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Derivados de aminoácidos

com relevância biológica

Departamento de Bioquímica da Faculdade de Medicina do Porto

[email protected]

Alguns aminoácidos são precursores de substâncias que desempenham

papeis biológicos relevantes. Exemplos:

lisinaarginina

guanidoacetato

5-hidroxi-triptofano

Acetil-serotonina

melatonina

NO

metionina

glicina

creatinaadrenalina

S-adenosil-metionina

carnitina


triptofano

serotonina

Trimetil-lisina

tirosina

L-dopa

dopamina

noradrenalina

ornitina

putrescina

espermidina

espermina

glutamato

GABA

S-adenosil-metionina-

descarboxilada

heme

3

histidina

histamina

cisteína

γ-glutamil-cisteína

GSH

glutamato glicina

xenobióticos

conjugados

ácidos mercaptúricos

taurina

Outros exemplos:

coenzima A

fosfopantotenato

4-fosfopantotenil-cisteína

4-fosfopanteteína

defosfo-coenzima A

serina

palmitil-CoA

dihidroesfingosina

dihidroceramida

acil-CoA

ceramida

esfingolipídeos

fosfatidil-etanolamina

fosfatidil-serina

fosfatidil-etanolamina

fosfatidil-colina

acetilcolina


metionina

esfingomielinas

4

A creatina e o seu derivado fosforilado (fosfocreatina) têm, no tecido

muscular, um papel importante no metabolismo energético.

ATPase da miosina

ADP ATP

Cínase da creatina (junto da

miofibrilas)

Cínase da creatina (espaço intermembranar da mitocôndria)

matriz mitocondrialATPADP

ATPADP

creatinafosfocreatina

H2OPi

Nos exercícios anaeróbicos e nos

aeróbicos de intensidade elevada a

fosfocreatina baixa (conversão em

creatina) nos músculos logo no início do

exercício.

Se o exercício continuar as concentrações

mantêm-se estacionárias.

O ATP fosforila a creatina regenerando os

níveis basais de fosfocreatina quando o

exercício para.

Durante todo o processo a concentração

de ATP mantêm-se estacionária.

A regeneração do ATP é, em última

análise, uma consequência dos processos

oxidativos dos nutrientes.

5

Na síntese da creatina participam a arginina (que cede

o grupo amidina) e a glicina. O intermediário

guanidoacetato é metilado pela S-adenosil-metionina.

glicina

arginina

ornitina

guanidoacetato


S-adenosil-homocisteína

creatina

amidino transférase da

arginina e glicina

metiltransférase

creatina

ATP

ADPCínase da

creatina

fosfocreatina

6

Por processos não enzímicos a creatina e a

fosfocreatina vão-se convertendo em

creatinina que é excretada na urina e é

usada na clínica para avaliar a função de

filtração glomerular renal.

creatina e

fosfocreatina

creatinina

A creatinina é filtrada no glomérulo renal mas não é segregada nem reabsorvida pelo nefrónio.

Por isso toda a creatinina que é filtrada aparece na urina.

[creatinina](urina) × volume urinário(24 horas) = quantidade de creatinina filtrada(24 horas)

quantidade de creatinina filtrada(24 horas)

[creatinina](plasma sanguíneo) × 1440 min= clearance da creatinina

O clearance da creatinina é o volume de plasma sanguíneo que corresponde à

creatinina excretada num dado intervalo de tempo.

Normal entre 91 e 130 mL / min; diminui quando há insuficiência renal

7

Oxidação em ββββ e, no fígado, síntese de corpos cetónicos

acil-CoA

Translocase carnitina/acil-carnitina

matriz acil-CoA

A carnitina é um derivado da lisina (e da metionina) que tem um papel

fulcral no transporte de ácidos gordos para a matriz da mitocôndria

permitindo a sua oxidação e, no caso do fígado, a sua conversão em

corpos cetónicos.

carnitina(3-hidroxi-4-

trimetilamino-butirato)

8

A carnitina forma-se a partir da trimetil-lisina, um resíduo aminoacídico formado em

certas proteínas por trimetilação da lisina pela S-adenosil-metionina.

A hidrólise dessas proteínas leva à libertação da trimetil-lisina que origina a carnitina

(β-hidroxi-trimetilaminobutirato).

restante cadeia aminoacídicarestante cadeia aminoacídica

3 S-adenosil-metionina

3 S-adenosil-homocisteína

restante cadeia

aminoacídica

restante cadeia aminoacídicaH2O

outros aminoácidos

trimetil-lisina

2 α-cetoglutarato + 2 O2 + NAD+

2 succinato + 2 CO2 + NADH + glicina

Sequência em que intervêm duas

mono-oxigénases, uma liase e uma

desidrogénasecarnitina

transférase de metilo

proteólise

9

O ácido γγγγ-amino-butírico (GABA) é um neurotransmissor. No neurónio

pós-sináptico, o seu recetor é um canal de cloreto (Cl-) que, quando se

liga ao GABA, deixa entrar este anião com carga negativa.

GABA

As benzodiazepinas também se ligam

ao mesmo recetor aumentando a sua

sensibilidade ao GABA.

Cl-

Cl-

O GABA diminui a excitabilidade neuronal

porque, através do seu recetor entra um

ião negativo (o cloreto). Isto faz com que a

membrana fique hiperpolarizada, ou seja,

o potencial no interior da membrana fica

mais negativo.

ácido γ-amino-butírico

10

O GABA forma-se a partir do glutamato por ação de uma descarboxílase.

No seu catabolismo o GABA acaba originando CO2. O processo envolve uma

transamínase, uma desidrogénase, enzimas do ciclo de Krebs e a formação de acetil-

CoA.

glutamato GABA

CO2

α-cetoglutarato

glutamato

semialdeído do succinato

NAD+

NADH succinato

oxalacetato

fosfoenolpiruvato piruvato

Acetil-CoA

CO2

Krebsdesidrogénase de

aldeídos

transamínase

Descarboxílase do glutamato

11

A histamina é sintetizada nos mastócitos, em neurónios do SNC (é um

neurotransmissor) e em células enterocromafins da mucosa gástrica.

Sintetiza-se a partir da histidina, por descarboxilação. CO2

descarboxílase

A histamina é eliminada na urina via conversão prévia nos ácidos imidazol-acético e N-

metil-imidazol-acético.

histidinahistamina

N-metil-histamina

imidazol-acetato

N-metil-imidazol-

acetato



acetaldeído

do imidazol

NH4+ + H2O2

O2 NAD+ NADH


12

A dopamina, a noradrenalina e a adrenalina são catecolaminas: aminas que contêm um anel benzénico

com dois grupos hidroxilo (anel catecol).

A dopamina e a noradrenalina são neurotransmissores.

A adrenalina é uma hormona produzida na medula suprarrenal e é aí

segregada juntamente com uma quantidade menor de

noradrenalina; por isso a noradrenalina também pode ser

considerada uma hormona.

As catecolaminas têm como precursor comum a tirosina. Nos neurónios que só

produzem dopamina, a via metabólica tem apenas dois passos.

tirosina

L-DOPA

dopamina

hidroxílase

da tirosina

THBP + O2

DHBP + H2O

descarboxílase da

dihidroxi-fenilalanina

CO2

13

Nos terminais dos axónios dos nervos pós-ganglionares simpáticos e na medula

suprarrenal produz-se noradrenalina. Na medula suprarrenal, a maioria das moléculas

de noradrenalina sofrem metilação formando-se a adrenalina.

dopamina

noradrenalina

adrenalina

O2 + ascorbato

H2O + desidroascorbato

hidroxílase da

dopamina



N-metil-

transférase da

fenil-

etanolamina

adrenalina


tirosina

L-dopa

dopamina

noradrenalina

hidroxílase da

tirosina

Inibição competitiva

14

Na degradação das catecolaminas intervêm (1) uma metil-transférase que catalisa a

metilação de um dos grupos hidroxilo do anel (COMET), (2) uma oxídase que catalisa a

desaminação oxidativa do grupo amina livre (MAO) e (3) a desidrogénase de aldeídos.

A noradrenalina degrada-se gerando o ácido vanil-mandélico que é excretado na urina.

A metilação no hidroxilo do anel pode ocorrer antes ou depois da desaminação

oxidativa. O grupo aldeído formado é depois oxidado pela desidrogénase de aldeídos.

Normetanefrina aldeído

ácido vanil-mandélicoNoradrenalina



O2

NH4+ + H2O2

COMET

MAO

NAD+

NADH

desidrogénase

de aldeídos

A serotonina (5-hidroxi-triptamina) é um neurotransmissor do sistema

nervoso central, mas também é sintetizado e segregado por células

enterocromafins intestinais onde tem ação parácrina estimulando a

motilidade intestinal.

A serotonina tem origem no triptofano e a sua síntese é semelhante à da dopamina.

15

triptofano

5-hidroxitriptofano

hidroxílase do

triptofano

THBP + O2

DHBP + H2O descarboxílase do

5-hidroxitriptofano

CO2

serotonina

A degradação envolve a ação da MAO e da desidrogénase de aldeídos levando à

formação do ácido 5-hidroxi-indolacético que é excretado na urina.16

A melatonina é uma hormona sintetizada na glândula

pineal a partir da serotonina via acetilação e metilação

(dependente da S-adenosil-metionina).

triptofano

serotoninamelatonina



N-acetil-

serotonina

A sua síntese aumenta durante a noite porque a diminuição da luminosidade estimula o

processo de síntese e secreção na glândula pineal.

Acetil-CoA

CoA

transférase de

acetilo


A degradação da melatonina envolve a

hidroxilação e a subsequente sulfatação

do anel indol originando sulfatoxi-

melatonina que é excretada na urina.melatonina sulfatoxi-melatonina

17

O monóxido de azoto (NO ou fator relaxante derivado do endotélio) é

um gás sintetizado em muitas células de mamíferos (incluindo as células

endoteliais, neurónios do sistema nervoso central e periférico e células

macrofágicas).

O NO está envolvido na regulação da tensão arterial (diminui), na ereção

peniana, na defesa imunitária e inibe a agregação plaquetária.

O precursor do NO é a arginina que por ação da síntase do NO (uma oxigénase de

função mista); no processo reativo também se forma citrulina.

2 O2 + 1,5 NADPH2 H2O + 1,5 NADP+

NO

arginina

citrulina

síntase do NO

O NO difunde (difusão simples) através das membranas e é muito instável; em reações

não enzímicas converte-se noutras substâncias e, em última análise origina nitritos e

nitratos que são excretados na urina. 18

arginina

NO NO

GTP

GMPc

cíclase do

guanilato

H2O

GMP

fosfodiestérase

O GMP cíclico

tem efeito

relaxante na

musculatura

lisa das

arteríolas

aumentando

o fluxo

sanguíneo

nos vasos

capilares.O sildenafil (viagra) é um inibidor competitivo com o GMPc na ação da fosfodiestérase (isoforma 5).

Muitos efeitos do NO tem como mediador

secundário o GMP cíclico. O GMP cíclico ativa

cínases que catalisam a fosforilação de proteínas e

provocam relaxamento da musculatura lisa.

célula endotelial

célula muscular lisa

Ca2+

Ca2+

19

A taurina é um aminoácido derivado da cisteína e faz parte de sais

biliares. A sua síntese envolve uma descarboxilação e a oxidação do grupo tiol (-SH2) a sulfonato (-SO3

-).

cisteína

Cisteína-sulfinato

O2

dioxigénase

hipotaurina

CO2descarboxílase

NAD+

NADHdesidrogénase

taurina

taurina +

colil-CoA

ou

quenodesoxicolil-CoA

ou

desoxicolil-CoA)

taurocolato

ou

tauroquenodesoxicolato

ou

taurodesoxicolato

CoA

A taurina liberta-se no lúmen intestinal por ação (hidrólise) de bactérias nos sais

biliares. Depois de absorvida é diretamente excretada na urina; este processo é um

mecanismo (minoritário) de excreção de enxofre.

H2O

20

A coenzima A contém resíduos de pantotenato, adenosina, fosfato (3

resíduos) e tioetanolamina. O resíduo de tioetanolamina (que contém

um grupo tiol) deriva da cisteína.

pantotenato

4-fosfopantotenil-

cisteína

4-fosfopanteteína

Coenzima Acisteína+ ATP

ADP

+ Pi

CO2

descarboxílase

ATP

PPi

Defosfo-coenzima A

ATP

ADP

Transférase de

adenilato

Cínase do

defosfoCoA

ADP + PiATP

4-fosfopantotenato

21

O glutatião é, na sua forma reduzida (GSH), um tripeptídeo (γ-glutamil-

cisteinil-glicina) que é sintetizado na maioria das células do organismo.

Na síntese do glutatião participam a sintétase do γ-glutamil-cisteína e a sintétase do glutatião.

glutamatoγ-glutamil-cisteína

cisteína

glicina

ATP ADP + Pi ATP ADP + Pi

2 GSH

O GSH participa nos processos de defesa anti-oxidante do organismo reduzindo

peróxidos. No processo reativo que é catalisado pela peroxídase do glutatião, forma-se

o dissulfureto de glutatião (GSSG).

GSSG

H2O2 ou LOOH H2O ou LOH

Peroxídase do glutatião

NAD+ NADPHRedútase do glutatião

A regeneração da forma reduzida (GSH) é catalisada pela redútase do glutatião que

usa o NADPH como redutor. 22

O glutatião (GSH) também é o agente redutor na ação da redútase do

desidroascorbato e da redútase da glutaredoxina.

dopamina

noradrenalina

ascorbato

desidroascorbato

O2

H2O

NDP

2’-desoxi-NDP

Glutaredoxina reduzida

Glutaredoxina oxidada

GSH

GSSG

redútase da glutaredoxinaredútase do desidroascorbato

O glutatião (GSH) intervém em reações de fase II (conjugação) de xenobióticos que

levam à formação de ácidos mercaptúricos que são excretados.

GSH xenobiótico X

conjugado X-S-glutatião

xenobiótico X -S-cisteinil-glicina

glutamil-aminoácido

aminoácido xenobiótico X

xenobiótico X – S-cisteína

acetil

Ácido mercaptúrico

γ-glutamil-transpeptídase

H2O

glicina Acetil-CoA

CoA

acetil-transférase

23

A serina é um dos precursores do esfingol (= esfingosina) que faz parte

da estrutura das ceramidas. O outro precursor é o palmitato. As

ceramidas são acil-esfingosinas e são constituintes dos esfingolipídeos.

O resíduo de etanolamina da esfingosina deriva da serina.

palmitil-CoA

serina

3-cetoesfinganina

dihidroesfingosina

dihidroceramidaceramida

CO2

NADP+

NADPH

Acil-CoA

CoA

acil acil

glicolipídeos e

esfingomielina

NADPH + O2 NADP+

serina palmitil-transférase

redútase

acil-transférase

dessatúrase

CoA

24

A colina que existe no nosso organismo tem, maioritariamente, origem

na dieta, mas também pode ser sintetizada endogenamente a partir da

serina. A etanolamina presente em glicerofosfolipídeos também deriva

da serina.

serina etanolamina colina

fosfatidil-

etanolamina

fosfatidil-serina

CO2

fosfatidil-colina

esfingomielina

colina

colina

3 S-adenosil-metionina

3 S-adenosil-homocisteína

ceramida

1,2-

diacilglicerol

H2O

fosfatidato

Ceramida + Pi

2 H2O

serina

etanolamina

25

A acetilcolina é um neurotransmissor. Embora também exista no

sistema nervoso central é mais conhecido por ser o neurotransmissor

libertado pelos (1) neurónios motores na junção neuromuscular, (2.1)

pelos neurónios pré-ganglionares nas sinapses dos gânglios do sistema

nervoso simpático e (2.2) na junção neuroglandular da medula

suprarrenal, assim como (3) nos terminais neuronais parassimpáticos.

A síntese da acetilcolina envolve uma acetil-transférase que está presente nos

terminais dos axónios.

H2O

CoAacetil-CoA

acetilcolinacolina

acetatocolinestérase

acetil-transférase

A terminação da ação colinérgica é o resultado da ação da colinestérase (uma

hidrólase) presente na fenda sináptica. 26

A espermidina e a espermina (poliaminas) têm afinidade para o DNA e

para os fosfolipídeos das membranas exercendo papeis no

empacotamento do DNA e na estabilização das membranas biológicas.

Derivam da ornitina via formação

da putrescina seguida de

transferência de

um (caso da espermidina) ou

dois (espermina) grupos

aminopropiloda S-adenosil-metionina

descarboxilada.

ornitina

putrescinaespermidina

espermina


S-adenosil-metionina descarboxilada

metil-tio-adenosina

CO2

CO2

O heme é o grupo prostético das hemoproteínas.

Exemplos de

hemoproteínas

hemoglobina

mioglobina

citocromos (da cadeia respiratórias e P450)

catálase e peroxídases

I

II

III

IV

Heme é formado por protoporfirina III:

4 anéis pirrol [4C,1N]

ligados por 4 pontes metenilo (-CH=)

… 8 cadeias laterais:

metil (-CH3), vinil (-CH=CH2),

metil, vinil,

metil, propiónico (-CH2CH2COOH),

propiónico, metil

e um átomo de Fe2+

A maior parte do heme é sintetizado nas células precursoras dos eritrócitos e no fígado.

succinil-CoA

+ glicina

succinil-CoA

+ glicina

succinil-CoA

+ glicina

succinil-CoA

+ glicina

succinil-CoA

+ glicina

succinil-CoA

+ glicina

succinil-CoA

+ glicina

succinil-CoA

+ glicina

ALA [5C,1N]

ALA [5C,1N]

ALA [5C,1N]

ALA [5C,1N]

ALA [5C,1N]

ALA [5C,1N]

ALA [5C,1N]

ALA [5C,1N]

porfobilinogénio [10C,2N]




uroporfirinogénio III [40C,4N]

coproporfirinogénio III [36C,4N]

protoporfirinogénio III [34C,4N]

protoporfirina III [34C,4N]

heme[34C,4N,1Fe2+]biliverdina [33C,4N]bilirrubina [33C,4N]

urobilinogénio [33C,4N]

urobilina e estercobilina [33C,4N]

O catabolismo ocorre principalmente nos macrófagos.

29

A enzima marca-passo na síntese do heme é a síntase do ácido δδδδ-aminolevulínico (síntase do ALA) cuja síntese é inibida pelo heme.

matriz mitocondrial

citoplasma

succinil-CoA

glicina CoA

ALA ALA

Síntase do ALA2 H2O

ALA

Desidrátase

do ALA porfobilinogénio

3 porfobilinogénio4 NH4+

A

A

A

A

P

P

P

P

Uroporfirinogénio III

Síntase

+ cosíntase do

Uroporfirinogénio III

CO2

30

matriz mitocondrial

citoplasmaAc

Ac

Ac

Ac

Pr

Pr

Pr

PrUroporfirinogénio III

Descarboxílase do

Uroporfirinogénio IIIM

M

M

M

Pr

Pr

Pr

Pr

Coproporfirinogénio III

4 CO2


M

M

M

M

Vinil

Pr

Pr Vinil

Protoporfirinogénio III

O2

2 CO2 Oxídase do


Na ação da descarboxílase do uroporfirinogénio III os grupos acéticos passam a propiónicos; na da oxídase do coproporfirinogénio III dois dos grupos propiónicos passam a vinilo.

M

M

M

M

Vinil

Pr

Pr Vinil

Protoporfirinogénio III

M Vinil

M

Vinil

MPr

M

Pr

Protoporfirina III

3 O2

3 H2O2

Oxídase do

Protoporfirinogénio

III

M Vinil

M

Vinil

MPr

M

PrFe2+

Síntase do

Heme

Na ação da oxídase do protoporfirinogénio III as pontes metileno (-CH2-) passam a metenilo (-CH=); na da síntase do heme incorpora-se o Fe2+.

matriz mitocondrial

32

O catabolismo do heme tem lugar

principalmente

em células

macrofágicas do

baço, fígado e

medula óssea e

inicia-se com a

ação catalítica do

sistema microssomático oxigénase do heme que leva à

formação de

biliverdina que é,

a seguir, reduzida a bilirrubina.

No plasma, a bilirrubina (não conjugada) liga-se à albumina.

33

A bilirrubina (não conjugada) desliga-se da albumina e entra (transporte

passivo facilitado) para os hepatócitos onde, pela ação da glicuronil-

transférase origina bilirrubina conjugada (diglicuronil-bilirrubina).

Por ação das bactérias intestinais a bilirrubina sofre desconjugação e redução

originando urobilinogénios. Os urobilinogénios são parcialmente reabsorvidos e

parcialmente excretados na bílis (ciclo entero-hepático dos urobilinogénios) e na urina.

Os urobilinogénios podem ser oxidados a urobilinas e estercobilinas que coram a urina

e as fezes.

A bilirrubina conjugada é segregada

(transporte ativo) para os canalículos

biliares e dá cor à bílis.

Albumina

34

A bilirrubina

conjugada

também se

denomina

direta porque é

medida

diretamente .

Bilirrubina não conjugadaBilirrubina conjugada

Bilirrubina conjugadaBilirrubina não conjugada

Adição de metanol

Reagente de Ehrlich

Absorvância corresponde a bilirrubina TOTAL

AlbuminaBilirrubina não conjugada

Bilirrubina conjugada

A bilirrubina ligada à albumina não reage ⇒Absorvância corresponde à bilirrubina conjugada = direta.

Reagente de Ehrlich

Bilirrubina indireta (não conjugada) = TOTAL – direta (conjugada)

Sem metanol

Albumina

A bilirrubina

não conjugada

também se

denomina

indireta porque

o valor que lhe

corresponde

resulta de um

cálculo:

35

A icterícia (coloração amarelada da pele, mucosas e esclerótica do olho)

é causada por aumento da bilirrubina. Causas:

(1) Aumento da sua síntese (aumento do catabolismo do heme),

(2) Diminuição da velocidade de conjugação ou

(3) Alterações no processo de excreção de origem mecânica:

(3.1) obstrução extra-hepática

(como, por exemplo, cálculo no canal colédoco) ou

(3.2) intra-hepática; obstrução da “árvore” biliar

por edema inflamatório no fígado (canalículos biliares).

(1) e (2) ⇒ ↑ bilirrubina indireta

(3) ⇒ ↑ bilirrubina direta

Nas icterícias obstrutivas mais marcadas (extra-

hepáticas)

as fezes têm cor clara (ausência de

estercobilina e urobilina) e

a urina é escura porque contém bilirrubina

(conjugada)… mas não contém urobilina. 36

1- Em situações de hemólise aumentada a velocidade de produção de bilirrubina nos macrófagos pode ser superior à capacidade do fígado para conjugar a bilirrubina formada.

2- Quando existe um obstáculo à passagem da bilirrubina para o intestino a bilirrubina conjugada formada no fígado acaba por “refluir” para o plasma.

3- Quando há lesão do hepatócito (hepatite, por exemplo) os vários passos metabólicos que têm lugar no fígado (incluindo a captação de urobilinogénio) podem estar deficientes.

4- Após o nascimento o número de glóbulos vermelhos do sangue diminui: há uma hemólise fisiologicamente aumentada. Contudo, no recém nascido a capacidade do fígado para conjugar a bilirrubina é ainda baixa e também não existem bactérias no intestino.

37

Bibliografia

Murray, R. K., Granner, D. K., Mayes, P. A. & Rodwell, V. W. (2012)

Harper's Illustrated Biochemistry, 29th edn, Lange, New York.

Stipanuk, M. H. & Caudill, M. A. (2013) Biochemical,

Physiological, Molecular Aspects of Human Nutrition, 3rd edn,

Sunders, Elsevier., USA.

Nelson, D. L. & Cox, M. M. (2013) Lehninger Principles of

Biochemistry, sixth edition edn, W. H. Freeman and Company,

New York

Vaz, F. M. & Wanders, R. J. (2002) Carnitine biosynthesis in

mammals, Biochem J. 361, 417-29.

Calbreath, D. F. (1992) Clinical Chemistry. A Fundamental

Textbook., 1st edn, W. B. Saunders Company., Philadelphia.

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