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César Arezo Felipe Freire Paulo Ricardo. METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS. O que são aminoácidos?.
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César Arezo Felipe Freire Paulo Ricardo METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS
O que são aminoácidos? São os “blocos de construção” do corpo. Além de construir células e consertar os tecidos, eles foram anticorpos para combater as bactérias e vírus que invadem o corpo; eles fazem parte da enzima e do sistema hormonal; eles constroem nucleoproteínas (RNA e DNA); transportam oxigênio por todo o corpo e participam nas atividades dos músculos. São num total de 20 aminoácidos. Possuem este nome por ser uma substância que é composta por um grupo amino e um grupo carbonila ligado ao mesmo carbono. COO- +H3N C H R
CLASSIFICAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS Os aminoácidos estão classificados de acordo com a capacidade de serem sintetizados pelos animais. Podendo ser essenciais e não essenciais. Os aminoácidos pode ser classificados de acordo com o produto do esqueleto de carbono formado em seu catabolismo, podendo ser glicogênicos e cetogênicos.
O que é Metabolismo? Metabolismo (do grego metabolismos, μεταβολισμός, que significa "mudança", troca) é o conjunto de transformações que as substâncias químicas sofrem no interior dos organismos vivos. O termo "metabolismo celular" é usado em referência ao conjunto de todas as reações químicas que ocorrem nas células. Estas reações são responsáveis pelos processos de síntese e degradação dos nutrientes na célula e constituem a base da vida, permitindo o crescimento e reprodução das células, mantendo as suas estruturas e adequando respostas aos seus ambientes. É divido em dois grupos: O catabolismo significa a degração ou decomposição de moléculas mais complexas em moléculas mais simples, gerando grande quantidade de energia que pode ser aproveitada pela célula. O anabolismo significa as reações de síntese, ou seja, na qual compostos mais complexos são formados a partir de moléculas mais simples.
Metabolismo geral dos aminoácidos Catabolismo: maior parte do metabolismo. Entra no corpo através de compostos presentes no alimento (fonte principal: Proteínas da dieta). O nitrogênio deixa o corpo na forma de uréia, amônia e outros derivados. Papel de proteínas corporais no metabolismo gera dois importantes conceitos: pool de aminoácidos e o turnover de proteínas. Pool de aminoácidos: aminoácidos liberados pela hidrólise de proteínas de dieta ou teciduais misturadas a outros aminoácidos livres distribuídos pelo corpo (100 g). Turnover de proteínas: As proteínas estão constantemente sendo sintetizadas e a seguir degradadas. Hidrólise e ressíntese de 300 a 400 g de proteína corporal por dia.
Fontes exógenas (cerca de 70 g/dia) Proteínas da dieta Fontes endógenas (cerca de 140 g/dia) Síntese de aminoácidos não essenciais Proteínas teciduais Digestão e absorção Pool de aminoácidos Síntese e degradação Excesso de aminoácidos (0,9 a 1,0 g/dia) Transaminação Desaminação -cetoácidos Glicose, corpos cetônicos Conversão Constituintes nitrogenados não protéicos purinas, pirimidinas, colina, creatina, porfirinas, adrenalina, neurotransmissores, melanina Amônia Uréia Acetil-CoA, ciclo dos ácidos Cítricos CO2 + H2O + ATP Excreção renal
Função da proteína da dieta: o papel principal é servir como blocos estruturais nas reações biossitéticas, particularmente na síntese de proteína tecidual. Em segundo lugar, como combustível. Ingestão recomendada: O catabolismo dos aminoácidos leva a uma perda de 30 a 55 g de proteína a cada dia, em adultos saudáveis. Essa perda deve ser compensada por ingestão diária recomendada (IDR) de 56 g de proteína por dia, para um homem de 70 kg, fornecendo a quantidade suficiente para repor os aminoácidos perdidos através da rotas catabólicas e anabólicas. Conseqüências de dietas pobres: Resulta na degeneração da proteína tecidual, levando a sintomas clínicos de deficiência de proteínas, como os de kwashiorkor (abdome distendido, descoloração dos cabelos tornando-os avermelhados, pele despigmentada, tristeza e apatia). Conseqüências de dietas ricas: Como os aminoácidos não são armazenados como os carboidratos e lipídeos, o excesso é metabolizado, com os esqueletos de carbono sendo oxidados ou convertidos em glicose ou gordura e seus grupos amino convertidos em amônia. Metabolismo geral dos aminoácidos
A entrada dos aminoácidos no organismo • A entrada de alimentos estimula a produção de gastrina (hormônio). • A gastrina favorece a formação de HCl (pH 1,0 a 2,5) (glândulas gástricas) e pepsina (anti-séptico e desenovelador das proteínas). • Ação de enzimas hidrolíticas. • No intestino delgado – secretina (estimula a produção de bicarbonato (do pâncreas) para neutralizar o HCl (pH 7,0). • No duodeno - Os aminoácidos estimulam a produção de colecistoquinina (hormônio), que por sua vez libera a tripsina, quimiotripsina e carboxipeptidases A e B (pH 7,0 e 8,0). • Os aminoácidos são absorvidos pela mucosa intestinal.
Formas de excreção do nitrogênio resultante do metabolismo de aminoácidos
-cetoglutarato + aspartatoglutamato + oxaloacetato AST:aspartato aminotransferase -cetoglutarato + alaninaglutamato + piruvato ALT: alanina aminotransferase Transaminações catalisadas por enzimas (ocorre em vários tecidos) -cetoácido1 + aminoácido1 aminoácido2 + -cetoácido2
As transaminações equilibram os grupos amina entre os α-cetoácidos disponíveis. Isto permite a síntese de aminoácidos não essenciais utilizando grupos aminas de outros aminoácidos e esqueleto de carbono pré-existente. Embora os N possam ser utilizados para formação de novos aminoácidos, N deve ser obtido através da alimentação.
Piridoxal fosfato (PLP): grupo prostético das aminotransferases Piridoxal-5-fosfato (oriundo da fosforilação da Vit. B6) PLP
(e) Outra visão próxima ao sítio ativo, com o PLP ligado ao análogo de substrato 2- metilaspartato (verde) por meio de uma base de Schiff. (d) Uma visão mais próxima ao sítio ativo, com o PLP ( em vermelho e com o fósforo em amarelo), fazendo uma ligação aldimina com a cadeia lateral da lisina258 (púrpura).
Algumas transformações no carbono α dos aminoácidos facilitadas pelo piridoxal fosfato Transaminação Racemização Descarboxilação
Desaminação oxidativa Glutamato desidrogenase (enzima mitocondrial) de mamíferos pode empregar tanto o NAD+como NADP+ como cofator, sendo regulada alostericamente por ADP ou GTP. A amônia liberada nos tecidos é altamente tóxica e não deve de maneira alguma cair na circulação. Em altas quantidades, pode causar letargia e retardo mental. Seu mecanismo de toxicidade é desconhecido.
Catabolismo do grupo amino no fígado Transaminação Desaminação oxidativa
Formas de Transporte não-tóxico da amônia na corrente sanguínea 1) Glutamina • A amônia antes de ser transportada para o fígado ou para os rins através do sangue é transformada em um composto não tóxico a L-glutamina. • No fígado a glutaminase libera amônia e glutamato. • O glutamato no fígado pode suprir mais amônia através da glutamato desidrogenase.
2. ALANINA -cetoglutarato + alanina glutamato + piruvato (ALT) Ciclo glicose-alanina Na contração muscular vigorosa é ativada a liberação de piruvato e lactato, da glicólise e amônia dos aminoácidos. A amônia e o piruvato formam alanina que no fígado é reconvertido em glicose.
Conseqüências da amônia no organismo 1) Depleção do ATP celular NH4+ ativa a glutamato desidrogenase Remoção de -cetoglutarato e NADH compromete o ciclo do ácido cítrico e a geração de ATP NH4+ ativa a glutamina sintetase Colabora para a redução do nível celular de ATP.
Conseqüências da amônia no organismo 2) Interferência na síntese de neurotransmissores NH4+ ativa a glutamina sintetase e inibe a glutaminase. Reduz o nível de glutamato que atua como um potente neurotransmissor excitatório mediando um grande número de funções cognitivas. Consequência: letargia e falta de direção GABA (-aminobutirato), sintetizado a partir de glutamato um importante neurotransmissor inibitório
Ciclo da Uréia Via metabólica cíclica com 5 reações. Envolve enzimas localizadas na mitocôndria e citosol. Dois grupos aminos usados são derivados da amônia e aspartato. C e O derivado do bicarbonato.
Ciclo da Uréia Passos do ciclo: ciclo começa na mitocôndria, mas três passos ocorrem no citosol. 1- Um grupo amino entra no ciclo através do carbamilfosfato (formado na matriz). 2-Outro é derivado do aspartado, formato na matriz por meio da transaminação do oxaloacetato com o glutamato, reação catalisada pela aspartato aminotransferase. 3-Formação da citrulina a partir da ornitinae carbamilfosfato, a citrulina passa para o citosol. 4-Formação do argininossuccinato por meio de um intermediário citrulil-AMP. 5-Formação de arginina a partir de argininossuccinato, liberando fumarato que entra no ciclo de Krebs. 6-Formação da uréia
Ciclo da Uréia 1) Ornitina transcarbamoilase 2) Argininasuccinato sintetase 3) Argininasuccinato liase 4) Arginase
Classificação dos aminoácidos quanto ao metabólito final • Aminoácidos glicogênicos: são degradados a piruvato, α-cetoglutarato, succinil-CoA, fumarato ou oxaloacetato, sendo, portanto, precursores da glicose. • Aminoácidos cetogênicos, os quais são degradados a acetil-CoA ou acetoacetato e podem, então, ser convertidos em ácidos graxos ou corpos cetônicos. • Alguns aminoácidos são precursores tanto de carboidratos como de corpos cetônicos. Uma vez que os animais não possuem rotas metabólicas para a conversão líquida de acetil-CoA ou acetoacetato em precursores gliconeogênicos, não há síntese líquida de carboidratos possível a partir de aminoácidos puramente cetogênicos.
Aminoácidos formadores de oxalacetato Asparagina – hidrolisada pela asparaginase, liberando amônia e aspartato. Aspartato – perde o grupo amino por transaminação, com a enzima AST.
Aminoácidos que formam alfa-cetoglutarato Glutamina - convetida em glutamato e amônia, pela glutaminase. O glutamato é covertido em alfa-cetoglutarato por transaminação ou desaminação oxidativa, pela glutamato desidorgenase. Prolina - Oxidada a D1-pirrolina 5-caroxilato, que é oxidado a glutamato. O glutamato é covertido em alfa-cetoglutarato por transaminação ou desaminação oxidativa, pela glutamato desidorgenase. Arginina - Clivada a ornitina, ocorrendo no fígado, como parte do ciclo da uréia. A ornitina sofre transaminação, gerando glutamato-gama-semialdeído, e este convertido a alfa cetoglutarato.
Aminoácidos que formam alfa-cetoglutarato Histidina - sofre desaminação e hidrólise para formar N-formimino-glutamato (FlGlu), que doa o grupo formimino ao tetraidorfolato, liberando glutamato, que é degradado a alfa-cetoglutarato por transaminação ou desaminação oxidativa.
Aminoácidos que formam piruvato Alanina: sofre transaminação, formando piruvato, pela ALT. Serina: convertida em piruvato, pela serina desidratase. Também pode ser convertida em glicina e N5-N10-metileno-tetraidrofolato. Glicina: pode ser convertida em serina por adição de um metileno do ácido N5-N10-metileno- tetraidrofólico como oxidada a CO2 e NH4+. Cisteína: A cistina é reduzida à cisteína, pelo NADH + H+. A cisteína sofre dessulfuração, gerando piruvato. Treonina: convertida em piruvato ou alfa-cetobutirato, que forma Succnil-CoA.
Aminoácidos que formam fumarato Fenilalanina e tirosina: A hidroxilação da fenilalanina forma tirosina, pela fenilalanina hidroxilase. É a primeira reação do catabolismo da fenilalanina. Como metabolismo destes aminoácidos se fundem, levam a formação de fumarato e acetoacetato. Portanto são aminoácidos glicogênicos e cetogênicos.
Aminoácidos que formam succinil-CoA Metionina, valina, isoleucina e treonina: A degradação destes aminoácidos leva a formação de succinil-CoA, um intermediário do ciclo de Krebs e um composto glicogênico. Treonina: desidratada a alfa-cetobutirato, que é convertido a propionil-CoA, precursor do succinil-CoA.
Aminoácidos que formam succinil-CoA Metionina: convertida a S-adenosilmetionina (SAM), composto de alta energia, condensando-se a um ATP. A produção deste composto é estimulada pela hidrólise das três ligações fosfato do ATP. O grupo metila do enxofre terciário da SAM é “ativado”, podendo ser transferido para grupos aceptores. Após a perda do grupo meilta, o produto formado, S-adenosilomocisteína é hidrolisado a homocisteína e adeosina. A homocisteína possui dois destinos: 1) pode combinar-se a serina, formando cistationina, que é hidrolisada a alfa-cetobutirato e cisteína. O alfa-cetobutirato sofre descarboxilação oxidativa formando propionil-CoA, que é convertido a succinil-CoA. Enquanto a metionina estiver presente, a cisteína não será um aminoácido essencial. 2) pode aceitar um grupo metila do N5-metiltetraidrofolato, reação que requer metilcobalamina (coenzima derivada da vitamina B12), ressinteitzando a metionina.
Degradação da metionina Ressíntese da metionina a partir da homocisteína
Valina e isoleucina: São metabolizados nos tecidos periféricos (principalmente nos músculos), pois o fígado não possui as enzimas específicas. Estes aminoácidos possuem via similar de catabolismo, sendo conveniente descrevê-los como um grupo, que são: 1) Transaminação: é catalisada por uma única enzima, a aminotransferase dos alfa-aminoácidos de cadeia ramificada. 2) Descaboxilação oxidativa: A remoção do grupo caroxila destes aminoácidos é catalisada também por um único complexo enzimático, o da desidrogenase dos alfa-cetoácidos de cadeia ramificada e pirofosfato de tiamina (PPT), como uma de suas coenzimas. 3) Desidrogenação: A oxidação dos produtos acil CoA formam derivados de acil CoA alfa-beta-insaturados. 4) Produtos finais: A valina é glicogênica, gerando succinil CoA; a isoleucina é glicogênica e cetogênica originando succinil-CoA e acetil- CoA. Aminoácidos que formam succinil-CoA
Aminoácidos que formam acetil-CoA ou acetoacetil-CoA Leucina, isoleucina, lisina e triptofânio - Geram acetil-CoA ou acetoacetil-CoA, sem que o piruvato sirva como intermediário. Como mencionado previamente, fenilalanina e tirosina podem gerar acetoacetato, precursor do acetoacetil-CoA. Com isso totalizam 6 aminoácidos cetogênicos. Leucina: exclusivamente cetogênica, formando acetil-CoA e acetoacetato. As etapas iniciais de seu catabolismo são similares às dos outros aminoácidos de cadeia ramificada, isoleucina e valina. Isoleucina: cetogênica e glicogênica, pois gera acetil-CoA e propionil-CoA. As primeiras três etapas de seu catabolismo são idênticas às dos outros aminoácidos de cadeia ramificada, leucina e valina. Lisina: exclusivamente cetogênica, difere-se pois nenhum de seus grupos amino sofre transaminação como primeiro passo do catabolismo. Ao invés, formam alfa-aminoadipato-delta-semialdeído, que é convertido em acetoacetil-CoA. Triptofânio: cetogênico e glicogênico, podendo ser convertido em piruvato ou em acetoacetil-CoA.
Referências Bibliográficas CHAMPE, P. C. e HARVEY, R. A. Bioquímica Ilustrada, 2ª ed. ARTMED, 1996. VOET, D., VOET, J. G., PRATT, C. N. Fundamentos de Bioquímcia, ARTMED, 2002.
