Tema 28. Degradación de proteínas y aminoácidos.

Digestión de las proteínas de la dieta.Visión general del catabolismo de aminoácidos.Proteolisis intracelular de proteínasTransporte del grupo amino de los aminoácidos.

Transaminación.Desaminación oxidativa.Transporte de glutamina y alanina.

Eliminación del ión amonio. Ciclo de la urea.Reacciones y regulación del ciclo.Toxicidad del grupo amonio.

Digestión de las proteínas de la dieta

Enzima Proenzima Activador Aminoácido

Carboxil peptidasas

Pepsina A Pepsinogeno A AutoactivaciónPepsina

Tyr, Phe, Leu

Serin Proteasas

Tripsina Tripsinogeno EnteropeptidasaTripsina

Arg, Lys

Quimotripsina Quimotripsinogeno Tripsina Tyr, Trp, Phe, Met, Leu

Elastasa Proelastasa Tripsina Ala, Gly, Ser

Zinc peptidasas

Carboxipeptidasa A Procarboxipeptidasa A Tripsina Val, Leu, Ile, ALa

Carboxipeptidasa B Procarboxipeptidasa B Tripsina Arg, Lys

Estómago:Pepsinogenos ------- Pepsinas (activas a pH 2)Proteinas ------ Peptididos + amino acidos

Célula EndocrinaIntestinal

Célula Pancreatica Célula Epitelial Intestinal

Enteropeptidasa

Tripsinogeno Tripsina

QuimotripsinogenoProelastasaProcarboxipeptidasa

QuimotripsinaElastasaCarboxipeptidasa

CCK y SecretinaCCK

Visión general del catabolismo de aminoácidos en mamíferos

Aminoácidos

Esqueletos carbonados

α-KetoácidosCarbamoil fosfato

Biosíntesis de aminoácidos, nucleótidos y aminas biológicas

Ciclo de la urea

Urea (producto de excreción del

nitrógeno)

Oxalacetato

Glucosa(sintetizada en gluconeogénesis)

Desviación del ciclo del

ácido cítrico

Ciclo del ácido cítrico

Proteína

AminoácidosAminoácidos

Degradación del esqueleto carbonado y Excreción del Amonio

100g/díaIngesta

DegradaciónProteínas Síntesis

Proteínas400g/día 400g/día

100g/día

Transaminación

Degradación de Proteínas

1-Lisosomal2-Ubiquitina-Proteosoma

1-Lisosomal:-Proteasas ácidas llamadas Catepsinas.

-Más de 50 enzimas hidrolíticas distintas.

-pH óptimo aproximadamente 5

-Implicadas en la “digestión” del contenido transportado en vesículas endocíticas

-Vía selectiva. Ayuno. Degradación de determinadas proteínas (secuencia KFERQ)Presentes en hígado, riñón, músculo. Músculo, debido a la inactividad, denervación, degradación de proteínas vía lisosoma

Degradación de Proteínas IntracelularSistema ubiquitina-proteosoma

Degradación de Proteínas IntracelularSistema ubiquitina-proteosoma

UbiquitinaUbiquitina

Proteína pequeña de 8.5 kDa (76 aminoácidos).

Presente en todas las células eucarióticas.

Proteína altamente conservada (3 aa diferentes entre levaduras y mamíferos).

Generalmente sirve como señal para la degradación de proteínas.

Regular la función, la localización y las interacciones proteínas-proteínas.

ubiquitin PDB 1TBE

Ubiquitinación de proteínasUbiquitinación de proteínas

Implicadas tres tipos de enzimas

E1Enzima activadora de ubiquitina. Dependiente de ATP

Activa el grupo carboxilo del residuo C-terminal (Gly 76). Formándose un enlace tioester entre la Gly 76 y

un resto de Cys de la enzima

S

E1

NH2

Sistema ubiquitina-proteosomaSistema ubiquitina-proteosoma

Ubiquitinación de proteínasUbiquitinación de proteínas

E2 Enzima conjugadora de ubiquitina: Transporte de Ub. Activa(?)

Implicadas tres tipos de enzimas

Acepta la ubiquitina unida a la enzima E1. Formándose un enlace tioester entre la Gly 76 y

un resto de Cys de la enzima

S

E2

NH2

Sistema ubiquitina-proteosomaSistema ubiquitina-proteosoma

Ubiquitinación de proteínasUbiquitinación de proteínas

E3Enzima ligadora de ubiquitina; Reconoce a la proteína sustrato.

Implicadas tres tipos de enzimas

Transfiere la ubiquitina desde la enzima E2 al grupo NH3 (amino epsilon) de una Lys de la proteína

H3N+ C COO−

CH2

CH2

CH2

CH2

NH3

H

+

lysine

Sistema ubiquitina-proteosomaSistema ubiquitina-proteosoma

Ubiquitina-Gly-C-NH-Lys-Proteína

=O

Enlace Isopeptídico

E1

U

ATP

ADP + PiE3

E1

U

Activación

E2

U

Conjugación

U

Ligación

Ubiquitinación de proteínasUbiquitinación de proteínas

Sistema ubiquitina-proteosomaSistema ubiquitina-proteosoma

U

Mono-ubiquitinación

U

DUB

U

U

U

U

Poli-ubiquitinaciónEnlaces Lys-Gly (isopeptídico)Mediada por E3

Sistema ubiquitina-proteosomaSistema ubiquitina-proteosoma

GlyLys

DegradaciónProteosoma

Ubiquitinación de proteínasUbiquitinación de proteínas

Mono-ubiquitinación Poli-ubiquitinación

Internalización de receptores

Activación transcripcional

Endocitosis

Lys-29Lys-48

DegradaciónProteoasoma 26S

Sistema ubiquitina-proteosomaSistema ubiquitina-proteosoma

Proteosoma

Es un complejo multiprotéico con actividad proteasalocalizado en el núcleo y en el citoplasma celular de las

células eucarióticas.

Va a degradar aproximadamente el 90% de las proteínas celulares.

Principalmente proteínas sintetizadas en el interior de la célula

Aspectos generales de la degradación celular de proteínasAspectos generales de la degradación celular de proteínas

Parte central(Core Particle)

Coeficiente de sedimentación de 20S

Formado por 4 anillos (2α y 2 β) de 7 proteínas

28 proteínas: 18 a 35 kDa 670 a 700 kDa

Aspectos generales de la degradación celular de proteínasAspectos generales de la degradación celular de proteínas

αα

αα

ββ

ββ

Actividad proteasa

β1 con actividad quimiotripsina con preferencia por restos Tyr o Phe.

β2 con actividad tripsina con preferencia por restos Arg o Lys.

β5 con actividad “post-glutámico” con preferencia por restos Glu u otros residuos ácidos.

Aspectos generales de la degradación celular de proteínasAspectos generales de la degradación celular de proteínas

La partícula reguladora 19S (700 kDa) está formada por varias subunidades

Subunidades con actividad ATPasa

Subunidades con actividad de unión de ubiquitina

La degradación por el proteasoma 26S consume energía

Aspectos generales de la degradación celular de proteínasAspectos generales de la degradación celular de proteínas

Deasminación y Transporte del grupo amino de los aminoácidos.

Procesos implicados

Transaminación.

Desaminación oxidativa.

Sintesis y Transporte de glutamina y alanina.

Transaminación Degradación de la mayoría de los Aminoácidos1 etapa: Transaminación

α-Cetoglutarato + Aspartato ↔ Glutamato + Oxalacetato

α-Cetoglutarato + Alanina ↔ Glutamato + Piruvato

Transaminación

Piridoxalfosfato

Aminoácido R1

Base Schift R1

Carbanion R1Intermediario quinoide

α-cetoácido R1α-cetoácido R2

aminoácido R2

Piridoxaminafosfato

Piridoxal fosfato

Determinación de lesiones Hepáticas y cardíacas:

- ALT/GPT

- AST/GOT

Reacción global:

Aminoácido1 + α-cetoácido2α-cetoácido1 + aminoácido2

Paso 1:

Aminoácido1 + PLP α-cetoácido1+ PMP

Paso 2:

α-cetoácido2 + PMP aminoácido2 + PLP

El glutamato libera amoniaco en el hígado

L-glutamato α-cetoglutarato

L-glutamato deshidrogenasa(mitocondria)

TRANSDESAMINACION.

Aminoácido + α-cetoglutarato cetoácidos + glutamato

Glutamato + NAD(P)+ + H2O α-cetoglutarato + NAD(P)H + H+ + NH4+

Aminoácido + NAD(P) + + H2O cetoácido + NAD(P)H + H+ + NH4+

TransdesaminaciónTransdesaminación TransaminaciónTransaminación

DesaminaciónDesaminación oxidativa del oxidativa del glutamatoglutamato (GDH)(GDH)

Desaminación Oxidativa:Glutamato DeshidrogenasaMitocondrial

DesaminaciónOxidativa delGlutamatoGlutamato Deshidrogenasa

Serina piruvato + NH4+ + H2O

Treonina α-cetobutirato + NH4+ + H2O

DESAMINACION OXIDATIVA DE CUALQUIER AMINOACIDO.

Aminoácido + FMN + H2O cetoácido + FMNH2 + NH4+

FMNH2 + O2 FMN + H2O2

2 H2O2 2 H2O + O2

Aminoácido oxidasa

Catalasa

Serina deshidratasa

Origen y Transporte de Amonio

Glutamato

AminoácidosNH4+Glutamina

Bacterias intestinales

Alanina

Musculo

Todos lostejidos

Precursora de:

Nucleótidos de purina y citidinaAminoazucares

Triptófano, histidina

Transporte de Amonio: Alanina y GlutaminaEnzimas implicadas

Síntesis de GlutaminaTodos los Tejidos, Músculo Esquelético

CitosólicaGlutamina Sintetasa

Amidación del grupo gamma-carboxilo del glutamato

Glutamato + NH4+ + ATP → Glutamina + ADP + Pi

Degradación de GlutaminaHígado y Riñón, Otros Tejidos: Mitocondrias

Glutaminasa

Glutamina + H2O → Glutamato + NH4+

Síntesis de AlaninaMúsculo Esquelético

Alanina aminotransferasa (GPT)

Proteína

Aminoácidos

α-cetoácidos

α-cetoglutarato

Glutamato

EnergíaEsqueletosCarbonados

Piruvato

Alanina

NH4+

Glutamina

Transporte de Amonio Músculo

Transaminación GPT

Glutamina Sintetasa

ATP

Clico Ala/Glucosa

Sistema Portal Hígado

Alanina / Glutamina

NH4+

Alanina / Glutamina

NH4+

UREA

UREA

NH4+

Glutamato

Glutamina

Glutamina

Enterocitos, Linfocitos, Bacterias Intestinales

Hepatocitos Periportales Hepatocitos Perivenosos

Riñon

UREA

Glutamina

UREA

Glutamina

Glutamato

α-Cetoglutarato

Glucosa

NH4+

Glutaminasa

GDH

Tema 28. Degradación de proteínas y aminoácidos.

Digestión de las proteínas de la dieta.Visión general del catabolismo de aminoácidos.Transporte del grupo amino de los aminoácidos.

Transaminación.Desaminación oxidativa.Transporte de glutamina y alanina.

Eliminación del ión amonio. Ciclo de la urea.Reacciones y regulación del ciclo.Toxicidad del grupo amonio.

CICLO DE LA UREAHÍGADO

Reacción Global

NH4+ + HCO3

- + Aspartato + 3ATP →

Urea + Fumarato + 2ADP + AMP + PPi

Localización: Mitocondrias - Citosol

Los dos átomos de N de la urea provienen del NH4+ y del Aspartato

Aminoácidos Alanina Glutamina

Glutamato

Glutamato

Aspartato

Oxalacetato

α-KG

Glutamina

NH4+

Glutaminasa

GDHAsp aminotransferasa

Mitocondria

Sustratos del Ciclo de la UreaHígado

UREA

Eliminación del ión amonio. Ciclo de la urea

Ornitina Transcarbamoilasa

Argininasuccinato sintetasa

Arginosuccinato liasa

Arginasa

RIÑON

Sangre

Ornitina Transcarbamoilasa

Argininasuccinato sintetasa

Arginosuccinato liasa

Arginasa

Carbamoil-P sintetasa I

Carbamoil-P

L-Citrulina

L-Citrulina

Argininosuccinato

Fumarato

Arginina

Ornitina

Ornitina

Urea

Aspartato

Carbamoilfosfato sintetasa

OrnitinTranscarbamilasa

ArgininsuccinatoSintetasa

Argininsuccinasa

Arginasa

Animacion

Carbamoil-Fosfato Sintetasa(CPS I) Mitocondrial

CPS II- implicada en la síntesisde las pirimidinas Citosolica

Condensación y activación del NH3 y HCO3-

Ornitina Transcarbamoilasa

MitocondrialCataliza la transferencia del grupo carbamoilo del carbamoil fosfato a amino de la ornitina

Argininsuccinato Sintetasa

Grupo ureido de la citrulina se condensa con el amino del AspAdquisición del

segundo átomo de nitrógeno de la urea

Argininsuccinasa

Eliminación de fumarato para formar Arginina

Arginasa

Hidrólisis de la Argininapara producir UREA y regenerar Ornitina

Regulación del Ciclo de la Urea

Conexión entre el ciclo de la urea y el ciclo del ac. cítrico

Ciclo de la urea

Citosol

Urea

Carbamoilfosfato

Ciclo del ácido cítrico

Matriz mitocondrial

α-cetoglutarato

Glutamato

Aspartato

Fumarato

Malato

Oxalacetatoo

o

o

o

oo

o

Deficiencias genéticas en las enzimas del ciclo de la urea. Terapia:

1) Limitar incorporación de proteínas: aminoácidos esenciales.

2) Eliminar el exceso de amonio

3) Suministro intermediarios del ciclo que falten

A B C

[NH4+] alfacetoglutarato glutamato

Ciclo de Krebs

TRASTORNOS METABOLICOS DE LA SÍNTESIS DE UREA.

Enfermedades mentales.Retraso en el desarrollo.Coma.Muerte por gran aumento de la [NH4

+] en sangre.

ATP

Degradación de los EsqueletosCarbonados

Los 20 aminoácidos convergen a sólo 7 metabolitos distintos:Piruvato

Oxalacetato

Fumarato

Succinato

Alpha-Ceto-glutarato

Acetil-CoA

Acetoacetil-CoA

Figure 26-12 The pathways converting alanine, cysteine,

glycine, serine, and threonine to pyruvate.

Figure 26-17 Degradation pathways of arginine, glutamate,

glutamine, histidine, and proline to α-ketoglutarate.

Figure 26-18 The pathway of methionine degradation, yielding

cysteine and succinyl-CoA as products.

Figure 26-21 The degradation of the branched-chain amino acids (A)

isoleucine, (B) valine, and (C) leucine.

Figure 26-23 The pathway of lysine degradation in mammalian liver.

Figure 26-24 The pathway of tryptophan degradation.

Figure 26-26 The pathway of phenylalanine degradation.