Metabolismo de Proteínas y aminoácidos

Metabolismo

Toda Macromolécula que

entra a un organismo

Es

Degradada

a sus

unidades estructurales

Proteínas

Son fuente de aminoácidos

Son fuente de Nitrógeno

Son fuente de esqueletos carbonados

Son fuente “energética”

Digestión / AbsorciónRecambio Metabólico

Rol de los AminoácidosCiclo de la Urea

Digestión y Absorción de ProteínasDigestión y Absorción de ProteínasGeneralidadesGeneralidades

Fuente de proteínas para digestión y absorción:Fuente de proteínas para digestión y absorción:- 70-100 g/día de dieta- 70-100 g/día de dieta- 20-30 g/día de secreción endógena- 20-30 g/día de secreción endógena- 20-30 g/día de descamación intestinal- 20-30 g/día de descamación intestinal

La proteína de la dieta es la única fuente de:La proteína de la dieta es la única fuente de:- aminoácidos esenciales - aminoácidos esenciales - mantención del balance nitrogenado - mantención del balance nitrogenado

La digestión es muy eficiente La digestión es muy eficiente - se produce a nivel de intestino delgado- se produce a nivel de intestino delgado

Múltiples sistemas de hidrólisis enzimática Múltiples sistemas de hidrólisis enzimática

Múltiples sistemas de transporte aminoacídico intestinalMúltiples sistemas de transporte aminoacídico intestinal

Calidad y Digestibilidad de las ProteínasCalidad y Digestibilidad de las Proteínas

Valor biológicoValor biológicoDeterminado por requerimiento en crecimiento Determinado por requerimiento en crecimiento Se correlaciona con % de aminoácidos esencialesSe correlaciona con % de aminoácidos esenciales

Digestibilidad proteica depende deDigestibilidad proteica depende de::

- fuente proteica- fuente proteica animal >> vegetalanimal >> vegetal- contenido de prolina- contenido de prolina >% de prolina (glúten, caseína) >% de prolina (glúten, caseína)

disminuye digestibilidaddisminuye digestibilidad- fosfoproteínas- fosfoproteínas son más resistentes a son más resistentes a proteasas proteasas

pancréaticaspancréaticas (caseína) (caseína) - manejo pre-ingesta- manejo pre-ingesta cocción aumenta digestibilidad, cocción aumenta digestibilidad,

(o disminuye por formación de (o disminuye por formación de aductos intra/intermoleculares)aductos intra/intermoleculares)

ProteínasProteínas

OligopéptidosOligopéptidos

Proteasas y peptidasasProteasas y peptidasasgástricas y pancreáticasgástricas y pancreáticas

PéptidosPéptidosAminoácidosAminoácidos

PeptidasasPeptidasasde membranade membrana

PéptidosPéptidosAminoácidosAminoácidosPeptidasasPeptidasascitosólicascitosólicas

LUMENLUMENINTESTINALINTESTINAL

ENTEROCITOENTEROCITO

SANGRE SANGRE PORTALPORTAL Péptidos (10%)Péptidos (10%)Aminoácidos (90%)Aminoácidos (90%)

Digestión y Absorción de ProteínasDigestión y Absorción de ProteínasEsquema GeneralEsquema General

Activación de Proteasas PancreáticasActivación de Proteasas Pancreáticas

Son secretadas en forma inactiva y se activan por Son secretadas en forma inactiva y se activan por cascada proteolítica iniciada por enteroquinasacascada proteolítica iniciada por enteroquinasa

TripsinógenoTripsinógenoEnteroquinasaEnteroquinasa

TripsinaTripsinaENDOPEPTIDASASENDOPEPTIDASASTripsinógenoTripsinógeno TripsinaTripsinaQuimotripsinógenoQuimotripsinógeno QuimotripsinaQuimotripsinaProelastasaProelastasa ElastasaElastasa

ECTOPEPTIDASASECTOPEPTIDASASProcarboxipeptidasa AProcarboxipeptidasa A Carboxipeptidasa ACarboxipeptidasa AProcarboxipeptidasa B Procarboxipeptidasa B Carboxipeptidasa BCarboxipeptidasa B

Digestión Intraluminal de ProteínasDigestión Intraluminal de Proteínaspor Acción de Proteasas Pancreáticaspor Acción de Proteasas Pancreáticas

COOHCOOH

NHNH22

Arg

Phe

Leu

TripsinaTripsina

ElastasaElastasa

QuimotripsinaQuimotripsina

NHNH22

Arg

COOHCOOH

Phe

NHNH22

COOHCOOH

Leu

NHNH22

COOHCOOH

Arg COOHCOOHNHNH22

NHNH22

COOHCOOH

Leu COOHCOOHNHNH22

Phe COOHCOOHNHNH22

NHNH22

COOHCOOH

OligopéptidosOligopéptidos

AA BásicosAA Básicos

AA NeutrosAA Neutros

Carboxi-Carboxi-Peptidasa BPeptidasa B

Carboxi-Carboxi-Peptidasa APeptidasa A

Enzima Especificidad Extremo

de aminoácido libre aaEndopeptidasasTripsina Arginina COO-

Lisina

Quimotripsina FenilalaninaTriptofano COO-

Tiroxina

Pepsina FenilalaninaTriptofano COO- Tiroxina y Leucina NH3

Enzima Especificidad de aminoácido

Exopeptidasas

Aminopeptidasa Ext. amino terminal

Carboxipeptidasa A Ext carboxilo terminal s/esp. residuo

 Carboxipeptidasa B Ext carboxilo leucina,

arginina

 

Recambio MetabólicoConsiste en el continuo desdoblamiento de

proteínasExperimento de Schoenheimer

Consistió en proporcionar una dieta de aminoácidos marcados con 15 N a ratas de laboratorio, en las que se analizó en el tiempo la incorporación de 15 N en las proteínas tisulares. Luego, una vez que el contenido de 15 N se mantenía constante en los tejidos, a las ratas les cambio la dieta a aminoácidos con nitrógeno normal, observando el decaimiento de nitrogeno marcado en los tejidos

Recambio MetabólicoEn un individuo adulto sano la velocidad de

síntesis de proteínas es igual a la velocidad de degradación.

No todos los tejidos tienen la misma velocidad de recambio.

La velocidad de recambio en la especie humana es de 1.2 g de proteínas /Kg peso día.

ProteasasCatepsinas. Son proteasas intracelulares que presentan actividad endopeptidasa, localizadas principalmente en los lisosomas.

Proteosomas

Balance Nitrogenado. Concepto aplicado en la especie humana para referirse a la cantidad de nitrógeno que se ingiere y a la cantidad de nitrógeno que se excreta.

Un hombre adulto y sano presenta un balance nitrogenado en equilibrio

(entrada de N2 = salida de N2).

Un balance nitrogenado positivose produce en estados de desarrollo o fisiológicos:

infanciaembarazo periodo de lactancia.

Un balance nitrogenado negativo se produce en estados de:

inanicióndieta deficitaria en aminoácidos

esencialesya que la célula debe aumentar la tasa de degradación de las proteínas ya existentes para disponer de los aminoácidos esenciales que se requieren para construir las nuevas proteínas.

Aminoácido Esencial. Un aminoácido es esencial para un organismo, cuando éste no puede sintetizarlo o la velocidad de síntesis es muy baja para los requerimientos de la célula. La especie humana y otros animales superiores presentan la incapacidad de sintetizar el esqueleto carbonado (residuo de aminoácido), de un determinado número de aminoácidos, por lo que éstos pasan a ser esenciales.

En la especie humana, (y también en las ratas albinas), los aminoácidos esenciales son diez: leucina histidina lisinafenilalanina metionina argininaisoleucina treonina triptofano

valina

los que deben ser ingeridos en la dieta alimenticia.

Las moléculas que aportan el esqueleto carbonado de los aminoácidos son metabolitos de las vías metabólicas de:

Ciclo de KrebsGlicolisisDe las pentosas fosfato.

Familia de la histidina

Familia delglutamato 

Familia delaspartato

Familia delpiruvato

Familia delaromática

Familia de la serina

Histidina GlutamatoGlutaminaProlinaArgininaLisina (hongos)

AspartatoAsparaginaMetioninaTreoninaIsoleucina Lisina (bacterias y plantas superiores) 

AlaninaLeucinaValina

FenilalaninaTirosinaTriptofano

SerinaGlicinaCisteína

Ribosa-5fosfato -cetoglutarato Oxalacetato Piruvato PEP+Eritrosa-4-fosfato

3-fosfo-D-glicerato

Los productos de degradación de los aminoácidos pueden ser utilizados para formar ácidos grasos y glucosa

Aminoácido Cetogénico. Se denomina aminoácido cetogénico a todo aminoácido, cuyos productos de degradación son acetil-CoA o ácido acetoacético, generándose en última instancia los cuerpos cetónicos.

Leucina y lisina son cetogénicos Fenilalanina, tirosina y triptofano son

cetogénicos y glucogénico.

Aminoácido Glucogénico. Se denomina aminoácido glucogénico a todo aminoácido, cuyos productos de degradación son moléculas precursoras de glucosa y/o glicógeno. Todos los aminoácidos proteicos son glucogénicos, con excepción de leucina y lisina.

Rol de los Aminoácidos

a) En la síntesis de peptidos y proteínas

b) Como fuente de átomos de nitrógeno para la síntesis de otros aminoácidos (vía transaminación)

c) En la síntesis de otros compuestos nitrogenados y no nitrogenados.

d) En la formación de glucosa y/o ácidos grasos

e) Síntesis de ATP

Productos terminales del metabolismo de aminoácidos Aminoácidos Producto

terminalAlanina, cisteina, glicina, serina y treonina Acido

piruvico

Leucina Acetil CoA

Fenilalanina, leucina, lisina, tirosina y triptofano Acido

acetoacetico

Acido glutamico, Arginina, glutamina, histidina y prolina Acido -

cetoglutarico

Isoleucina, metionina y valina Succinil CoA

Fenilalanina y tirosina Fumarato

Acido aspartico y asparagina Acido oxalacetico

Reacciones de los aminoácidos

Transaminación. Es una reacción de transferencia reversible de grupos aminos, que se produce entre dos aminoácidos y sus respectivos cetoácidos.Las enzimas transaminasas tienen gran importancia en el metabolismo de aminoácidos.Participan en la primera etapa del catabolismo de aminoácidos cuando estos se encuentran en exceso.

La enzimaGlutamico amino transferasa es específica para ácido glutámico y ácido -cetoglutárico

Alanina amino transferasa es específica para alanina y ácido piruvico

TransaminasasSe denominan aminotransferasas, requieren para su actividad catalitica la coenzima piridoxal 5´-fosfato (PLP), la que se une a la apoenzima por condensación de su grupo -carboxilo con el grupo -amino de un residuo de lisina de la proteína.

Desaminación.La desaminación de aminoácidos consiste en la remoción del grupo -amino de un aminoácido.

Es una reacción de carácter catabólica, que puede ser de tipo oxidativa o no oxidativa, si la reacción de desaminación va o no acompañada de una oxido-reducción.

Glutamato deshidrogenasa 

L-glutámico + NAD+ + H2O

-cetoglutarato + NADH + H+ + NH3

  

Decarboxilación de aminoácidos.

Las enzimas descarboxilasas de aminoácidos se encuentran ampliamente distribuídas en la naturaleza y requieren de piridoxal fosfato (PLP) como cofactor. Muchas de las aminas producto de la decarboxilación de los aminoácidos tienen importantes roles fisiológicos.

Enzima: glutamico decarboxilasa Reacción:L-glutamato -aminobutírico

Producto:-aminobutirico: neurotransmisor

Enzima: histidina decarboxilasaReacción:histidina histamina

Producto:histamina: vasodilatador

Enzima:3,4-dihidroxifenilalanina decarboxilasaReacción:3,4-dihidroxifenilalanina dopaminaProducto:dopamina: intermediario de la epinefrina

Enzima:5-hidroxitriptofano decarboxilasaReacción:5-hidroxitriptofano serotonina Producto:serotonina: neurohumoral

Metabolismo de aminoácido Los aminoácidos participana) en la síntesis de peptidos y proteínas, b) como fuente de átomos de nitrógeno (vía

transaminación) para la síntesis de otros aminoácidos, y

c) en la síntesis de otros compuestos nitrogenados y no nitrogenados.

Todo aminoácido cuya concentración exceda los requerimientos para estas tres actividades será degradado por desaminación (o bién vía descarboxilación).

El esqueleto carbonado será metabolizado.

El NH3 liberado será eliminado.

Excreción de nitrógeno.La eliminación o excreción nitrógeno proteico se realiza vía desaminación de aminoácidos, cuyo producto es el amoniaco.

El amoniaco es un compuesto altamente tóxico para algunas especies.

Organismo amoniotélico

Se refiere a organismos que excretan el nitrógeno en forma de amonio, el que se forma producto de la desaminación oxidativa de amioácidos.

Glutamina sintetasa

L-glutamico + NH3 + ATP Mg2+

L-glutamina + ADP + H3PO4

Organismo ureotélicoSe refiere a organismos que excretan el nitrógeno en forma de urea, molécula que se sintetiza a través del ciclo de la urea. Los animales, los anfibios y los peces marinos cartilaginosos eliminan el nitrógeno proteico como urea.

Organismo uricotélico Se refiere a organismos que excretan el nitrógeno en forma de ácido úrico, en cuya síntesis están involucrados los procesos biosintéticos y degradativos de purinas. Las aves, los insectos y los reptiles terrestres eliminan el nitrógeno proteico como ácido úrico.

Ciclo de la urea.En 1932, Krebs y Henseleit propusieron que la formación de urea, en cortes de hígado, se realizaba través de un proceso cíclico al que se denomino ciclo de la urea.

2 NH3 + CO2 + 3 ATP + 3 H2O

urea + 2 ADP + AMP + 4 PPi

La molécula de urea ( H2N-CO-NH2 ) contiene dos átomos de nitrogeno, los que provienen de dos moléculas de ácido glutamico que ceden sus grupos aminos.

Al interior de la mitocondria se produce la desaminación de una molécula de ácido glutamico, reacción catalizada por la enzima glutamico deshidrogenasa

el amonio generado se combina con bicarbonato para formar carbamil fosfato (carbamil fosfato sintetasa)

El carbamil fosfato transfiere su grupo carbamilo a la ornitina produciendo citrulina (ornitina carbamil transferasa).

La citrulina formada en la mitocondria sale al citoplasma

La citrulina en el citosol reacciona con una molécula de aspartato (formado por la reacción de transaminación entre la segunda molécula de glutamico y oxalacetato) generando la molécula de arginosuccinato (arginosuccinato sintetasa).

La siguiente reacción consiste en el rompimiento de la molécula arginosuccinato en arginina y fumarato (enzima que rompe arginosuccinato).

La arginina es hidrolizada por la enzima arginasa produciendo urea y ornitina, que entra a la mitocondria para comenzar un nuevo ciclo

Toxicidad de amoniaco.

A nivel de las células nerviosas

NH3 + -cetoglutarico + NADH + H+

glutamato + NAD+ + H2O

Esta reacción implica carencia de -cetoglutarato e inhibición de la respiración

a) disminución de la concentración del -cetoglutarato

b) al -cetoglutarato, disminuye la actividad del ciclo de Krebs

c) disminuye la concentración de NADH disponible

d) no se dispondrá de oxigeno.