitrógeno que excretamos del que incorporamos, y aumenta. Para obtener aminoácidos se recurre a la degradación de proteínas tisulares, es la degradación de estas proteínas, la que va a aportar aminoácidos a este pool. ¿En qué situaciones se da el balance nitrogenado negativo? En situaciones de inanición, donde la cantidad de proteínas que ingerimos es poca, desnutrición proteica, vejez, fiebre severa, diabetes no controlada, neoplasias, periodos postquirúrgico, traumatismos, quemaduras extensas, sepsis e infecciones. DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN ¿Cómo se digieren y cómo se absorben las proteínas? La digestión de proteínas comienza en el estómago, ahí tenemos células parietales que secretan ácido clorhídrico, ese acido clorhídrico hace que el pH del estómago baje y esté pH lo que produce es la desnaturalización de proteínas que favorece su proteólisis. La enzima encargada de proteolisar o digerir parcialmente las proteínas en el estómago es, la pepsina. La pepsina se encuentra como un cimojeno, pepcinojeno, donde la baja cantidad de pH lo activa, pasa de pepsinójeno a pepsina y esa misma pepsina actúa como autocatalítica para producir más pepsina y que se produzca la degración. Cuando el bolo alimenticio pasa al intestino delgado, ahí se encuentra un bolo alimenticio ácido, en un ambiente alcalino y induce la secreción de dos hormonas, la colesistoquinina y la secretina. La primera lo que hace es disminuir la motilidad gástrica, y por el otro lado activa a que el páncreas secrete su pool de enzimas pancreáticas y a la vesícula biliar para que secrete

bilis. Por otro lado la secretina lo que hace es estimular la secreción de bicarbonato de manera de alcalinizar ese bolo alimenticio. El páncreas lo que hace es secretar a las enzimas pancreáticas en forma de cimojenos, son proteasas que se encuentran en su forma inactiva, es todo un set de proteasas las que se sintetizan que se liberan el tripsinógeno, el quimotripsinógeno, la proelastasas y las procarboxipeptidasas El tripsinógeno es activado por la enteropeptidasa que es una proteasa secretada por las microvellosidades del intestino delgado, entonces el tripsinógeno pasa a tripsina y esta última, lo que hace es proteolizar y actividad los demás cimojenos, a quimiotripsina,elastasas y carboxipeptidasa A. Son proteasas específicas, son proteasas que cortan en sitios específicos, no lo hacen aleatoriamente, por ejemplo la tripsina lo que hace es cortar hacia el extremo carboxilo terminal de argininas y lisinas, la quimotripsina desde fenilalanina y tirosina. Estas proteasas hacen cortes específicos y además en la mucosa intestinal y en las microvellosidades se encuentran aminopeptidasas y enteropeptidasas, que contribuyen a la degradación de proteínas, la idea es que las cadenas polipeptídicas se vayan degradando en pequeños peptidos hasta finalmente obtener los distintos aminoácidos de las proteínas ingeridas. ¿Qué es el valor biológico de una Proteína? es la porción de aminoácidos esenciales presentes en una proteína, habla del valor nutricional de esa proteína, cuanto mayor es la cantidad de aminoácidos esenciales que posean, mayor va a ser su valor biológico y las proteínas de mayor valor biológico son las de origen animal. SISTEMAS DE TRANSPORTE DE A.a.: A NIVEL INTESTINAL Una vez que tenemos las proteínas totalmente proteolizadas a lo aminoácidos, estos aminoácidos son los que ingresan a los enterocitos, son cotransportados con sodio, o sea

la cantidad de aminoácidos la cantidad de aminoácidos en el enterocito es mayor que la que existe en el lumen intestinal entonces ingresar en contra de su gradiente, pero a favor del gradiente de sodio, o sea ingresa el sodio y cotransporta consigo al aminoácido, hacia el interior del enterocito. Esto es gracias a que se mantiene el gradiente de sodio por la bomba de sodio/ potasio ATPasa, que con el gasto de ATP bombea 3 sodios hacia el exterior e ingresan 2 potasios al interior. Entonces es un transporte activo secundario el del aminoácido. son estéreoespecíficos porque solamente se absorben los aminoácidos “L” y son saturables. Existen familias de estos transportadores de aminoácidos, lo que hacen es transportar un cierto tipo de aminoácido, por ejemplo el sistema A transporta alanina, glicina, prolina, entre otros. También están los transportadores de aminoacidos básicos que transporta lisina y arginina o aminoácidos ácidos como aspartato y glutamato. Una vez que el aminoácido se encuentra En el enterocito este es transportado por un transporte facilitado hacia la vena porta y de ahí se dirigen hacia el hígado. Los aminoácidos, despues son transportados por sangre, para ingresar a los distintos tipos de células también lo hacen por cotransporte con sodio. Eso es a diferencia de la glucosa, ya que esta es absorbida también por un cotransporte con sodio hacia el enterocito pero después a las células ingresa por transporte facilitado, en cambio los aminoacido lo hacen por cotransporte con sodio. SISTEMAS DE TRANSPORTE DE Aa: A NIVEL RENAL-INTESTINALCICLO DEL GAMA-GLUTAMILO Hay un segundo mecanismo que se ha visto de transporte de aminoácidos principalmente en el intestino y riñón que es el ciclo del gamma. Glutamilo. Existe una proteína en la membrana de estas células la gama-glutamin transpeptidasa que lo que hace es unir el aminoácido al glutatión. El glutatión es un compuesto que mantiene el poder reductor dentro de las electrocitos principalmente, se sintetiza a partir de tres aminoácidos glicina cisteína y glutamato, lo que hace entonces esta enzima (gama-glutamin transpeptidasa) es unir este aminoácido al glutatión, así lo transporta hacia el interior celular, dentro del interior celular este compuesto se divide en cisteinglicina y gamma glutamil aminoácido que por una 5- oxoproliinasa se libera el 5-oxoprolina y al aminoácido y de este manera se transportan aminoácidos del medio extracelular al intracelular.

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Luego este 5-oxoprolina junto con la glicina y cisteína se regenera un ciclo con gasto de energía para regenerar y sintetizar glutatión. En un principio se pensó que este ciclo era para el transporte de aminoácidos, pero ahora se sabe que el mayor rol de este ciclo, en realidad, es para la síntesis de glutatión. AMINOACIDOS ESENCIALES Y NO ESCENCIALES PARA EL HOMBRE ADULTO En el hombre hay 10 aminoacidos que son esenciales, esto significa que son Aminoácidos que no puede sintetizar y que tienen que ser ingeridos con la dieta. Ellos son: ARGININA: si bien este aminoácido lo podemos sintetizar, lo degradamos casi en su totalidad para formar urea y acido nítrico. Como no da abasto el organismo en sintetizarlo, se convierte en un aminoácido esencial y tiene que ser incorporado. HISTIDINA: es un aminoácido esencial en niños. ISOLEUCINA LEUCINA LISINA METIONINA FENILALANINA TREONINA TRIPTOFANO VALINA Estos son los 10 aminoácidos esencia mientras que el resto se convierten en no esenciales porque el organismo es capaz de sintetizarlos SINTESIS DE AMINOACIDOS NO ESENCIALES Vía de aporte de aminoácidos a este pool de aminoácidos, la síntesis de aminoácidos no esenciales. Hay familias de aminoácidos que tienen un precursor en común, por ejemplo: La familia del aspartato, que tiene como

precursor común al oxalacetato, que da origen al aspartato y este ultimo luego da origen a asparagina, metionina, treonina y lisina con distintas reacciones y rutas.  La familia del piruvato que da origen a la alanina y a partir de ella a la valina, leucina e isoleucina.  Aminoácidos aromáticos que se sintetizan a partir de la eritrosa 4-fosfato, que proviene de la ruta de las pentosas y del fosfoenolpiruvico.  La síntesis de histidina que se obtiene a partir de la ribosa 5 fosfato. Hay precursores comunes para una cierta cantidad de aminoácidos, que se los agrupa en distintas familias. Después de una comida, las proteínas que ingresan por la dieta se transportan por vena porta al hígado y ahí estos aminoácidos son utilizados para sintetizar proteínas meramente hepáticas, para sintetizar proteínas que van a ser transportadas a otras células, o proteínas del de plasma. Estos aminoácidos también van a ser precursores para compuestos nitrogenados. Los aminoácidos no se acumulan, entonces todos aquellos que no son utilizados en estas rutas, el exceso, pueden ser oxidados para obtener energía, se puede convertir en ácidos grasos para formar triglicéridos, o glucosa para formar glucógeno. La glucosa puede pasar a la sangre y los triglicéridos transportarse por VLDL y acumularse. En ayunas nosotros necesitamos obtener energía, el músculo puede ser un dador de aminoácido para obtener energía, las proteínas tisulares se pueden degradar para obtener energía y aportar esos esqueletos carbonados para generar energía, para acelerar cuerpos cetónicos o glucosa que el hígado pueda transportar a tejidos que lo necesiten, por ejemplo como el cerebro, los glóbulos rojos, el músculo y el riñón. Es importante mencionar que para obtener esos esqueletos carbonados, glucosa o triglicéridos, hay que perder el amonio y como este es tóxico hay que hacerlo de una manera controlada, que se elimine de manera no tóxica. Es en la forma de urea, la síntesis de urea ocurre en el hígado, entonces tenemos que llegar con todos esos amonios que se generan por la degradación de proteínas al hígado y eso se llama: catabolismo de los aminoácidos.

CATABOLISMO DE A.a.: Eliminación del grupo NH3 y destino del esqueleto carbonado

MECANISMO PARA LA ELIMINACIÓN DEL GRUPO AMONIO DE LOS A.a. Hay distintos tipos de reacciones que llevan a la eliminación del grupo amonio. Estas reacciones son: 1. Las transaminasaciónes catalizada por aminotransferasas o transaminasas 2. La desaminación oxidativa catalizada por deshidrogenasas u oxidasas 3. Las desaminaciones no oxidativas que lleva la eliminación de agua y solo algunos aminoácidos pueden sufrir este tipo de desaminación, como la serina y la treonina. 1. TRANSAMINACIONES Las transaminasas consisten en el pasaje de un grupo amino desde un aminoácido cualquiera, transfieren ese grupo amino a un alfa cetoglutarato. Cualquier aminoácido le sede su grupo amonio al alfa-cetoglutarato

para formar glutamato, y el aminoácido que pierden ese nitrógeno se convierte en un alfa- cetoacido. En este tipo de transaminación, es el pasaje de un grupo amino de un aminoácido a un alfa-cetoacido, para sintetizar el aminoácido correspondiente a ese alfa-cetoacido y el aminoácido desaminado se convierte en el alfa-cetoacido. Estas reacciones son catalizadas por las transaminasas o aminotransferasas, con una constante de equilibrio próxima uno, lo que quiere decir que es una reacción reversible. Son importantes porque sacan o reponen intermediarios del ciclo de krebs, ósea hacen reacciones anapleroticas, son atóxicas porque no produce amonio, simplemente es el pasaje de amonio desde un aminoácido a un alfa-cetoácido para convertirlo en un aminoácido y el aminoácido se convierte en el alfa-cetoacido. Para esto se necesita un grupo prostético que es el piridoxal-fosfato (PLP) que es un derivado de la vitamina B6. Este piridoxal-fosfato, lo que hace es actuar de intermediario ya que el aminoácido le cede el amonio al peridoxalfosfato y este a la vez le cede al alfacetoácido esta reacción de transaminación. Por ejemplo: A. ALANINA AMINOTRANSFERASA (TGP): La alanina le cede el amonio al alfa cetoglutarato para formar glutamato y la alanina se convierte en piruvato TGP B. ASPARTATO AMINOTRANSFERASA (TGO): El aspartato le cede el amonio al alfa-cetoglutarato para formar glutamato y el aspartato se convierte en oxalacetato. En resumen: El alfa cetoacido de la alanina es el piruvato, el alfa-cetoacido del aspartato es el oxalacetato y el alfa-cetoácido del glutamato es el alfacetoglutarato. La TGO y la TGP son proteínas, transaminasas, que se usan para el diagnóstico de ciertas patologías y son proteínas que se dosan en plasma. Estas transaminasas son indicativas de daño hepático. Hay una relación entre la TGO y la TGP. La primera tiene ubicación citosolica y mitocondrial, mientras que la segunda tiene solo ubicación citosolica. Hay otras transaminasas de importancia clínica que son las mencionadas en la imagen. ¿Cuál es el fin de estas Transaminasas? Es que el glutamato recoja el amonio de todos los aminoácidos en los tejidos extra hepáticos.

En las transaminaciones hay paso del grupo Amonio, de un compuesto a otro, no hubo liberación de amonio. La liberación de amonio ocurre en las desaminaciones. DESAMINACIONES Hay dos tipos de desaminaciones: desaminaciones oxidativas y desaminaciones no oxidativas Dentro de las oxidativas tenemos las que son catalizadas por deshidrogenasas que son NAD-dependientes y las aminoácido-oxidasas que son dependientes flavin mononucleótidos (FMN). Dentro de las no oxidativas tenemos las deshidratadas que son, peridoxal fosfato, dependientes. 2. DESAMINACIÓN OXIDATIVA  Las desaminaciónes oxidativas, catalizadas por DESHIDROGENASAS, encontramos a la glutamato deshidrogenasa, que desamina oxidativamente al glutamato convirtiéndolo en alfa-cetoglutarato con eliminación y liberación de amonio. Como es una de desaminación oxidativa necesito aceptor de electrones (NAD+) que se convierte en NADH Esta reacción catalizada por la glutamato deshidrogenasa es una reacción reversible, así que también se puede sintetizar glutamato a partir de la aminación del alfa cetoglutarato pero en la dirección de síntesis, el cofactor que se utiliza es el NDPH. Es una enzima que está regulada, la inactivan los altos niveles de GTP y la activan los altos niveles de ADP.  Las desaminaciónes oxidativas, catalizadas por las AMINOACIDO-OXIDASAS, son oxidasas que desaminan oxidativamente a los aminoácidos, utilizando como cofactor al flavin mononucleotido (FMN), esto es una reacción que ocurre en los peroxisomas. 3. DESAMINACIÓN NO OXIDATIVA La desaminacón no oxidativa se produce por una deshidratación, para que

ocurra esta deshidratación se necesita que haya un óxidrilo unido al carbono beta. Sólo algunos aminoácidos cumplen con este requisito que son : la serina, la treonina y la cisteína. En el caso de la cisteína en vez de eliminarse agua, se elimina acido sulfhídrico, en vez de oxigeno tenemos azufre. Entonces en la desaminación no oxidativa se produce una deshidratación, una pérdida de molécula de agua, un reordenamiento dentro de la molécula, para desaminar y finalmente liberar el amonio. Es una reacción que necesita como cofactor al peridoxal fosfato (PLP).

TRANSPORTE DE GRUPOS NH3 HACIA EL HÍGADO: SÍNTESIS DE GLUTAMINA El amonio es tóxico, no puede encontrarse de forma libre, entonces ¿Cómo lo transportamos hacia el hígado, que es el órgano encargado de sintetizar urea y así eliminarlo de manera no tóxica? En los tejidos extra hepáticos existe una enzima que se llama glutamina sintetasa, que es una enzima que sintetiza glutamina a partir del glutamato mas amonio y con el gasto de una molécula de ATP de esta manera se sintetiza glutamina, este es un aminoácido no cargado, que puede transportar los grupos amonio desde los tejidos expre hepaticos hacia el hígado. Una vez que esta glutamina ingresa al Hígado, existe una glutaminasa que libera el amonio incorporado en el carbono delta, y este amonio entra al ciclo de la urea, liberando amonio y quedando como glutamato, este glutamato en el higado puede desaminarse oxidativamente por la glutamato deshidrogenasa dando alfacetoglutamato y amonio, este ultimo también entra al ciclo de la urea. CICLO DE ALANINA

LA

GLUCOSA-

En el caso del músculo hay un ciclo que se denomina el ciclo de la glucosaalanina. En el músculo hay altos niveles de piruvato, el glutamato que recoge los amonios de todos los aminoácidos se transamina con el piruvato, para dar alanina y alfa-cetoglutarato y es la alanina, la que transporta los grupos amonio desde el músculo hacia el hígado. Una vez que llega al hígado, la alanina se vuelve a transaminar con el alfa-cetoglutarato para dar glutamato y piruvato. Este glutamato se desamina oxidativamente por la glutamato deshidrogenasa, liberando el amonio que ingresa al ciclo de la urea para dar urea y el piruvato, puede, en Hígado, convertirse en glucosa por la gluconeogénesis y esta glucosa puede transportarse entonces a la sangre. La glucosa en sangre, luego puede, ser incorporada por los distintos tejidos o mismo por el músculo para ser degradado y generar mas piruvato. EN EL HIGADO: Al hígado llega alanina desde el músculo que transporta grupos amonio, glutamina desde músculo y de otros tejidos extra hepáticos. Esta glutamina por la glutaminasa aporta amonio y glutamato, ese glutamato se desamina oxidativamente, libera el amonio que entra a urea y la alanina también se transamina con el alfa cetoglutarato para dar glutamato que también se desamina oxidativamente para dar amonio y que entre al ciclo de la urea. EN RESUMEN: Las proteínas celulares hepáticas que se degradan a aminoácidos, también por transaminaciones de del amonio al alfa cetoglutarato para sintetizar glutamato y entonces éste glutamato se desamina oxidativamente dando el amonio para que entre al ciclo de la urea. Lo mismo pasa con los aminoácidos que vienen de la dieta, son transportados por vena porta al hígado, estos distintos aminoácidos que vienen de la dieta se transaminan con el alfa cetoglutarato dan glutamato, este se desamina oxidativamente y así es como este amonio ingresa a la urea.Son las distintas rutas de dónde llega el amonio al hígado, para ser eliminado por el ciclo de la urea. CICLO DE LA UREA: VISIÓN GENERAL El amonio se libera por la desaminación oxidativa, se condensa con el dióxido de carbono para sintetizar carbamoil fosfato en la matriz

mitocondrial. El ciclo de la urea ocurre, parte en mitocondria y parte en el citoplasma. Este carbamoil fosfato se condensa con la ornitina, (es un aminoácido no proteico) para dar citrulina, (otro aminoácidos no proteico) dentro de la matriz mitocondrial. La citrulina sale de la mitocondria, recibe otro grupo amonio desde el aspartato, para formar arginosuccinato, que se lisa para formar fumarato y arginina. La arginina por hidrólisis da urea y regenera ornitina para recibir otro carbam...