METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS.
Los aminoácidos introducidos por la dieta (exógenos) se mezclan con
aquellos liberados en la degradación de proteínas endógenas y con los que son
sintetizados de nuevo. Estos aminoácidos se encuentran circulando en sangre y
distribuidos en todo el organismo sin que exista separación alguna entre
aminoácidos de diferente origen. Existe, de esta manera, un conjunto de estos
compuestos libres en toda la circulación que constituyen un fondo común al cual
las células recurre cuando debe sintetizar nuevas proteínas o compuestos
relacionados
El destino más importante de los aminoácidos es su incorporación a
cadenas polipeptídicas durante la biosíntesis de proteínas específicas del
organismo. En segundo lugar, muchos aminoácidos son utilizados para la síntesis
de compuestos nitrogenados no proteicos de importancia funcional. Finalmente
los aminoácidos en exceso, como no pueden almacenarse, son eliminados por orina
o bien se utilizan principalmente con fines energéticos. En éste caso sufren
primero la pérdida de la función amina, lo cual deja libre el esqueleto
carbonado. El grupo nitrogenado que se desprende como amoníaco, es eliminado en
el ser humano principalmente como urea. Las cadenas carbonadas siguen
diferentes rutas, que las llevan a alimentar el ciclo del ácido cítrico o de
Krebs para oxidarse completamente en él hasta CO2 y H2O y producir energía.
Alternativamente, dichas cadenas pueden ser derivadas a las vías de
gluconeogénesis (aminoácidos glucogénicos) o de síntesis de ácidos grasos o
cuerpos cetónicos (aminoácidos cetogénicos)
CATABOLISMO DE AMINOÁCIDOS.
La degradación de aminoácidos si inicia generalmente con la separación
de su grupo α amino (desaminación). Luego el resto nitrogenado seguirá un
camino distinto del que tomará la cadena carbonada. Antes de la degradación los
aminoácidos se interconvierten entre ellos, transfiriendo el grupo amino de una
esqueleto carbonado a otro (transaminación).
TRANSAMINACIÓN.
La reacción de transaminación comprende la transferencia de un grupo
α-amino de un aminoácido a un α- cetoácido. El aminoácido se convierte en un
cetoácido y el cetoácido aceptor del grupo amina, en el aminoácido
correspondiente. Esta transferencia es realizada por las enzimas
aminotransferasas o también llamadas transaminasas. Mientras que la mayoría de
los aminoácidos sufren transaminación, existen algunas excepciones: lisina,
treonina, prolina e hidrixiprolina. Puesto que las transaminaciones son
libremente reversibles, las transaminasas pueden funcionar tanto en el
catabolismo como en la biosíntesis de aminoácidos. Las reacciones que
involucran aminoácidos esenciales son mayormente unidireccionales, puesto que
el organismo no puede sintetizar el α-cetoácido esencial, pudiendo existir
pequeñas cantidades de éstos provenientes de la dieta. A modo de ejemplo puede
verse lo que sucede con la valina, la cual al ser metabolizada da
α-cetoisovalerato, este a continuación es rápidamente convertido en
succinil-CoA y utilizado como energía en el ciclo de Krebs, sin posibilidad de
volver a transaminarse.
Las transaminasas catalizan una reacción biomolecular, donde el par
aminoácido/α-cetoácido, formado por el L-glutamato y el α-ceto-glutarato
constituyen un “par obligado”.
El piridoxal fosfato se localiza en el sitio activo de todas las
transaminasas. Este es una coenzima derivado de la piridoxamina (vitamina B6),
la cual cumple una importante función en el metabolismo de los aminoácidos. En
todos los casos, la coenzima forma con el aminoácido un compuesto
intermediario, uniéndose a éste por un enlace –CH=N–, denominado Base de
Schiff. Intervienen además interacciones iónicas e hidrófobas para estabilizar
el complejo. El piridoxal fosfato actúa como aceptor transitorio y
transportador del grupo amina en el proceso de transferencia de la
transaminación. Por otro lado, las aminotransferasas tienen la función de
“guiar” la reacción en un determinado sentido y asegurar selectivamente la
naturaleza del cambio a producir. Así tenemos que la reacción de cada par
aminoácido/α- cetoácido es catalizada por una enzima especifica, cuyo nombre
deriva de los compuestos participantes en la transferencia: ejemplos de ello
son la glutámico oxalacético transaminasa (GOT), también llamada aspartato
amintransferasa (AST), forma oxalacetato y glutamato a partir de aspartato y
α-cetoglutarato. La glutámico piruvato transaminasa (GPT) o alanina
amintransferasa (ALT), produce piruvato, utilizando el par obligado y alanina.
Teniendo en cuenta los componentes del par obligado, todos los grupos
α-amino de los aminoácidos son finalmente transferidos al α-cetoglutarato
mediante transaminación, formando L-glutamato. A partir de este aminoácido el
grupo nitrogenado puede ser separado por un proceso denominado desaminación
oxidativa, una reacción catalizada por la L-glutamato deshidrogensas, una
enzima omnipresente de los tejidos de mamíferos que utiliza como coenzima NAD+ o NADP+ como oxidante. En la reacción
directa, generalmente se utiliza NAD+ y se forma α-cetoglutarato y amoníaco:
NH3 este último, al pH fisiológico del medio se carga con un protón,
presentándose casi en su totalidad como ión amonio.
La reacción es reversible, por lo que el amonio pude unirse a una
α-cetoglutarato para formar glutamato, usando como coenzima NADPH+
Es probable que in vivo la reacción tenga mayormente una dirección hacia
la formación de amoníaco. La concentración de amoniaco que sería necesario para
que la reacción se desplace hacia la producción de glutamato es tóxica y, en
condiciones normales, sería raramente alcanzada, exceptuando la región
periportal del hígado, donde llega el amoníaco absorbido en el intestino y
transportado al hígado.
BIOSÍNTESIS DE UREA.
El metabolismo de los aminoácidos concluye con su catabolismo y
formación de sustancias factibles de ser excretadas como lo es la urea. En
forma práctica, la biosíntesis de este metabolito final encierra cuatro etapas,
incluyendo las reacciones recién tratadas:
1. Transaminación
2. Desaminación oxidativa
3. Transporte de amoníaco
4. Ciclo de la urea.
CICLO DE LA UREA.
Un hombre que consume 300g de carbohidratos, 100g de grasa y 100g de
proteínas diariamente, excreta alrededor de 16,5g de nitrógeno al día: 95% por
la orina y 5% por las heces. Para los sujetos que consumen una dieta
occidental, la urea sintetizada en el hígado, liberada hacia la circulación y
eliminada por los riñones, constituye de 80 a 90% del nitrógeno excretado.
Cinco enzimas catalizan las reacciones de éste ciclo. De los seis
aminoácidos que participan, solo el Nacetilglutamato funcionan como activador
enzimático; los otros actúan como transportadores de los átomos que finalmente
se convertirán en urea. En los mamíferos, la principal función de la ornitina,
citrulina y argininosuccinato es la síntesis de la urea. Las reacciones del
ciclo están compartidas, algunas reacciones se llevan a cabo en la matriz
mitocondrial, en tanto que otras ocurren en el citosol.
1. Inicio de la biosíntesis: Carbomoil fosfato sintetasa I. La biosíntesis
de urea comienza con la condenación de bióxido de carbono, amoníaco y 2 ATP,
para formar carbamoil fosfato, reacción catalizada por la carbamoil fosfato
sintetasa I (CPSI). En los tejidos humanos existen dos formas de CPS. La
carbamoil fosfato sintetasa I, del la síntesis de la urea, es una enzima
mitocondrial hepática. La carbamoil fosfato sintetasa II (CPSII), una enzima
citisólica que emplea glutamina en vez de amoníaco como donador de nitrógeno,
participa en la biosíntesis de pirimidinas.
La CPSI es la enzima limitante de la velocidad, o marcapaso, del ciclo
de la urea. Esta enzima reguladora es activa sólo en presencia del activador
alostérico N-acetilglutamato, cuya unión induce un cambio conformacional que
aumenta la afinidad de la sintetasa por el ATP.
2. Formación de citrulina. La L-ornitina transcarbamoilasa cataliza la
transferencia de la porción carbamoil del carbamoil fosfato a un aminoácido
ornitna, formando citrulina y ortofosfato. Esta reacción se lleva a cabo en la
matriz mitocondrial; la formación del sustrato ornitina y la metabolización
subsecuente del producto, citrulina, se lleva a cabo en el citosol. Por tanto
la entrada como la salida de ornitina y citrulina de la mitocondria implica la
participación de un sistema de transporte situado en la membrana interna de
esta organela, formado por un contratransportador citrulina/ornitina.
3. Formación de argininosuccinato. La reacción de la argininosuccinato
sintetasa
une aspartato y citrulina a través del grupo amino del aspartato, y suministra
el segundo nitrógeno de la urea. La reacción requiere ATP para formar un
intermediario citrulina-AMP y luego, desplazando el AMP por aspartato forma
citrulina.
4. Formación de arginina y fumarato. La escisión del argininosuccinato,
catalizado por la argininosuccinasa o arginino succinato liasa, retiene
nitrógeno en el producto arginina y libera el esqueleto del aspartato como
fumarato. La adición de agua al fumarato genera malato, y la oxidación de éste,
dependiente de NAD+, forma oxalacetato. Estas dos reacciones, correspondientes
a ciclo TCA, se catalizan por la fumarasa y la malato deshidrogenasa
citosólicas. La transaminación del oxalacetato con el glutamato forma de nuevo
aspartato. El esqueleto carbonado del aspartato/fumarato, actúa como un transportador
para el paso del nitrógeno del glutamato a un precursor de la urea.
5. Formación de ornitina y urea. La reacción final del ciclo de la urea,
la ruptura hidrolítica de la arginina caltalizada por la arginasa hepática,
libera urea. El otro producto, ornitina, reingresa a la mitocondria hepática
para ser utilizada nuevamente en el ciclo de la urea. Cantidades menores de
arginasa también se encuentran en los tejidos renal, cerebral, mamario,
testicular y en la piel. La ornitina y la lisina son inhibidores potentes de la
arginasa, y por tanto, compiten con la arginina[1]
REGULACIÓN DEL CICLO DE LA UREA.
La regulación de la formación de urea se realiza en dos niveles, en la
carbamoil fosfato sintetasa I y por inducción enzimática.
La CPSI necesita de forma obligada el activador alostérico
N-acetilglutamato. Este compuesto es sintetizado a partir de glutamato y
acetil-CoA por la N-acetilglutamato sintetasa, que es activada por la arginina.
El acetil-CoA, el glutamato y la arginina son necesarios para suministrar
intermediarios o energía (ATP desde el ciclo TCA) al ciclo de la urea, y la
presencia de N-acetilglutamato indica que todos ellos están disponibles y en
abundancia. Es comprensible que una ruta que controla el nivel de amoníaco en
plasma, potencialmente tóxico, y que es además altamente dependiente de
energía, esté finamente regulado.
La inducción enzimática del ciclo de la urea (de 10 a 20 veces) tiene
lugar cuando aumenta el suministro de amoníaco o aminoácidos al hígado. La
concentración de los intermediarios del ciclo también desempeña un papel en su
regulación a través de la ley de acción de masa. Una dieta rica en proteínas
(exceso de aminoácidos) o la inanición (exceso de amoníaco por utilización de
cadenas carbonadas de aminoácidos para obtener energía), tienen como resultado
la inducción de las enzimas del ciclo de la urea[2]
Glosario
1. Aminotransferasas: Las aminotransferasas o transaminasas son un
conjunto de enzimas del grupo de las transferasas, pues transfieren grupos
amino desde un metabolito a otro, generalmente aminoácidos.
LEXICOON. Transaminasa [en línea] - Edición 3.7 (Dic 2015). Disponible
en <http://lexicoon.org/es/transaminasa Fecha de consulta 24 marzo 2016
2. Cetoglutarato: Complejo enzimático que cataliza la reacción de conversión
del a-cetoglutarato a succinil-CoA. En la reacción participan como cofactores
la tiamina pirofosfato, el ácido lipoico, CoASH, FAD y NAD+. Es una de las
reacciones que integran el ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo de
KREBS. La deficiencia en a-cetoglutarato deshidrogenasa ocasiona enfermedades
como el síndrome de Abboud.
Diccionario Babylon. (2014). Definición
de Cetoglutarato. Sitio web:
http://diccionario.babylon-software.com/cetoglutarato_deshidrogenasa/ fecha de
consulta 24 marzo 2016
3. Pirimidina: La pirimidina es un compuesto orgánico, similar al
benceno, y a la piridina pero con dos átomos de nitrógeno que sustituyen al
carbono en las posiciones 1 y 3. Se degrada en sustancias muy solubles como
alanina beta y aminoisobutirato beta, precursores de acetil-CoA y succinil-CoA.
LEXICOON. Pirimidina [en línea] - Edición 3.7 (Dic 2015). Disponible en
http://lexicoon.org/es/pirimidina fecha
de consulta 24 marzo 2016
REFERENCIAS
[2] Brandan,
Nora C. Profesora Titular. Cátedra de
Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE. Aispuru, Gualberto. Cátedra de
Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE.
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