1 Bolilla 6: Metabolismo de las proteínas Digestión y absorción de proteínas. Biosíntesis de aminoácidos no esenciales. Degradación de proteínas y eliminación de nitrógeno. Degradación de los aminoácidos a glucosa y lípidos. Metabolismo de los aminoácidos a nivel tisular. Enfermedad metabólica y manejo dietario.

2 METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS Los aminoácidos desempeñan muchas funciones importantes en los seres vivos ya que participan en la biosíntesis de compuestos nitrogenados tales como: nucleótidos (púricos y pirimidínicos) hormonas (tiroxina y adrenalina) coenzimas Porfirinas Además los aminoácidos son las unidades estructurales de las proteínas. Estas moléculas extraordinarias cumplen diferentes funciones dependiendo del tejido y de la ubicación celular, por ejemplo: estructurales (colágeno o elastina) funcionales (Miosina del músculo, hemoglobina) protectoras (queratina del pelo y uñas) catalíticas (enzimas) Defensa (anticuerpos)

3 El recambio de las proteínas puede ocurrir por varias causas:porque la proteína ha cumplido su ciclo vital, porque ha sufrido un efecto deletéreo que provoca la destrucción de la misma ó en caso de ciertas enfermedades en las cuales la célula debe utilizar proteínas para cumplir funciones energéticas. Toda proteína tiene una VIDA MEDIA determinada tras la cual se destruye por diferentes tipos de mecanismos en los cuales intervienen enzimas proteolíticas. Por ejemplo las proteínas que forman parte de membranas tiene una vida media de meses Mientras que aquellas que cumplen funciones de regulación ó señalización tienen una vida media corta, de minutos u horas.

4 Fuentes exógenas Fuentes endógenas (aprox.70 g/ día) (aprox. 140 g/ día) Proteínas de la dieta Proteínas tisulares Digestión y absorción Degradación AMINOACIDOS Transaminación y/ó Desaminación Degradación Biosíntesis Proteínas Aminoácidos No esenciales α - cetoácidos Amoníaco Constituyentes nitrogenados no Proteicos: purinas, pirimidinas porfirinas, ácidos biliares

5 Amoníaco α - cetoácidos Glucosa Oxidación Urea Cuerpos cetónicos Acetil CoA Excreción renal Ciclo de Krebs En los organismos, el 90% de las necesidades energéticas son cubiertas por los hidratos de carbono y las grasas. El 10% al 15% restante es proporcionado por la oxidación de los aminoácidos. CO2 + H2O – ATP

6 TRANSPORTE MEDIADO ACTIVODigestión y absorción de proteínas A diferencia de los hidratos de carbono y lípidos una parte significativa de la digestión de proteínas tiene lugar en el estómago. TRANSPORTE MEDIADO ACTIVO

7 Digestión de Proteínas I) En el estómagoCélulas Parietales HCl GASTRINA Células Principales Pepsinógeno Pepsinógeno H Cl Pepsina + resto de 42 Aa. Proenzima Enzima activa pH 1,5-2,5 -NH NH NH2

8 ¿Como actúa la pepsina? ES UNA ENDOPEPTIDASAHIDROLIZA UNIONES PEPTIDICAS ACTUA SOBRE GRUPOS AMINOS DE Aac AROMATICOS (Triptofano, fenilalanina, tirosina)

9 FORMACION de HCL ACCION DE LA ANHIDRASA CARBONICACO2 + H2O H2CO H HCO3- Histamina Acetilcolina Gastrina LUMEN H+ (+) Membrana apical Célula Parietal ATP ADP + Pi K+ CITOPLASMA

10 SECRECION PANCREATICAPáncreas Estómago  Intestino Sangre pH Secretina H+ HCO3- Pancreozimina o Colecistoquinina Aminoácidos Enzimas

11 Digestión de Proteínas II) En DuodenoTripsinógeno Enteroquinasa INACTIVOS ACTIVOS Tripsina Quimotripsina Quimotripsinógeno T R I P S N A Procarboxipeptidasas A y B Carboxipeptidasas A y B Proelastasa Elastasa

12 ¿QUE TIPO DE ENLACES PEPTIDICOS HIDROLIZAN?Tripsina (endopeptidasa) : grupos carbonilo de lisina y arginina Quimotripsina (endopeptidasa) grupos carboxilo de fenilalanina, tirosina, triptofano Las carboxipeptidasas (exopeptidasas) eliminan restos carboxilos terminales.

13 CLASIFICACIÓN de AMINOÁCIDOSAlifáticos: glicina, alanina, valina, leucina, isoleucina. Hidroxiaminoácidos: serina y treonina. Dicarboxílicos y sus aminas: ácido aspártico y asparagina, ácido glutámico y glutamina. Básicos : lisina, arginina, histidina. Aromáticos: fenilalanina, tirosina, triptófano Azufrados: cisteína, metionina. Iminoácidos: prolina, hidroxiprolina.

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15 SISTEMAS DE TRANSPORTE DE LOS AMINOACIDOS1- Aminoácidos neutros pequeños: Alanina, serina Aa. neutros y aromáticos grandes: isoleucina, tirosina 2- Aminoácidos básicos: Arginina 3- Aminoácidos ácidos: Glutamato 4- Iminoácidos: Prolina Transporte Mediado Activo CELULAS (intestinales, renales, hepáticas, etc.) Difusión facilitada Los aminoácidos absorbidos son transportados como aminoácidos libres por la sangre principalmente hacia el hígado, que es el sitio primario del metabolismo de los aminoácidos y a otros órganos o tejidos para su utilización

16 Distribución de los aminoácidos en el período postprandialGlutamina y Asparagina: Intestino y riñón Aminoácidos de cadena ramificada: Músculo y cerebro La mayor parte de los aminoácidos: Hígado

17 Degradación de proteínas endógenasLas proteínas endógenas cuando han cumplido su ciclo vital o sufren alteraciones por compuestos tóxicos, como radicales libres, metales pesados, etc., se degradan. El Ciclo vital depende de la vida media de la proteína; por ejemplo existen proteínas de vida media corta (hormonas, antígenos, etc.) y otras de vida media larga (proteínas estructurales). Una vez degradadas, sus aminoácidos pasan a formar parte de la reserva de aminoácidos del organismo.

18 FONDO COMUN DE AMINOACIDOSDigestión de Proteínas exógenas Degradación de Proteínas endógenas Aminoácidos sintetizados en la célula

19 DEGRADACION DE PROTEINAS ENDOGENASProteasas lisosomales ó CATEPSINAS Proteasomas CALPAÍNAS CASPASAS Degradan proteínas extracelulares que ingresan por endocitosis. Degradan proteínas de vida media larga Complejos multienzimáticos. Degradan proteínas de vida media corta. Proteasas citosólicas activadas por Ca++ Proteasas que participar en el proceso de muerte celular programada ó apoptosis

20 DESTINO DE LOS AMINOÁCIDOS EN LA CELULABiosíntesis: Proteínas, Compuestos no proteicos, etc. Gluconeogénesis Obtención de Energía a Los aminoácidos deben degradarse 1º) Pérdida del Grupo Amino 2º) Degradación de la cadena carbonada

21 PERDIDA DEL GRUPO AMINOReacciones de Transaminación Reacciones de Desaminación Oxidativa Reacciones de Desaminación no Oxidativa Son reacciones metabólicas acopladas

22 Reacción de Transaminación: Esquema GeneralTransaminasas Fosfato de piridoxal (Vitamina B6) a L-Glutamato a- cetoácido a-cetoglutarato L- Aminoácido Glutamato Aminotransferasa En las reacciones de transaminación ocurre la transferencia de un grupo amino desde un a-aminoácido dador a un a-cetoácido aceptor. Las enzimas que catalizan estas reacciones se denominan AMINOTRANSFERASAS o TRANSAMINASAS. Estas enzimas son de naturaleza ubicua, están presentes tanto en el citosol como en las mitocondrias de las células de todos los seres vivos, animales y vegetales.

23 Las reacciones de transaminación son fácilmente reversibles y son muy importantes en el metabolismo proteico. Todos los aminoácidos (excepto lisina y treonina) participan en reacciones de transaminación con los α-cetoácidos: piruvato alanina oxalacetato aspartato α-cetoglutarato glutamato

24 TRANSAMINASAS DE INTERES CLINICOInfarto de Miocardio  Glutámico Oxalacetico Transaminasa (GOT) o Aspartato aminotransferasa (AST) Aumentada en afecciones cardíacas y hepáticas (principalmente hepatitis con necrosis) Afecciones Hepáticas  Glutámico Pirúvico Transaminasa (GPT) o Alanina aminotransferasa (ALT) Los mayores aumentos se producen como consecuencia de alteraciones hepáticas: colestasis, hepatitis tóxicas o virales. Relación Normal: GOT/GPT = 1  COCIENTE DE RITIS Hepatitis alcohólicas c/necrosis de tejido: GOT/GPT> 1

25 GPT (Glutámico Pirúvico Transaminasa) GOT (Glutámico Oxalacetico Transaminasa)

26 GPT Alanina Cetoglutarato Piruvato Glutamato GOT Aspartato Cetoglutarato Oxalacetato Glutamato

27 Desaminación OxidativaGlutamato Deshidrogenasa NADH NADP+ L-glutamato que contiene los grupos aminos provenientes de las reacciones anteriormente descriptas ingresa a la mitocondria a través de transportadores y puede eliminar el grupo amino proveniente del aminoácido inicial a través de una reacción de desaminación oxidativa, que se considera como la principal vía de salida del amoníaco. + GDH Glutamato + H2O + NAD(P) a-Cetoglutarato + NH4+ + NAD(P)H + 2 H+

28 REGULACION DE LA GLUTAMATO DESHIDROGENASARegulación alostérica ( + ) ADP Y GDP ( - ) ATP Y GTP Cuando se acumula ATP y GTP en la mitocondria, como consecuencia de una actividad elevada del ciclo de Krebs, se inhibe la desaminación del glutamato para no incorporar más a-cetoglutarato al ciclo. Por el contrario, cuando aumentan los niveles de ADP y GDP se activa la enzima y de esa forma se produce NADH que es utilizado para la síntesis de ATP e ingresa el α-cetoglutarato al Ciclo de Krebs. Es una enzima mitocondrial (hígado y riñón)

29 ELIMACION DEL GRUPO AMINOTRANSDESAMINACION Es el mecanismo general de desaminación de los aminoácidos, resultante del acoplamiento de las dos enzimas: transaminasa y glutámico deshidrogenasa TRANSAMINACION DESAMINACION OXIDATIVA Aminoácido a-cetoglutarato NADH + H+ NH4+ + GDH NAD+ a-cetoácido Glutamato ELIMACION DEL GRUPO AMINO

30 Los D-Aminoácidos utilizan enzimas cuya coenzima es el FADAMINOOXIDASAS Flavoproteínas que producen desaminación oxidativa de los isómeros D- de los aminoácidos Catalasa Los D-Aminoácidos utilizan enzimas cuya coenzima es el FAD Estas flavoproteínas se encuentran en los peroxisomas junto con las catalasas

31 REACCIONES DE DESAMINACION NO OXIDATIVASerina deshidratasa L-Serina Piruvato + NH4+ Treonina deshidratasa L-Treonina a- cetobutirato + NH4+ Fosfato de Piridoxal Fosfato de Piridoxal

32 EL AMONIACO Ó ION AMONIO ES TOXICOOrigen del amoníaco Reacciones de desaminación: oxidativa y no oxidativas Bacterias intestinales y posterior absorción. EL AMONIACO Ó ION AMONIO ES TOXICO DEBE SER ELIMINADO

33 TOXICIDAD DEL AMONIACOA NIVEL CEREBRAL [NH4+] : revierte la reacción de la glutamato deshidrogenasa [a-cetoglutarato] [ATP] Valores normales: 5-10 mM de NH3 en sangre

34 Transporte de los grupos aminos de los aminoácidosEl amoníaco producido permanentemente en los tejidos, es transportado hacia el hígado bajo la forma de un compuesto, no tóxico, la GLUTAMINA, que puede atravesar con facilidad las membranas celulares por ser una molécula neutra. La reacción es catalizada por una enzima mitocondrial, muy abundante en tejido renal, denominada GLUTAMINA SINTETASA la cual requiere energía en forma de ATP.

35 TRANSPORTE Y DESTINO DEL AMONÍACOLa mayoría de los tejidos Hígado Músculo Aminoácidos Glutamato Glutamato Glutaminasa Glutamato deshidrogenasa Glutamina sintetasa Glutamina Glutamina Piruvato Alanina Piruvato Alanina Ciclo de la Glucosa Alanina Glucosa Glucosa

36 REACCION DE LA GLUTAMINA SINTETASAATP ADP + Pi + NH4+ Glutamina sintetasa Glutamato Glutamina

37 REGULACION DE LA ACTIVIDAD DE LA ENZIMA GLUTAMINA SINTETASARegulación alostérica Regulación Covalente (+) a-cetoglutarato, ATP (-) Carbamilfosfato, Glutamina, Pi GS (+) Desadenilación (-) Adenilación ACTIVA GS AMP INACTIVA

38 REACCION DE LA GLUTAMINASA+ H2O + NH4+ Glutaminasa Glutamina Glutamato Enzima Mitocondrial Muy activa en hígado y riñón

39 ELIMINACION DEL AMONIACOAMONIOTELICOS: Especies acuáticas como peces óseos. URICOTELICOS: Aves y reptiles UREOTELICOS: Animales terrestres NH3 Acido úrico Urea En el hombre: Urea compuesto no tóxico y muy soluble. A nivel renal parte del amoníaco se excreta como ión amonio siendo muy importante este mecanismo para el mantenimiento del equilibrio ácido-base.

40 Además del amoníaco formado en los tejidos, una cantidad considerable es producida por las bacterias intestinales a partir de las proteínas de la dieta . Este amoníaco se absorbe y pasa a la sangre portal. Normalmente el hígado elimina el amoníaco de la sangre portal, de tal manera que la sangre periférica está exenta del mismo. Esto es esencial ya que cantidades muy pequeñas de amoníaco son tóxicas para el SNC, produciendo temblor, visión borrosa y en los casos mas graves, coma y muerte. Por un mecanismo cíclico, el AMONÍACO resultante de la desaminación oxidativa del glutamato (proceso que ocurre en casi todos los tejidos), se convierte en el hígado en UREA que luego por vía sanguínea llega a los riñones y se excreta por orina.

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43 El grupo amino proveniente de la desaminación oxidativa del glutamato en la mitocondria, y el CO3H- de las oxidaciones biológicas, forman un compuesto inestable, el Carbamil fosfato Translocasas El carbamilfosfato es utilizado en la síntesis de las bases pirimidínicas que intervienen en la formación de los nucleótidos pirimidínicos

44 REGULACION DEL CICLO DE LA UREACarbamil fosfato sintetasa I (+) N-Acetil glutamato Regulación a corto plazo Biosíntesis de las enzimas del ciclo (+) Aumento proteínas de la dieta Aumento degradación proteínas endógenas (Inanición ) Regulación a largo plazo

45 GASTO ENERGETICO DEL CICLO DE LA UREAFormación de Carbamil fosfato: 2 ATP Ingreso de Aspartato: 1 ATP AMP + PPi Pi EN TOTAL: 3 ATP

46 PROPIEDADES DE LA UREA Molécula pequeña, sin carga. Difusible SolubleAtóxica El 50% de su peso es nitrógeno. Permite la eliminación de 2 productos de desecho: CO2 y NH3 Valores Normales: gr de urea diarios

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48 Existen defectos genéticos en diferentes enzimas del ciclo de la Urea que lleva a una incapacidad para convertir amoníaco en urea Los pacientes que tienen esta patología no pueden tolerar dietas ricas en proteínas. En estos casos para suplementar los aminoácidos esenciales se incluyen en la dieta los a-cetoácidos análogos que constituye la parte esencial de estos aminoácidos.