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.
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