METABOLISMO DEL NITROGENO I Y IICapitulos 14 y 15

DIGESTION DE PROTEINAS2

Proteínas aminoacidos

Debido a la estabilidad química del gas atmosférico di nitrógeno(N2), su reducción para formar NH3 requiere un gran aporte de energía.

Todas las especies que pueden fijar el nitrógeno poseen el complejo nitrogenasa, que consta de dos proteínas que se denominan dinitrogenasa y dinitrogenasa reductasa.

El NADH(o NADPH) es la fuente final de los electrones que se requieren para la reducción del nitrógeno.

FIJACIÓN DEL NITRÓGENO

Una vez sintetizado el amoniaco, se utiliza para sintetizar glutamina.

El O2 inactiva irreversiblemente a los 2 componentes del complejo nitrogenasa. Las cianobacterias producen células que contienen nitrogenasa y que se llaman: Heteroquistes

Las gruesas paredes de los heteroquistes aíslan a la enzima del oxigeno atmosférico.

Las legumbres producen una proteína ligadora de oxigeno llamada: Leghemoglobina que atrapa oxigeno antes de que pueda interaccionar con el complejo nitrogenasa.

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AMINOACIDOS

Funciones:

a. Síntesis de proteínas.

b. Fuente principal de los átomos de nitrógeno que se requieren en diversas rutas de reacción de síntesis.

c. Esqueletos carbonados (las partes no nitrogenadas).

Son una fuente de energía Precursores de varias rutas de reacción.

Las moléculas de aminoácidos de disposición inmediata proceden de:

A. Degradación de las proteínas del alimento.

b. Degradación de las proteínas de los tejidos.

• Dependiendo de las necesidades metabólicas se sintetizan determinados aminoácidos o se interconvierten y luego se transportan a los tejidos en los que se utilizan.

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NITROGENO EN NUESTRO ORGANISMO

• Equilibrio nitrogenado.

• Balance positivo de nitrógeno; (niños que crecen, mujeres embarazadas, pacientes que se recuperan de una enfermedad).

Balance negativo de nitrógeno Cuando no se puede sustituir las pérdidas de nitrógeno con

las fuentes alimenticias. Ejemplo: kwashiorkor, forma de desnutrición que produce una ingestión insuficiente y prolongada de proteínas.

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Marasmo

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METABOLISMO DE LOS AMINOÁCIDOSSÍNTESIS DE LOS AMINOÁCIDOS

• Una vez que los aminoácidos están dentro de la célula, sus grupos amino pueden utilizarse para las reacciones de síntesis, mediante dos reacciones:

a. Reacciones de transaminación: Los grupos amino se transfieren desde un alfa-aminoácido a un alfa-cetoácido.

b. Aminación reductora: el NH4+ o el nitrógeno amida de la glutamina o la asparagina se utilizan para suministrar el grupo amino o el nitrógeno amida de determinado aminoácido.

Transaminación

Aminación reductora

Para las reacciones de transaminación se requiere del cofactor:

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METABOLISMO DE LOS AMINOÁCIDOS TRANSAMINACIÓN

• Rutas de Novo. Son las rutas de reacción que sintetizan los aminoácidos a partir de intermediarios metabólicos; no sólo por transaminación.

• No existe en las células animales las rutas de reacción para sintetizar: fenil piruvato, alfa – ceto – Beta – hidroxibutirato e imidazol piruvato; deben proporcionarse en la alimentacion: fenil alanina, treonina y la histidina.

METABOLISMO DE LOS AMINOÁCIDOSSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS FORMACIÓN DE AMIDAS

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Enzima: glutamina sintasa

riñon

Las células cerebrales fuente abundante de glutamina sintasa convierten el NH4+ en glutamina, que es una molécula neutra y no toxica. La gultamina se va hasta el hígado donde se libera el nitrogeno amida en forma de NH4+ mediante su incorporacion a la urea,el principal productó de desecho de los mamiferos.

SÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS

AA ESENCIALES (9): isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, valina, arginina e hisitidina. Los últimos son en realidad semiesenciales (esenciales en etapa de crecimiento infantil).

AA NO ESENCIALES (12): alanina, asparagina, aspartato, cisteína, glutamato, glutamina, glicina, serina, tirosina, prolina, hidroxiprolina e hidroxilisina.

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BIOSINTESIS DE AMINOACIDOS

arginina

Sintesis de aminoácidos.

En los animales el esqueleto carbonado de los ANE proceden del:

• glicerato-3-fosfato• Piruvato• α-cetoglutarato• Oxaloacetato

La tirosina se sintetiza a partir del aminoácido fenilalanina que es una excepción en esta regla.

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METABOLISMO DE LOS AMINOÁCIDOSSÍNTESIS DE LOS AMINOÁCIDOS FAMILIAS

• De acuerdo a la semejanza de las rutas de síntesis hay 6 familias:

A. glutamato.B. serina.C. aspartato.D. piruvato.E. aromáticos.F. histidina

A. Inicia con la eliminación del grupo amino.

B. Degradación de los esqueletos carbonados.

CATABOLISMO DE LOS AMINOÁCIDOS.

CATABOLISMO DE LOS AMINOÁCIDOS.

• Los productos metabólicos de la degradación de esqueletos carbonados, de acuerdo a requerimientos, se utilizan para:

a. Síntesis de ácidos grasos b. Síntesis de glucosac. Producción de energía

CATABOLISMO DE LOS AMINOÁCIDOS

A. Aminoácidos cetogénicos pueden convertirse en ácidos grasos o cuerpos cetónicos.

B. Aminoácidos glucogénicos se degradan a:1. Piruvato2. Intermediario del ciclo del ácido cítrico

(gluconeogénesis).

CATABOLISMO DE LOS AMINOÁCIDOS

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FUNCION FISIOLOGICA DEL GLUTAMATO

1. Componente de proteínas

2. Precursor de aminoácidos

3. Neurotransmisor excitador

4. Precursor del GABA ( ácido gamma amino butírico); por descarboxilación

GLUTAMINA

• Funciones fisiologicas:

a. Síntesis proteicab. Donador del grupo amino en reacciones

de biosíntesis; Síntesis de purinas. Síntesis de pirimidinas. Amino azúcares.c. Almacenamiento y transporte de NH4+d. Riñón e intestino; fuente de energía.

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Arginina

A. Su síntesis comienza con la acetilación del grupo alfa-amino del glutamato

B. El N-acetil-glutamato se convierte en ornitina

C. La ornitina se convierte en arginina (ciclo de la urea)

D. LA ARGININA ACTIVA LA HORMONA DEL CRECIMIENTO

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METABOLISMO DE LOS AMINOÁCIDOSFAMILIA AROMÁTICA

Triptófano:

• es el precursor de la serotonina

• Varias células dentro del sistema nervioso central

• Tubo digestivo• Plaquetas

sanguíneas• Mastocitos

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METABOLISMO DE LOS AMINOÁCIDOSFAMILIA DE LA HISTIDINA

Histidina : precursor de la histamina

1. Mediador de reacciones alérgicas

2. Estimulador de la producción de ácido gástrico

3. Neurotransmisor encefálico

REACCIONES BIOSINTETICAS DE LOS AMINOACIDOS

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Aminoacidos Precursores:

Los aminoacidos ademas de ser los bloques de construccion de las proteinas,

Son precursores de neurotransmisores, glutation, alcaloides, nucleotidos y el grupo hemo.

Muchos se producen por transferencia de grupos de carbono =

METABOLISMO DE UN CARBONO

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Los átomos de carbono poseen varios estados de oxidación. Aquellos de interés biológico se encuentran en:

Los transportadores de un grupo carbono más importantes en las vías biosinteticas son: el acido fólico y la

S-adenosilmetionina.

Nivel de oxidación

Metanol( mas reducido)

Formaldehido Formato (mas oxidado)

Grupo de un carbono

Metilo (-CH3) Metileno (-CH2-)

Formilo –(CHO)Metenilo (-CH=)

Transportadores de grupos de Carbono mas importantes:

ACIDO FOLICO S-ADENOSIL METIONINA BIOTINA (transporta CO2) Coenzima A (Acetil)

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THF: El folato va a reaccionar con la homocisteina y la

conviete en metioniana, disminuyendo asi los niveles en sangre.

Se requiere de la vitamina B12 y vitamina C para la sintesis de THF.

La cobalamina es una molecula compleja que contiene cobalto.

La deficiencia de B12 produce anemia perniciosa.

Puede producirse por deficiencia de Factor Intrinseco.

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Biosintesis de Metionina41

Niveles de Homocisteina en sangre:

NORMALES: 5-15 micromoles/l HIPERHOMOCISTINEMIA: LEVE: 15-30 micromol/l INTERMEDIA: 30-100 micromol/l GRAVE: >100 micromol/l

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Acido Folico y Cianocobalamina43

Deficiencia de Acido Folico:44

Deficiencia de Acido Folico45

Deficiencia de Acido Folico46

S- ADENOSIL METIONINA Es el principal donador de grupos metilo

en el metabolismo de un carbono. Se forma a partir de metionina y ATP Participa en la donacion de grupos

metilo en muchas reacciones de transmetilacion ej: sintesis de fosfolipidos

sintesis de neurotransmisores sintesis de glutation

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GLUTATION: Molecula nitrogenada, tiol intracelular

mas comun. Formado por glicina, cisteina y acido

glutamico. Funcion principal: sintesis de ADN y ARN, eicosanoides, etc. Protege a las celulas de la radiacion,

toxicidad del oxigeno, toxinas ambientales, impulsa el tranporte de aminoacidos.

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GLUTATION: La sintesis comienza con la

condensacion del glutamato con la cisteina para producir la δ-glutamil cisteina.

Ese producto se combina con la glicina para formar GSH. (cataliza la Glutation sintasa)

Reacciones dependientes de ATP La deficiencia de Glutation Sintasa

produce una enfermedad conocida como 5-oxoprolinuria.

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SINTESIS DEL GLUTATIÓN50

NEUROTRANSMISORES51

NEUROTRANSMISORES Son moléculas de señalización liberadas por

las neuronas, pueden ser exitadoras o inhibioras.

GABA: neurotransmisor inhibitorio CATECOLAMINAS: en el cerebro

neurotransmisores excitatorios. SEROTONINA. En celulas del SNC

Inhibe la alimentación Implicado en transtornos de la alimentación Asociado a trastorno afetivo estacional (SAD)

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Catecolaminas : adrenalina, noradrenalina y dopamina.

Se inactivan por oxidacion por accion de la Monoaminooxidasas (MAO)

Se inactivan tambien por metilacion por las Catecol-o-metiltransferasas

Recaptacion: proceso por el cual se transportan los neurotransmisores de vuelta a sus celulas nerviosas de forma que puedan reutilizarse o degradarse

NEUROTRANSMISORES

ALCALOIDES:

Grupo heterogeneo de moleculas nitrogenadas que se producen en hojas, semillas o corteza de algunas plantas.

Se producen a partir de aminoacidos. Tienen propiedades fisiologicas

importantes cuando son consumidos por humanos.

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ALCALOIDES:

Se clasifican de acuerdo al anillo heterociclico:

a. Alcaloides del Tropano: cocaina y atropina (relajante muscular)

b. Alcaloides de la Piridina: nicotinac. Alcaloides de la Isoquinolina: codeina y

morfina d. Alcaloides de la Xantina: Cafeina

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ALCALOIDES:Nucleos :

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Alcaloides: cafeina, morfina58

NUCLEOTIDOS:

Son moleculas nitrogenadas complejas necesarias para el crecimiento y diferenciacion celular.

Bloques de construccion de los acidos nucleicos.

Formados por: base nitrogenada, azucar pentosa, grupos fosfato.

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SINTESIS DE NUCLEOTIDOS DE LA PURINA:

La sintesis comienza con la Ribosa – 5 – fosfato dependiente de ATP para formar la ribosa-5-fosfato-ribosil-pirofosfato (PRPP sintetasa).

Ocurren una serie de reacciones en las que se construye el anillo de purina utilizando atomos de carbono del Formato.

Hasta que se forma la Inosina-5-monofosfato (IMP).

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El catabolismo termina formando Acido urico

Varias enfermedades son consecuencia de defectos en las rutas catabolicas de las purinas:

1. gota 2. deficiencia de adenosina desaminasa:

se afecta los linfocitos T y B 3. deficiencia de purina fosforilasa: se

elevan las concentraciones de nucleotidos de purina y disminuyen la sintesis de acido urico. Se deterioran las celulas T

Catabolismo de Purinas:

SINTESIS DE NUCLEOTIDOS DE LA PIRIMIDINA

En esta sintesis el anillo de pirimidina se ensambla primero y luego se une la Ribosa fosfato.

Los carbonos del anillo proceden del bicarbonato, el aspartato y la glutamina.

Reacciones dependientes de ATP Se sintetiza UMP La deficiencia de una de las enzimas que

cataliza esa sintesis puede causar una enfermedad llamada Aciduria Orotica

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En los seres humanos el anillo de pirimidinas se puede degradar.

Se convierte en otros metabolitos que finalmente terminan en:

B-alanina ------ acetil CoA B-aminoisobutirato ---- succinil CoA

Catabolismo de Pirimidinas:

Degradación de los nucleótidos Los nucleótidos de purinas y pirimidina en los seres vivos se están degradando constantemente, esta degradación se produce al recambio normal de los ácidos nucleicos y los nucleótidos, y la digestión de los ácidos nucleicos de los alimentos.Durante esta los ácidos nucleicos se hidrolizan a oligonucleótidos por las enzimas denominadas nucleasas.(son segmentos cortos de ácidos nucleicos que contienen menos de 50 nucleótidos)En el ADN las enzimas especificas de la rotura de enlaces internucleotidos se denominan Desoxirribonucleasas (DNasas).Y en el ARN se llaman Ribonucleasas (RNasas).Los oligonucleótidos se siguen degradando por varias fosfodiesterasas.

Las nucleotidasas eliminan los grupos fosfato de los nucleótidos dando nucleósidos = estas ultimas moléculas se sintetizan por las enz. Nucleosidasas a las bases libres y ribosa o desoxirribosa, que posteriormente se absorben de forma alternativa por los enterocitos intestinales.

Las bases puricas y las pirimidinas del alimento no se utilizan en cantidades significativas para sintetizar los ácidos nucleicos celulares, sino que se degradan dentro de los enterocitos.

En el ser humano las purinas se degradan a acido úrico. Las pirimidinas se degradan a Beta-alanina o a acido beta – Aminoisobutirico , así como a NH3 y CO2.

A diferencia de otros procesos catabólicos, el de las purinas y pirimidinas no produce la síntesis de ATP.

HEMO: Es una de las moleculas mas complejas

que sintetizan las celulas de los mamiferos.

Posee un anillo de porfirina que contiene hierro.

Es el componente esencial de la hemoglobina, mioglobina y citocromos.

Casi todas las celulas aerobias lo sintetizan ya que se necesitan los citocromos en la CTE mitocondrial.

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HEMO: La biosintesis del hemo se destaca mas

en las celulas del higado, medula osea, intestinos y reticulocitos (celulas con nucleo precursoras de los eritrocitos)

Se sintetiza a partir de glicina y succinil CoA.

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Varias hemoproteinas degradan el grupo hemo en un conjunto de reacciones.

Como producto de estas reacciones se forma la bilirrubina (pigmento color naranja)

La mayor cantidad se produce en la degradacion de eritrocitos envejecidos.

Biotransformacion del Hemo

1. El grupo se oxida por la hemo oxigenasa ---- los productos son el pigmento verde oscuro llamado biliverdina y monoxido de carbono (se elimina por respiracion).

2. la biliverdina por accion de la biliverdina reductasa ---producto es la bilirrubina.

La bilirruvina se elimina por la bilis.

FASES DE LA DEGRADACION DEL GRUPO HEMO:

Síntesis de la Bilirrubina

CICLO DE LA UREA DE KREBS

• Organismos ureotélicos: organismos que producen urea.

• Ciclo de la urea ( ciclo de la urea de Krebs o ciclo de Krebs – Henseleit) la urea se forma a partir de :

A. AmoníacoB. CO2C. Aspartato

• La síntesis tiene lugar en el hepatocito

• Una vez formada difunde al torrente sanguíneo y se elimina por el riñón.

• En la síntesis de una molécula de urea se consumen cuatro fosfatos de energía elevada( 4 ATP)

SÍNTESIS DE UREA

SÍNTESIS DE LA UREA

1. Comienza con la formación de carbamoilfosfato en la matriz mitocondrial

Los sustratos ;

A. NH4+B. HCO3 Cataliza la enzima Reacción irreversible

SÍNTESIS DE LA UREA

2. Reacción de carbamoilfosfato con la ornitina para formar citrulina; cataliza la enzima ornitinatranscar-bamoilasa

CICLO DE LA UREA3. La citrulina es

transportada al citoplasma donde reacciona con el aspartato para formar arginosuccinato por la arginosuccinato sintasa

4. La arginosuccinato liasa rompe el arginosuccinato para formar arginina, precursor inmediato de la urea, y fumarato

5. La hidrólisis de la arginina por la arginasa, sólo presente en los hepatocitos, para formar ornitina y urea

BICICLO DE KREBS

El fumarato se hidrata para formar malato,componente del ciclo del ácido cítrico

El oxaloacetato del ciclo del ácido cítrico puede utilizarse para convertirse en glucosa o aspartato

Es muy controlado para evitar la hiperamonemia

Ya que el amoniaco es toxico, existen reguladores a corto y largo plazo.

Las 5 enzimas que participan se alteran alostericamente por variaciones en el consumo de aminoacidos.

Estas enzimas estan controladas a corto plazo por las concentraciones de sustrato.

Control del Ciclo de la Urea: