CATABOLISMO DE LOS AMINOÁCIDOS

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CATABOLISMO DE LOS AMINOÁCIDOS por Mind Map: CATABOLISMO DE LOS AMINOÁCIDOS

1. Generalidades

1.1. 1-El catabolismo de los aminoácidos comienza con la eliminación del grupo amino. 2-Los grupos amino pueden luego eliminarse en la síntesis de la urea. 3-Los esqueletos de carbono resultantes se degradan para obtener uno de siete productos metabólicos posibles: acetil-CoA, acetoacetil-CoA, piruvato, cetoglutarato , succinil-CoA, fumarato u oxaloacetato. Según las necesidades metabólicas del animal, estas moléculas se utilizan para sintetizar ácidos grasos o glucosa, o para generar energía. Los aminoácidos que se degradan para formar acetil-CoA o acetoacetil-CoA se denominan cetógenos, porque pueden convertirse en ácidos grasos o en cuerpos cetónicos. Los esqueletos carbonados de los aminoácidos glucogénicos, que se degradan a piruvato o a un intermediario del ciclo del ácido cítrico, pueden utilizarse después en la gluconeogénesis. La mayoría de los aminoácidos son glucogénicos. Tras considerar las vías de desaminación y la síntesis de urea, se describen las vías que degradan a los esqueletos carbonados.

2. Desaminación

2.1. La eliminación del grupo amino de los aminoácidos incluye dos tipos de reacciones químicas:

2.1.1. Transaminación

2.1.2. Desaminación oxidativa

2.1.2.1. Los grupos amino quedan disponibles para la síntesis de urea cuando hay un exceso de aminoácidos. La urea se sintetiza en cantidades especialmente elevadas cuando la alimentación tiene abundantes proteínas o cuando hay una degradación masiva de éstas, por ejemplo, durante la inanición.

2.2. Las reacciones de transaminación dominan el metabolismo de aminoácidos. En estas reacciones, catalizadas por un grupo de enzimas llamadas aminotransferasas o transaminasas, los grupos amino se transfieren de un aminoácido a un cetoácido. Las reacciones de transaminación, que son fácilmente reversibles, tienen funciones importantes en la síntesis y degradación de los aminoácidos.

2.2.1. Por ejemplo, la alanina, el aspartato y el glutamato son aminoácidos no esenciales para los animales porque sus precursores cetoácidos (es decir, piruvato, oxaloacetato y -cetoglutarato) son intermediarios metabólicos de disposición fácil. Como no existen en las células animales las vías de reacción para sintetizar moléculas como el fenilpiruvato, el a-ceto--hidroxibutirato y el imidazolpiruvato, deben proporcionarse en la alimentación la fenilalanina, la treonina y la histidina. (Las vías de reacción que sintetizan los aminoácidos a partir de intermediarios metabólicos, no sólo por transaminación, se denominan vías de novo.)

2.3. 1-En los músculos, los grupos amino que sobran se transfieren al a-cetoglutarato para formar glutamato.

2.4. 2-Los grupos amino de las moléculas de glutamato se transportan en la sangre al hígado mediante el ciclo de la alanina.

2.5. 3-En el hígado, el glutamato se forma al invertirse la reacción catalizada por la alanina transaminasa. La desaminación oxidativa del glutamato produce a-cetoglutarato y NH4+. En la mayoría de tejidos extrahepáticos, el grupo amino del glutamato se libera por desaminación oxidativa en forma de NH4+. El amoniaco se transporta al hígado en forma del grupo amida de la glutamina. La reacción dependiente de ATP en la que el glutamato se convierte en glutamina es catalizada por la glutamina sintetasa.

2.6. 4-Tras su transporte al hígado, la glutaminasa hidroliza a la glutamina para formar glutamato y NH4+. Se genera otro NH4+ cuando la glutamato deshidrogenasa convierte el glutamato en a-cetoglutarato.

2.7. 5-La mayoría del amoniaco que se genera en la degradación de los aminoácidos lo produce la desaminación oxidativa del glutamato. Se produce más amoniaco en otras reacciones catalizadas por las siguientes enzimas.

3. Síntesis de urea

3.1. El ciclo de la urea dispone de casi 90% del nitrógeno excedente en los organismos ureotélicos. La urea se forma a partir de amoniaco, CO₂ y aspartato en una vía cíclica que se denomina ciclo de la urea.

3.2. La síntesis de urea, que ocurre en los hepatocitos, comienza con la formación de fosfato de carbamoil en la matriz mitocondrial. Los sustratos de esta reacción catalizada por la fosfato sintetasa de carbamoil (CPSI), son NH4+ y HCO3−.

3.3. Como en la síntesis de fosfato de carbamoil se requieren dos moléculas de ATP, esta reacción es esencialmente irreversible. (Una molécula se utiliza para activar el HCO3− y la segunda para fosforilar el carbamato.) El fosfato de carbamoil reacciona a continuación con la ornitina para formar citrulina. Ésta se sintetiza en una reacción de sustitución de acilo nucleófila en la cual el grupo amino de la cadena lateral de la ornitina es el nucleófilo y el fosfato es el grupo saliente.

3.4. Esta reacción, que cataliza la transcarbamoilasa de ornitina, se completa porque se libera fosfato del fosfato de carbamoil. Una vez formada, la citrulina se transporta al citoplasma, donde reacciona con el aspartato para formar argininosuccinato. En esta reacción, que es catalizada por la argininosuccinato sintasa, la citrulina se activa al reaccionar con ATP para formar un intermediario arginina-AMP y pirofosfato. El nitrógeno del amino de aspartato actúa como nucleófilo, desplaza al AMP para formar argininosuccinato.

3.5. La reacción de sustitución del acilo se impulsa por la división del pirofosfato por acción de la pirofosfatasa. A continuación, la liasa de argininosuccinato divide el argininosuccinato para formar arginina (el precursor inmediato de la urea) y fumarato.

3.6. Un residuo de histidina dentro del sitio activo de la enzima, actuando como base (B:), extrae un protón del sustrato para formar un carbanión. Éste expulsa entonces al nitrógeno para formar un enlace C=C. El nitrógeno acepta un protón de un donador de protones (HA). En la reacción final del ciclo de la urea, la arginasa cataliza la hidrólisis de la arginina para formar ornitina y urea.

3.7. Una vez formada, la urea se difunde hacia fuera de los hepatocitos al torrente sanguíneo. Por último, el riñón la elimina en la orina. La ornitina vuelve a las mitocondrias para condensarse con el fosfato de carbamoil e iniciar de nuevo el ciclo. Como la arginasa sólo se encuentra en cantidades significativas en el hígado de los animales ureotélicos, la urea sólo se produce en este órgano. Tras su transporte de vuelta a la matriz mitocondrial, el fumarato se hidrata para formar malato, un componente del ciclo del ácido cítrico. El oxaloacetato producido por el ciclo del ácido cítrico puede utilizarse para generar energía o convertirse en glucosa o en aspartato.

3.8. La hiperamonemia es un estado potencialmente letal en el que las concentraciones sanguíneas de NH4+ se tornan excesivas cuando está mermada la capacidad del hígado para sintetizar urea.

4. Catabolismo de los esqueletos carbonados de los aminoácidos

4.1. Los aminoácidos pueden agruparse en clases, según sus productos finales: acetilCoA, acetoacetil-CoA, piruvato y varios intermediarios del ciclo del ácido cítrico.

4.1.1. AMINOÁCIDOS QUE FORMAN ACETIL-CoA

4.1.1.1. De un total, 10 aminoácidos generan acetil-CoA. Este grupo puede dividirse según si el piruvato es un intermediario en la formación de acetil-CoA. Los aminoácidos cuya degradación implica al piruvato son alanina, serina, glicina, cisteína y treonina. Tales aminoácidos pueden ser cetógenos o glucogénicos según las actividades relativas de la piruvato deshidrogenasa y la piruvato carboxilasa.

4.1.1.1.1. Dependiendo de las necesidades metabólicas de la célula, el piruvato puede convertirse en acetil-CoA para oxidarse o utilizarse en la síntesis de ácidos grasos, o puede convertirse en oxaloacetato, el cual se deriva a la gluconeogénesis. Los otros cinco aminoácidos que se convierten en acetil-CoA mediante vías que no implican al piruvato son lisina, triptófano, tirosina, fenilalanina y leucina.

4.1.1.1.2. Vías catabólicas individuales son:

4.1.2. AMINOÁCIDOS QUE FORMAN a-CETOGLUTARATO

4.1.2.1. Cinco aminoácidos (glutamato, glutamina, arginina, prolina e histidina) se degradan a-cetoglutarato

4.1.2.1.1. 1-Glutamato y glutamina. La glutamina se convierte en glutamato y NH4+ por acción de la glutaminasa. Como se describió, el glutamato se convierte en a-cetoglutarato mediante la glutamato deshidrogenasa o por transaminación.

4.1.2.1.2. 2-Arginina. Recuerde que la arginasa divide a la arginina para formar ornitina y urea. En una reacción de transaminación posterior, la ornitina se convierte en glutamato-y semialdehído. A continuación, se produce glutamato al hidratarse y oxidarse el glutamato-y-semialdehído. El -cetoglutarato se produce por una reacción de transaminación o por una desaminación oxidativa.

4.1.2.1.3. 3-Prolina. El catabolismo de la prolina comienza con una reacción de oxidación que produce 1-pirrolina, que se convierte en glutamato-y-semialdehído por una reacción de hidratación. Luego se forma glutamato por otra reacción de oxidación.

4.1.2.1.4. 4-Histidina. La histidina se convierte en glutamato en cuatro reacciones: una desaminación no oxidativa, dos hidrataciones y la eliminación de un grupo formamino (NH=CH—) por el THF.

4.1.3. AMINOÁCIDOS QUE FORMAN SUCCINIL-CoA

4.1.3.1. La succinil CoA se forma a partir de los esqueletos carbonados de la metionina, de la isoleucina, de la valina y de la treonina.

4.1.3.1.1. 1-Metionina. La degradación de la metionina inicia con la formación de S-adenosilmetionina, a la que sigue una reacción de desmetilación, como ya se ha descrito. El producto S-adenosilhomocisteína se hidroliza hasta adenosina y homocisteína; ésta se metaboliza para producir cetobutirato, cisteína y NH4+. Luego, el -cetobutirato se convierte a propionil-CoA por la deshidrogenasa de cetoácido . La propionil-CoA se convierte en succinil-CoA en tres pasos. La conversión de metionina en cisteína suele denominarse vía de transulfuración. Una cantidad sustancial del sulfato que se produce por la degradación de la cisteína se elimina en la orina.

4.1.3.1.2. 2-Isoleucina y valina. Las primeras cuatro reacciones en la degradación de la isoleucina y la valina están catalizadas por las mismas cuatro enzimas. Varias reacciones de ambas vías son similares a las de la oxidación, que generan NADH y FADH2. Los productos de la vía de isoleucina son acetil-CoA y propionil-CoA, que luego se convierte en succinil-CoA.

4.1.4. AMINOÁCIDOS QUE FORMAN OXALOACETATO

4.1.4.1. El aspartato y la asparagina se degradan para formar oxaloacetato. El aspartato se convierte en oxaloacetato mediante una reacción individual de transaminación. La asparagina primero se hidroliza para formar aspartato y NH4+ por medio de la asparaginasa.