Oxidación de Amino Ácidos

Carlos I. González, Ph.D. Catedrático Asociado

Departamento de Biología Universidad de Puerto Rico – Río Piedras

Oxidación de Amino Ácidos

Los amino ácidos también son oxidados a través del Ciclo de Krebs. Como en las grasas y carbohidratos, proceso de oxidación de a.a. - convergencia de catabolismo, Ciclo de Krebs, fosforilación oxidativa, etc. Son utilizados como última fuente de energía. Grasas y Carbohidratos > Proteínas Utilización de amino ácidos como fuente de energía también depende de organismo.

Animales carnívoros utilizan amino ácidos como fuente de energía después de ingerir dieta rica en proteínas. Hervívoros y plantas casi nunca utilizan amino ácidos como fuente de energía.

Tres condiciones en la cuales los organismos oxidan amino ácidos como

fuente de energía:

Proceso normal de degradación y síntesis de proteínas.

Al ingerir una dieta rica en proteínas y el nivel de amino ácidos excede lo necesario para la síntesis de proteínas. (no se pueden almacenar).

En ayuno o diabetes, cuando los carbohidratos no están disponibles o su degradación es anormal.

through the digestive tract FIGURE 18–3 Part of the human digestive

(gastrointestinal) tract. (a) The parietal cells

and chief cells of the gastric glands secrete their

products in response to the hormone gastrin.

Pepsin begins the process of protein degradation

in the stomach. (b) The cytoplasm of exocrine

cells is completely filled with rough endoplasmic

reticulum, the site of synthesis of the zymogens

of many digestive enzymes. The zymogens are

concentrated in membrane-enclosed transport

particles called zymogen granules. When an

exocrine cell is stimulated, its plasma membrane

fuses with the zymogen granule membrane and

zymogens are released into the lumen of the

collecting duct by exocytosis. The collecting

ducts lead to the pancreatic duct and thence to

the small intestine. (c) Amino acids are absorbed

through the epithelial cell layer (intestinal

mucosa) of the villi and enter the capillaries.

Primer Paso en Degradación de Amino Ácidos: Catabolismo de grupo amino

Amino Ácidos que ingerimos son la fuente principal de grupos aminos en el cuerpo. La mayoría de los a.a. son metabolizados en el hígado. El catión de amonio (NH4

+) que se genera en este proceso se utiliza en diferentes procesos anabólicos. El catión de amonio (NH4

+) sobrante se excreta directamente como catión de amonio (NH4

+) , como urea o como ácido úrico.

El catión de amonio (NH4+) que se genera en

otros tejidos es transportado al hígado y de ahí se excreta. Glutamato - citoplasma de hepatocitos, los grupos aminos de la mayoría de los a.a. son transferidos α-cetoglutarato y se forma glutamato. Glutamato es transportado al mitocondrio donde grupo amino es removido en forma de catión de amonio (NH4

+).

Transaminasas o Aminotransferasas

Remueven grupo amino de a.a. y transfieren a α-cetoglutarato. No deaminación, transaminación. Glutamato dona grupo amino a rxns anabólicas o es excretado como catión de amonio (NH4

+) .

Diferentes aminotransferasas, especificidad por aa. Fosfato de Piridoxal (Vit B6) – grupo prostético. Intermediario como aceptador de grupo amino en “active site” de la enzima. Rxns reversibles, Ping Pong.

Transaminasas o Aminotransferasas

Fosfato de Piridoxal (Vit B6)

Glutamato Libera Ion Amonio en el Hígado

Recoge grupos amino de otros aa en el hígado,es transportado del citoplasma al mitocondrio, en la matriz ocurre deaminación oxidativa. Dehidrogenasa de glutamato – NAD o NADP α–cetoglutarato - Ciclo de Krebs o gluconeogénesis Ión Amonio – Ciclo de Urea Regulación alostérica – ADP, activa ; GTP inhibe Imp en metabolismo de C y N.

Glutamina Transporta Amoniaco en la Sangre

Amoniaco – tóxico, cuando se produce en otros tejidos es convertido a compuesto no tóxico y transportado al hígado o riñones y de ahí es expulsado del org. Glutamina – transportador oficial de amoniaco.

Glutamina - transportador de amoniaco En los tejidos como el cerebro, el amoniaco generado se combina con glutamato y se convierte en glutamina. Esta rxn es catalizada por la sintetasa de glutamina. Requiere ATP y ocurre en 2 pasos sucesivos (creación de intermediario). Se aumenta el ΔG del reactante, se forma ADP y γ -glutamilfosfato. Glutamina también sirve como donador de grupos amino en rxns anabólicas.

Exceso de glutamina va al hígado y riñones y amoniaco es liberado en mitocondrio del hígado o riñón. Rxn catalizada por glutaminasa. Glutamina → glutamato + ion de amonio

Amonio - Ciclo de Urea Glutamato - convertido α-cetoglutarato (Ciclo de Krebs o gluconeogénesis)

Glutamina - En otros tejidos, amoniaco es convertido a grupo NH2 de glutamina. Ésta pasa al hígado y de ahí al mitocondrio. Alanina - En músculo los grupos aminos se transfieren a piruvato y se forma alanina. Alanina se transporta hasta el hígado. Rnxs. de aminotransferasas - Ping Pong a.a. entra al sitio activo, dona su grupo amino a fosfato de piridoxal, sale como ceto ácido. El ceto ácido entra, acepta el grupo amino del fosfato de piridoxal y sale como amino ácido.

Ala transporta NH4+ del Músculo → Hígado

En el músculo se forma glutamato que se convierte en: 1) glutamina 2) transfiere grupo amino a piruvato y se convierte en alanina. Rxn catalizada por aminotransferasa de alanina. Piruvato abundante en músculo activo, producto de glucólisis.

Alanina es transportada en la sangre →

hígado. Hígado - grupo amino transferido α-

cetoglutarato formando glutamato y piruvato. Piruvato - gluconeogénesis para producir glucosa que es transportada nuevamente al músculo.

Ciclo de Glucosa - Alanina

Adaptación del músculo para transporte de NH4

+ al hígado. Músculo activo – produce mucho piruvato y ácido láctico (glucólisis). Éstos son llevados al hígado, se produce glucosa a partir de piruvato y es regresada al músculo. El NH4

+ pasa al Ciclo de Urea. Gluconeogénesis – en el hígado y ATP disponible en músculo se utiliza para contracción.

Amoniaco es muy tóxico a los tejidos Por qué? No se sabe. Toxicidad en el cerebro - tal vez utiliza ATP disponible en cerebro para funciones cerebrales. Glutamato → glutamina para remover exceso

de amoniaco requiere ATP. Remoción de glutamato puede tener efectos adversos por su capacidad de neurotransmisor y precursor de GABA - otro neurotransmisor.

El amoniaco que se genera en estos procesos se utiliza en diferentes procesos anabólicos. El amoniaco sobrante se excreta directamente como amoniaco, como urea o como ácido úrico.

Primer Paso en Degradación de Amino Ácidos: Catabolismo de grupo amino

El amoniaco producido en mitocondrio de hepatocitos es convertido a urea, ésta pasa a la sangre, de ahí al riñón y es expulsada en la orina.

Ciclo de Urea

Ciclo de Urea

El amoniaco se une al CO2 (en forma de bicarbonato) proveniente de respiración y forma fosfato de carbamilo en el mitocondrio. Enzima – Sintetasa de Fosfato de Carbamilo I, requiere 2 ATP (2 enzimas: 1 mitocondrial y 1 en citoplasma). Fosfato de Carbamilo entra al Ciclo de Urea

Ciclo de Urea Cinco pasos en conversión de amoniaco a

urea. Dos pasos ocurren en el mitocondrio (formación de fosfato de carbamilo y citrulina) y tres en el citoplasma del hepatocito.

Cuatro pasos enzimáticos en el Ciclo: 1) Fosfato de Carbamilo - dona grupo

carbamilo a ornitina y forma citrulina y libera Pi. (Ornitina análogo a oxaloacetato en Ciclo de Krebs - comienza ciclo y recibe una molécula en cada ciclo)

1) Fosfato de Carbamilo - dona grupo carbamilo a ornitina y forma citrulina y libera Pi. (Ornitina análogo a oxaloacetato en Ciclo de Krebs - comienza ciclo y recibe una molécula en cada ciclo)

Ciclo de Urea

Rxn. catalizada por transcarbamilasa. Citrulina puede pasar del mitocondrio al citoplasma. 2) Condensación entre grupo amino de aspartato y grupo carbonilo de citrulina. Se forma argininosuccinato en el citoplasma. Requiere ATP (equivalente a 2ATP, porque rompe 2 enlaces AMP + PPi → 2Pi).

2) Condensación entre grupo amino de aspartato y grupo carbonilo de citrulina.

Ciclo de Urea

transaminación en el mitocondrio.

Malato/Aspartato shuttle.

3) Rompimiento de Argininosuccinato en arginina y fumarato. Enzima- liasa de arginosuccinato Fumarato entra al mitocondrio - Ciclo de Krebs

Ciclo de Urea

4) En el citoplasma arginasa rompe arginina en ornitina y urea. Ornitina entra al mitocondrio y se comienza otro ciclo.

Ciclo de Urea

“Substrate channeling” en Ciclo de Urea. Complejos multienzimáticos en

es liberada en el citosol. Conección entre Ciclo de Krebs y Ciclo de Urea

Aspartate –arginosuccinate shunt links urea cycle and citric acid cycle

Regulación del Ciclo de Urea: a) Velocidad de síntesis de 5 enzimas - aumenta cuando ingerimos alimentos ricos en proteínas y en ayuno, cuando se degradan proteínas del músculo. La producción de urea aumenta en estas condiciones vs. dieta rica en CHO y grasas. b) Regulación alostérica - Primera enzima (sintetasa de fosfato carbamilo I)

Costo energético del Ciclo de Urea: 2ATP en formación de fosfato de carbamilo 2ATP en formación de argininosuccinato Conversión de oxaloacetato a fumarato (vía aspartato) y la regeneración de oxaloacetato produce NADH (2.5 ATP), así que se reduce el costo energético.

Rutas Metabólicas de los Amino Ácidos

No tan activas como glucólisis o β-oxidación. Degradación de 20 aa converge en 5 intermediarios del Ciclo de Krebs. De aquí pasan a gluconeogénesis, formación de cuerpos cetónicos o CO2 y H2O.

10 a.a. –> Acetil CoA 5 a.a. –> α-cetoglutarato 4 a.a. –> Succinil CoA 2 a.a. –> fumarato 2 a.a. –> oxaloacetato Los que aparecen en múltiples rutas indica degradación de diferentes carbonos del a.a.

Rxns comunes en degradación de a.a.: Transferencias de carbono Tres cofactores: biotina, tetrahidrofolato, S-adenosilmetionina (SAM). Biotina - transferencia de carbono en su estado más oxidado (CO2) Tetrahidrofolato (THF)- transferencia de carbono en su estado intermedio de oxidación SAM - transferencia de carbono en su estado más reducido - grupo metilo

10 Amino Ácidos son Oxidados a Acetil CoA

Acetil CoA – Ciclo de Krebs o síntesis de grasas 5 de 10 aa degradados a piruvato – gluconeogénesis. Trp, Lys, Phe, Tyr, Leu, Ile – degradados a AcCoA o Acetoacetil CoA

5 Amino Ácidos son Degradados a α-cetoglutarato

4 Amino Ácidos son Degradados a Succinil CoA

Propionil CoA – intermediario en esta ruta y se convierte a succinil CoA como vimos anteriormente en oxidación de grasas.

2 Amino Ácidos son Degradados a Oxaloacetato

Asparaginasa cataliza hidrólisis de asparagina a aspartato, transaminación con α-cetoglutarato lo convierte en glutamato y oxaloacetato.

Amino Ácidos Glucogénicos y Cetogénicos

aa degradados a AcCoA o AcetoacetilCoA producen cuerpos cetónicos (Acetoacetil CoA→

acetoacetato, β-hidroxibutarato).

aa degradados a piruvato, α-cetoglutarato, Succinil CoA, fumarato, oxaloacetato pueden ser convertidos en glucosa y glucógeno. Algunos son cetogénicos y glucogénicos.