UNIVERSIDAD NACIONAL

MAYOR DE SAN MARCOS

FACULTAD DE QUMICA E

INGENIERA QUMICA

BIOQUMICA

FRED GARCA ALAYO, Ph.D.

Mg. JUAN CARLOS WOOLCOTT HURTADO

CICLO DEL NITRGENO

N2 atmosfrico Fijacin

Industrial

NITRATOS

Atmosfrica Biolgica

Productores Consumidores

Descomponedores

Disolucin y

transporte

Medio

acutico

Procesos de putrefaccin de la

materia orgnica muerta

NH3

Erupciones

volcnicas

Bacterias desnitrificantes

Pseudomonas, Alcaligenes, Thiobacillus, Bacillus

CICLO DEL NITRGENO El nitrgeno libre forma el 78 % de la atmsfera

El nitrgeno inerte es prcticamente inaccesible para la mayora de los seres vivos.

Otros componentes atmosfricos: NH3, de las emanaciones volcnicas, y NOx que se forman en las tormentas elctricas

Fijacin industrial: por el mtodo Haber-Bosch: se pasa del N2 a formas activas de forma parecida a la fijacin atmosfrica y a la

combustin a altas temperaturas amonaco y fertilizantes

Fijacin atmosfrica: tormentas elctricas

Fijacin biolgica: bacterias y hongos que transforman el N2 atmosfrico en nitratos disponibles para las plantas:

Bacterias: Azotobacter (suelo), cianobacterias (fitoplancton) y Rhizobium (simbiosis en las races de leguminosas)

Hongos: gen. Frankia, actinomiceto que forma ndulos radiculares con rboles como el aliso

La mayor parte del nitrgeno disponible para los seres vivos (93%) procede de la actividad de los descomponedores

CICLO DEL NITRGENO

REDUCCIN DEL NITRGENO:

DINITROGENASA

Clostridium y Rhizobium

Protena Mo y Fe

Protena S y Fe

CICLO DEL NITRGENO 1. Bacterias que fijan el nitrgeno, reducen el gas N2 en amoniaco

2. El amoniaco en presencia de agua se convierte en amonio

3. El amoniaco generado en el suelo por fijacin de N2 lo utilizan plantas y animales superiores; pero la mayor parte se oxida a nitritos por los m.o (Nitrosomonas)

2 NH3 + 3 O2 2 NO2- + 2 H2 O + 2 H

+

4. Nitrobacter continua la oxidacin de nitritos a nitratos

2 NO2- + O2 2 NO3-

5. Pasos 3 y 4 representan la nitrificacin

6. El nitrgeno tambin entra al suelo por las tormentas elctricas

O2 O2 O2 N2 2 NO 2 NO

2- 2 NO3-

7. Las bacterias del suelo y plantas revierten el proceso de nitrificacin por reductasas

Nitrato reductasa

NO3- + NADPH + H+ NO2

- + NADP+ + H2O

Nitrito reductasa

NO2- + 3NADPH + 4H+ NH4

+ 3NADP+ + H2O + OH-

CICLO DEL NITRGENO

8. Los iones amonio formados en el suelo por reduccin y fijacin de nitrgeno lo utilizan plantas para sintetizar aa.

9. Aunque los animales pueden utilizar los iones de amonio, todo el nitrgeno lo obtiene a travs de la cadena alimenticia.

10. El nitrgeno de las plantas y animales se recicla en el suelo: El N excretado como urea o cido rico se transforma en amoniaco por

accin de M.O.

Protenas y otros componentes nitrogenados de los animales y plantas muertos que estn en proceso de descomposicin son hidrolizados en aa y otros compuestos.

FIJACIN DEL NITRGENO La fijacin biolgica de N se consigue a travs del complejo de la

nitrogenasas.

El complejo esta formado por: -Nitrogenasa reductasa

Su centro redox tiene 2 Mo, 32 Fe, y 30 S. -Dinitrogenasa

Tiene dos centros de unin a la reductasa y los 8 electrones necesarios se transfieren a la dinitrogenasa uno a uno dando lugar a un ciclo en que la forma reducida de la reductasa se une a la dinitrogenasa, mientras que la forma oxidada de la reductasa se separa.

Se requiere ATP que es ms que todo cataltico.

OXIDACIN DE AMINOCIDOS ltimas biomolculas que contribuyen a la generacin de energa

metablica.

La energa metablica varia segn el tipo de organismo.

Los carnvoros hasta 90% de su necesidad

La mayora de los M.O pueden nutrirse de aa del entorno en caso estn disponibles.

Las plantas fotosintticas no oxidan aa o raramente.

Los aa en plantas estn reguladas para cubrir necesidades de biomolculas.

En animales los aa se degradan oxidativamente en 3 situaciones metablicas diferentes:

1. Durante la sntesis y degradacin normales de protenas celulares (recambio)

2. Cuando la dieta es rica en protenas ingirindose aa en exceso de las necesidades.

3. En la inaccin o diabetes, en las que no hay glcidos.

En estas circunstancias pierden sus grupos aminos y los -cetocidos se oxidan a CO2 y H2O.

DESTINO METABLICO DE LOS GRUPOS

AMINO

El nitrgeno atmosfrico N2 es abundante pero inerte para su utilizacin en los procesos bioqumicos.

Pocos M.O pueden convertirse N2 en formas biolgicas tiles como NH3, los grupos amino se utilizan en forma conservadora en los sistemas biolgicos.

Los aa de la dieta son la fuente de la mayor parte de los grupos amino.

DESTINO METABLICO DE LOS GRUPOS

AMINO

DEGRADACIN OXIDATIVA DE LOS

AMINOCIDOS

Los aminocidos que se emplean como combustible, siguen 2 caminos:

Conversin en glucosa (gluconeognesis) Oxidacin a CO2 a travs del CAT Un hombre de 70 kg y una dieta de 2,500 a 3,000 Kcal

Recambia 400 g diarios de protena 100g se oxida o convierte en glucosa

6 a 20 g de nitrgeno se excreta por la orina como urea

Cada protena tiene una determinada vida media

La vida media depende de su secuencia de aminocidos

Las enzimas claves tiene una vida media corta (horas)

La ingesta de un exceso de protenas no conduce a un mayor almacenamiento de aa, sino que se degradan.

PROTEOLISIS Degradacin de protenas ingeridas a aa en el tracto

gastrointestinal.

La entrada de protenas al estomago estimula a la mucosa gstrica la secrecin de la gastrina.

La gastrina estimula la secrecin de HCl por las clulas gstricas y pepsingeno, pH 1,5-2,5.

Las protenas sufren la accin de pepsina en el estmago.

La pepsina corta cadenas polipeptdicas en pptidos ms pequeos

Al pasar al intestino el bajo pH ocasiona la secrecin de la secretina a la sangre que estimula al pncreas a secretar bicarbonato.

La colecistoquinina estimula la secrecin de enzimas pancreticas: quimotripsina, tripsina y carboxipeptidasas en el intestino

(exocrinos).

La tripsina libre activa: quimotripsinogeno, procarboxipeptidasa y proelastasa.

En el hombre la mayor parte de las protenas globulares son degradadas y las fibrosas parcialmente (queratina).

OXIDACIN DE LOS AMINOCIDOS Comprende 20 secuencias multienzimtico diferentes que conducen

al piruvato, a acetil-CoA o intermediarios del CAT.

La eliminacin del grupo amino es el 1 paso Importancia del Fosfato de piridoxal (B6) en la transferencia de los

grupos -amino al Glu. Dos rutas principales:

a) Transaminacin: Ala, Arg. Asp, Asn, Cys, Ile, Leu, Lys, Phe, Trp, Tyr y Val transfieren su grupo amino al carbono de -cetoglutarato (Transaminasas)

-cetoglutarato + aa Glu + -cetocido (aminotransferasa)

OXIDACIN DE LOS AMINOCIDOS b) Desaminacin oxidativa: El Glutamato transaminado, se

desamina oxidativamente por accin de la glutamato -

deshidrogenasa (Transdesaminacin)

L-glu + NAD+ (NADP+) + H2O -cetoglutarato + NH4+ + NADH (NADPH)

Glutamato deshidrogenasa modulada por ADP (+) y GTP (-)

Glutamato

deshidrogenasa

RUTAS QUE CONDUCEN AL ACETIL- CoA:

AMINOCIDOS CETOGNICOS Y GLUCOGNICOS

Ingresan al CAT

Ala

Gly

Ser

Thr

Cys

Phe

Tyr

Leu

Lys

Trp

Ile

Siguen el CAT o se convierten en glucosa

Ala

Gly

Ser

Cys

Thr

RUTAS DIRECTAS AL ACETIL- CoA

10 aminocidos forman Acetil-CoA.

Entran va piruvato Ala, Gly, Ser, Cys, Trp.

Provienen del acetoacetil CoA: Phe, Tyr, Leu, Lys, Ile

y Trp y de ah a la acetil

CoA

RUTAS DIRECTAS AL ACETIL- CoA

RUTAS DEL - CETOGLUTARATO

Se incorporan al CAT, glucognicos

Arg

His

Gln

Glu

Pro

VIAS CATABLICAS DE LOS

AMINOCIDOS

EXCRECIN DE LOS PRODUCTOS

NITROGENADOS

El amonio es txico para las clulas

El ion amonio, que rebasa las necesidades fisiolgicas se excreta en diversas formas.

Los peces excretan N2 amnico en forma de amoniaco o urea.

Los vertebrados terrestres excretan el exceso en forma de urea

Los pjaros, primates, insectos y reptiles lo convierten en cido rico para eliminarlo

Formacin de urea en el hgado - ciclo de la urea -

CICLO DE LA UREA

1. El amoniaco (NH3) con el CO2 da fosfato de carbamilo (mitocondria)

NH4+ + HCO3

- + 2 ATP + H2O Carbamoilfosfato + 2ADP + Pi (Carbamoil- P- sintetasa)

2. El fosfato de carbamilo + ornitina da citrulina (mitocondria)

Carbamoil P + ornitina citrulina + Pi (ornitina transcarbamoilasa)

3. La citrulina + aspartado + ATP da Argininosuccinato (citoplasma) Citrulina + Aspartato + ATP arginosuccinato + AMP + Pi

(Argininosuccinatosintetasa)

4. La argininosuccinato da arginina y fumarato (citoplasma)

Argininosuccinato Arg + fumarato (Argininosuccinato liasa)

5. La arginina + agua da urea y ornitina (citoplasma)

Arginina + H2O urea + ornitina (arginasa)

CICLO DE L A UREA

CONEXIN DEL CICLO DEL CIDO CTRICO Y

DE LA UREA

INCORPORACIN DEL AMONIACO

El N reducido a NH4+; puede asimilarse como

componente de aminocidos y otras molculas.

La mayor parte de los aminocidos derivan de la amina del Glu.

El N del grupo amida de la Gln es fuente de grupo amida para una amplia gama de procesos biosintticos.

El Glu y Gln paso crtico en la incorporacin del N.

El Glu y el NH4+ dan Gln (Glutamina sintetasa).

Glu + NH4+ + ATP Gln + ADP + Pi + H+

GLUTAMINA SINTETASA

La Gln sintetasa de las bacterias esta sujeto a la regulacin alostrica y a control por modificacin covalente.

Tiene 12 unidades identicas

6 productos del metabolismo de la Gln y Ala y Gly son inhibidores

Hay inhibicin por adelinilacin de la Tyr por la adenilil transferasa

La adenilil transferasa regulada por la protena Pii y esta a su vez por la uridilil transferasa.

REGULACIN ALOSTRICA DE LA

Gln SINTETASA

Tyr adenililado

BIOSNTESIS DE AMINOCIDOS

BIOSNTESIS DE AMINOCIDOS

BIOSNTESIS DE AMINOCIDOS

BIOSNTESIS DE LOS AMINOCIDOS

Los vertebrados no pueden sintetizar todos los aminocidos

Aminocidos esenciales:

Leu - Ile

Thr - Trp

Val - Lys

Phe - Met.

Arg y His en niez

Treonina y metionina procedentes de la homoserina

Lisina a partir del cido -diaminopimlico y cido aminoadpico

Valina, Isoleucina y leucina a partir de -cetobutirato

Fenilalanina y triptofano a partir de cido shiquimico

Arginina a partir de ornitina

Histidina a partir del cido 5- fosforribosil -1- pirofosfato

AMINOCIDOS ESENCIALES

AMINOCIDOS ESENCIALES

AMINOCIDOS ESENCIALES

AMINOCIDOS NO ESENCIALES

Glu, Gln y Pro a partir de - cetoglutarato

Ser y Gly a partir de 3 - fosfoglicerato

Cys a partir de Met y Ser

Tyr a partir de Phe

Asp, Asn, Ala a partir de cido glutmico

SNTESIS DE AMINOCIDOS

SNTESIS DE SERINA BIOSNTESIS DE PROLINA BIOSNTESIS DE ARGININA

PORFIRINAS

Glicina precursor del ncleo para los

grupos hemo:

Hemoglobina Citocromos Clorofilas

PIGMENTOS BILIARES

BIOSNTESIS DE CREATININA Y

FOSFOCREATINA

Glicina y arginina

precursores

BIOSNTESIS DEL GLUTATION

NEUROTRANSMISORES

SNTESIS DE NEUROTRANSMISORES

SNTESIS DE NEUROTRANSMISORES

SNTESIS DE POLIAMINAS

Derivados de la metionina Rol en el empaquetamiento de ADN

Las poliaminas han sido relacionadas con procesos fundamentales para la vida, como son la divisin, el crecimiento, la diferenciacin y la muerte celular, habindose demostrado en

todos los organismos en los que se han conseguido mutantes deficientes en su sntesis

que las poliaminas son esenciales.

GRACIAS