QUIMICA BIOLOGICA
Lic. y Prof. en Ciencias Biológicas
BOLILLA 8: Metabolismo de Aminoácidos. Digestión y
absorción. Catabolismo. Transaminación. Desaminación
oxidativa y no oxidativa. Descarboxilación. Transporte de
amoníaco: síntesis de glutamina. Glutaminasa. Organismos
ureotélicos, uricotélicos y amoniotélicos. Ciclo de la urea.
Costo energético. Destino del esqueleto carbonado.
Aminoácidos cetogénicos y glucogénicos. Compuestos
nitrogenados de importancia biológica derivados de
aminoácidos.
METABOLISMO INTERMEDIO
Conjunto de
reacciones
químicas que
tienen lugar en
las células y
tejidos.
Química Biológica
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Conocimientos previos:
- Ciclo del nitrógeno.
- Sistemas digestivo, circulatorio, endocrino.
- Estructura química de proteínas y aminoácidos.
Nomenclatura.
-Transporte mediado activo. Difusión facilitada.
- Actividad enzimática y su regulación. Acción de
cofactores y moduladores.
- Metabolismo. Regulación. Balance energético.
- Glucólisis.
- Ciclo de Krebs.
Química Biológica
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Objetivos
- Que al finalizar la clase, sean capaces de:
1) Definir y distinguir aminoácidos esenciales y no
esenciales.
2) Diferenciar
y
formular
las
reacciones
de
transaminación y desaminación, comprendiendo su
significado biológico.
3) Fundamentar la toxicidad del amoníaco. Explicar su
metabolización y excreción en los distintos
organismos.
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
Diversidad de Proteínas
Quimotripsina
Proteínas de membrana
Luciferasa
Hemoglobina
Queratina
Extraído de Lehninger, 2008.
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
Repasemos…
AMINOACIDO
Grupo carboxilo
(disociado)
Grupo amino
(protonado)
-
COO
H 3N
+
C H
R
Cadena
lateral
Carbono a
Repasemos…
Uniones peptídicas
H
H
H
H2N C CO NH C CO NH C COOH
R1
AA amino terminal
R2-n
R3
n
AA carboxilo terminal
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
AMINOACIDOS#
Aminoácidos no esenciales
Aminoácidos esenciales en roedores,
insectos, peces*, aves* y humanos**
- Sintetizados por el organismo.
- No son sintetizados por el organismo.
Deben ser incorporados con la dieta.
-Mantener el crecimiento y el equilibrio
nitrogenado.
Alanina
Serina
Cisteína
Ac. Glutámico
Asparagina
Glicina
Tirosina
Ac. Aspártico
Glutamina
Prolina
Valina
Leucina
Isoleucina
Lisina
Metionina
Fenilalanina
Triptofano
Treonina
Histidina**
Arginina**
# Los 20 AAs pueden ser sintetizados por los vegetales.
* Peces y aves poseen además otros aminoácidos esenciales.
** En humanos, Histidina es esencial en niños y Arginina es parcialmente
esencial.
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
Algunos aminoácidos que veremos en esta clase
COO
COO
H 3N
+
C H
CH3
Alanina
Ala
COO-
-
-
H 3N
+
C H
H 3N +
CH2
COO-
Aspartato
Asp
C H
COOH 3N +
C H
CH2
CH2
CH2
CH2
COO-
CONH2
Glutamato
Glu
Glutamina
Gln
AA neutro o alifático
AA amida
AAs
ácidos
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
COO
H3 N+
C H
CH2OH
Serina
Ser
COO
COO-
-
H3N
+
C H
H C OH
COO-
-
H 3N
+
C H
CH2
H 3N +
C H
CH2
CH3
Treonina
Thr
OH
AAs hidroxilados
Fenilalanina
Tirosina
Aminoácidos aromáticos
Recordemos como funciona el Ciclo del N2
en la naturaleza…
Absorción del nitrógeno por las plantas
N2
N2
N2
AAs
AAs
NO3-
N2
N2
NH4+
NH4+
NO3
-
AAs
NH4+
N2
N2
NO3-
Fijación del Nitrógeno en las plantas
N2
NH4+
Nódulo radical:
bacteria, u otro
microorganismo en
asociación simbiótica
con raíz.
Fijación del Nitrógeno en las plantas
N2
NH4+
NADH
NADPH
Nitrogenasa
NH4+
Oxidación de CH (Ej. Glu y Fru)
NADH
NADPH
Flavodoxina red.
Fijación del Nitrógeno en las plantas
COMPLEJO NITROGENASA
2ADP + 2Pi
Ferredoxina reducida
eFerredoxina oxidada
N2 +10H+
Fe-Mo-Proteina
reducida
Fe-Proteina
oxidada
eFe-Proteina
reducida
eFe-Mo-Proteina
oxidada
2 NH4+ + H2
2ATP
AMINOACIDOS
PROTEINAS
Absorción del nitrógeno por las plantas
N2
N2
N2
AAs
AAs
NO3-
N2
N2
NH4+
NH4+
NO3
-
AAs
NH4+
N2
N2
NO3-
La absorción de NO3- esta mediada por un mecanismo de
simporte 2H+/NO3
Plantas que no pueden fijar N2
(mayoría de los cultivos excepto leguminosas)
Fuentes importantes de nitrógeno: NO3- y NH4+
Citosol
NO3-
Nitrato reductasa
NO2- + H2O
NAD(P)H + H+ NAD(P)+
-
NO2 + 3H2O +
2H+
Nitrito reductasa
LUZ
Ferredoxina
Cloroplastos o Protoplastidios
NH4+ + 2H2O + 1.5 O2
AMINOACIDOS
PROTEINAS
Fuentes exógenas
Fuentes endógenas
Proteínas de la dieta
(vegetales o animales)
ANIMALES
Proteínas de membranas,
enzimas, hormonas, etc.
Digestión y absorción
Degradación
AMINOACIDOS
Transaminación y/ó Desaminación
Degradación
α - cetoácido
Biosíntesis
amoníaco
- Proteínas
- Aminoácidos No esenciales
- Constituyentes nitrogenados
no proteicos: purinas, pirimidinas,
porfirinas, ácidos biliares.
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
¿Cómo se digieren las proteínas de la dieta en el humano?
CO3H-
Secretina
Colecistoquinina
Extraído de Lehninger, 2008.
Digestión de Proteínas
I) En el estómago
Células
Parietales
HCl
Células
Principales
Pepsinógeno
GASTRINA
Pepsinógeno
Proenzima
HCl
Pepsina + resto de 42 Aa.
pH 1,5-2,5 Enzima activa
-NH2
-NH2
-NH2
Digestión de proteínas en el estómago
por acción de la Pepsina
NH3+
Arg
Pepsina
Phe
Leu
•
ES UNA ENDOPEPTIDASA.
•
HIDROLIZA UNIONES
PEPTIDICAS.
COO•
ACTUA SOBRE GRUPOS
AMINO DE AMINOACIDOS
AROMATICOS
HIDROLIZANDO LAS
PROTEINAS A POLIPEPTIDOS
DE ALTO PM.
Péptidos de alto PM
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
¿Cómo se digieren las proteínas de la dieta en el humano?
Secretina
CO3H-
Colecistoquinina
Extraído de Lehninger, 2008.
SECRECION PANCREATICA
Contenido
estomacal
acido
Secretina
HCO3-
pH
Colecistoquinina
Proenzimas
o zimógenos
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
¿Cómo se digieren las proteínas de la dieta en el humano?
CO3H-
Secretina
Colecistoquinina
Extraído de Lehninger, 2008.
Digestión de Proteínas
II) En Duodeno e Intestino
Tripsinógeno
Enteroquinasa
INACTIVOS
Quimotripsinógeno
Procarboxipeptidasas
AyB
Proelastasa
Tripsina
T
R
I
P
S
I
N
A
ACTIVOS
Quimotripsina
Carboxipeptidasas
AyB
Elastasa
QUE TIPO DE ENLACES
PEPTIDICOS HIDROLIZAN ??
• Tripsina (endopeptidasa) : grupos carbonilo de
lisina y arginina
• Quimotripsina (endopeptidasa) grupos carboxilo de
fenilalanina, tirosina, triptofano
• Las carboxipeptidasas (exopeptidasas) eliminan restos
carboxilos terminales.
Digestión intraluminal de proteínas
por acción de proteasas pancreáticas
NH3+
Tripsina
NH3+
Arg
CarboxiPeptidasa B
COO-
Arg
NH3
NH2 Arg
COO-
AA Básicos
NH3+
COO-
+
Oligopéptidos
Peptidasas
NH3+
Quimotripsina
Phe
Phe
COO-
Leu
NH3+
Elastasa
COO-
CarboxiPeptidasa A
COONH2 Phe COONH2 Leu COO-
Leu
COO-
AA Neutros
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
¿Cómo se digieren las proteínas de la dieta en el humano?
CO3H-
Secretina
Colecistoquinina
Aminoácidos
Dipéptidos
Tripéptidos
Extraído de Lehninger, 2008.
Absorción intestinal de aminoácidos y péptidos
- Ocurre por transportadores de aminoácidos y péptidos
del borde en cepillo de las células intestinales.
- Transporte activo Na+-dependiente y transporte pasivo
Na+-independiente.
- Necesidad de múltiples transportadores determinados
por la diferencia de tamaño y carga de los aminoácidos y
péptidos.
Transporte intestinal de aminoácidos
Ocurre por varios mecanismos:
% Relativo para
Alanina
T. activo dependiente de Na+
75%
T. facilitado independiente de Na+
20%
Difusión pasiva
< 5%
LUMEN
INTESTINAL Aminoácidos
Aminoácidos
Na+
Na+
ENTEROCITO
Aminoácidos
Aminoácidos
ATP → ADP+Pi
K+
SANGRE
PORTAL
Aminoácidos Na+
K+
Aminoácidos
Transporte intestinal de péptidos pequenos
Transporte activo de di- y tripéptidos acoplado a
hidrogeniones
LUMEN
INTESTINAL
Péptidos
Péptidos
2H+
Na+
H+
Na+
Peptidasas
citosólicas
ENTEROCITO
Aminoácidos
SANGRE
PORTAL
Péptidos
Aminoácidos
ATP → ADP+Pi
K+
Na+
Distribución de los aminoácidos en el período
post-prandial
• La mayor parte de los aminoácidos: Hígado.
• Glutamina y Asparragina: Intestino y riñón.
• Aminoácidos de cadena ramificada: Músculo y cerebro.
¿Cómo son incorporados los aminoácidos en las
células de los distintos tejidos?
Difusión facilitada
-Los transportadores se encuentran en
todas las células.
- Son específicos para grupos de aminoácidos
(neutros, catiónicos y de glutamato).
Química Biológica
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
UTILIZACION
ORIGEN
Síntesis de
proteínas
Absorción en
intestino
Degradación de
proteínas
endógenas
(Proteasas)
Síntesis de
aminoácidos
(principalmente en
hígado)
AMINOACIDOS
(fondo metabólico
común)
Síntesis de
compuestos
nitrogenados
no proteicos
Degradación y
producción de
Energía
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
Catabolismo de aminoácidos
Proteínas intracelulares
Proteínas dietarias
Aminoácidos
NH4+ Esqueleto carbonado
Catabolismo del nitrógeno
de aminoácidos
Biosíntesis de aminoácidos,
nucleótidos y aminas biológicas
Carbamil fosfato
CICLO DE
LA UREA
α-cetoacidos
Interconexión
Aspartatoarginino
succinato
CICLO DE
KREBS
Oxalacetato
UREA
(producto de excreción
del nitrógeno)
Glucosa
(gluconeogénesis)
CO2 + H2O
+ ATP
Química Biológica
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Vías de eliminación del grupo α-amino
- Reacciones de Transaminación
Oxidativa
- Reacciones de Desaminación
No Oxidativa
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
Transaminación
Aminotransferasa
o Transaminasa
PLP
α-aminoácido (R) α-cetoácido (R’)
PLP: piridoxal fosfato
α-cetoácido (R) α-aminoácido (R’)
piridoxamina fosfato
• Las reacciones de transaminación son
fácilmente reversibles y son muy
importantes en el metabolismo proteico.
• Todos los aminoácidos (excepto lisina y
treonina) participan en reacciones de
transaminación con los α-cetoácidos:
• α-cetoglutarato
• oxaloacetato
• piruvato
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
Principales reacciones de transaminación
COO-
COOH 3N +
C
C H +
CH3
O
CH2
CH2
Alanina
aminotransferasa
(ALT)
PLP
Glutámico pirúvico
transaminasa (GPT)
COOCOO
C
-
H 3N +
CH2
O +
CH2
CH3
COO-
COOAlanina
α-cetoglutarato
C H
Piruvato
Glutamato
GPT
- Localización citoplasmática.
- Particularmente abundante en hígado, corazón y músculo.
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
Principales reacciones de transaminación
COO-
COOH 3N
+
C H
CH2
-
COO
Aspartato
C
+
O
CH2
Aspartato
aminotransferasa
(AST)
CH2
PLP
Glutámico oxalacético
COO- transaminasa (GOT)
α-cetoglutarato
COOC
O
COOH 3N +
+
CH2
COO
-
Oxalacetato
GOT
- Localización >> mitocondrial y < citoplasmática.
- Particularmente abundante en hígado y corazón.
C H
CH2
CH2
COO-
Glutamato
Química Biológica
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Vías de eliminación del grupo α-amino
- Reacciones de Transaminación
Oxidativa
- Reacciones de Desaminación
No Oxidativa
Química Biológica
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Desaminación oxidativa del glutamato
Glutamato deshidrogenasa
Glutamato
(+) ADP y GDP
(-) ATP y GTP
α-cetoglutarato
TRANSDESAMINACION
TRANSAMINACION
Aminoácido
a-cetoglutarato
NADH + H+
GDH
Transaminasa
a-cetoácido
DESAMINACION OXIDATIVA
NAD+
Glutamato
+
NH4+
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
Desaminación oxidativa por
aminoácido oxidasas peroxisomales
L-aminoácido oxidasa
a-cetoácido + NH4+
FMNH2
L-aminoácido + H2O + E-FMN
E-FMNH2 + O2
L-aminoácido oxidasa
E-FMN + H2O2
D-aminoácido oxidasa
a-cetoácido + NH4+ + E-FADH2
D-aminoácido + H2O + E-FAD
D-aminoácido oxidasa
E-FADH2 + O2
2 H2 O 2
+ E-
E-FAD + H2O2
Catalasa
2 H 2 O + O2
Química Biológica
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Vías de eliminación del grupo α-amino
- Reacciones de Transaminación
Oxidativa
- Reacciones de Desaminación
No Oxidativa
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Química Biológica
Desaminación no oxidativa
COOH3 N+
C H
CH2OH
Serina
deshidratasa
PLP
H 2O H 2O
Serina
H3N
+
C H
O + NH4+
C
CH3
Piruvato
COO-
-
COO
COO-
Treonina
deshidratasa
C
O
H C OH
PLP
CH2
CH3
H 2O H 2O
CH3
Treonina
+ NH4+
α-cetobutirato
Química Biológica
METABOLISMO DE AMINOACIDOS
Bibliografía
1- BLANCO A., “Química Biológica”, Ed. El Ateneo, 8a edic., Bs. As. (2007).
2- LEHNINGER, A.L., "Principios de Bioquímica", Ed. Omega, 4ª ed. (2008).
Bibliografía Complementaria
1- CAMPBELL Y FARREL, “Bioquimica”, Thomson Eds., 4ta. Ed., (2005).
2- SALISBURY Y ROSS, “Fisiología vegetal”, Grupo Ed. Iberoamericana, (1994).
3- HILL, WYSE Y ANDERSON, “Fisiología animal”, Ed. Med.
Panamericana,(2006), Madrid, España.
4- LIM M.Y., “ Lo esencial en Metabolismo y Nutrición”, Ed. Elsevier, 3ra. ed.,
Barcelona (2010).
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METABOLISMO DE LIPIDOS