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Instituto de Química de São Carlos – IQSC
Universidade de São Paulo

Metabolismo de Proteínas

Disciplina: Bioquímica II

Docente: Profa. Dra. Fernanda Canduri
Conteúdo


Digestão de proteínas da dieta



Absorção e transporte dos aminoácidos às células



Desaminação dos aminoácidos





Transaminação
Desaminação oxidativa

Ciclo da uréia


As reações do ciclo



Regulação do ciclo da uréia



Origem dos aminoácidos



Outros compostos nitrogenados
Visão geral do metabolismo
Digestão de proteínas da dieta


A maior parte do nitrogênio da dieta é consumido na
forma de proteína (vegetal ou animal) – cerca de 70 a
100g ao dia



As proteínas são muito grandes para serem absorvidas
pelo intestino e, sendo assim, devem ser hidrolisadas até
seus aminoácidos, os quais serão absorvidos



As enzimas proteolíticas são produzidas por três órgãos:
estômago, pâncreas e intestino delgado
Digestão de proteínas da dieta


O estômago secreta o suco
gástrico, que contém o ácido
clorídrico e a proenzima
pepsinogênio: o ácido
desnatura proteínas da dieta
e ativa o pepsinogênio,
formando pepsina



O pepsinogênio é ativado
também por outras
moléculas de pepsina já
ativas



A pepsina libera peptídeos e
alguns aminoácidos livres
das proteínas da dieta
Digestão e absorção dos aminoácidos


Ao entrar no intestino delgado, os polipeptídeos grandes
produzidos no estômago pela ação da pepsina são
subsequentemente clivados a oligopeptídeos e aminoácidos por
um grupo de proteases pancreáticas: tripsina, quimotripsina,

elastase e carboxipeptidases, todas secretadas na forma de
proenzimas e ativadas pela tripsina


A liberação e ativação das proenzimas pancreáticas é mediada
pela secreção de colecistocinina e secretina



Aminoácidos livres e dipeptídeos são absorvidos pelas células
epiteliais intestinais, onde os dipeptídeos são hidrolisados antes
de entrarem na corrente sanguínea



Os aminoácidos são metabolizados pelo fígado
Transporte dos aminoácidos às células


A concentração de aminoácidos livres nos
líquidos extracelulares é significativamente
menor do que no meio intracelular



Sistemas de transporte ativo são necessários
para o movimento de aminoácidos do meio extra
para o meio intracelular, sendo que há diferentes
sistemas de transporte para diferentes
aminoácidos
Via catabólica de peptídeos endógenos e exógenos pelas
peptidases

peptídeos
peptidases

aminoácidos

cetoácidos
Destinos dos aminoácidos
Transaminação


Transferência de grupo amino de um aminoácido para
outro, através de um cetoácido



Os aminoácidos são desaminados por transaminação:
transferência do seu grupo amino a um cetoácido para
produzir o cetoácido do aminoácido original e um novo
aminoácido



O grupo aceptor predominante é o cetoglutarato,
produzindo glutamato e o novo cetoácido



O grupo amino do glutamato pode ser transferido ao
oxaloacetato em uma segunda reação de transaminação,
produzindo aspartato, formando novamente cetoglutarato



As enzimas que catalisam a transaminação são designadas
aminotransferases ou transaminases, que necessitam da
coenzima piridoxal-fosfato (PLP – derivado da vitamina B6)
Reações de transaminação
Em reações do anabolismo dos aminoácidos o grupo a-amino
do glutamato e o grupo amino da cadeia lateral da glutamina são
transferidos para outros compostos, na presença da PLP
Transaminação
Aminoácido 1

Cetoácido 1

Aminoácido 2
Cetoácido 2
Relação entre o metabolismo de carboidratos e de
aminoácidos
No músculo, a alanina é produzida a partir do piruvato por
transaminação, e no fígado a alanina, por nova transaminação, é
convertida a piruvato novamente
Desaminação


O glutamato produzido por transaminação pode ser
oxidativamente desaminado, que resulta no cetoglutarato e na
liberação do grupo amino como amônia livre



São reações que ocorrem predominantemente no fígado e rins,
e fornecem a-cetoácidos e amônia, que é uma fonte de
nitrogênio na síntese de uréia



A glutamato desidrogenase catalisa a desaminação oxidativa do
glutamato, único aminoácido que sofre desaminação rápida



A glutamato desidrogenase usa NAD+ ou NADP+ como
coenzima



A ação sequencial de transaminação e subsequente
desaminação do glutamato provê uma rota através da qual os
grupos amino da maioria dos aminoácidos podem ser liberados
como amônia
A desaminação pela glutamato desidrogenase
Reguladores alostéricos da
glutamato desidrogenase
O ATP e o GTP são
inibidores alostéricos,
enquanto o GDP e o ADP
são ativadores da enzima
Quando os níveis de
energia estão baixos, a
degradação dos
aminoácidos pela
glutamato desidrogenase é
elevada, fornecendo acetoglutarato como
substrato para o ciclo de
Krebs
Metabolismo dos compostos nitrogenados

 Quando em excesso, a amônia é utilizada na conversão de glutamato a
glutamina, reação catalisada pela glutamina-sintase em uma reação que
requer ATP
NH4 + glutamato + ATP  glutamina + ADP + Pi
 Ao contrário, quando o nitrogênio é limitante, a conversão de glutamato à
glutamina é o modo preferencial de assimilação de nitrogênio
O ciclo da uréia
As reações:
As duas primeiras reações
ocorrem na mitocôndria,
enquanto todas as
enzimas restantes do ciclo
estão localizadas no
citosol
1. Formação do carbamoil
fosfato: ação da carbamoil
fosfato sintase I
dependente da clivagem
de duas moléculas de
ATP. A amônia
incorporada ao carbamoil
fosfato é proveniente da
desaminação do
glutamato. O átomo de N
derivado desta amônia
torna-se um dos N da
uréia.
O ciclo da uréia
2. Formação de citrulina: a
ornitina e citrulina são
aminoácidos básicos que
participam no ciclo da uréia
mas não são incorporados
nas proteínas. A ornitina é
regenerada em cada volta do
ciclo da uréia. A liberação do
fosfato do carbamoil fosfato
em forma de Pi direciona a
reação. A citrulina, o produto,
é transportado ao citosol.
3. No citosol, a citrulina
condensa-se ao aspartato
para formar
argininosuccinato. O
aspartato fornece o segundo
N que é incorporado à uréia.
O terceiro ATP é consumido.
As reações do ciclo da uréia
4. O argininosuccinato é clivado para originar arginina e fumarato. A
arginina formada por esta reação serve como precursor imediato da uréia
5. A arginase cliva a arginina em ornitina e uréia. A arginase ocorre quase
exclusivamente no fígado.
Assim, enquanto outros
tecidos podem sintetizar a
arginina, somente o fígado
pode clivar a arginina e
sintetizar uréia.
A uréia difunde-se a partir do
fígado e é transportada no
sangue até os rins, onde é
filtrada e excretada na urina.
A ornitina entra novamente
na mitocôndria para
continuar o ciclo.
Regulação do ciclo da uréia
Quando há excesso de amônia,
esta será diretamente convertida a
uréia pelo ciclo da uréia, ou
direcionada para formação do
glutamato e glutamina, e aspartato
O N-acetilglutamato é um ativador
essencial da carbamoil fosfato
sintase I, a etapa limitante da
velocidade no ciclo da uréia.
Ele é sintetizado a partir de NADH
e glutamato, quando estes estão
em excesso
Sua concentração hepática
aumenta após a ingestão de uma
refeição rica em proteínas,
levando a um aumento da
velocidade da síntese de uréia
Regulação do ciclo da uréia
Quando há excesso do
aminoácido aspartato, este
por transaminação gera
glutamato, que por sua vez,
sofre desaminação e a
amônia formada leva a
formação do carbamoil
fosfato, que alimenta o ciclo
da uréia
O aspartato em excesso
pode também entrar
diretamente no ciclo da
uréia
As famílias dos aminoácidos baseadas em suas rotas
catabólicas
Aminoácidos glicogênicos são
aqueles que dão origem ao
piruvato ou intermediários do
ciclo de Krebs, pela
transaminação e desaminação
(quadro amarelo)
Aminoácidos cetogênicos são
aqueles que dão origem ao
acetoacetato e/ou acetil CoA
(quadro rosa)
Alguns possuem vias
alternativas, como isoleucina,
treonina, fenilalanina, triptofano e
tirosina
Origem dos 20 aminoácidos

• Quase a metade dos aminoácidos devem ser adquiridos na dieta: são os
aminoácidos essenciais.
• A fenilalanina e o triptofano são sintetizados por microrganismos e plantas, e
geralmente envolvem mais etapas do que os aminoácidos não-essenciais
Transaminação de aminoácidos não-essenciais
Os aminoácidos são precursores de
hormônios e/ou
neurotransmissores
Listas de exercícios
1. Explique onde e como ocorre a digestão de proteínas da dieta. Como a
proteína intracelular é degradada?
2. Fale sobre as diferentes funções dos aminoácidos nos organismos. Quais
suas possíveis rotas?
3. Qual a importância do aminoácido alanina? E do aminoácido glutamato?
4. Em que órgão ocorre a síntese de uréia? Em que parte da célula ocorre?
Qual seu destino?
5. Explique como o ciclo da uréia é regulado quando há excesso de amônia.
6. Como podemos separar os aminoácidos segundo as rotas catabólicas?
7. Quais são os aminoácidos essenciais?
8. Os aminoácidos não-essenciais são sintetizados a partir de intermediários
metabólicos comuns. Quem são eles?
9. Dê um exemplo da importância de alguns aminoácidos na síntese de
outros compostos.

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Metabolismo de-proteínas

  • 1. Instituto de Química de São Carlos – IQSC Universidade de São Paulo Metabolismo de Proteínas Disciplina: Bioquímica II Docente: Profa. Dra. Fernanda Canduri
  • 2. Conteúdo  Digestão de proteínas da dieta  Absorção e transporte dos aminoácidos às células  Desaminação dos aminoácidos    Transaminação Desaminação oxidativa Ciclo da uréia  As reações do ciclo  Regulação do ciclo da uréia  Origem dos aminoácidos  Outros compostos nitrogenados
  • 3. Visão geral do metabolismo
  • 4. Digestão de proteínas da dieta  A maior parte do nitrogênio da dieta é consumido na forma de proteína (vegetal ou animal) – cerca de 70 a 100g ao dia  As proteínas são muito grandes para serem absorvidas pelo intestino e, sendo assim, devem ser hidrolisadas até seus aminoácidos, os quais serão absorvidos  As enzimas proteolíticas são produzidas por três órgãos: estômago, pâncreas e intestino delgado
  • 5. Digestão de proteínas da dieta  O estômago secreta o suco gástrico, que contém o ácido clorídrico e a proenzima pepsinogênio: o ácido desnatura proteínas da dieta e ativa o pepsinogênio, formando pepsina  O pepsinogênio é ativado também por outras moléculas de pepsina já ativas  A pepsina libera peptídeos e alguns aminoácidos livres das proteínas da dieta
  • 6. Digestão e absorção dos aminoácidos  Ao entrar no intestino delgado, os polipeptídeos grandes produzidos no estômago pela ação da pepsina são subsequentemente clivados a oligopeptídeos e aminoácidos por um grupo de proteases pancreáticas: tripsina, quimotripsina, elastase e carboxipeptidases, todas secretadas na forma de proenzimas e ativadas pela tripsina  A liberação e ativação das proenzimas pancreáticas é mediada pela secreção de colecistocinina e secretina  Aminoácidos livres e dipeptídeos são absorvidos pelas células epiteliais intestinais, onde os dipeptídeos são hidrolisados antes de entrarem na corrente sanguínea  Os aminoácidos são metabolizados pelo fígado
  • 7. Transporte dos aminoácidos às células  A concentração de aminoácidos livres nos líquidos extracelulares é significativamente menor do que no meio intracelular  Sistemas de transporte ativo são necessários para o movimento de aminoácidos do meio extra para o meio intracelular, sendo que há diferentes sistemas de transporte para diferentes aminoácidos
  • 8. Via catabólica de peptídeos endógenos e exógenos pelas peptidases peptídeos peptidases aminoácidos cetoácidos
  • 10. Transaminação  Transferência de grupo amino de um aminoácido para outro, através de um cetoácido  Os aminoácidos são desaminados por transaminação: transferência do seu grupo amino a um cetoácido para produzir o cetoácido do aminoácido original e um novo aminoácido  O grupo aceptor predominante é o cetoglutarato, produzindo glutamato e o novo cetoácido  O grupo amino do glutamato pode ser transferido ao oxaloacetato em uma segunda reação de transaminação, produzindo aspartato, formando novamente cetoglutarato  As enzimas que catalisam a transaminação são designadas aminotransferases ou transaminases, que necessitam da coenzima piridoxal-fosfato (PLP – derivado da vitamina B6)
  • 11. Reações de transaminação Em reações do anabolismo dos aminoácidos o grupo a-amino do glutamato e o grupo amino da cadeia lateral da glutamina são transferidos para outros compostos, na presença da PLP
  • 13. Relação entre o metabolismo de carboidratos e de aminoácidos No músculo, a alanina é produzida a partir do piruvato por transaminação, e no fígado a alanina, por nova transaminação, é convertida a piruvato novamente
  • 14. Desaminação  O glutamato produzido por transaminação pode ser oxidativamente desaminado, que resulta no cetoglutarato e na liberação do grupo amino como amônia livre  São reações que ocorrem predominantemente no fígado e rins, e fornecem a-cetoácidos e amônia, que é uma fonte de nitrogênio na síntese de uréia  A glutamato desidrogenase catalisa a desaminação oxidativa do glutamato, único aminoácido que sofre desaminação rápida  A glutamato desidrogenase usa NAD+ ou NADP+ como coenzima  A ação sequencial de transaminação e subsequente desaminação do glutamato provê uma rota através da qual os grupos amino da maioria dos aminoácidos podem ser liberados como amônia
  • 15. A desaminação pela glutamato desidrogenase Reguladores alostéricos da glutamato desidrogenase O ATP e o GTP são inibidores alostéricos, enquanto o GDP e o ADP são ativadores da enzima Quando os níveis de energia estão baixos, a degradação dos aminoácidos pela glutamato desidrogenase é elevada, fornecendo acetoglutarato como substrato para o ciclo de Krebs
  • 16. Metabolismo dos compostos nitrogenados  Quando em excesso, a amônia é utilizada na conversão de glutamato a glutamina, reação catalisada pela glutamina-sintase em uma reação que requer ATP NH4 + glutamato + ATP  glutamina + ADP + Pi  Ao contrário, quando o nitrogênio é limitante, a conversão de glutamato à glutamina é o modo preferencial de assimilação de nitrogênio
  • 17. O ciclo da uréia As reações: As duas primeiras reações ocorrem na mitocôndria, enquanto todas as enzimas restantes do ciclo estão localizadas no citosol 1. Formação do carbamoil fosfato: ação da carbamoil fosfato sintase I dependente da clivagem de duas moléculas de ATP. A amônia incorporada ao carbamoil fosfato é proveniente da desaminação do glutamato. O átomo de N derivado desta amônia torna-se um dos N da uréia.
  • 18. O ciclo da uréia 2. Formação de citrulina: a ornitina e citrulina são aminoácidos básicos que participam no ciclo da uréia mas não são incorporados nas proteínas. A ornitina é regenerada em cada volta do ciclo da uréia. A liberação do fosfato do carbamoil fosfato em forma de Pi direciona a reação. A citrulina, o produto, é transportado ao citosol. 3. No citosol, a citrulina condensa-se ao aspartato para formar argininosuccinato. O aspartato fornece o segundo N que é incorporado à uréia. O terceiro ATP é consumido.
  • 19. As reações do ciclo da uréia 4. O argininosuccinato é clivado para originar arginina e fumarato. A arginina formada por esta reação serve como precursor imediato da uréia 5. A arginase cliva a arginina em ornitina e uréia. A arginase ocorre quase exclusivamente no fígado. Assim, enquanto outros tecidos podem sintetizar a arginina, somente o fígado pode clivar a arginina e sintetizar uréia. A uréia difunde-se a partir do fígado e é transportada no sangue até os rins, onde é filtrada e excretada na urina. A ornitina entra novamente na mitocôndria para continuar o ciclo.
  • 20. Regulação do ciclo da uréia Quando há excesso de amônia, esta será diretamente convertida a uréia pelo ciclo da uréia, ou direcionada para formação do glutamato e glutamina, e aspartato O N-acetilglutamato é um ativador essencial da carbamoil fosfato sintase I, a etapa limitante da velocidade no ciclo da uréia. Ele é sintetizado a partir de NADH e glutamato, quando estes estão em excesso Sua concentração hepática aumenta após a ingestão de uma refeição rica em proteínas, levando a um aumento da velocidade da síntese de uréia
  • 21. Regulação do ciclo da uréia Quando há excesso do aminoácido aspartato, este por transaminação gera glutamato, que por sua vez, sofre desaminação e a amônia formada leva a formação do carbamoil fosfato, que alimenta o ciclo da uréia O aspartato em excesso pode também entrar diretamente no ciclo da uréia
  • 22. As famílias dos aminoácidos baseadas em suas rotas catabólicas Aminoácidos glicogênicos são aqueles que dão origem ao piruvato ou intermediários do ciclo de Krebs, pela transaminação e desaminação (quadro amarelo) Aminoácidos cetogênicos são aqueles que dão origem ao acetoacetato e/ou acetil CoA (quadro rosa) Alguns possuem vias alternativas, como isoleucina, treonina, fenilalanina, triptofano e tirosina
  • 23. Origem dos 20 aminoácidos • Quase a metade dos aminoácidos devem ser adquiridos na dieta: são os aminoácidos essenciais. • A fenilalanina e o triptofano são sintetizados por microrganismos e plantas, e geralmente envolvem mais etapas do que os aminoácidos não-essenciais
  • 25. Os aminoácidos são precursores de hormônios e/ou neurotransmissores
  • 26. Listas de exercícios 1. Explique onde e como ocorre a digestão de proteínas da dieta. Como a proteína intracelular é degradada? 2. Fale sobre as diferentes funções dos aminoácidos nos organismos. Quais suas possíveis rotas? 3. Qual a importância do aminoácido alanina? E do aminoácido glutamato? 4. Em que órgão ocorre a síntese de uréia? Em que parte da célula ocorre? Qual seu destino? 5. Explique como o ciclo da uréia é regulado quando há excesso de amônia. 6. Como podemos separar os aminoácidos segundo as rotas catabólicas? 7. Quais são os aminoácidos essenciais? 8. Os aminoácidos não-essenciais são sintetizados a partir de intermediários metabólicos comuns. Quem são eles? 9. Dê um exemplo da importância de alguns aminoácidos na síntese de outros compostos.