Descripción bioquímica del metabolismo de las proteínas. ciclo de la urea (Ciclo de Krebs-Henseilt). Degradación de aminoácidos: reacciones

1. METABOLISMO DE
PROTEINAS
IQ LAURA SOFIA RAMIREZ WILCHES

2. RUTA
METABÓLICA

3. GENERALIDADES
 Ahora estudiaremos el metabolismo de los compuestos que contienen
nitrógeno: los aminoácidos y sus derivados, los nucleótidos, y los
polímeros ácidos nucleicos y proteínas.
 Todos los organismos pueden convertir el amoníaco (NH3) en
compuestos nitrogenados orgánicos
 No todos los organismos pueden sintetizar amoníaco a partir de
nitrógeno inorgánico, (N2) y el ion nitrato (NO3 -)
 La reducción del N , a NH3, se lama fijación biológica del nitrógeno,
y la realizan tan solo determinados microorganismos denominados
diazotrofos.
 La reducción del NO3- a NH3 es, en cambio, un proceso muy difundido
entre las plantas y los microorganismos.

4.  En la biosfera se mantiene un equilibrio entre las formas
inorgánicas totales y las formas orgánicas totales de
nitrógeno.
 La conversión del nitrógeno inorgánico en orgánico, que se
inicia con la fijación del nitrógeno y la reducción del nitrato,
se contrarresta por el catabolismo, la desnitrificación y la
desintegración
 El catabolismo produce amoníaco y diversos productos
finales orgánicos nitrogenados

5. Relaciones entre el
metabolismo del nitrógeno
inorgánico y orgánico

6. FIJACIÓN BIOLÓGICA DEL NITRÓGENO
 La reducción biológica del N 2 está catalizada por la enzima
nitrogenasa, de la quese conocen cuatro tipos.
 La nitrogenasa más abundante y estudiada es la enzima
dependiente de molibdeno (Mo), como la que se encuentra
en Azotobacter vinelandii.

7. La nitrogenasa dependiente de Mo consta de dos metaloproteínas separadas:
 Una proteína, denominada proteína con molibdeno-hierro (MoFe),
dinitrogenasa o componente I, que cataliza la reducción del N2.
 La otra, proteína con hierro (Fe), dinitrogenasa reductasa o
componente II, transfiere electrones y protones, de uno en uno, a la
proteína MoFe, en un proceso acoplado a la hidrólisis de dos MgATP.
Ambas proteínas contienen grupos hierro-azufre, y la proteína MoFe
contiene también molibdeno, en forma de un cofactor de hierro-
molibdeno estrechamente unido (FeMo-co).
El N 2 se une a este cofactor durante su reducción, aunque no se conoce
todavía el modo preciso de unión.
El donador electrónico último para la proteína Fe depende del organismo,
siendo los donadores más habituales la ferredoxina o la flavodoxina
reducidas.

9. UTILIZACIÓN DEL NITRATO
 La capacidad de reducir el nitrato a amoníaco es común para las plantas,
los hongos y las bacterias.
 El primer paso, es la reducción del nitrato (estado de oxidación + 5 ) a
nitrito (estado de oxidación + 3 ),catalizada por la nitrato reductasa.
 La enzima eucariota contiene FAD unido, molibdeno y un citocromo b5.

10.  En la mayoría de las plantas y las algas se encuentran enzimas
específicas del
 NADH; en los hongos solo se encuentran enzimas específicas de
NADPH; y en los
 tres grupos, pero más habitualmente en los hongos, se encuentran
enzimas biespecíficas de NAD(P)H .
 Los electrones se transfieren desde el NAD(P)H al FAD unido a la
enzima, luego al citocromo b5, luego al molibdeno y finalmente, al
sustrato.
 El molibdeno está unido a un cofactor que contiene u n anillo de
pteridina que es bastante distinto de la estructura FeMo-co.
 Todas las enzimas conocidas que requieren molibdeno, excepto la
nitrogenasa, contienen una estructura similar a la de esta
molibdopterina, en la que el centro Mo muestra una geometria
piramidal.

11.  La reducción del nitrito a amoníaco se lleva a cabo en tres
pasos mediante la enzima nitrito reductasa.
 Las plantas superiores, las algas y las cianobacterias utilizan
ferredoxina como donador electrónico en esta reacción de
seis electrones. Esta enzima contiene un centro Fe4S4 y una
molécula de sirohemo, una porfirina parcialmente reducida.

12. UTILIZACIÓN DEL AMONÍACO: BIOGÉNESIS
DEL NITRÓGENO ORGÁNICO
 Aunque las plantas, los animales y las bacterias obtienen su nitrógeno de
orígenes diferentes, todos los organismos comparten unas mismas rutas
comunes de utilización del nitrógeno inorgánico en forma de amoníaco.
 El amoníaco a concentraciones elevadas es m uy tóxico, pero a
concentraciones más bajas es un metabolito central, que actúa como
sustrato de cuatro enzimas que lo convierten en diversos compuestos
orgánicos nitrogenados.
 Todos los organismos asimilan amoníaco a través de reacciones que
conducen a glutamato, glutamina, asparagina y carbamoil fosfato

13. ENZIMAS:
1. Glutamato
Deshidrogenasa
2. Glutamina Sintetasa
3. Aspargina sintetasa
4. Carbomoilcfosfato
sintetasa
5. Glutamato sintasa

14. GLUTAMATO DESHIDROGENASA:AMINACIÓN
REDUCTORA DEL A-CETOGLUTARATO
 La glutamato deshidrogenasa cataliza la aminación reductora del a-
cetoglutarato
 En las células animales, la reacción se produce en ambas direcciones,
aunque la dirección catabólica, que aporta a-cetoglutarato al ciclo del
ácido cítrico, predomina,ya que las concentraciones intracelulares de
amoníaco normalmente son muy bajas.

15.  Una enzima relacionada que solo se encuentra en los m icroorganismos,
las plantas y los eucariotas inferiores, la glutamato sintasa, cataliza una
reacción comparable a la catalizada por la glutamato deshidrogenasa,
pero que actúa fundamentalmente en la biosíntesis de glutamato

16. GLUTAMINA SINTETASA: GENERACIÓN DE
NITRÓGENO AMIDA BIOLÓGICAMENTE ACTIVO
 El glutamato puede aceptar un segundo grupo amoníaco
para formar glutamina, con presencia de Mg+2

17. ASPARAGINA SINTETASA: UNA REACCIÓN DE
AMIDACIÓN SEMEJANTE
 La asparagina sintetasa cataliza una reacción comparable a la de la
glutamina sintetasa
 La asparagina sintetasa rompe el ATP para dar AMP y PP¡, mientras que la
glutamina sintetasa da ADP y Pi.

18. CARBAMOIL FOSFATO SINTETASA: GENERACIÓN DE UN
INTERMEDIARIO PARA LA SÍNTESIS DE ARGININAY PIRIMIDINA
Tanto el amoníaco como la glutamina pueden actuar como donadores de
nitrógeno.
Las células eucariotas contienen dos formas de la enzima:
 La forma I, se encuentra en las mitocondrias, tiene preferencia por el
amoníaco como sustrato, y se utiliza en la ruta de biosíntesis de la
arginina y el ciclo de la urea
 La forma II, que se encuentra en el citosol, tiene preferencia por la
glutamina.

19. CAPACIDADES DE BIOSÍNTESIS DE LOS
ORGANISMOS
 Los aminoácidos que deben
proporcionarse en el alimento
para satisfacer las necesidades
metabólicas de un animal se
denominan aminoácidos
esenciales
 Los aminoácidos que no es
necesario proporcionar,
porque pueden biosintetizarse
en cantidades suficientes, se
denominan aminoácidos no
esenciales

20.  Las proteínas están sujetas a una biosíntesis y
degradación continua, en un proceso denominado
recambio proteico.
 Para una proteína intracelular cuya concentración total
no cambie con el tiempo, la concentración del estado
estacionario se mantiene mediante la síntesis de la
proteína a una velocidad suficiente para reponer las
pérdidas producidas por la degradación de la proteína
 Muchos de los aminoácidos liberados durante el
recambio proteico se reutilizan en la síntesis de
proteínas nuevas

21. DEGRADACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOSY METABOLISMO
DE LOS PRODUCTOS FINALES NITROGENADOS
 La degradación de los aminoácidos inicia con la conversión en el
correspondiente a-cetoácido mediante transaminación o desaminación
oxidativa, catalizado por la L-aminoácido oxidasa
 Cuando el consumo de proteínas en la alimentación supera a las
necesidades para la síntesis de proteínas y otras biosíntesis, el exceso
de nitrógeno se degrada en su mayor parte, y los esqueletos carbonados
se metabolizan en el ciclo del ácido cítrico

22.  Una vez eliminado el nitrógeno, el esqueleto carbonado
puede procesarse hacia la oxidación en el ciclo del ácido
cítrico o puede utilizarse para la biosíntesis de hidratos de
carbono, dependiendo del estado fisiológico del organismo
 Los aminoácidos cuyos esqueletos generan piruvato u
oxalacetato (ej: la alanina o el aspartato) se convierten en
hidratos de carbono mediante la gluconeogénesis.
 Los aminoácidos que conducen a la acetil-CoA o la
acetoacetil-CoA, como la leucina, tienen una contribución
intensa a la cetogénesis
 Los animales han creado rutas, adaptadas a sus estilos de
vida, para la excreción de amoníaco, ácido úrico o urea,
como principales productos nitrogenados finales.

23. DESTINO DE LOS
ESQUELETOS CARBONADOS
DE LOS AA

24. CICLO DE LA UREA DE KREBS-HENSELEIT
 La urea se sintetiza en el
hígado, y se transporta
posteriormente a los
riñones para su
excreción
 La ruta de síntesis, que
es cíclica, fue descubierta
por Hans Krebs y Kurt
Henseleit en 1932

25.  La ornitina inicia el proceso
 La ornitina actúa como «transportador», sobre el cual se ensamblan los
átomos de carbono y nitrógeno que finalmente constituirán la urea.
 El origen del carbono y de un átomo de nitrógeno de la urea es el
carbamoil fosfato, que se sintetiza a partir de NH 4+ y CO, por la
carbamoil fosfato sintetasa I
 El carbamoil fosfato reacciona con la ornitina a través de la enzima
ornitina transcarbamoilasa, para dar citrulina.
 El segundo nitrógeno procede del aspartato, que reacciona con la
citrulina para formar argininosuccinato, mediante la acción de la
argininosuccinato sintetasa
 la argininosuccinasa rompe el argininosuccinato mediante una reacción
no hidrolítica y no oxidativa para dar arginina y fumarato
 La arginina se rompe de forma hidrolítica por la arginasa, para regenerar
la ornitina y producir una molécula de urea.

26. TRANSPORTE DEL AMONÍACO AL HÍGADO
Todos los órganos de los animales degradan los aminoácidos y producen
amoníaco.
En el transporte de este amoníaco desde otros tejidos al hígado para su
conversión final en urea intervienen dos mecanismos:
1. Los tejidos utilizan la glutamina sintetasa para convertir el amoníaco en
el producto atóxico y eléctricamente neutro glutamina, que se
transporta por la sangre al hígado
2. El músculo, que obtiene la mayor parte de su energía de la glucólisis,
utiliza una ruta diferente, el ciclo glucosa-alanina: el piruvato, se
transamina con glutamato para dar alanina y a-cetoglutarato; y a alanina
resultante se transporta al hígado

28. CONSULTA
¿Cuáles son las Coenzimas que intervienen en el
metabolismo del nitrógeno? Describa cada una de
ellas