Degradación de compuestos nitrogenados
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Los documentos describen el metabolismo de los compuestos nitrogenados en los animales. Los animales deben obtener aminoácidos esenciales de los alimentos para reponer las pérdidas de nitrógeno. Los aminoácidos se procesan a través de reacciones de transaminación y desaminación oxidativa para eliminar los grupos amino. Los mamíferos sintetizan la urea como forma de excretar el nitrógeno, a través de un costoso ciclo que involucra la ornitina, citrulina y arginina. Las plant
Degradación de compuestos nitrogenados
- 2. • Los animales deben reponer continuamente los aportes nitrogenados mediante la alimentación, para reponer el nitrógeno que se pierde durante el catabolismo. Muchas bacterias y plantas pueden sintetizar todos sus metabolitos nitrogenados a partir de una única fuente de nitrógeno. Los mamíferos tiene características intermedias puesto que son capaces de sintetizar aproximadamente la mitad de los aminoácidos en las cantidades necesarias para su crecimiento y para el mantenimiento de un balance
- 3. • Los aminoácidos que han de 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.
- 4. Los aminoácidos introducidos por la dieta se mezclan con los liberados de la degradación de proteínas endógenas. El destino más importante de los aminoácidos es su incorporación a cadenas polipeptídicas durante la síntesis de proteínas específicas del organismo. En segundo lugar son utilizados para la síntesis de compuestos nitrogenados no proteicos de importancia funcional. En los animales cuando hay un exceso en el consumo de proteínas, el exceso de nitrógeno se degrada y los esqueletos carbonados se metabolizan en el ciclo del ácido cítrico, de ésta forma las proteínas pueden contribuir a satisfacer las necesidades energéticas de un animal. En cambio las plantas y las bacterias pueden sintetizar generalmente la mayor parte de sus aminoácidos y regular las rutas anabólicas y raramente se producen excesos.
- 5. • Transferencia de un grupo amino desde un α- aminoácido a un α-cetoácido, convirtiéndose el primero en α-cetoácido y el segundo en un α- aminoácido. (Figura 1) Figura 1. Ecuación general de transaminación
- 6. • Las reacciones de transaminación están catalizadas por enzimas denominadas transaminasas o aminotranferasas. • Las aminotranferasas utilizan una coenzima, el piridoxal fosfato, que procede de la vitamina B6. Éste actúa como aceptor transitorio y transportador del grupo amina en el proceso de transferencia de la transaminación.
- 7. La constante de equilibrio de la reacción de transaminación es cercana a 1, considerándose libremente reversible. La dirección ene que se produce una determinada transaminación está controlada por las concentraciones intracelulares de los sustratos y los productos. Lo anterior indica que la transaminación puede ser utilizada para la degradación de los aminoácidos que se acumulan en una cantidad superior a la necesaria.
- 8. • Función: cataliza la transferencia de un grupo amino desde la alanina al α-cetoglutarato, los productos de esta transaminación reversible de piruvato y glutamato. (Figura 2) Figura 2. Ecuación de transaminación catalizada por la enzima alanina transaminasa.
- 9. • Función: transfiere el grupo amino del glutamato a un α- cetoácido, con la formación del correspondiente aminoácido más el derivado α-ceto del glutamato, que es el acetoglutarato. (Figura 3) Figura 3. Ecuación de transaminación catalizada por la enzima glutamato transaminasa.
- 10. • La mayor parte de las aminotransferasas utilizan glutamato/α- cetoglutarato como uno de los dos pares amino/ceto implicados. Tanto la glutamato-oxalacetato transaminasa sérica (SGOT) y la glutamato-piruvato transaminasa sérica (SGPT): • Son abundantes en el corazón y en el hígado, se liberan por las células durante la lesión celular que se produce en el infarto de miocardio, la hepatitis infecciosa, u otras lesiones de cualquier órgano. • Las determinaciones de estas actividades enzimáticas en el suero sanguíneo pueden utilizarse tanto para el diagnóstico como para el seguimiento de la evolución de un paciente durante el tratamiento.
- 11. • Cuando los grupos α-amino de los aminoácidos son finalmente transferidos al α- cetoglutarato mediante transaminación, formando L-glutamato. A partir de este aminoácido el grupo nitrogenado puede ser separado por un proceso denominado desaminación oxidativa. • La reacción es catalizada por la L-glutamato deshidrogensa, que utiliza como coenzima NAD o NADP. Formando α-cetoglutarato y amoníaco.
- 12. Figura 4. Reacción de desaminación oxidativa. Catalizada por Glutamato deshidrogensa. Tanto los nucleótidos trifosfatos (ATP y GTP) como los difosfatos (ADP y GDP) ejercen control como moduladores alostéricos positivos según el sentido de la reacción.
- 14. La acumulación de amoniaco tiene consecuencias tóxicas. Por lo tanto las células deben ser capaces de excretar el amoniaco con la misma rapidez que se genera. En los animales acuáticos que captan y expulsan cantidades ilimitadas de agua, el amoniaco se disuelve simplemente en el agua y se difunde al exterior. Dado que los animales terrestres necesitan conservar agua, convierten el amoniaco en una forma que puede excretarse sin que ello comporte pérdidas de agua importantes. Los pájaros, reptiles e insectos convierten la mayor parte de su amoniaco excedente en ácido úrico mediante la ruta utilizada para la síntesis de nucleótidos de purina. Los mamíferos excretan su nitrógeno en forma de urea, ésta es muy soluble y al ser eléctricamente neutra, no afecta el pH cuando se acumula.
- 15. • 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. • La ruta de la síntesis de la urea fue descubierta por Hans Kbres y Kurt Henseleit en 1932.
- 16. La ornitina inicia el proceso actuando 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 urea es el carbamoil fosfato, que reacciona con la ornitina a través de la enzima ornitina carbamoiltransferasa, para dar citrulina. El segundo nitrógeno procede del aspartato, que reacciona con la citrulina para formar argininosuccinato, mediante la acción de la argininosuccinato sintetasa. Posteriormente la argininosuccinasa rompe el argininosuccinato mediante una reacción no hidrolítica y no oxidativapara dar arginina y fumarato. La arginina se rompe de forma hidrolítica por la arginasa para regenerar la ornitina y producir una molécula de urea. Figura 5. Ciclo de la urea
- 18. • El balance de carbono el balance de carbono se mantiene en este proceso mediante la conversión del fumarato producido en la rotura del argininosuccinato a oxalacetato en el ciclo de Krebs y luego a aspartato mediante la transaminación. (Figura 6) Figura 6. Relación entre el ciclo TCA y de la urea. Destino del fumarato. 1. Producción de energía, 2. Formación de glucosa y 3. Formación de aspartato.
- 19. • Son necesarias dos moléculas de ATP para convertir el AMP en ATP, con lo cual se consumen 4 fosfatos de energía, es por ello que la síntesis de este producto de excreción es energéticamente costosa. • Las alimentaciones con un contenido alto en proteínas no son beneficiosas del todo. Y el consumo de proteínas en el alimento en una cantidad superior a la necesaria para la biosíntesis de los metabolitos nitrogenados constituye un desperdicio desde el punto de vista energético. Tras su síntesis la urea se transporta por el
- 20. • Una parte de las bases liberada durante los procesos de degradación puede ser reutilizada para la síntesis de nucleótidos y ácidos nucleicos, a través de la vía llamada de “reciclaje”. El resto termina siendo catabolizado y los productos finales son excretados. • En la biosíntesis de purinas se sintetiza de novo en las células del organismo utilizando como materia prima aminoácidos, como dadores de carbonos y nitrógeno, y otras moléculas pequeñas que completan el esqueleto de la base.
- 21. La ribosa-5-fosfato debe ser activada para ingresar a la síntesis usando una ATP, el cual le transfiere pirofosfato en el carbono 1. Esta reacción es catalizada por la fosforribosilpirofosfato sintetasa, dando como producto 5-fosforribosil-1-pirofosfato (PRPP). La siguiente reacción, catalizada por la glutamina PRPP amidotransferasa, transfiere el grupo amida de una glutamina en el carbono donde se encuentra el pirofosfato de la PRPP, al cual desplaza formado el enlace N-glucosídico. El producto es 5- foforribosil-1-amina, la cual reacciona con glicina y ATP para dar 5- fosforribosilglicinamida, reacción llevada a cabo por la fosforribosilglicinamida sintetasa. Los demás átomos del heterociclo purina se agregaran en 8 etapas sucesivas. De toda estas etapas el primer nucleótido que se obtiene es inosina monofosfato (IMP), cuya base nitrogenada es la hipoxantina.
- 22. • El ácido inosínico constituye un punto de ramificación en la síntesis de los nucleótidos de purina • La ruta de los nucleótidos de guanina se inicia con una hidroxilación del anillo de purina, dependiente de NAD, que da lugar al nueclótido xantosina monofosfato, que contiene la base xantina. • Posteriormente se produce una reacción amidotransferasa dependiente de la glutamina, que da lugar a GMP. • La ruta para la producción de AMP comporta la transferencia de nitrógeno desde el aspartato al IMP. • La energía que impulsa la reacción de trasnferencias de aspartato procede del GTP, por tanto la acumulación de GTP tendería a fomentar la ruta destinada a los nucleótidos de adenina.
- 23. • El GMP y el AMP se convierten en sus correspondientes trifosfatos a través de dos reacciones de fosforilación sucesivas. • La fosforilación de ADP a ATP se produce a través del metabolismo energético. Y el ATP es el donador de fosfato para la conversión del GDP a nivel de trifosfatos.
- 24. • El catabolismo de los nucleótidos de purina da lugar a ácido úrico. • Las rutas específicas utilizadas varía en los diversos organismos y en distintos tejidos del mismo organismo. (Figura 7) En las rutas de degradación, la adenosina se desamina por la adenosina desaminasa para dar inosina. La inosina y la guanina pueden formarse por hidrólisis de los respectivos nucleósidos monofosfato, sobre los que actúa la nucleósido de purina fosforilasa para dar hipoxantina y guanina. La hipoxantina se oxida a xantina, y la xantina a ácido úrico, por acción de la xantina oxidasa.
- 25. Figura 7. Síntesis de ácido úrico
- 27. • MATHEWS, Christopher, K.VAN HOLE, Kensal E., AHERN, Kevin G. Bioquímica. Ed. Pearson. España. • KOOLMAN, Jan. Bioquímica: texto y atlas. Ed. Panamericana. Alemania. • BRENDAN, Nora C. Metabolismo de compuestos nitrogenados. http://med.unne.edu.ar/catedras/bioquimica/pdf/ni tro.pdf