Post on 13-Aug-2020
Derivados de aminoácidos
com relevância biológica
Departamento de Bioquímica da Faculdade de Medicina do Porto
ruifonte@med.up.pt
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
S-adenosil-metionina
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
S-adenosil-metionina
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-metionina
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
S-adenosil-metionina
S-adenosil-homocisteína
acetaldeído
do imidazol
NH4+ + H2O2
O2 NAD+ NADH
transférase de metilo
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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
S-adenosil-metionina
S-adenosil-homocisteína
N-metil-
transférase da
fenil-
etanolamina
adrenalina
S-adenosil-metionina
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
S-adenosil-metionina
S-adenosil-homocisteína
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
S-adenosil-metionina
S-adenosil-homocisteína
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
transférase de metilo
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+
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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
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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
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]
porfobilinogénio [10C,2N]
porfobilinogénio [10C,2N]
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
Coproporfirinogénio III
M
M
M
M
Vinil
Pr
Pr Vinil
Protoporfirinogénio III
O2
2 CO2 Oxídase do
Coproporfirinogénio III
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
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