TEMA 8 Catabolismo DE LOS Aminoacidos Y Produccion DE UREA PDF

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Bioquimica II medicina...

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TEMA 8.- CATABOLISMO de los AMINOÁCIDOS y PRODUCCION de UREA.La degradación oxidativa de los aminoácidos contribuye especialmente a la obtención de energía, sobre todo en los animales carnívoros (el 90% de la energía que necesitan la obtienen aquí) (los herbívoros solo obtienen una pequeña parte de la energía que necesitan de los aminoácidos, ya que su alimentación es de predominio vegetal). Los aminoácidos suelen proceder principalmente de las proteínas de la dieta y en raras ocasiones de las proteínas de los tejidos. Hay 9 aminoácidos esenciales que no podemos sintetizar y debemos tomarlos de la dieta. Las plantas no suelen consumir aminoácidos, sino que obtienen la energía de los glúcidos obtenidos tras la fotosíntesis (partiendo de CO2 y H2O se obtiene glucosa). En los vegetales, la concentración de aminoácidos que hay en sus tejidos es la estrictamente necesaria para cubrir sus necesidades de biosíntesis de proteínas, ácidos nucleicos y otras moléculas necesarias para el crecimiento. En los animales, los AMINOÁCIDOS SUFREN DEGRADACIÓN OXIDATIVA (se oxidan, se destruyen) EN TRES SITUACIONES: 1) Durante la síntesis y degradación normales de proteínas celulares, o sea, durante el recambio proteico. Tras la degradación de las proteínas se obtienen aminoácidos que si no se necesitan para la síntesis de nuevas proteínas, sobran y sufren la degradación oxidativa. 2) Si una dieta es rica en proteínas y sobran aminoácidos para nuestras necesidades corporales de síntesis de proteínas, los aminoácidos sobrantes se catabolizan, o sea, sufren degradación oxidativa, ya que los aminoácidos no se pueden almacenar. 3) En caso de inanición (hambre, no hay glúcidos disponibles) o en la diabetes mellitus (los glúcidos no se pueden usar porque no pueden entrar en la célula por falta de insulina)  se recurre a las proteínas celulares como combustible (se degradan oxidativamente sus aminoácidos). En cualquiera de las tres circunstancias, el aminoácido debe perder su grupo AMINO, quedando un -cetoácido (esqueleto carbonado). Este -cetoácido se oxida y se obtendrá CO2, H2O y unidades de 3 y 4 carbonos (estos, mediante la gluconeogénesis se convertirán en glucosa). No obstante, la mayoría de los esqueletos carbonados de los aminoácidos van a parar al ciclo del ácido cítrico. ¿Cuál es el destino del grupo amino? Hay varios.El nitrógeno, N2, es abundante en la atmosfera, pero es muy inerte para ser usado en los procesos bioquímicos, ya que hay muy pocos microorganismos que son 1

capaces de convertir el N2 en NH3 (amoniaco, grupo amino, que es una forma biológicamente útil); como se tiene poco NH3, éste se usa poco o se hace de forma conservadora en los sistemas biológicos.

La mayor fuente de grupos amino son los aminoácidos que se obtienen de las proteínas de la dieta. Los aminoácidos se metabolizan en el hígado y el amoniaco generado en este proceso se recicla usándose en diversas rutas biosintéticas; el exceso de amoniaco (NH3) se excreta directamente o se convierte en urea o en ácido úrico para ser excretado. En otros tejidos extrahepáticos, el exceso de amoniaco que se genera en ellos, se transportará al hígado para ser excretado. Dos intermediarios, el glutamato y la glutamina tienen mucha importancia en el metabolismo de nitrógeno: -

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En el hígado, en el citosol de los hepatocitos, los grupos amino de los aminoácidos se transfieren al -cetoglutarato, formando glutamato. Este glutamato se transporta a la mitocondria y allí cede el grupo amino (se forma NH4+). En tejidos extrahepáticos, el exceso de grupos amino (amoniaco = NH3) se convierte en el nitrógeno amídico de la glutamina; la glutamina pasa al hígado y en él a sus mitocondrias donde cederá el grupo amino. En el musculo esquelético, los grupos amino en exceso se transfieren al piruvato, y así forman alanina, que es importante para el transporte de los grupos amino hasta el hígado.

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DEGRADACION DE LAS PROTEÍNAS DE LA DIETA.Consiste en la degradación de las proteínas que ingerimos hasta obtener aminoácidos. Esto ocurre en el tracto gastrointestinal. Cuando una proteína llega al ESTOMAGO, la mucosa gástrica segrega la hormona GASTRINA, y esta hormona estimulará a las células parietales para que produzcan ácido clorhídrico (ClH) y a las células principales de las glándulas gástricas para que produzcan pepsinógeno. El ácido clorhídrico convierte el jugo gástrico en algo muy ácido (pH 1,0 a 2,5); este jugo ácido es antiséptico porque mata bacterias y células extrañas; pero también es un agente desnaturalizante que hace que las proteínas “globulares” se desplieguen y dejen ver sus enlaces peptídicos, los cuales quedan mas asequibles para el ataque enzimático (hidrólisis). El pepsinógeno es un precursor inactivo que sufre una rotura catalítica a pH bajo y se convertirá en PEPSINA activa. Esta pepsina es la que hidrolizará las proteínas ingeridas cortando los enlaces peptídicos, dando péptidos mas pequeños. En el INTESTINO DELGADO, el jugo gástrico ácido que va llegando origina un pH bajo y este pH bajo provoca la secreción del la hormona SECRETINA a la sangre. Lo 3

primero que hace la hormona secretina es estimular al páncreas para que éste secrete bicarbonato (es alcalino) por su conducto pancreático mayor  al intestino delgado (duodeno) para neutralizar al ácido clorhídrico gástrico, convirtiéndose el pH ahora en 7 (neutro). Después de la llegada del jugo gástrico al intestino, le toca ahora llegar a las proteínas que, cuando llegan al duodeno, continúan su digestión. Al llegar los aminoácidos al duodeno, se produce la liberación a sangre de la hormona COLECISTOQUININA, la cual hace que las células exocrinas del pancreas secreten varios enzimas pancreáticos (actúan a pH 7-8) que salen en forma de precursores (o zimógenos): el tripsinógeno, el quimotripsinógeno y las procarboxipeptidasas A y B. Estos precursores se convierten en TRIPSINA, QUIMOTRIPSINA Y CARBOXIPEPTIDASAS A y B. (todos estos enzimas activos son enzimas proteolíticos, o sea, hidrolizan las proteínas dando lugar a péptidos mas pequeños) El tripsinógeno se convertirá en su forma activa, tripsina, por la acción de un enzima proteolítico que secretan las células intestinales y que se llama “enteropeptidasa”. La propia tripsina libre también es capaz de convertir mas tripsinógeno en tripsina, o sea, activa al tripsinógeno, pero también es capaz de activar a los demás zimógenos: al quimotripsinógeno y a las procarboxipeptidasas y a la proelastasa. El páncreas (sus glándulas exocrinas) secretan o segregan los enzimas proteolíticos en forma de precursores o zimógenos, que son INACTIVOS; esto es así para que los enzimas se conviertan en activos fuera del páncreas, porque si se activasen dentro de él, podrían hidrolizar las proteínas pancreáticas y destruir al propio páncreas. Ademas, el páncreas produce una proteína llamada “inhibidor pancreático de tripsina”, que lo que hace es evitar que se produzcan enzimas activas en el interior de las células pancreáticas. Aquellas proteínas o cadenas polipeptidicas hidrolizadas por la pepsina en el estomago y convertidas en péptidos mas pequeños, ahora se hidrolizan mas en el duodeno por la tripsina y quimotripsina (que atacan a enlaces peptídicos de aminoácidos diferentes a los que atacaba la pepsina); la hidrólisis se completa con la acción de otras peptidasas intestinales (carboxipeptidasas A y B y la aminopeptidasa). Tenemos ya los aminoácidos libres resultantes que serán transportados a las células que cubren el epitelio mucoso del intestino delgado; a través de ellas, los aminoácidos pasan a la sangre (esto se llama ABSORCION) de los capilares que están en las vellosidades intestinales y son transportados por la sangre hasta el HIGADO. (¡¡ojo!! : los lípidos digeridos pasan desde los capilares sanguíneos a los vasos linfáticos).

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Las proteínas globulares (la mayoria) se hidrolizan casi al completo en el tracto intestinal; las proteínas fibrosas (como la queratina) se hidrolizan solo parcialmente; algunos vegetales tienen cascaras de celulosa que no se digieren y las proteínas que están envueltas por estas cascaras tampoco se digieren. Hay una enfermedad bastante grave que es la PANCREATITIS AGUDA: empieza con un dolor muy fuerte en el estomago y con vómitos. Lo que ocurre es que el conducto pancreático se obstruye y los zimógenos o proenzimas pancreáticos no pueden salir hasta el duodeno, quedándose dentro de las células del páncreas y activándose allí, pudiendo atacar a las proteínas del propio tejido pancreático, destruyéndolo, destruyendo el páncreas y ocasionando la muerte de la persona si la destrucción del páncreas es grande.

Reacciones de TRANSAMINACIÓN.Cuando los L-aminoácidos llegan al hígado, lo primero que se hace es ELIMINAR los grupos -AMINO. Las enzimas que hacen esto son las TRANSAMINASAS (o aminotransferasas). El grupo -amino se transfiere al átomo de carbono  del -cetoglutarato, quedándose en el aminoácido solo el grupo -cetoácido. Se llaman reacciones de transaminación, no de desaminación, porque no se produce una pérdida de grupos amino, sino que mientras el aminoácido se desamina, el -cetoglutarato se amina; este -cetoglutarato pasará el grupo amino al L-glutamato, con lo que podemos decir que el efecto de las reacciones de transaminación consiste en recoger los grupos amino de muchos aminoácidos diferentes en forma de L-glutamato. Este L-glutamato sí será ahora un dador de grupos amino para dos vías distintas, la vía biosintetica y la vía excretora (elimina productos nitrogenados de desecho: urea).

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Las transaminasas o aminotransferasas son de varios tipos y todas ellas se nombran según el aminoácido dador de grupos amino (alaninaaminotransfersa, aspartato-aminotransferasa), porque todas son especificas para el -cetoglutarato, pero esta especificidad es distinta para cada Laminoácido dador. Las reacciones que catalizan estas transaminasas son reversibles porque la /\G’º es aproximadamente uno ó cero. Todas las transaminasas tienen el mismo grupo prostético que es el PLP o piridoxal-fosfato, que es la forma coenzimática de la piridoxina o vitamina B6. También, todas las transaminasas tienen un mismo mecanismo de reacción. T o d a sl a s v i t a mi n a sh i d r o s o l u b l e ss i r v e nc o moc o e n z i mae x c e p t ol av i t a mi n aCq u es o l oi n t e r v i e n ee n r e a c c i o n e sd eh i d r o x i l a c i ó n( l af a l t ad ev i t a mi n aCp r o d u c el ae n f e r me d a dl l a ma d aESCORBUTO: e l c o l á g e n os er o mp ep o r q u en os ep u e d e nh a c e rr e a c c i o n e sd eh i d r o x i l a c i ó nd o n d ei n t e r v i e n el a v i t . C) . El PLP o piridoxal-fosfato (aunque también es coenzima de la enzima glucógeno-fosforilasa, su verdadera función en las células está aquí en las transaminaciones) actúa como transportador intermedio de grupos amino en el sitio activo de las transaminasas. El PLP tiene dos formas, una forma aldehído y otra aminada; en cada reacción se transforma reversiblemente de una a otra: cuando está en forma aldehído (forma piridoxal-fosfato) puede aceptar grupos amino y al aceptarlo se convierte en la forma aminada (piridoxamina-fosfato), que puede ahora ceder el grupo amino a un a-cetoacido. El PLP, al actuar en el sitio activo de la transaminasa, se une a este sitio activo de la enzima mediante un enlace aldimino o base de Schiff (se une a una Lisina del sitio activo de la enzima). El PLP actúa en las reacciones sobre los carbonos   y  de los aminoácidos. Las reacciones en el carbono  son de tres tipos: -

Transaminaciones Racemizaciones (interconversión de L- y D-aminoácidos) Descarboxilaciones

Y el PLP actúa igual en los tres tipos de reacciones. Las aminotransferasas o transaminasas catalizan reacciones bimoleculares tipo Ping-pong: el aminoácido entrante se une al sitio activo de la enzima transaminasa, allí suelta el grupo amino y se lo entrega al PLP, para luego salir lo que queda del aminoácido que es el grupo -cetoacido. Ahora entrará un nuevo -cetoacido que aceptará el grupo amino del PLP, convirtiéndose en un aminoácido que saldrá del sitio activo de la enzima. En medicina es muy importante el estudio de las transaminasas (GOT y GPT): 6

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GOT: transaminasa glutamato oxalacetato ó AST (a s p a r t a t oa mi n o t r a s f e r a s a ) GPT: transaminasa glutamato piruvato ó ALT (alanina aminotransferasa)

Son muy importantes cuando se elevan porque indican un ataque al hígado o al corazón. En los infartos de miocardio, cuando se lesionan o mueren las células del miocardio, algunas enzimas escapan de estas células lesionadas y se van a la sangre, aumentando su nivel en ella: son la GOT, GPT, CPK (creatina quinasa) y LDH (lactato deshidrogenasa). En el infarto, la primera enzima que detectamos en la sangre es la CPK- mb (a la hora aproximadamente, pero desaparece de la sangre en las primeras 24 horas). Luego se eleva la GOT y mas tarde la GPT; por último, a los 4-5 días se eleva en sangre la LDH. En algunos trabajos, cuando se está en contacto respiratorio con tetracloruro de carbono, cloroformo u otros disolventes, se elevan las transaminasas y esto indica un daño celular hepático. En el deporte, cuando hay destrucción de músculos por ejercicios excesivos, también aumenta en sangre las transaminasas y la CPK (la total, la mb no, porque la mb es la creatinquinasa especifica del musculo cardiaco o corazón). DESAMINACIÓN OXIDATIVA DEL GLUTAMATO.Los grupos amino de los -aminoacidos se van todos al HIGADO en forma de Lglutamato. Luego los grupos amino deben desprenderse del L-glutamato para su excreción. Dentro de los hepatocitos, el glutamato se transporta desde el citosol hasta la mitocondria y allí es donde se desamina oxidativamente. Esta desaminación oxidativa está catalizada por la enzima L-glutamato deshidrogenasa, que en los mamiferos se encuentra en la matriz mitocondrial. Esta enzima usa tanto al NAD + como al NADP+ como cofactores, como aceptores de los equivalentes de reducción. Se llama TRANSDESAMINACION a la acción combinada de una TRANSAMINASA (aminotransferasa) y una GLUTAMATO DESHIDROGENASA. Aunque siempre hay algunos aminoácidos que se solo realizan el 2º paso, haciendo una desaminación oxidativa directa. Tras la transdesaminación o de la sola desaminación oxidativa directa lo que se obtiene es ión amonio (NH4+) y -cetoglutarato (se usará en el ciclo del ácido cítrico y también para la síntesis de glucosa). La enzima GLUTAMATO DESHIDROGENASA es una enzima alosterica (sufre regulación alostérica) que consta de seis subunidades idénticas. El ADP (modulador positivo) la estimula y el GPT (modulador negativo) la inhibe. 7

Hay enfermedades genéticas asociadas a la desaminación: las mutaciones que alteran el sitio alostérico de la enzima donde se une el GPT o las mutaciones que hacen que se active permanentemente la glutamato deshidrogenasa, provocan un AUMENTO DEL NIVEL DE AMONIACO EN SANGRE  el síndrome se llama “hiperinsulinismohiperamonemia”, donde también hay HIPOGLUCEMMIA (por el exceso de insulina). El amoniaco es muy toxico para los tejidos; por ello, sus niveles en sangre están regulados. La degradación de los nucleótidos genera amoniaco libre en muchos tejidos, incluido el cerebro. Este amoniaco libre es toxico y para ser transportado desde los tejidos extrahepáticos hacia la sangre y desde aquí al hígado o a los riñones, debe ser convertido en un compuesto no toxico: la GLUTAMINA. La glutamina es la forma de transporte no toxica del amoniaco. El amoniaco libre producido en los tejidos extrahepáticos se combina con glutamato y da GLUTAMINA. La enzima es la glutamina sintetasa. La reacción requiere ATP y ocurre en dos pasos: 1º paso: Glutamato y ATP reaccionan formando ADP y -glutamil fosfato 2º paso: -glutamil fosfato reacciona con amoniaco formando glutamina y fosfato inorgánico. La glutamina: -

Es un aminoácido que está presente en la sangre en mayor cantidad que cualquier otro aminoácido. Es la forma de transporte no toxica del amoniaco. Sirve de fuente de grupos amino en varias reacciones biosintéticas En los microorganismos, es un portal esencial para la entrada del nitrógeno fijado en los sistemas biológicos.

La glutamina en exceso se transporta por la sangre al intestino, al hígado y a los riñones para su tratamiento. El tratamiento consiste en que en estos tejidos el nitrógeno amidico (el nitrogeno de los grupos amino) se libera en forma de ion amonio (NH4+) dentro de las mitocondrias; para ello la enzima GLUTAMINASA convierte la glutamina en glutamato + ión amonio (NH4+). El NH4+ del intestino y riñón se transporta por la sangre al higado. En el hígado, el amoniaco que llega de todos los sitios se elimina mediante la síntesis de UREA. Una parte pequeña del glutamato producido en la reacción de la glutaminasa, puede convertirse en el higado en mas amoniaco y en esqueletos carbonados (serán 8

utilizados como combustibles). Pero la mayor parte del glutamato producido entra en reacciones de transaminación para poder sintetizar AMINOACIDOS. Cuando hay ACIDOSIS METABOLICA, como esta acidosis (bajada del pH) puede ser mortal, el organismo se defiende de ella por varios mecanismos: 

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Los riñones aumentan la modificación de la glutamina  se producirá un exceso de NH4+ que no solo se libera a la sangre o se convierte en urea, sino que se excreta directamente a la orina (para que esto ocurra, en el riñon, el ión NH4+ forma sales con acidos metabólicos, facilitando así su eliminación en la orina) y así se contrarresta la acidosis. La descarboxilacion del -cetoglutarato en el ciclo del ácido cítrico produce BICARBONATO (alcalino, que neutraliza la acidosis) que actúa como TAMPÓN en el plasma sanguíneo. En los MÚSCULOS ESQUELÉTICOS hay otra forma de transporte no toxico

de los grupos amino hasta el hígado: CICLO DE LA GLUCOSA-ALANINA. Como en los músculos y en otros tejidos se degradan aminoácidos como combustible, los grupos amino de los aminoácidos se recogen en forma de glutamato mediante la transaminación. Este glutamato puede seguir dos caminos: -

Convertirse en GLUTAMINA para su transporte al hígado (es lo visto en las paginas anteriores) Transferir su grupo amino ( -amino) al PIRUVATO (que está ahí como resultado de la glucolisis muscular). Esto lo hace la enzima alanina aminotransferasa (es la transaminasa GPT ó ALT). En esta reacción se forma ALANINA, que pasará a la sangre y llegará al HÍGADO.

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Ya en los hepatocitos, en su citosol, la GPT o alanina aminotransferasa transfiere el grupo amino de la alanina al  -cetoglutarato, obteniéndose glutamato y piruvato: -

El piruvato, mediante la gluconeogénesis, dará lugar a glucosa que pasará a la sangre y desde ella llegará al musculo para su uso. El glutamato ahora puede seguir dos caminos: o Entrar en las mitocondrias y allí actúa la enzima glutamato deshidrogenasa y se liberará NH4+ que pasará al ciclo de la urea. o Sufrirá transaminación con oxalacetato y se formará ASPARTATO (es un dador de nitrógenos para la sintesis de la urea en el ciclo de la urea).

Este transporte de amoniaco del musculo al hígado por medio de la alanina es una forma de economizar por parte de los organismos: el musculo esquelético, sometido a contracciones vigorosas, suele trabajar de forma ANAEROBICA, usando la glucolisis y produciendo piruvato y lactato; y degradando proteínas, con lo que se produce amoniaco. Piruvato, lactato y amoniaco iran a parar al hígado, y allí el piruvato y el lactato se convertirán en glucosa que se devuelve a los músculos; mientras que el amoniaco se convierte en urea para su excreción. Estas maniobras la realizan en ciclo de Cori y el ciclo de al glucosa-alanina. El hígado con su gluconeogénesis es el que gasta ATP, mientras que el musculo sigue disponiendo de su ATP para la contracción muscular. El amoniaco es TOXICO para los animales  se afecta el cerebro y se entra en coma por la producción de un edema cerebral (aumento del contenido de agua en el cerebro) y por un aumento de la presión intracraneal. La explicación de esto es que el nivel elevado de NH4+ en las neuronas hace que aumente el n...