METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS César Arezo Felipe Freire Paulo Ricardo

O que são aminoácidos? COO- C H R +H3N 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- C H R +H3N

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.

Mapa metabólico geral

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 Fontes endógenas (cerca de 70 g/dia)‏ Pool de aminoácidos Síntese de aminoácidos não essenciais Fontes exógenas (cerca de 70 g/dia)‏ Proteínas da dieta Digestão e absorção Excesso de aminoácidos (0,9 a 1,0 g/dia)‏ Excreção renal Amônia Uréia Transaminação Desaminação -cetoácidos Glicose, corpos cetônicos Acetil-CoA, ciclo dos ácidos Cítricos CO2 + H2O + ATP Proteínas teciduais Síntese e degradação Constituintes nitrogenados não protéicos purinas, pirimidinas, colina, creatina, porfirinas, adrenalina, neurotransmissores, melanina Conversão

Metabolismo geral dos aminoácidos 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.

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

CATABOLISMO DE AMINOÁCIDOS

Transaminações catalisadas por enzimas (ocorre em vários tecidos) -cetoácido1 + aminoácido1  aminoácido2 + -cetoácido2 -cetoglutarato + aspartato glutamato + oxaloacetato AST: aspartato aminotransferase -cetoglutarato + alanina glutamato + piruvato ALT: alanina aminotransferase

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 (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).

Transaminação Racemização Descarboxilação Algumas transformações no carbono α dos aminoácidos facilitadas pelo piridoxal fosfato

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.

-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

Destino dos esqueletos de carbonos

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 piruvato

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

Aminoácidos que formam succinil-CoA 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 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.

Degradação da leucina, valina e isoleucina.

Degradação do triptofânio a acetil-CoA

LIGAÇÃO ENTRE O CICLO DA URÉIA E O CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO

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.