Catabolismo de las Proteínas
Las proteínas desempeñan algunas de las funciones más importantes de las células, por lo que no son combustibles metabólicos habituales. Sin embargo, sí lo son en condiciones de ayuno o ejercicio prolongado, en las que las células no disponen de otras biomoléculas para satisfacer sus necesidades energéticas. También son degradadas para llevar a cabo su renovación natural. El catabolismo de las proteínas se inicia mediante la acción de proteasas que hidrolizan los enlaces peptídicos. Esta proteólisis tiene lugar en los lisosomas o bien en los proteosomas y da lugar a la liberación de los aminoácidos.
Los aminoácidos procedentes de la hidrólisis de las proteínas pueden ser reciclados para formar nuevas proteínas, pueden ser destinados a otras rutas metabólicas o bien ser oxidados para producir energía.
Degradación de los Aminoácidos
La degradación de los aminoácidos se basa en la oxidación de sus cadenas carbonadas tras haberse desprendido de los grupos amino por un proceso de transaminación o de desaminación oxidativa. También pueden desprenderse del grupo carboxilo mediante una reacción de descarboxilación.
Transaminación
Consiste en la transferencia del grupo α-amino desde un aminoácido a un cetoácido, generalmente el ácido α-cetoglutárico que se transforma en ácido glutámico. Esta reacción es catalizada por aminotransferasas (también llamadas transaminasas) del citosol y de la matriz mitocondrial y permite concentrar los grupos amino en forma de ácido glutámico. Este puede cederlos para formar nuevos aminoácidos o unirse con otro grupo amino para formar glutamina, que junto con el ácido glutámico es la forma en la que se transporta dicho grupo por la sangre.
Desaminación Oxidativa
Consiste en la eliminación del grupo amino del ácido glutámico en forma de ion NH4+, lo que permite reciclar el ácido α-cetoglutárico, que es necesario para continuar las reacciones de transaminación. Tiene lugar en el citosol y en la matriz de la mitocondria y es catalizada por la enzima glutamato deshidrogenasa, que utiliza NAD+ o NADP+ como coenzima y que es inhibida en presencia de ATP o GTP, lo que hace que el catabolismo de aminoácidos disminuya cuando la célula tiene otra fuente de energía.
Descarboxilación
Algunos aminoácidos pueden perder el grupo carboxilo en forma de CO2 por acción de descarboxilasas específicas que dan lugar a la formación de aminas biógenas. Estas moléculas aparecen con cierta frecuencia en alimentos obtenidos por procesos de fermentación, como los quesos y los vinos, e incluso pueden llegar a ser causa de intoxicaciones alimentarias.
La histamina es una de estas aminas que interviene en procesos de hipersensibilidad (ver la unidad 18), y se forma por la descarboxilación del aminoácido histidina.
Oxidación de las Cadenas Carbonadas de los Aminoácidos
La eliminación de los grupos amino de los aminoácidos da lugar a una serie de cadenas carbonadas (cetoácidos) que se degradan siguiendo rutas específicas. Las rutas de degradación de los veinte aminoácidos proteicos convergen para formar un pequeño número de productos diferentes que pueden ser oxidados en el ciclo de Krebs o bien desviarse hacia otras rutas metabólicas.
Los aminoácidos glucogénicos dan lugar a ácido pirúvico o a algún intermediario del ciclo de Krebs, por lo que pueden usarse para la síntesis de glucosa en el proceso de gluconeogénesis, que veremos más adelante.
Los aminoácidos cetogénicos dan lugar a acetil-CoA, que puede ser degradado en el ciclo de Krebs o ser utilizado para sintetizar ácidos grasos.
Residuos Nitrogenados
La eliminación del grupo amino de los aminoácidos da lugar a la formación del ion amonio (NH4+), una sustancia tóxica que se origina también en el catabolismo de los ácidos nucleicos y que debe ser eliminada, lo cual puede hacerse de diferentes formas:
- Animales amoniotélicos. Son animales acuáticos que eliminan directamente los iones amonio, ya que disminuyen su toxicidad por medio de la dilución. Entre ellos destacan la mayor parte de los invertebrados y muchos peces y anfibios.
- Animales ureotélicos. La mayor parte de los vertebrados terrestres y muchos acuáticos excretan principalmente urea, que es menos tóxica y se forma por la combinación de una molécula de CO2 y dos de amoníaco. La urea se sintetiza en el hígado, en una serie de reacciones que constituyen el ciclo de la urea.
- Animales uricotélicos. Algunos animales eliminan los residuos nitrogenados en forma de ácido úrico, una molécula con menor toxicidad que tiende a cristalizar y formar suspensiones sólidas, lo que supone una ventaja para los reptiles y las aves, cuyo consumo de agua es escaso. Estos animales son ovíparos y el embrión no puede eliminar los productos de excreción, por lo que se acumulan en el huevo.