Ciclo de la urea

Ciclo de Krebs

Nitrógeno

Aminoácidos

Esqueleto carbonado

COO-

C-H R

H3N +

CO2

Ornitina

NH+4

Oxaloacetato

Aspartato

α -aminoácido

α-Cetoácido

Arginina

UREA

Fumarato

Malato

Arginino succinato

Citrulina

RECAMBIO PROTEICO Y METABOLISMO DE LOS AMINOACIDOS

Recambio proteico

El recambio proteico asegura la función biológica de las proteínas.

Las proteínas se encuentran en constante pérdida y renovación (turnover) : Secreciones� hormonas, enzimas… Renovación de los tejidos� digestivo, piel, anexos… Diferentes estadios metabólicos� crecimiento, gestación, lactancia…

Frente a un exceso de aminoácidos, el organismo no posee ninguna forma de almacenamiento de proteínas, comparable al glucógeno ni a los

triacilglicéridos del tejido adiposo.

El catabolismo de los aminoácidos debe operar continuamente para degradar el exceso de los mismos. Los grupos amino de los aminoácidos

son eliminados. Los aminoácidos son precursores de otras biomoléculas

�Proteínas �Hormonas �Coenzimas �Nucleótidos �Alcaloides

�Porfirinas �Antibióticos �Pigmentos �Neurotransmisores

NH3

La oxidación de los aminoácidos contribuye de manera significativa a la generación de energía.

En carnívoros, luego de una ingesta, el 90 % de la energía puede ser cubierta por los aminoácidos.

Oxidación de aminoácidos

Recambio proteico.

Exceso de aminoácidos en la dieta.

Inanición o patologías.

El metabolismo de los aminoácidos ocurre principalmente en el hígado.

Hígado

Amonio, urea, ácido úrico

La oxidación de aminoácidos produce amoníaco (NH+4)

α -Cetoglutarato L-Glutamato

α-Cetoácido

Alanina del músculo

Alanina

Piruvato

Amoníaco

Urea

Glutamina

Glutamina extrahepática

Aminoácidos de la ingesta

L-Aminoácido

Proteína celular

Las aminotransferasas catalizan la transferencia de grupos amino de los aminoácidos al α-cetoglutarato

ΔG’°≈ 0 kJ/mol

α -Cetoglutarato L-Glutamato

α-Cetoácido L-Aminoácido

Aminotransferasa PLP

La transaminación, es la transferencia de grupos amino desde un α-aminoácido a un α-cetoácido.

Glutamato

α-Iminoglutarato

α-Cetoglutarato

La desaminación oxidativa del Glutamato ocurre en el hígado

Mitocondria

Glutamato deshidrogenasa ΔG’°≈0 kJ/mol + ADP

- GTP

Modulación alostérica

Puede utilizarse en el ciclo de Krebs y producir glucosa

La desaminación de los aminoácidos, es la eliminación enzimática de sus grupos amino.

La glutamina constituye una forma NO tóxica de transportar NH+

4 por la sangre.

H2N O C NH2

Urea

ATP

ADP

glutamina sintetasa

L-Glutamato

COO- C- H

CH2

H3N +

CH2 -OOC

γ-Glutamil fosfato

Pi

-O- P-O COO- C- H

CH2

H3N +

CH2 O-

O C

O

glutamina sintetasa

NH+4

L-Glutamina

glutaminasa mitocondrial hepática

H2N

O COO- C-

H CH2

H3N +

CH2 C

COO- C- H

CH2

H3N +

CH2 -OOC

L-Glutamato

H2O

NH+4

La urea se metaboliza en forma diferente entre los carnívoros y los rumiantes

Músculo

La alanina transporta NH+4 desde los músculos al hígado

Alanina

Alanina Glucosa

Glucosa

gluconeogénesis

Piruvato Glucosa

glucólisis Glutamato

aminoácidos

proteína muscular

+NH4

NH4

Urea

Urea Urea Urea

Alanina α-Cetoglutarato

alanina aminotransferasa

α-Cetoglutarato Glutamato

Piruvato

Ciclo de la glucosa-alanina

La inversión energética de la gluconeogénesis se restringe al hígado.

Todo el ATP en el músculo es utilizado

para la contracción.

Hígado

¿Por qué excretar el NH+4?

El glutamato y el ácido gama aminobutírico GABA son neurotransmisores

La intoxicación por amoníaco provoca signos nerviosos: epilepsia, coma, muerte.

Las reacciones catalizadas por la glutamina sintetasa y la glutamato deshidrogenasa dismunyen el α-Cetoglutarato disponible para ciclo de krebs y la formación de ATP, lo que podría interferir con la función nerviosa.

La glutamina sintetasa y la glutamato deshidrogenasa se encuentran en altas concentraciones en el cerebro.

Ácido gama aminobutírico (GABA) Glutamato

Glutamato deshidrogenasa.

Dependiente de PLP

Histidina descarboxilasa.

Dependiete de PLP Histidina Histamina

En los animales ureotélicos, el NH+4

se recicla en el ciclo de la urea y se excreta como urea.

Aspartato

Carbamil fosfato

Oxaloacetato

Apartato α-Cetoglutarato

NH+4

Aminoácidos Alanina

Glutamato

Glutamato

Ornitina

Arginosuccinato

Citrulina

Citrulina

Arginina

Ornitina

UREA

Glutamina

Glutamina

Ciclo de la urea

Citosol

Mitocondria

La enzima carbamil fosfato sintetasa I es activada por el N-acetil-glutamato, sintetizado a partir de

acetil-CoA y glutamato.

La formación de carbamil fosfato es un punto de regulación del ciclo de la urea

Para sintetizar 1 molécula de carbamil fosfato se invierten 2 ATP.

Carbonil fosfato

ATP

Carbamato

Carbamil fosfato

NH+4

Carbamil fosfato

Citrulina

Ornitina

Citrulina Ornitina

Ciclo de la urea

Mitocondria

Citosol

Arginino- succinato

Arginina

Aspartato

3. Formación de arginosuccinato Arginosuccinato sintetasa

2. Formación de citrulina a partir de ornitina y carbamil fosfato. Ornitina transcarbamilasa

1. Formación de carbamil fosfato. Carbamil fosfato sintetasa I

4. Escisión del arginosuccinato Arginosuccinato liasa

5. Formación de urea Arginasa

Malato

Ciclo de krebs

La producción de urea aumenta con la ingesta rica

en proteínas y en la inanición.

Aumenta la síntesis de las 5 enzimas

Oxaloacetato

Fumarato

Para producir 1 molécula de arginosuccinato se invierten 2 ATP

Para sintetizar 1 molécula de urea por vía del ciclo de la urea se invierten 4 ATP.

2NH+4 + HCO3

- + 3ATP4- + H2O� UREA + 2ADP3- + 4Pi + AMP 2- + 5H+

La formación de fumarato en el ciclo de la urea, permite la entrada del mismo al ciclo de Krebs (o como malato). Esto reduce el costo para la

formación de urea a 1.5 ATP.

Citrulina Argininosuccinato

Citrulin-AMP

Aspartato

El doble ciclo de Krebs…

1. Carbamil fosfato sintetasa I Gasto de ATP 2. Arginosuccinato sintasa. 3. Glutamato deshidrogenasa Poder reductor. 4. Malato deshidrogensa Ganancia de ATP.

5. Aminotrasferasas 6. Fumarasa

Carbamil fosfato

Arginina Citrulina

Arginino succinato

α-cetoglutarato

Fumarato

Aspartato

Glutamato

Glutamato

Oxaloacetato

Malato

Ornitina

Ciclo de la urea

α-cetogrutarato

α-cetoácido

Aminoácidos

α-cetoácido

Aminoácidos

1

4

5

5

3

2

5 6

Ciclo de la urea

Ciclo de Krebs

Nitrógeno

Aminoácidos

Esqueleto carbonado

COO-

C-H R

H3N +

CO2

Ornitina

NH+4

Oxaloacetato

Aspartato

α -aminoácido

α-Cetoácido

Arginina

UREA

Desviación del aspartato-arginino-succinato

Fumarato

Malato

Arginino succinato

Citrulina

Aproximadamente la mitad de todos los grupos amino excretados en forma de urea, deben pasar forzosamente a través de la rección de la aspartato aminotransferasa.

Los aminoácidos estándar entran al ciclo de Krebs para ser oxidados.

Isocitrato Fumarato

Ciclo de Krebs

Aspartato Fenilalanina Tirosina

Leucina Lisina Fenilalanina Triptófano Tirosina

Acetoacetil-CoA

CO2

Isoleucina Leucina Triptófano Treonina

Alanina Cisteína Glicina Serina Triptófano Treonina

Piruvato Acetil-CoA

Oxaloacetato Citrato

CO2

α-Cetoglutarato

Arginina Histidina Glutamina Prolina

CO2

Glutamato

Succinil-CoA

Isoleucina Metionina Valina Treonina

Asparagina Aspartato

Leucina Lisina Tirosina Fenilalanina Triptófano

Leucina Isoleucina Triptófano

Acetoacetil-CoA

Ciclo de Krebs

Glucosa

Isocitrato Fumarato

Alanina Cisteína Glicina Serina Triptófano

α-Cetoglutarato

Piruvato Acetil-CoA

Oxaloacetato Asparagina Aspartato

Tirosina Fenilalanina

Succinil-CoA

Metionina Valina Treonina Isoleucina

Arginina Histidina Glutamina Prolina

Citrato

Glutamato

Los aminoácidos estándar pueden convertirse en glucosa y en cuerpos cetónicos

Cuerpos cetónicos

El ayuno conduce al catabolismo de aminoácidos glucogénicos.

Ciclo del nitrógeno entre los órganos del rumiante

Hígado

Riñón UREA

UREA

UREA excretada

UREA

Rumen

Glándulas salivales

UREA

UREA

UREA

Mas del 60 % de la urea sintetizada en el ciclo de la urea proviene del amoníaco ruminal

Menos del 40 % de la urea sintetizada en el ciclo de la urea proviene del catabolismo proteico

Aminoácidos Músculo

esquelético Glutamina NH+

4

NH3

NH+4

CO2

Ureasa

UREA

NH3

Resumen

La oxidación de los aminoácidos contribuye de manera significativa a la generación de energía.

El ciclo de la urea y el ciclo de Krebs pueden conectarse, lo que disminuye el costo energético (ATP) de eliminar el amoníaco.

La oxidación de aminoácidos ocurre en tres estadios metabólicos diferentes: Recambio proteico, Exceso de aminoácidos en la dieta e Inanición.

La transaminación, es la transferencia de grupos amino desde un α-aminoácido a un α-cetoácido.

La desaminación de los aminoácidos, es la eliminación enzimática de sus grupos amino.

El glutamato, glutamina y la alanina liberan amoníaco en el hígado.

El amoníaco depositado en las mitocondrias del hígado, se convierte en urea mediante el ciclo de la urea.

Los aminoácidos glucogénicos son de gran importancia para los carnívoros y los rumiantes ya que colaboran la homeostásis de la glucosa sanguinea.

Los carnívoros eliminan toda la urea, mientras que en los rumiantes puede ser utilizada para la síntesis de proteínas por los microorganismos ruminales.

Bibliografía

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