Metabolismo de Aminoácidos: Funciones y Procesos Clave

El metabolismo de los aminoácidos (aa) cumple diversas funciones:

• Síntesis de proteínas y recambio proteico.
• Precursores de bases nitrogenadas de nucleótidos, hormonas y neurotransmisores.
• Obtención de biomoléculas.
• Degradación y oxidación (eliminación del grupo amino) para producir ATP en condiciones de ayuno, exceso en la ingesta de proteínas dietarias y degradación de proteínas endógenas.

Existen aminoácidos esenciales (que se necesitan incorporar a través de la dieta) y no esenciales (que son sintetizados por el organismo).

Reacciones en el Catabolismo de Aminoácidos

1. Transaminación

Ocurre principalmente en el hígado. Las enzimas clave son las aminotransferasas (EC). Estas enzimas tienen un grupo prostético: piridoxal fosfato (derivado de la vitamina B6). Son activas en el hígado, músculo esquelético y corazón. Se localizan subcelularmente en el citoplasma y la mitocondria. La reacción es reversible.

2. Desaminación Oxidativa

La desaminación oxidativa del glutamato es catalizada por la enzima L-glutamato deshidrogenasa mitocondrial. Esta enzima es regulada alostéricamente: inhibida por ATP y GTP, y activada por ADP y GDP. Utiliza NADH y NADPH como grupo dador de electrones (e-), formando α-cetoglutarato y amonio (tóxico). La L-glutamato deshidrogenasa hepática forma amonio para el ciclo de la urea (hígado), mientras que la L-glutamato deshidrogenasa renal forma amonio que se excreta directamente en la orina.

El amonio es tóxico y se forma en diferentes órganos, como el cerebro. Para ser eliminado, se requiere su transporte hacia el hígado y los riñones.

3. Síntesis y Degradación de Glutamina

La glutamina es un transportador clave del grupo amino entre órganos a través de la sangre. Es fundamental para la síntesis hepática de urea, la amoniogénesis renal y el suministro de grupos amino a reacciones anabólicas. La enzima clave es la glutamina sintetasa.

4. Amoniogénesis

Se expresa en hígado y riñón. Convierte la glutamina en glutamato y amonio. La glutaminasa renal es responsable de la mayor parte del amonio excretado en la orina. El glutamato en el hígado puede desaminarse con L-glutamato deshidrogenasa o transaminarse con oxalacetato para generar aspartato.

5. Ciclo de la Urea

Ocurre en el hígado, con reacciones tanto en la mitocondria como en el citosol. La formación de amonio en la matriz mitocondrial depende de:

• Glutamina extrahepática catabolizada por glutaminasa intramitocondrial.
• Transaminación de aminoácidos hepáticos y extrahepáticos, y alanina muscular.
• Desaminación oxidativa de glutamato en la mitocondria.

El ciclo de la urea se regula alostéricamente: la carbamoil fosfato sintetasa es activada alostéricamente por el N-acetilglutamato. El ciclo de la urea forma fumarato, utilizado en el ciclo de Krebs.

Balance e Integración Metabólica

La normalidad biológica se determina mediante parámetros como el pH, la temperatura (T), la presión arterial y la glicemia. Todos estos parámetros dependen de la integración, regulación e interrelación de las vías metabólicas en las células, tejidos y órganos.

Niveles Básicos de Regulación Metabólica

• Actividad enzimática (rápida): alosterismo y modificación covalente reversible.
• Concentración de enzimas (lento): inducción, represión y proteólisis.

El hígado es el órgano central en el metabolismo. Posee vías exclusivas como:

• Ureogénesis
• Cetogénesis
• Síntesis de proteínas de exportación
• Síntesis de ácidos y sales biliares
• Síntesis de novo de purinas (AMP, GMP)

Y vías predominantes:

• Gluconeogénesis [riñón]
• Lipogénesis [tejido adiposo, glándula mamaria]
• Síntesis de lipoproteínas [intestino]
• Colesterogénesis [intestino]
• Biotransformación de xenobióticos

Vías comunes incluyen: glicólisis, ciclo de Krebs (CK), β-oxidación de ácidos grasos, metabolismo de aminoácidos y fosforilación oxidativa.

Regulación de Vías Metabólicas

Ejemplos de regulación incluyen:

• Glicólisis – Gluconeogénesis
• β-oxidación – Síntesis de ácidos grasos
• Glucogenólisis – Gluconeogénesis

Interconversiones Metabólicas

1. Lípidos a partir de hidratos de carbono: Glucosa → Glicólisis → Piruvato deshidrogenasa (DHpir) → Acetil-CoA → Sintetasa de ácidos grasos (AG) → Ácidos grasos.
2. Aminoácidos no esenciales a partir de hidratos de carbono: Glucosa → Glicólisis → Piruvato → Transaminación → Alanina.
3. Glucosa a partir de aminoácidos glucogénicos: Glutamato → Transaminación → α-cetoglutarato → CK → Oxalacetato → Gluconeogénesis → Glucosa; Arginina → Glutamato → Transaminación → α-cetoglutarato → CK → Oxalacetato → Gluconeogénesis → Glucosa.
4. Cuerpos cetónicos (CC) a partir de leucina: Leucina → Vía específica → Acetil-CoA → Cetogénesis → CC.
5. CC y glucosa a partir de aminoácidos mixtos: Fenilalanina (F-ala), Tirosina (Tri) → Vía específica → Fumarato → CK → Oxalacetato → Gluconeogénesis → Glucosa; Acetoacetil-CoA → β-oxidación → Acetil-CoA → Cetogénesis → CC.

Regulación por Estado Redox: Oxidación del Etanol

Características de la oxidación del etanol:

• Predominantemente hepática.
• No existe mecanismo de almacenamiento en el organismo.
• No posee sistemas de regulación por retroalimentación negativa, alosterismo o modificación covalente reversible.
• Tiene un alto valor calórico.

Consecuencias:

• Reducción de precursores de gluconeogénesis (GNG).
• Inhibición de la GNG e hipoglicemia alcohólica.
• Producción de hiperlacticidemia y acidosis (lactato y acetato).
• Inhibición del ciclo de Krebs (CK).
• Alteración del balance metabólico.
• Insuficiencia hepática y ayuno prolongado.