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METABOLISMO DE AMINOACIDOSAMINOACIDOS
CICLO DEL NITRÓGENO
Todos los organismos requieren nitrógeno para vivir y crecer. A pesar que la mayoría del aire que respiramos es N2, la mayoría del nitrógeno en la y q p 2, y gatmósfera no está al alcance para el uso de los organismos.
La Fijación del Nitrógeno
La fijación biológica del nitrógeno es un proceso en el cual el N2 sej g g 2convierte en amonio al ser reducido.
N2 NH4+
Esta es la manera en la que los organismos puede obtener nitrógenodirectamente de la atmósfera y la realizan tan sólo determinadosmicroorganismosmicroorganismos.
Bacterias del género Rhizobium, son organismos que fijan elnitrógeno a través de procesos metabólicos.
Estas bacterias que fijan el nitrógeno habitan en los nódulossimbióticos de las raíces de las legumbres.
Complejo NitrogenasaCo p ejo N oge s
- Dinitrogenasa reductasa
(Fe4-S4) → Ferroproteína
Transfiere los electrones desde la ferredoxina o la flavodoxina a la di itdinitrogenasa.
Dinitrogenasa- Dinitrogenasa
(FeMoCo) → Molibdoferroproteína(Fe4-S4)( 4 4)
Cataliza la reducción del nitrógeno
Utilización del Nitrato
La capacidad de reducir el nitrato a amoníaco es común en casi latotalidad de las plantas, los hongos y las bacterias .
NO - + NAD(P)H + H+ NO - + NAD(P) + H O
El primer paso reduce nitrato a nitrito a través de la nitrato reductasa.
NO3 + NAD(P)H + H NO2 + NAD(P) + H2O
Luego se reduce el nitrito a amoníaco en una serie de reacciones,mediante la enzima nitrito reductasa.
NO2- NO- NH2OH NH3
INCORPORACIÓN DE AMONIO
Prácticamente todos los organismos comparten unas mismas rutas deutilización del nitrógeno en forma de amoníaco.
El nitrógeno amino del glutamato y el nitrógeno amida de la glutaminason extraordinariamente activos en la biosíntesisson extraordinariamente activos en la biosíntesis.
SÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS
Los organismos presentan amplias diferencias en cuantoa su capacidad de sintetizar aminoácidos.Muchas bacterias y la mayoría de las plantas puedenMuchas bacterias y la mayoría de las plantas puedensintetizar todos sus metabolitos nitrogenados a partir deuna única fuente de nitrógeno, como el amoníaco o elnitrato.Sin embargo, muchos microorganismos utilizarán unaminoácido ya formado cuando dispongan de él en vezaminoácido ya formado cuando dispongan de él, en vezde sintetizarlo.
Los mamíferos tienen unas características intermedias,puesto que son capaces de sintetizar aproximadamente lap q p pmitad de los aminoácidos en las cantidades necesariaspara su crecimiento y para el mantenimiento de unbalance nitrogenado normal.gLos aminoácidos que han de proporcionarse en elalimento para satisfacer las necesidades metabólicas deun animal se denominan aminoácidos esencialesun animal se denominan aminoácidos esenciales.Los aminoácidos que no es necesario proporcionar,porque pueden biosintetizarse en cantidades suficientes,se denominan aminoácidos no esencialesse denominan aminoácidos no esenciales.
En general, los aminoácidos esenciales son aquellos quetienen estructuras complejas, como anillos aromáticos ycadenas laterales hidrocarbonadas.
Los aminoácidos no esenciales son los que se sintetizan confacilidad a partir de matabolitos abundantes, como losintermediarios de la glucólisis, del ciclo del ácido cítrico o laruta de las pentosas fosfato.
Transaminación:
La transaminación es la transferencia reversible de ungrupo amino desde un aminoácido a un cetoácido, con laintervención del piridoxal fosfato como coenzima.El glutamato juega un papel clave en la asimilación delEl glutamato juega un papel clave en la asimilación delamoníaco, por lo tanto tiene una participación central en latransaminación.En otras palabras, el glutamato es un producto abundantede la asimilación del amoníaco, y la transaminación utilizael nitrógeno del glutamato para la síntesis de otrosel nitrógeno del glutamato para la síntesis de otrosaminoácidos.
La transaminación comporta la transferencia del grupoamino, generalmente del glutamato, a un α-cetoácido, con la formación del correspondienteaminoácido más el derivado α-ceto del glutamato, que esaminoácido más el derivado α ceto del glutamato, que esel α-cetoglutarato.
Las reacciones transaminación están catalizadas porenzimas denominadas transaminasas o, másenzimas denominadas transaminasas o, máscorrectamente aminotransferasas.Esta reacción es reversible, y la dirección en que seproduce una determinada transaminación estáproduce una determinada transaminación estácontrolada en gran parte por las concentracionesintracelulares de sustratos y productos.E i ifi l i ió d iliEsto significa que la transaminación puede utilizarse nosólo para la síntesis de aminoácidos sino también para ladegradación de los aminoácidos que se acumulan en una
id d i d l icantidad superior de la necesaria.
CATABOLISMO DE AMINOACIDOS
Balance de nitrógeno
En adultos sanos la degradación y la síntesis de proteínasocurren a la misma velocidad y se mantiene el balanceocurren a la misma velocidad y se mantiene el balancenitrogenado, donde el nitrógeno que ingresa y el que seexcreta son similares.Niños en crecimiento adultos en recuperación deNiños en crecimiento, adultos en recuperación deenfermedades o embarazadas tienen un balancenitrogenado positivo. Por que hay síntesis neta deproteínas.p ote as.Cuando se excreta más nitrógeno del que se incorpora,estamos en balance nitrogenado negativo. Esto ocurrecuando falta algún aminoácido esencial en la dieta, o en elg ,ayuno.
En los animales, los aminoácidos sufren degradaciónoxidativa en tres situaciones metabólicas diferentesoxidativa en tres situaciones metabólicas diferentes.
1) Las proteínas del organismo (proteína endógenas) están en1) Las proteínas del organismo (proteína endógenas) están encontinuo recambio, algunos de los aminoácidos liberadosdurante la degradación se degradan si no se necesitan para lasíntesis de nuevas proteínas.
2) Cuando la dieta es rica en proteínas (proteínas exógenas) y losaminoácidos ingeridos exceden las necesidades corporales parala síntesis de proteínas, el excedente se cataboliza; losaminoácidos no se pueden almacenar.
3) Durante la inanición o en la diabetes mellitus, en las que no hayglúcidos disponibles o estos no son utilizados adecuadamente,se recurre a las proteínas endógenas como combustible.
Las proteínas que forman parte de las dietas sondegradadas por la acción de enzimas proteolíticasdegradadas por la acción de enzimas proteolíticas(proteinazas y peptidasas) presentes en el aparatodigestivo, las cuales las convierten en aminoácido.
Los aminoácidos obtenidos de la degradación de lasproteínas son absorbidos por la mucosa intestinalproteínas son absorbidos por la mucosa intestinalmediante mecanismos de transporte activo que consumeATP y la presencia de iones sodio.
En todas lascircunstanciascircunstanciasmetabólicas, losaminoácidos pierden sugrupo α-amino paragrupo α amino paraformar α-cetoácidos, los“esqueletos carbonados”de los aminoácidosde los aminoácidos.
El nitrógeno del grupoamino tiene diferentesamino tiene diferentesdestinos metabólicos,pudiendo ser utilizado enla biosíntesis o puede serla biosíntesis o puede sereliminado.
Los α-cetoácidosexperimentan oxidaciones aCO2 y H2O y, a menudo másimportante, proporcionanunidades de tres y cuatro
b q dcarbonos que puedenconvertirse a través de lagluconeogénesis en glucosa,el combustible que alimentael combustible que alimentael cerebro, el músculoesquelético y otros tejidos.
El hígado es el órgano principal de ladegradación de aminoácidos, perotambién se produce en tejidosextrahepáticos como el tejidomuscular.
El exceso de amoniaco generado enotros tejidos (extrahepáticos) setransporta al hígado para suconversión en la forma que seexcretan.
Primera fase:
Con pocas excepciones, el primer paso de la degradaciónde los aminoácidos consiste en la eliminación del grupoα-amino para producir el correspondiente α-cetoácido(t i ió ) E t l it l d l(transaminación). Esto ocurre en el citosol de loshepatocitos.
Esta modificación suele realizarse en forma simultáneacon la síntesis de glutamato a partir de α-cetoglutarato.
Segunda fase:
El glutamato se transporta a la mitocondria, donde seelimina el grupo amino en forma de ion amonio libre yvuelve a convertirse luego en α-cetoglutarato mediante laglutamato deshidrogenasa (desaminación oxidativa)glutamato deshidrogenasa (desaminación oxidativa).
Aminoácido + α-cetoglutarato → cetoácido + glutamatoAminoácido + α cetoglutarato → cetoácido + glutamato
Glutamato + NAD(P) + + H2O → α-cetoglutarato + NAD(P)H + H+ + NH4+
Aminoácido + NAD(P)+ + H2O → cetoácido + NAD(P)H + H+ + NH4+
La acción combinada de una aminotranferasa yl l t t d hidla glutamato deshidrogenasa se conoce comotransdesaminación.
Una vez eliminado el nitrógeno, el esqueleto carbonadopuede procesarse hacia la oxidación en el ciclo del ácidocítrico o puede utilizarse para la síntesis de hidratos decarbono, dependiendo del estado fisiológico del organismo.carbono, dependiendo del estado fisiológico del organismo.
Los aminoácidos pueden ser glucogénicos, cetogénicos oambos.
Los glucogénicos son los que generan piruvato ointermediarios del ciclo de Krebs como α-cetoglutarato,succinil-CoA, fumarato u oxaloacetato. (Color naranja)
Los cetogénicos generan sólo acetil-CoA o acetoacetil-CoA,son aminoácidos precursores de lípidos. Lisina y Leucina.(Color azul)
Gl é i t é i I l i F il l iGlucogénicos y cetogénicos: Isoleucina, Fenilalanina,Tirosina y Triptofano. (Color púrpura)
Tercera fase:
Parte del amoniaco generado en este proceso serecicla y se utiliza en diversas rutas biosintéticas; el
t di t t i texceso se excreta directamente o se convierte en ureao ácido úrico para su excreción, según el organismo.
El exceso de amoniacogenerado en la mayor parte delos otros tejidos se convierte enjglutamina, que pasa al hígado yseguidamente a lasmitocondrias hepáticas.
En la mayoría de los tejidos, laglutamina o el glutamato, oambos, se encuentran enconcentraciones más elevadasque el resto de los aminoácidos.
Excreción del amoniaco
El amonio libre es toxico para el sistema nervioso central y antes de serexportados de los tejidos extrahepáticos a la sangre lo transforman englutamina gracias a la glutamina sintetasa o alanina mediante unaglutamina gracias a la glutamina sintetasa, o alanina, mediante unaruta denominada ciclo de la glucosa-alanina.
La glutamina y la alanina normalmente están presente en la sangre enLa glutamina y la alanina normalmente están presente en la sangre enconcentraciones mucho mayores que los otros aminoácidos.
En el hígado y el riñón la glutamina libera elg y gamonio, a través de la enzima mitocondrialglutaminasa.
Se hace necesaria una eliminación eficaz, ya que esuna sustancia tóxica cuyo aumento en la sangre ylos tejidos puede crear lesiones en el tejido
inervioso.
Dentro de los mecanismos que dispone elq porganismo humano para la eliminación delamoníaco se encuentran:
La excreción renalSíntesis y excreción de la urea.
Excreción renal
El riñón es capaz de eliminar amoníaco por lap porina en forma de sales de amonio. En este órgano,el amoníaco obtenido se combina con iónes H+
f d i li i bi dformando amonio que se elimina combinado conaniones.
La excreción urinaria de sales de amonio consumeH+ l q t i d d d lH+, por lo que estas reacciones dependen de losmecanismos renales de regulación del pHsanguíneosanguíneo.
Síntesis y excreción de Urea.
Es el mecanismo más eficaz que dispone elorganismo para la eliminación del amoníaco.
í i d l ll b l hí dLa síntesis de la Urea se lleva a cabo en el hígado yde este órgano es secretada al torrente sanguíneo yfiltrada en los riñones para excretarse por la orinafiltrada en los riñones para excretarse por la orina.
La Urea es un compuesto de baja toxicidad. EnLa Urea es un compuesto de baja toxicidad. Eneste proceso 2 moléculas de amoníaco y una deCO2 son convertidas en urea (Ciclo de la urea)
Ciclo de la urea
El 80% del nitrógeno que se excreta, lo hace enforma de urea.
d ió d i l iLa producción de urea tiene lugar casiexclusivamente en el hígado. La urea pasa latorrente sanguineo y de ahí a los riñones y setorrente sanguineo y de ahí a los riñones y seexcreta en la orina.
Ruta cíclica en la que intervienen 5 reacciones,dos son mitocondriales y tres citosólicas.
4 54 5
2
3
1
La enzima mitocondrialcarbamoil fosfato sintetasa Icataliza el primer paso de la
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síntesis de urea.Técnicamente, no es unaenzima del ciclo ya que
t li l d ió2
3
cataliza la condensación yactivación de amonio y ácidocarbónico para formarcarbamoil fosfato en donde1
2
carbamoil fosfato, en dondese encuentra el primer N delos 2 que tendrá la urea.
Esta enzima transfiere el grupocarbamoil del carbamoil fosfatocarbamoil del carbamoil fosfatoa la ornitina, dando citrulina.La reacción ocurre en lamitocondria, la ornitina, es
4 5
producida en el citoplasma, porlo cual entra a la mitocondriapor un transportadorespecífico Las reacciones2
3
específico. Las reaccionessucesivas del ciclo, ocurren enel citoplasma, por lo cual lacitrulina debe exportarse desdel it d i
1
2
la mitocondria.
El segundo nitrógeno de la ureaes introducido en esta parte delciclo (totalmente citoplasmico),
4 5p
en la cual, se condensa el grupoureido de la citrulina con elamino del aspartato para dar
i i ió2
3
arginosuccinato. La reacción,que es dependiente de ATP. Enel arginosuccinato, están ya loscomponentes de la urea1
2
componentes de la urea,producto final de excreción.
La arginosuccinasa catalizala eliminación de argininadel esqueleto del aspartato
4 5del esqueleto del aspartatoformando fumarato quepuede ser reconvertido aaspartato para ser utilizado2
3
aspartato para ser utilizadoen esta misma reacción (víafumarasa y malatodeshidrogenasa para formar1
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deshidrogenasa para formaroxaloacetato seguido de unatransaminación.
La reacción final del cicloconlleva a la hidrólisis dela arginina para producir
4 5
la arginina para producirurea y ornitina, que vuelvea entrar a la mitocondria
2
3
para repetir el ciclo. Laornitina realiza el mismopapel que el oxalacetato1
2
p p qen el ciclo de Krebs.
RELACION ENTRE CICLO DE KREBS Y CICLO DE LA UREACICLO DE LA UREA
Fumarasa
Malato deshidrogenasa
Malato deshidrogenasa
Fumarasa
g
REGULACION DEL CICLO DE LA UREA