Metabolismo de Aminoácidos
Se genera amonio (tóxico para el organismo). La preocupación sería digerir todo para que el amonio no quede dando vueltas y provoque problemas.
El grupo amino y el esqueleto hidrocarbonado van por caminos diferentes.
El grupo amonio va a participar en la biosíntesis de otros aminoácidos.
El ciclo de la urea toma el amonio y lo elimina como urea.
La cadena hidrocarbonada de los aminoácidos va por otra vía, al final los alfacetoácidos (pérdida del amino) entran en el ciclo cítrico y se utiliza como combustible para la síntesis de glucosa. En este proceso se genera CO2, H2O y energía.
Catabolismo de Aminoácidos en el Hígado
El catabolismo de los aminoácidos ocurre en el hígado de los vertebrados:
- Las proteínas celulares son degradadas a aminoácidos y luego se transportan al hígado, también llegan aminoácidos de la dieta.
- En las células hepáticas ocurre la transformación de aminoácidos a alfacetoácidos, es decir, pérdida del grupo amino y aparición de un grupo carboxilo en su lugar. Para que esto ocurra se necesita de otros compuestos que también son aminoácidos, como el glutamato (es una molécula que funciona como receptor del grupo amino que ha sido retirado del aminoácido). Entonces la molécula que entra en contacto con el aminoácido es el alfacetoglutarato (molécula similar al glutamato) pero que tiene un grupo carboxilo en vez del grupo amino.
El uso de alanina también se ocupa como vía para eliminar al grupo amino, que se moviliza desde los músculos. La alanina cumple la función de ser la “moneda de cambio” en el sentido de que es lo que se moviliza del músculo al hígado. El amonio viaja con la alanina para llegar al hígado donde se elimina como urea (en mamíferos), amonio como tal en algunos peces o ácido úrico en aves o reptiles.
Hay también formación de aminoácidos por degradación de proteínas.
La molécula de glutamina tiene un grupo amino que corresponde a la captura de los amonios en el músculo y otros tejidos. Mediante la interacción con enzimas puede perder el grupo amino como amonio. Cuando pierde el NH2 se transforma en glutamato.
Degradación de Proteínas de la Dieta
Las células parietales y principales de las glándulas gástricas secretan sus productos (HCl y pepsinógeno) en respuesta a la gastrina.
La pepsina degrada las proteínas en el estómago.
El citoplasma de células exocrinas en el páncreas está repleto de retículo endoplásmico rugoso para la síntesis de zimógenos que se concentran en gránulos membranosos.
Al estimular la célula exocrina (por gastrina y secretina), su membrana plasmática se fusiona con los gránulos de zimógenos y éstos son liberados al lumen de los ductos colectores los que convergen al ducto pancreático y de ahí al intestino delgado.
Continúa la degradación de proteínas.
Los aminoácidos son adsorbidos por los vili de la célula epitelial de la mucosa intestinal y entran en los capilares sanguíneos.
Digestión en Estómago e Intestino
En el estómago e intestino ocurre la mayor degradación de proteínas. En el estómago hay células las cuales tienen glándulas y dentro de ellas hay células del tipo parietal que producen ácido clorhídrico y células principales (generan pepsina).
- Zimógeno: enzima que aún no está activa.
- Mucus: protege de la acción del ácido y pepsina.
La gastrina hace que la célula parietal y principal produzcan HCl y pepsinógeno.
El pepsinógeno se activa en el estómago a pH ácido y se transforma en pepsina (enzima digestiva que rompe las proteínas que se están ingiriendo).
El páncreas tiene acinos que producen enzimas digestivas que tienen forma de gránulos de zimógenos que se vacían en un conducto.
El vaciamiento de los gránulos hacia el conducto se produce porque los gránulos se fusionan con la membrana de las células y se produce el vaciamiento (exocitosis) hacia el intestino delgado (se completa la digestión, proteínas en forma de aminoácidos son absorbidos en la mucosa intestinal [Villus] y así entran a los capilares sanguíneos).
Excreción de Nitrógeno
Formas de excretar nitrógeno:
- Amonio
- Urea
- Ácido úrico
¿De qué depende que se elija la vía? De su entorno.
- Amonio: es tóxico. Los peces tienen la facilidad de excretarlo al mar. Lo eliminan por las branquias.
- Urea: asociado a gran cantidad de agua. En aves deberían tomar mucha agua para eliminar eficientemente la urea o el amonio, lo que significa un aumento en el peso (limitación para que vuele). Entonces por eso se prefiere eliminar como ácido úrico (se excreta casi solo, como cristales, no tiene necesidad de estar asociado a gran cantidad de agua).
- Ácido úrico: Los reptiles viven en zonas de escasez de agua. De tal manera que eliminar el nitrógeno será como ácido úrico.
La urea es un caso intermedio, no es tóxica, la mayoría de los mamíferos ocupa este sistema.
Transaminaciones
Reacciones que ocurren entre aminoácidos en las cuales se transfiere el grupo amino de un aminoácido a un alfacetoácido. Cambiando el carbonilo por un amino.
- Catalizadas por transaminasas.
- Utilizando como cofactor el piridoxal fosfato (PLP) que participa directamente en la transferencia del grupo amino al alfacetoácido. Cuando intercambia el amino pasa a llamarse piridoxamina (en vez de carbonilo tiene un grupo amino).
- Base de Schiff: Se forma un doble enlace entre el NH2 y el carbono del piridoxal fosfato.
Movilización del NH4+
En la mayoría de los tejidos: Hay una movilización de los grupos amonio mediante la incorporación de estos grupos en el aminoácido glutamato para dar glutamina con ayuda de la enzima glutamina sintetasa. La glutamina puede desplazarse a través de la sangre hasta llegar al hígado.
Hígado: Es procesada para liberar el grupo amino con otra enzima llamada glutaminasa que le saca el grupo NH2 que fue recién incorporado liberando glutamato, y este amonio es transformado en urea.
En los músculos: Hay liberación de aminoácidos por catabolismo de proteínas con liberación del grupo NH4 el cual es incorporado en el glutamato por la glutamato deshidrogenasa. El glutamato intercambia su grupo amino por alanina en forma de piruvato, entonces el piruvato capta el NH2 se transforma en alanina y ésta se puede movilizar por la sangre para llegar finalmente al hígado.
Este movimiento de la alanina del músculo para llegar al hígado donde se vuelve a transformar en piruvato cierra el ciclo alanina-glucosa.
Si estamos en el músculo donde se supone que se consume glucosa (ejercicio) también hay traslado de NH2 al hígado, en donde hay una recuperación de la alanina-piruvato. Este piruvato mediante gluconeogénesis puede transformarse en glucosa y así la glucosa puede viajar al músculo para que pueda seguir funcionando.
Transporte del Grupo Amino
- El glutamato es capaz de generar grupos amonio en el hígado.
- La glutamato deshidrogenasa es capaz de remover el grupo amino del glutamato y transformarlo en un grupo carbonilo. Está sometida a regulación alostérica, es inhibida por GTP y activada por ATP.
- Las enzimas que están asociadas a la transaminación son un elemento que sirve para ver el estado del hígado. Enzimas propias del hígado en sangre.
La Glutamina Transporta Amonio en la Sangre
La glutamina se forma del aminoácido L-glutamato por la acción de la glutamina sintetasa. Con la ayuda de esta enzima se forma un compuesto activado en el cual el grupo carbonilo del glutamato entra un fosfato producto de la hidrólisis del ATP.
La reacción es en dos pasos:
- Incorporación de ATP que activa el Glu como γ–glutamil-fosfato (compuesto activado).
- La incorporación del NH4+ a la enzima y la liberación del Pi y de L-glutamina.
- La L-glutamina llega a las mitocondrias del hígado y el NH4+ es eliminado en el ciclo de la urea y ésta se excreta en el riñón.
- El glutamato está disponible para otra reacción.
- La glutamina es consumida por deportistas y fisicoculturistas.
La Alanina Transporta NH4+ desde el Músculo hasta el Hígado
La alanina sirve también como un transportador de amonio y del esqueleto carbonado del piruvato desde el músculo al hígado.
- El músculo utiliza aminoácidos como fuente de energía y genera NH4+.
- El NH4+ es capturado por el piruvato que recibe el NH2 del glutamato por la alanina aminotransferasa.
- La Ala formada viaja por la sangre hasta el hígado donde es reconvertida en piruvato transfiriendo el NH2 al cetoglutarato para dar Glu que entrega el NH4+ al ciclo de la urea.
- El piruvato es utilizado para producir glucosa por gluconeogénesis, y regresa vía sangre al músculo.
Explicación: El músculo está consumiendo sus proteínas y los aminoácidos dan origen a gran cantidad de amonio (tóxico) que debe transferirse al hígado para que sea degradado. Para ellos usa glutamato. Con ayuda de la alanina aminotransferasa, el glutamato es capaz de transformarse en alanina.
El piruvato es la molécula que recibe el NH2 que está produciendo el glutamato a través de la reacción de transaminasa. El glutamato se transforma en alfacetoglutarato, por pérdida del NH2 y el piruvato se transforma en alanina por ganancia del grupo NH2.
La alanina reacciona con el alfacetoglutarato para dar glutamato y piruvato.
El glutamato en el hígado es modificado para que entregue el grupo amonio que desaparece como urea a través del riñón.
El piruvato aparece por un proceso de gluconeogénesis para seguir ayudando con glucosa al músculo.
Ciclo de la Urea
El NH2 (amonio) se va acumulando dentro de la mitocondria. El aspartato está presentando un NH2 que viene del amonio.
El NH4 + CO2 forman el carbamoil fosfato y reacciona con un aminoácido, ornitina (que circula libre entre la mitocondria y el citoplasma, igual que el aspartato).
La ornitina transcarbamilasa hace que reaccione la ornitina y el carbamoil fosfato y se forma la citrulina (circula libremente entre mitocondria y citoplasma).
La primera etapa sería la formación del carbamoil fosfato que con la ornitina forma la citrulina, la cual sale de la mitocondria y reacciona con el aspartato y forman la arginina succinato por medio de la arginina succinato sintetasa.
Hay una enzima argininosuccinato liasa que corta este compuesto y genera fumarato y arginina que es el paso previo a la formación de urea. La arginina se corta con la arginasa generando urea y ornitina.
- Hay dos fuentes de N para generar la urea: el aspartato que entra al ciclo de la urea y el amonio que se genera dentro de la mitocondria que forma parte del carbamoil fosfato.
- También hay una relación con el ácido cítrico (genera energía a la mitocondria). El aspartato se puede generar aquí y va hacia el ciclo de la urea, al entrar se transforma en fumarato que pasa a malato y luego oxalacetato que entra nuevamente al ciclo cítrico.
- Carbamoil fosfato sintetasa I: dentro de la mitocondria. La otra II: en citoplasma – biosíntesis de nucleótidos.
- Las reacciones catalizadas por carbamoil fosfato sintetasa y arginina-succinato sintetasa hacen que se adquiera el N en el ciclo de la urea.