Proteínas, Apuntes de Bioquímica. Universidad de León (ULE)
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Proteínas, Apuntes de Bioquímica. Universidad de León (ULE)

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Asignatura: Bioquímica, Profesor: Felix Busto, Bioquimica, Carrera: Veterinaria, Universidad: UNILEON
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Metabolismo de proteínas

D IG

ESTIÓ N

DE PR O

TEÍN AS

- La digestión de las proteínas exógenas en el tracto digestivo tiene un papel clave en la generación de am

inoácidos libres.

- Las

enzim as

digestivas se

sintetizan norm

alm ente

en form

a de

zim ógenos

o proenzim

as en

la m

ucosa gástrica,

páncreas y

enterocitos del

intestino. Estos

zim ógenos son inactivos, activándose en el lugar de actuación, por el pH

o por proteólisis parcial.

- El

proceso digestivo

de las

proteínas de

la dieta

se ve

favorecido por

la desnaturalización de las m

ism as en el estóm

ago debido a la acidez existente, originada por el ácido clorhídrico. En este proceso se generan cadenas de proteínas m

ás o m enos

lineales, debido a la ruptura de los enlaces débiles que establecen la conform ación

nativa y de los puentes disulfuro, lo que facilita la posterior acción de las enzim as

digestivas.

- R EN

IN A: proteasa que actúa en el estóm

ago sobre la caseína de la leche.

- PEPSIN A: es sintetizada en form

a de precursor inactivo (pepsinógeno) por las células del estóm

ago y se activa por acción del H C

l existente, al elim inar un fragm

ento peptídico del pepsinógeno, que lo hacía inactivo. La pepsina hidroliza parcialm

ente las proteínas de la dieta.

EN ZIM

AS PR O

TEO LÍTIC

AS

- TR IPSIN

A: sintetizada por el páncreas en form a de precursor inactivo (tripsinógeno) y

vertida al intestino delgado donde es activada por acción de una enteropeptidasa. La tripsina tiene capacidad autoproteolítica, es decir, que puede actuar sobre su propio zim

ógeno, adem

ás tam

bién actúa

sobre otros

zim ógenos:

proelastasa, procarboxipeptidasa y quim

otripsinógeno, originando las enzim as proteolíticas activas:

elastasa, carboxipeptidasa y quim otripsina, respectivam

ente.

Pepsina R

enina

Tripsina Q

uim otripsina

Elastasa

C arboxipeptidasa

Am inopeptidasa

Pepsinógeno

Tripsinógeno

Q uim

otripsinógeno

Proelastasa

Procarboxipeptidasa

M ucosa gástrica

M ucosa gástrica

Páncreas

Páncreas

Páncreas

Páncreas

M ucosa intestinal

HCl Autoactivación

Enteropeptidasa Autoactivación Tripsina Enteropeptidasa Tripsina

Tripsina

Por acción de las enzim as proteolíticas las proteínas son degradadas a am

inoácidos libres, dipéptidos y tripéptidos, los cuales son asim

ilados por las células de la m ucosa

intestinal (duodeno y yeyuno), donde los péptididos son hidrolizados a am inoácidos, los

cuales son transportados a la circulación a través del sistem a portal.

Los am inoácidos procedentes de las proteínas de la dieta son incorporados a las células

del organism

o (hígado,

m úsculo,

riñón, tejido

adiposo,… ),

donde sirven

com o

precursores para la síntesis de proteínas o pueden ser em pleados com

o com bustibles

m etabólicos, bien directam

ente degradando el esqueleto carbonado o posteriorm ente

después de su conversión en triacilglicéridos.

Enzim a

Proenzim a

Lugar de síntesis Activador

D EG

R AD

A CIÓ

N D

E AM IN

O Á

C ID

O S

En el

proceso de

degradación de

am inoácidos

hay dos

fases diferenciadas,

la elim

inación del grupo am ino y la utilización del esqueleto carbonado.

TR AN

SAM IN

AC IÓ

N

Está catalizada por transam inasas o am

inotransferasas. Existe una gran variedad de enzim

as, prácticam ente una por cada am

inoácido. R equieren com

o coenzim a el piridoxal

fosfato (PLP) (derivado de la vitam ina B

6 ) y transfieren un grupo am ino desde un

am inoácido a un a-cetoácido, el cual se transform

a en am inoácido y el am

inoácido dado pasa a ser a-cetoácido.

Am inoácido

1 + a-C etoácido

2 a-C

etoácido 1 + Am

inoácido 2

El aceptor

final, en

la m

ayoría de

las transam

inaciones es

el a-cetoglutarato,

originándose glutam ato.

Existen dos transam inaciones im

portantes: G

O T: G

lutam ato oxalacetato transam

inasa: aK

G + Asp

G lu + O

AA G

PT: G lutam

ato piruvatotransam inasa:

aK G

+ Ala G

lu + Piruvato

G O

T y G PT son m

arcadores de daño hepático.

M ecanism

o de la transam inación

N

+ H

C H

3

P -O

-H 2 C

O

H

O

C

H

PIR ID

O XAL-FO

SFATO

(P LP

)

N

+ H

C H

3

P -O

-H 2 C

O

H

C H

R 1

C

H

C O

O

N H

+

N

+ H

C H

3

P -O

-H 2 C

O

H

C H

2

R 1

C

H

C O

O

N H

+

N

+ H

C H

3

P -O

-H 2 C

O

H

C H

2

N H

2

O

R 1

C

C O

O

a-C ETO

ÁC ID

O 1

O

R 2

C

C O

O

a-C ETO

ÁC ID

O 2

N

+ H

C H

3

P -O

-H 2 C

O

H

C H

2

R 1

C

H

C O

O

N H

+

N

+ H

C H

3

P -O

-H 2 C

O

H

C H

R 2

C

H

C O

O

N H

+

R 1

C

H

C O

O

N H

3 +

AM IN

O ÁC

ID O

1

R 2

C

H

C O

O

N H

3 +

AM IN

O ÁC

ID O

2

Am inoácido

1 + a-C etoácido

2 a-C

etoácido 1 + Am

inoácido 2

D ESAM

IN AC

IÓ N

Am inoácido + a-C

etoglutarato a-C

etoácido + G lutam

ato

La pérdida del grupo am ino del glutam

ato se produce por la acción de la glutam ato

deshidrogenasa, enzim a m

uy im portante a nivel hepático, que cataliza la reacción:

G lutam

ato + N AD

(P) + + H 2 O

a-C

etoglutarato + N AD

(P)H + H

+ + N H

4 +

Aunque la

m ayoría

de los

am inoácidos

se degradan

en el

hígado, algunos

son desam

inados en otros tejidos por transam inación con a-cetoglutarato para proporcionar

glutam ato. Glutam

ato + Piruvato

a-C etoglutarato + Alanina

La alanina sale del tejido y pasa a la sangre, sirviendo de m edio de transporte inocuo del

grupo am ino, no produciéndose increm

ento en la cantidad de am oniaco (am

onio), el cual es tóxico.

La alanina es retirada de la sangre por el hígado transform ándose, por transam

inación con

a-cetoglutarato, en

piruvato y

obteniéndose glutam

ato, el

cual sufrirá

la desam

inación catalizada por la glutam ato deshidrogenasa, produciéndose am

onio , que será

neutralizado form

ando urea,

a través

del ciclo

de la

urea. El

piruvato se

transform ará en glucosa por gluconeogénesis.

G PT

Transam inasa

Posteriorm ente, el grupo am

ino del glutam ato se transfiere al piruvato para form

ar alanina:

La glutam ina junto con la alanina transportan m

ás de la m itad del nitrógeno del

organism o.

La glutam ina es sintetizada a partir de glutam

ato en una reacción catalizada por la glutam

ina sintetasa:

G lutam

ato + N H

4 + + ATP G

lutam ina + AD

P + Pi

El nitrógeno am ida de la glutam

ina se utiliza para la síntesis de varios am inoácidos, de

los nucleótidos de purina y pirim idina y de am

inoazúcares.

En los anim ales la glutam

ina sintetasa juega un papel clave en la desactivación tóxica del am

oniaco, que se obtiene en el catabolism o de am

inoácidos, en especial en el cerebro.

D e

hecho, glutám

ato y

glutam ina

son los

dos am

inoácidos libres

m ás

abundantes en el cerebro. La acum ulación de estos am

inoácidos puede afectar al a- cetoglutarato, interfiriendo en el ciclo de K

rebs.

La glutam ina se puede transform

ar en glutam ato por acción de la glutam

inasa:

G lutam

ina + H 2 O

G

lutam ato + N

H 4 +

D ESC

AR B

O XILAC

IÓ N

Elim inación del grupo a-carboxilo en form

a de C O

2 . Está catalizado por descarboxilasa dependientes de piridoxal fosfato (PLP)

R 1

C

H

C O

O

N H

3 +

N

+ H

C H

3

P -O

-H 2 C

O

H

O

C

H

AM IN

O ÁC

ID O

PIR ID

O XAL-FO

SFATO

(P LP

)

R 1

C

H

C O

O

N

+ H

C H

3

P -O

-H 2 C

O

H

C H

N H

R 1

C H

N H

C H

3

P -O

-H 2 C

O

H

C H

N H

C O

2 R

1 C

H 2

N

+ H

C H

3

P-O -H

2 C

O H

C H

N H

PLP

En m am

íferos, las descarboxilaciones son responsables de la producción de un gran núm

ero de am idas farm

acológicam ente activas.

R 1

C H

2 N

H 2

AM ID

A

La glutam ato descarboxilasa produce g-am

inobutírico (G AB

A), un neurotransm isor.

La histidina descarboxilasa produce histam ina, una m

olécula activa en la prom oción de

la secreción gástrica, así com o en las reacciones alérgicas y de hipersensibilidad.

A partir de derivados de am inoácidos, tam

bién se obtienen m oléculas biológicam

ente activas, por sus descarboxilaciones, así:

D opa (dihidroxifenilalanina)

D opam

ina + C O

2 D

ihidroxitriptofano

Serotonina + C O

2

D opam

ina es precursor de adrenalina. Serotonina es un neurotransm isor.

C IC

LO D

E LA U REA

Los anim ales ureotélicos, com

o el hom bre, elim

inan el nitrógeno de los am inoácidos en

form a de urea, la cual presenta dos átom

os de nitrógeno y se form a a través de un

m ecanism

o que es denom inado C

IC LO

D E LA U

R EA, que tiene lugar en H

ÍG AD

O .

Las reacciones del ciclo se producen tanto en la m itocondria com

o en el citosol del hepatocito. Los dos grupos am

inos de la urea, se incorporan al ciclo en puntos distintos:

R eacciones del C

iclo de la U rea

M itocondriales

N H

4 + + H C

O 3

2 AD P + P

i + C arbam

oil-P

+ 2 ATP

C arbam

oil-P sintetasa

C arbam

oil-P + O rnitina

P

i + C itrulina

O

rnitina transcarbam

oilasa

C itosólicas

C itrulina + Aspartato + ATP

Argininosuccinato + AM

P + PP i

A rgininosuccinato

sintetasa

Argininosuccinato

A rgininosuccinato

liasaFum

arato + Arginina

Arginina

A rginasa

U R

EA + O rnitina

(2) El

segundo procede

del aspartato,

al que

ha sido

transferido por

transam inación con glutam

ato y transportado al citosol.

(1) El prim ero en la m

atriz m itocondrial, que junto con el H

C O

3 - se transform an en

carbam oil-fosfato, en una reacción que requiere ATP y que está catalizada por la

carbam oil-P sintetasa (CPS).

M em

brana interna m itocondrial

M ATR

IZ M

ITO C

O N

D RIAL

C ITO

SO L

N H

4 +HC

O 3 - +

C arbam

oil-P

O rnitina

C itrulina

UREA

Asp

G ln

G lu

aKG

G

lu

Asp

aKG

M úsculo

N H

4 +

NH 4 +

C atabolism

o de am

inoácidos

Alanina

M úsculo

aK G

G lu

Piruvato

G luconeogénesis

aKG

G ln

Ala

Piruvato

C itrulina

Fum arato

C ICLO

D

E LA U

REA

2 ATP

2 AD P + Pi

O rnitina

Pi

ATP

AM P + PPi

Sangre

R iñón

O rina

C

N H

2

N H

2O

C arbam

oil-P sintetasa

O rnitina

transcarbam oilasa

A rgininosuccinato

sintetasa

A rgininosuccinato

liasa

A rginasa

C atabolism

o de am

inoácidos

N AD

H

N AD

G lutam

ato deshidrogenasa

G lutam

ato deshidrogenasa

NH 4 +

G lutam

inasa

G O

T

G PT

G lu D

H

Fum arasa

M alato

O AA

M D

H

N AD

N AD

H

Argininosuccinato

Arginina

Fum arato

NH 4 +

N AD

H

N AD

G lu D

H

Am inoácidos

M úsculo

AA

aKA

Gluconeogénesis

Transam inasa

aKA

G lu

aK G

N AD

N AD

H

G luconeogénesis

C IC

LO D

E LA U REA

La activación alostérica de la carbam oil-P sintetasa (C

PS) por el N -acetilglutam

ato proporciona una regulación del flujo a través del ciclo de la urea. El N

-acetilglutam ato se

sintetiza a partir de acetil-C oA y glutam

ato en una reacción catalizada por la N -

acetilglutam ato sintasa. Las concentraciones m

itocondriales de N -acetilglutam

ato vienen determ

inadas por la concentración de glutam ato, que se eleva con un aum

ento de la degradación de am

inoácidos, a través de las reacciones de transam inación.

La urea es m uy soluble y al ser eléctrícam

ente neutra, no afecta al pH cuando se

acum ula, m

ientras que el pH se ve afectado en el caso de que existiera acum

ulación de am

onio (am oniaco).

TO XIC

ID A

D D

EL A M

O N

IO

El N H

4+ puede activar inapropiadam ente a un cotransportador de cloruro, potasio y

sodio. Esta

activación interrum

pe el

equilibrio osm

ótico de

la célula

nerviosa, provocando un hinchazón que daña a la célula y origina trastornos neurológicos.

H ace dism

inuir la concentración de a-cetoglutarato, con lo que se vería afectado el ciclo de K

rebs. Se verían dism inuidas las concentraciones de poder reductor (N

AD H

y FAD H

2 ), lo cual provocaría un déficit en ATP. El cerebro es m

uy susceptible a la toxicidad del am

onio.

CICLO DE LA UREA

Los anim ales ureotélicos, com

o el hom bre, elim

inan el nitrógeno de los am inoácidos en

form a de urea, la cual presenta dos átom

os de nitrógeno y se form a a través de un

m ecanism

o que es denom inado CICLO

DE LA UREA, que tiene lugar en HÍG ADO

.

Las reacciones del ciclo se producen tanto en la m itocondria com

o en el citosol del hepatocito. Los dos grupos am

inos de la urea, se incorporan al ciclo en puntos distintos:

Reacciones del Ciclo de la Urea

M itocondriales

NH 4 + + HCO

3 2 ADP + P

i + Carbam oil-P

+ 2 ATP

Carbam oil-P

sintetasa

Carbam oil-P + O

rnitina

P i + Citrulina

O

rnitina transcarbam

oilasa

Citosólicas

Citrulina + Aspartato + ATP

Argininosuccinato + AM P + PP

i

Argininosuccinato sintetasa

Argininosuccinato

Argininosuccinato liasa

Fum arato + Arginina

Arginina

Arginasa UREA + O

rnitina

(2) El

segundo procede

del aspartato,

al que

ha sido

transferido por

transam inación con glutam

ato y transportado al citosol.

(1) El prim ero en la m

atriz m itocondrial, que junto con el HCO

3 - se transform an en

carbam oil-fosfato, en una reacción que requiere ATP y que está catalizada por la

carbam oil-P sintetasa (CPS).

M em

brana interna m itocondrial

M ATRIZ

M ITO

CO NDRIAL

CITO SO

L

NH 4 +

HCO 3 - +

Carbam oil-P

O rnitina

Citrulina

UREA

Asp

G ln

G lu

aKG

G

lu

Asp

aKG

M úsculo

NH 4 +

NH 4 +

Catabolism o de

am inoácidos

Alanina

M úsculo

aKG

G lu

Piruvato

G luconeogénesis

aKG

G ln

Ala

Piruvato

Citrulina

Fum arato

CICLO

DE LA UREA

2 ATP

2 ADP + Pi

O rnitina

Pi

ATP

AM P + PPi

Sangre

Riñón

O rina

C

NH 2

NH 2O

Carbam oil-P

sintetasa

O rnitina

transcarbam oilasa

Argininosuccinato sintetasa

Argininosuccinato liasa

Arginasa

Catabolism o de

am inoácidos

NADH

NAD

G lutam

ato deshidrogenasa

G lutam

ato deshidrogenasa

NH 4 +

G lutam

inasa

G O

T

G PT

G lu DH

Fum arasa

M alato

O AA

M DH

NAD

NADH

Argininosuccinato

Arginina

Fum arato

NH 4 +

NADH

NAD

G lu DH

Am inoácidos

M úsculo

AA

aKA

Gluconeogénesis

Transam inasa

aKA

G lu

aKG

NAD

NADH

G luconeogénesis

CICLO DE LA UREA

La activación alostérica de la carbam oil-P sintetasa (CPS) por el N-acetilglutam

ato proporciona una regulación del flujo a través del ciclo de la urea. El N-acetilglutam

ato se sintetiza a partir de acetil-CoA y glutam

ato en una reacción catalizada por la N- acetilglutam

ato sintasa. Las concentraciones m itocondriales de N-acetilglutam

ato vienen determ

inadas por la concentración de glutam ato, que se eleva con un aum

ento de la degradación de am

inoácidos, a través de las reacciones de transam inación.

La urea es m uy soluble y al ser eléctrícam

ente neutra, no afecta al pH cuando se acum

ula, m ientras que el pH se ve afectado en el caso de que existiera acum

ulación de am

onio (am oniaco).

TO XICIDAD DEL AM

O NIO

El NH4+ puede activar inapropiadam

ente a un cotransportador de cloruro, potasio y sodio.

Esta activación

interrum pe

el equilibrio

osm ótico

de la

célula nerviosa,

provocando un hinchazón que daña a la célula y origina trastornos neurológicos.

Hace dism inuir la concentración de a-cetoglutarato, con lo que se vería afectado el ciclo

de Krebs. Se verían dism inuidas las concentraciones de poder reductor (NADH y FADH

2 ), lo cual provocaría un déficit en ATP. El cerebro es m

uy susceptible a la toxicidad del am

onio.

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