Metabolismo de aminoácidos: recambio proteico, transporte de amonio y ciclo de la urea

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Aminoácidos esenciales y no esenciales

Aminoácidos esenciales: Ile, Leu, Val, Thr, Met (Cys), Trp, Phe (Tyr), Lys, Arg, His.

Aminoácidos no esenciales: Ala, Asparagina, Aspartato, Glutamato, Gly, Pro, Ser.

Eliminación de amoníaco

  • Amonotélicos: excreción de amoníaco (organismos acuáticos y algunos invertebrados).
  • Ureotélicos: excreción de urea (animales terrestres: serpientes, anfibios y mamíferos).
  • Purinotélicos: excreción de ácido úrico derivado de purinas (reptiles y aves).

Resumen del tema

Tenemos un pool intracelular de aminoácidos (niveles de cada aminoácido).

Fuentes del pool

  • Proteínas exógenas: estómago (pepsina, HCl) → polipéptidos grandes → luz intestinal (endo/exopeptidasas) → péptidos pequeños y aminoácidos → absorción intestinal (di/aminopeptidasas) → aminoácidos en la célula intestinal → sangre → pool intracelular de aminoácidos.
  • Precursores metabólicos: rutas metabólicas → pool.
  • Proteínas endógenas: proteólisis lisosomal/citoplasmática (recambio proteico).

Utilización del pool

  • Proteínas endógenas: biosíntesis ribosomal.
  • Aminoácidos no proteicos y péptidos de acción específica (glutatión, oxitocina, vasopresina...).
  • Bases púricas y pirimidínicas → nucleósidos (AMP, GTP, NTPs, coenzimas...).
  • Anillos porfirínicos (citocromos, hemoglobina → pigmentos biliares).
  • Lípidos de membrana (fosfoglicéridos, esfingosina).
  • Neurotransmisores (GABA, serotonina, acetilcolina).
  • Hormonas (tiroxina, adrenalina, otras catecolaminas...).
  • Otras aminas biológicas (histamina, melanina, espermina, dopamina...).

Excedente de aminoácidos: el NH4+ se transporta al hígado para formar urea, que se excreta en la orina; el esqueleto carbonado se utiliza como fuente de energía, convirtiéndolo en piruvato, acetil-CoA o introduciéndolo en el ciclo del ácido cítrico.

Recambio proteico

Permite almacenar nutrientes en forma de proteínas, eliminar proteínas anormales y regular el metabolismo celular.

  • Degradación lisosomal: unas 50 enzimas hidrolíticas, como las catepsinas (pH ácido).
  • Degradación citosólica: proteasas activadas por Ca2+ (calpaínas), proteasa neutra de gran tamaño, proteasoma (dependiente de ATP).
  • Ubiquitinación: E1 → E2 mediante grupo tiol (Lys), se realiza en 3/4 de los casos; señales: residuos oxidados, N-terminales y motivos peptídicos como las secuencias PEST.

Metabolismo de aminoácidos

Se produce principalmente en el hígado (70-80%), en el músculo esquelético y en el tejido adiposo.

  • Reacciones comunes: separación del grupo amino del esqueleto carbonado.
  • Reacciones específicas: biosíntesis y degradación de esqueletos carbonados, síntesis de compuestos nitrogenados.

1. Desaminación

Transaminación: [aa1 + cetoácido2 ⇄ (transaminasa) ⇄ cetoácido1 + aa2] (cetoácido2: α-cetoglutarato; aa2: glutamato) (cetoácido2: oxaloacetato; aa2: aspartato) → (cetoácido2: piruvato; aa2: alanina; la alanina viaja de músculo a hígado y el piruvato → glucosa viaja de hígado a músculo).

Desaminación oxidativa: [glutamato + (glutamato deshidrogenasa) + H2O + NAD(P)+ → NAD(P)H + H+ + NH4+ {−GTP + ADP}] → α-cetoglutarato.

Minoritaria: aa + (L-aminoácido oxidasa) + FAD → FADH2 → α-cetoácido + NH4+.

Transporte de amonio

  • a) Conversión de glutamato a glutamina: glutamato + (glutamina sintetasa) + NH4+ + ATP → ADP + Pi → glutamina; en el hígado, (glutaminasa) + H2O → NH4+ + glutamato.
  • b) Ciclo alanina-glutamato.
  • c) Ciclo del glutamilo: glutatión + aa (cara externa de la membrana) → γ-glutamil-aa → (cara interna de la membrana, entrada del aa a la célula) → piroglutamato + (piroglutamasa) + ATP → ADP + Pi → glutamato + Cys + ATP → ADP + Pi + Gly → glutatión.

Ciclo de la urea

  1. Adquisición del primer átomo de N: CO2 (del ciclo del ácido cítrico) + NH4+ + (carbamoil fosfato sintetasa I) + 2 ATP → 2 ADP + Pi → carbamoil fosfato.
  2. Comienzo del ciclo y producción de citrulina: carbamoil fosfato + (ornitina transcarbamoilasa) + ornitina → Pi + citrulina (sale de la mitocondria).
  3. Incorporación del segundo N: citrulina + (argininosuccinato sintetasa) + aspartato + ATP → PPi + AMP (se consumen 2 ATP) → argininosuccinato.
  4. Ruptura del argininosuccinato: argininosuccinato + (argininosuccinato liasa) → fumarato + arginina; el fumarato (fumarasa + H2O) → L-malato → (malato deshidrogenasa + NAD+ → NADH + H+) → oxaloacetato → (+ aa → cetoácido) → aspartato → vuelve al tercer paso.
  5. Liberación de urea: arginina + H2O → urea + ornitina; la ornitina entra en la mitocondria para reiniciar el ciclo (segundo paso).