Ciclo de Krebs: una vía anfibólica
Trasaminación: los grupos amino se transfieren de un aminoácido a un alfacetoácido con las enzimas transaminasas o aminotransferasas. Ocurre en el citosol y participan el par alfacetoglutarato y glutamato. Son reacciones reversibles que participan en la síntesis y degradación. Las transaminasas son abundantes en el corazón e hígado.
Desaminación oxidativa: el glutamato se transporta desde el citosol a la mitocondria, donde experimenta desaminación oxidativa. En el hígado, se libera amonio gracias a la glutamato deshidrogenasa. Esta enzima puede utilizar NAD (liberación directa de amonio) o NADP (incorporación del amonio al glutamato). Está regulada alostéricamente por GTP y ADP.
Transporte de amonio en el organismo: el amonio es tóxico para el sistema nervioso central y los tejidos. Los tejidos lo transforman en glutamina gracias a la glutamina sintetasa. La glutamina transporta amonio en la sangre. En el hígado y el riñón, la glutamina libera el amonio por acción de la glutaminasa. En el hígado, se forma urea a partir del amonio, mientras que el riñón puede excretar directamente amonio.
Transporte desde el músculo: ciclo alanina-glucosa: el transporte de grupos amino desde los músculos hasta el hígado se realiza principalmente en forma de alanina. El hígado aporta glucosa a los músculos, que la degradan por la vía glicolítica hasta el piruvato. Este captura un grupo amino por transaminación y, en forma de alanina, lo transporta hasta el hígado, donde se libera para que se transforme en urea. El piruvato en el hígado puede entrar en la gluconeogénesis para formar glucosa de nuevo.
Ciclo de la urea: ocurre entre la matriz mitocondrial y el citosol de los hepatocitos. Los dos nitrógenos de cada molécula de urea provienen del amonio libre y del grupo amino del aspartato. El carbono de la molécula de urea es aportado por bicarbonato. El ciclo se inicia y finaliza con el aminoácido ornitina.
Reacciones e intermediarios en la biosíntesis de urea con relación al ciclo de Krebs: desaminación oxidativa, transaminación, gluconeogénesis. Enzimas como carbamoil fosfato sintetasa I, ornitina, argininosuccinato, arginasa, fumarasa y malato deshidrogenasa del ciclo de Krebs.
Conexiones entre el ciclo de la urea y el ciclo del ácido cítrico: el fumarato puede ingresar a la mitocondria y seguir el ciclo del ácido cítrico, llegando a la formación de oxalacetato, que puede seguir tres vías: continuar el ciclo del ácido cítrico y producir energía, sintetizar glucosa vía fosfoenolpiruvato en la gluconeogénesis, o transaminarse con glutamato y dar a-cetoglutarato y aspartato, que entra al ciclo de la urea.
Digestión de proteínas en la dieta: los aminoácidos solo pueden incorporarse a rutas metabólicas en forma libre, por lo que las proteínas y péptidos ingeridos en la dieta son hidrolizados por enzimas proteolíticas en el tracto intestinal. En el estómago, la gastrina libera ácido clorhídrico y pepsinógeno, que se transforma en pepsina y hidroliza las proteínas a péptidos y aminoácidos. La pepsina hidroliza uniones peptídicas sobre grupos aminos de aminoácidos aromáticos como la tirosina, el triptófano y la fenilalanina. En el intestino delgado, la CCK induce a la secreción de enzimas proteasas zimógenas del páncreas, y la secretina induce la secreción de bicarbonato del páncreas, que eleva el pH. El producto final de la digestión enzimática intestinal son los dipeptidos, tripeptidos y oligopeptidos. Los aminoácidos libres resultantes son excretados al torrente sanguíneo, donde los aminoácidos ramificados se van al músculo y los no ramificados al hígado.
Catabolismo de los aminoácidos: los aminoácidos proceden de la degradación de las proteínas de la dieta o de las intracelulares. Se degradan perdiendo su grupo amino, y la cadena carbonada restante se transforma hasta metabolitos que puedan incorporarse a las rutas del ciclo de Krebs y al metabolismo de carbohidratos. Los grupos amino y los esqueletos carbonados toman rutas separadas pero interconectadas (aminoácidos al ciclo de la urea y esqueletos al ciclo cítrico).
Nucleótidos: cuando se realiza la hidrólisis completa de los ácidos nucleicos, se obtienen 3 tipos de componentes principales: azúcar (una pentosa), bases nitrogenadas (purinas y pirimidinas) y ácido fosfórico.
Purinas: adenina y guanina. Pirimidinas: timina, uracilo y citosina.
Nucleótidos en la dieta: las purinas y pirimidinas no son requeridas en la dieta, ya que no constituyen nutrientes esenciales. Los organismos eucariotas y procariotas pueden sintetizar nucleótidos de purina y pirimidina de novo, aunque pueden utilizar nucleótidos en la dieta en pequeñas cantidades. Los ácidos nucleicos ingeridos son digeridos con endonucleasas pancreáticas. El epitelio intestinal tiene fosfatasa alcalina y enzimas que degradan los nucleósidos. Las bases obtenidas, si no se utilizan, se degradan a nivel intestinal. Solo el 5% de los nucleótidos ingeridos pasa a la circulación como base libre o nucleósido.
Biosíntesis de nucleótidos: existen dos rutas metabólicas que contribuyen a la síntesis de nucleótidos: la ruta de novo y la ruta de recuperación o salvamento. En la ruta de novo, las purinas crecen sobre una estructura que contiene ribosa, mientras que las pirimidinas sintetizan la base y luego se incluye la ribosa al final. En la ruta de salvamento, se reutilizan las bases purínicas o pirimídicas previamente formadas, recuperando las bases y añadiendo ribosas.
Síntesis de purinas – síntesis de novo: los átomos del anillo de purina son contribuidos por varios compuestos, como aminoácidos, CO2 y derivados de tetrahidrofolato. El anillo de purina se va construyendo por una serie de reacciones que adicionan los carbonos y los nitrógenos a una ribosa-5-fosfato preformada. Los nucleótidos de purina que se sintetizan son AMP y GMP.
Primera etapa: síntesis de 5-fosforribosil-1-pirofosfato, un importante precursor de la biosíntesis de novo en la ruta de salvamento de purinas y pirimidinas. Esta etapa es activada por Pi e inhibida por nucleótidos de purina di y trifosfato.
Segunda etapa: al PRPP se le une un grupo amino donado por la glutamina mediante la enzima glutamin-PRPP amidotransferasa, dando como resultado 5-fosforibosilamina. El anillo púrico se forma secuencialmente sobre esta estructura. La principal reacción reguladora de la biosíntesis de purinas (irreversible) es estimulada por PRPP e inhibida por AMP, GMP e IMP.
Tercera etapa: el padre de los nucleótidos de purina. Los próximos pasos en la biosíntesis de los nucleótidos de purina llevan a la síntesis de IMP. Esta ruta requiere ATP como fuente de energía. La conversión de IMP a AMP o GMP también requiere energía. La síntesis de AMP requiere GTP como recurso de energía, mientras que la síntesis de GMP requiere ATP.
Formación de nucleótidos trifosfatos: a partir de IMP se sintetizan los ribonucleótidos AMP y GMP, y luego ATP y GTP. Los nucleótidos monofosfato son fosforilados por nucleósido quinasas específicas, como la adelinato quinasa y guanilato quinasa. Los nucleótidos difosfato y trifosfato son interconvertidos por nucleósido difosfato quinasas específicas.
Síntesis vía de salvamento de purinas y pirimidinas: vías alternativas para aprovechar las bases ya formadas y disminuir el gasto energético intracelular. Las bases preformadas provenientes de fuentes exógenas o de la degradación de los ácidos nucleicos pueden ser reutilizadas. Existe un recambio activo de muchos ácidos nucleicos, particularmente de algunos tipos de ARN. Estos procesos requieren PRPP y enzimas específicas. La guanina y la hipoxantina difieren en que la hipoxantina carece del grupo amino en la posición 2. El síndrome de Lesch-Nyhan es originado por la ausencia de la enzima hipoxantinaguaninafosforiltranferasa.
Inhibidores de la síntesis de purinas: las sulfamidas son inhibidores de la síntesis de purinas específicos en la división de microorganismos. Los análogos estructurales del ácido fólico se usan farmacológicamente para el control del desarrollo del cáncer. Las células somáticas no son afectadas por las sulfamidas, ya que requieren del ácido fólico preformado y no lo sintetizan endógenamente. También existen sulfonamidas y anticancerígenos que inhiben la dihidrofolato reductasa, que cataliza las vías que llevan la información al tetrahidrofolato.
Síntesis de pirimidinas – síntesis de novo: los nucleótidos de pirimidinas se sintetizan a partir de aspartato, PRPP y carbamoil fosfato. La síntesis de los nucleótidos se diferencia de las purinas en que primero se sintetiza el anillo de pirimidina y luego se une a la ribosa-5-fosfato donada por la PRPP.