Post on 03-Jul-2015
Metabolismo de Proteínas y aminoácidos
Metabolismo
Toda Macromolécula que
entra a un organismo
Es
Degradada
a sus
unidades estructurales
Proteínas
Son fuente de aminoácidos
Son fuente de Nitrógeno
Son fuente de esqueletos carbonados
Son fuente “energética”
Digestión / AbsorciónRecambio Metabólico
Rol de los AminoácidosCiclo de la Urea
Digestión y Absorción de ProteínasDigestión y Absorción de ProteínasGeneralidadesGeneralidades
Fuente de proteínas para digestión y absorción:Fuente de proteínas para digestión y absorción:- 70-100 g/día de dieta- 70-100 g/día de dieta- 20-30 g/día de secreción endógena- 20-30 g/día de secreción endógena- 20-30 g/día de descamación intestinal- 20-30 g/día de descamación intestinal
La proteína de la dieta es la única fuente de:La proteína de la dieta es la única fuente de:- aminoácidos esenciales - aminoácidos esenciales - mantención del balance nitrogenado - mantención del balance nitrogenado
La digestión es muy eficiente La digestión es muy eficiente - se produce a nivel de intestino delgado- se produce a nivel de intestino delgado
Múltiples sistemas de hidrólisis enzimática Múltiples sistemas de hidrólisis enzimática
Múltiples sistemas de transporte aminoacídico intestinalMúltiples sistemas de transporte aminoacídico intestinal
Calidad y Digestibilidad de las ProteínasCalidad y Digestibilidad de las Proteínas
Valor biológicoValor biológicoDeterminado por requerimiento en crecimiento Determinado por requerimiento en crecimiento Se correlaciona con % de aminoácidos esencialesSe correlaciona con % de aminoácidos esenciales
Digestibilidad proteica depende deDigestibilidad proteica depende de::
- fuente proteica- fuente proteica animal >> vegetalanimal >> vegetal- contenido de prolina- contenido de prolina >% de prolina (glúten, caseína) >% de prolina (glúten, caseína)
disminuye digestibilidaddisminuye digestibilidad- fosfoproteínas- fosfoproteínas son más resistentes a son más resistentes a proteasas proteasas
pancréaticaspancréaticas (caseína) (caseína) - manejo pre-ingesta- manejo pre-ingesta cocción aumenta digestibilidad, cocción aumenta digestibilidad,
(o disminuye por formación de (o disminuye por formación de aductos intra/intermoleculares)aductos intra/intermoleculares)
ProteínasProteínas
OligopéptidosOligopéptidos
Proteasas y peptidasasProteasas y peptidasasgástricas y pancreáticasgástricas y pancreáticas
PéptidosPéptidosAminoácidosAminoácidos
PeptidasasPeptidasasde membranade membrana
PéptidosPéptidosAminoácidosAminoácidosPeptidasasPeptidasascitosólicascitosólicas
LUMENLUMENINTESTINALINTESTINAL
ENTEROCITOENTEROCITO
SANGRE SANGRE PORTALPORTAL Péptidos (10%)Péptidos (10%)Aminoácidos (90%)Aminoácidos (90%)
Digestión y Absorción de ProteínasDigestión y Absorción de ProteínasEsquema GeneralEsquema General
Activación de Proteasas PancreáticasActivación de Proteasas Pancreáticas
Son secretadas en forma inactiva y se activan por Son secretadas en forma inactiva y se activan por cascada proteolítica iniciada por enteroquinasacascada proteolítica iniciada por enteroquinasa
TripsinógenoTripsinógenoEnteroquinasaEnteroquinasa
TripsinaTripsinaENDOPEPTIDASASENDOPEPTIDASASTripsinógenoTripsinógeno TripsinaTripsinaQuimotripsinógenoQuimotripsinógeno QuimotripsinaQuimotripsinaProelastasaProelastasa ElastasaElastasa
ECTOPEPTIDASASECTOPEPTIDASASProcarboxipeptidasa AProcarboxipeptidasa A Carboxipeptidasa ACarboxipeptidasa AProcarboxipeptidasa B Procarboxipeptidasa B Carboxipeptidasa BCarboxipeptidasa B
Digestión Intraluminal de ProteínasDigestión Intraluminal de Proteínaspor Acción de Proteasas Pancreáticaspor Acción de Proteasas Pancreáticas
COOHCOOH
NHNH22
Arg
Phe
Leu
TripsinaTripsina
ElastasaElastasa
QuimotripsinaQuimotripsina
NHNH22
Arg
COOHCOOH
Phe
NHNH22
COOHCOOH
Leu
NHNH22
COOHCOOH
Arg COOHCOOHNHNH22
NHNH22
COOHCOOH
Leu COOHCOOHNHNH22
Phe COOHCOOHNHNH22
NHNH22
COOHCOOH
OligopéptidosOligopéptidos
AA BásicosAA Básicos
AA NeutrosAA Neutros
Carboxi-Carboxi-Peptidasa BPeptidasa B
Carboxi-Carboxi-Peptidasa APeptidasa A
Enzima Especificidad Extremo
de aminoácido libre aaEndopeptidasasTripsina Arginina COO-
Lisina
Quimotripsina FenilalaninaTriptofano COO-
Tiroxina
Pepsina FenilalaninaTriptofano COO- Tiroxina y Leucina NH3
Enzima Especificidad de aminoácido
Exopeptidasas
Aminopeptidasa Ext. amino terminal
Carboxipeptidasa A Ext carboxilo terminal s/esp. residuo
Carboxipeptidasa B Ext carboxilo leucina,
arginina
Recambio MetabólicoConsiste en el continuo desdoblamiento de
proteínasExperimento de Schoenheimer
Consistió en proporcionar una dieta de aminoácidos marcados con 15 N a ratas de laboratorio, en las que se analizó en el tiempo la incorporación de 15 N en las proteínas tisulares. Luego, una vez que el contenido de 15 N se mantenía constante en los tejidos, a las ratas les cambio la dieta a aminoácidos con nitrógeno normal, observando el decaimiento de nitrogeno marcado en los tejidos
Recambio MetabólicoEn un individuo adulto sano la velocidad de
síntesis de proteínas es igual a la velocidad de degradación.
No todos los tejidos tienen la misma velocidad de recambio.
La velocidad de recambio en la especie humana es de 1.2 g de proteínas /Kg peso día.
ProteasasCatepsinas. Son proteasas intracelulares que presentan actividad endopeptidasa, localizadas principalmente en los lisosomas.
Proteosomas
Balance Nitrogenado. Concepto aplicado en la especie humana para referirse a la cantidad de nitrógeno que se ingiere y a la cantidad de nitrógeno que se excreta.
Un hombre adulto y sano presenta un balance nitrogenado en equilibrio
(entrada de N2 = salida de N2).
Un balance nitrogenado positivose produce en estados de desarrollo o fisiológicos:
infanciaembarazo periodo de lactancia.
Un balance nitrogenado negativo se produce en estados de:
inanicióndieta deficitaria en aminoácidos
esencialesya que la célula debe aumentar la tasa de degradación de las proteínas ya existentes para disponer de los aminoácidos esenciales que se requieren para construir las nuevas proteínas.
Aminoácido Esencial. Un aminoácido es esencial para un organismo, cuando éste no puede sintetizarlo o la velocidad de síntesis es muy baja para los requerimientos de la célula. La especie humana y otros animales superiores presentan la incapacidad de sintetizar el esqueleto carbonado (residuo de aminoácido), de un determinado número de aminoácidos, por lo que éstos pasan a ser esenciales.
En la especie humana, (y también en las ratas albinas), los aminoácidos esenciales son diez: leucina histidina lisinafenilalanina metionina argininaisoleucina treonina triptofano
valina
los que deben ser ingeridos en la dieta alimenticia.
Las moléculas que aportan el esqueleto carbonado de los aminoácidos son metabolitos de las vías metabólicas de:
Ciclo de KrebsGlicolisisDe las pentosas fosfato.
Familia de la histidina
Familia delglutamato
Familia delaspartato
Familia delpiruvato
Familia delaromática
Familia de la serina
Histidina GlutamatoGlutaminaProlinaArgininaLisina (hongos)
AspartatoAsparaginaMetioninaTreoninaIsoleucina Lisina (bacterias y plantas superiores)
AlaninaLeucinaValina
FenilalaninaTirosinaTriptofano
SerinaGlicinaCisteína
Ribosa-5fosfato -cetoglutarato Oxalacetato Piruvato PEP+Eritrosa-4-fosfato
3-fosfo-D-glicerato
Los productos de degradación de los aminoácidos pueden ser utilizados para formar ácidos grasos y glucosa
Aminoácido Cetogénico. Se denomina aminoácido cetogénico a todo aminoácido, cuyos productos de degradación son acetil-CoA o ácido acetoacético, generándose en última instancia los cuerpos cetónicos.
Leucina y lisina son cetogénicos Fenilalanina, tirosina y triptofano son
cetogénicos y glucogénico.
Aminoácido Glucogénico. Se denomina aminoácido glucogénico a todo aminoácido, cuyos productos de degradación son moléculas precursoras de glucosa y/o glicógeno. Todos los aminoácidos proteicos son glucogénicos, con excepción de leucina y lisina.
Rol de los Aminoácidos
a) En la síntesis de peptidos y proteínas
b) Como fuente de átomos de nitrógeno para la síntesis de otros aminoácidos (vía transaminación)
c) En la síntesis de otros compuestos nitrogenados y no nitrogenados.
d) En la formación de glucosa y/o ácidos grasos
e) Síntesis de ATP
Productos terminales del metabolismo de aminoácidos Aminoácidos Producto
terminalAlanina, cisteina, glicina, serina y treonina Acido
piruvico
Leucina Acetil CoA
Fenilalanina, leucina, lisina, tirosina y triptofano Acido
acetoacetico
Acido glutamico, Arginina, glutamina, histidina y prolina Acido -
cetoglutarico
Isoleucina, metionina y valina Succinil CoA
Fenilalanina y tirosina Fumarato
Acido aspartico y asparagina Acido oxalacetico
Reacciones de los aminoácidos
Transaminación. Es una reacción de transferencia reversible de grupos aminos, que se produce entre dos aminoácidos y sus respectivos cetoácidos.Las enzimas transaminasas tienen gran importancia en el metabolismo de aminoácidos.Participan en la primera etapa del catabolismo de aminoácidos cuando estos se encuentran en exceso.
La enzimaGlutamico amino transferasa es específica para ácido glutámico y ácido -cetoglutárico
Alanina amino transferasa es específica para alanina y ácido piruvico
TransaminasasSe denominan aminotransferasas, requieren para su actividad catalitica la coenzima piridoxal 5´-fosfato (PLP), la que se une a la apoenzima por condensación de su grupo -carboxilo con el grupo -amino de un residuo de lisina de la proteína.
Desaminación.La desaminación de aminoácidos consiste en la remoción del grupo -amino de un aminoácido.
Es una reacción de carácter catabólica, que puede ser de tipo oxidativa o no oxidativa, si la reacción de desaminación va o no acompañada de una oxido-reducción.
Glutamato deshidrogenasa
L-glutámico + NAD+ + H2O
-cetoglutarato + NADH + H+ + NH3
Decarboxilación de aminoácidos.
Las enzimas descarboxilasas de aminoácidos se encuentran ampliamente distribuídas en la naturaleza y requieren de piridoxal fosfato (PLP) como cofactor. Muchas de las aminas producto de la decarboxilación de los aminoácidos tienen importantes roles fisiológicos.
Enzima: glutamico decarboxilasa Reacción:L-glutamato -aminobutírico
Producto:-aminobutirico: neurotransmisor
Enzima: histidina decarboxilasaReacción:histidina histamina
Producto:histamina: vasodilatador
Enzima:3,4-dihidroxifenilalanina decarboxilasaReacción:3,4-dihidroxifenilalanina dopaminaProducto:dopamina: intermediario de la epinefrina
Enzima:5-hidroxitriptofano decarboxilasaReacción:5-hidroxitriptofano serotonina Producto:serotonina: neurohumoral
Metabolismo de aminoácido Los aminoácidos participana) en la síntesis de peptidos y proteínas, b) como fuente de átomos de nitrógeno (vía
transaminación) para la síntesis de otros aminoácidos, y
c) en la síntesis de otros compuestos nitrogenados y no nitrogenados.
Todo aminoácido cuya concentración exceda los requerimientos para estas tres actividades será degradado por desaminación (o bién vía descarboxilación).
El esqueleto carbonado será metabolizado.
El NH3 liberado será eliminado.
Excreción de nitrógeno.La eliminación o excreción nitrógeno proteico se realiza vía desaminación de aminoácidos, cuyo producto es el amoniaco.
El amoniaco es un compuesto altamente tóxico para algunas especies.
Organismo amoniotélico
Se refiere a organismos que excretan el nitrógeno en forma de amonio, el que se forma producto de la desaminación oxidativa de amioácidos.
Glutamina sintetasa
L-glutamico + NH3 + ATP Mg2+
L-glutamina + ADP + H3PO4
Organismo ureotélicoSe refiere a organismos que excretan el nitrógeno en forma de urea, molécula que se sintetiza a través del ciclo de la urea. Los animales, los anfibios y los peces marinos cartilaginosos eliminan el nitrógeno proteico como urea.
Organismo uricotélico Se refiere a organismos que excretan el nitrógeno en forma de ácido úrico, en cuya síntesis están involucrados los procesos biosintéticos y degradativos de purinas. Las aves, los insectos y los reptiles terrestres eliminan el nitrógeno proteico como ácido úrico.
Ciclo de la urea.En 1932, Krebs y Henseleit propusieron que la formación de urea, en cortes de hígado, se realizaba través de un proceso cíclico al que se denomino ciclo de la urea.
2 NH3 + CO2 + 3 ATP + 3 H2O
urea + 2 ADP + AMP + 4 PPi
La molécula de urea ( H2N-CO-NH2 ) contiene dos átomos de nitrogeno, los que provienen de dos moléculas de ácido glutamico que ceden sus grupos aminos.
Al interior de la mitocondria se produce la desaminación de una molécula de ácido glutamico, reacción catalizada por la enzima glutamico deshidrogenasa
el amonio generado se combina con bicarbonato para formar carbamil fosfato (carbamil fosfato sintetasa)
El carbamil fosfato transfiere su grupo carbamilo a la ornitina produciendo citrulina (ornitina carbamil transferasa).
La citrulina formada en la mitocondria sale al citoplasma
La citrulina en el citosol reacciona con una molécula de aspartato (formado por la reacción de transaminación entre la segunda molécula de glutamico y oxalacetato) generando la molécula de arginosuccinato (arginosuccinato sintetasa).
La siguiente reacción consiste en el rompimiento de la molécula arginosuccinato en arginina y fumarato (enzima que rompe arginosuccinato).
La arginina es hidrolizada por la enzima arginasa produciendo urea y ornitina, que entra a la mitocondria para comenzar un nuevo ciclo
Toxicidad de amoniaco.
A nivel de las células nerviosas
NH3 + -cetoglutarico + NADH + H+
glutamato + NAD+ + H2O
Esta reacción implica carencia de -cetoglutarato e inhibición de la respiración
a) disminución de la concentración del -cetoglutarato
b) al -cetoglutarato, disminuye la actividad del ciclo de Krebs
c) disminuye la concentración de NADH disponible
d) no se dispondrá de oxigeno.