Campus Diadema
Oxidação de aminoácidos e
Ciclo da Uréia
Prof. Dr. Helotonio Carvalho
Abril de 2011
UC-Bioquímica Metabólica
Oxidação de aminoácidos
A fração de energia metabólica obtida pela oxidação de
aminoácidos depende do tipo de organismo:
Carnívoros
, logo após uma refeição, podem obter até 90 %
de sua demanda energética através da oxidação de
aminoácidos.
Herbívoros:
apenas uma pequena fração da energia obtida
vem da oxidação de aminoácidos.
Microorganismos
podem retirar aminoácidos do ambiente
em que se encontram e utilizar como fonte energética.
Plantas
praticamente não se utilizam desta via. A
concentração de aminoácidos em plantas é regulada de
maneira a se ajustar apenas à biossíntese de precursores
para moléculas necessárias ao seu crescimento.
Oxidação de aminoácidos
Em animais a oxidação de aminoácidos ocorre em três
circunstâncias diferentes:
Durante a síntese e degradação normal de proteínas
celulares,
aminoácidos não utilizados para a síntese de
novas proteínas são oxidados
.
Quando uma dieta é rica em proteínas e a quantidade de
aminoácidos excede a necessidade para síntese de
protéinas,
estes
aminoácidos
são
catabolizados.
Aminoácidos, ao contrário de carboidratos e lipídeos, não
podem ser armazenados.
Durante o jejum prolongado ou em diabetes não
controlada, a ausência ou incapacidade do organismo em
utilizar carboidratos faz com que proteínas celulares sejam
usadas para fornecer energia.
Visão geral da
oxidação de
aminoácidos
Digestão de
proteínas
Digestão enzimática de proteínas no
estômago e intestino
1) A entrada de proteínas no estômago estimula a mucosa gástrica a secretar o hormônio gastrina.
2) Gastrina estimula a secreção de HCl pelas células parietais e de pepsinogênio pelas células principais.
3) Pepsinogênio é clivado a pepsina que hidrolisa as proteínas (desnaturadas pela acidez do estômago, pH 1,0 a 2,5) na porção NH2-terminal de resíduos de Phe, Trp e Tyr.
4) O conteúdo do estômago passa para o intestino médio e seu baixo pH induz a secreção de secretina no sangue.
5) Secretina estimula o pâncreas a secretar HCO3- para neutralizar o
Digestão enzimática de proteínas no
estômago e intestino
6) A digestão continua no intestino delgado. A passagem de aminoácidos no duodeno causa liberação de colecistocinina, que estimula a secreção de precursores de várias enzimas pancreáticas: tripsinogênio, quimiotripsinogênio, procarboxipeptidases A e B.
7) Tripsinogênio é clivado e ativado pela enteropeptidase (secretada pelo intestino). Tripsina ativa as outras proteases.
8) A ação conjunta destas proteases, com diferentes especificidades, além de uma aminopeptidase resulta na liberação de aminoácidos livres que são absorvidos pelas células da mucosa intestinal.
9) Os aminoácidos são transportados pelo sangue até o fígado.
Destino dos
grupos amino
Destino dos grupos amino
Glutamato e glutamina
têm papel essencial como
captadores dos grupos
amino de aminoácidos.
No citossol de hepatócitos,
grupos amino da maior
parte dos aminoácidos são
transferidos
para
-cetoglutarato
formando
glutamato, que entra na
mitocôndria onde perde
seu grupo amino na forma
de NH
4+.
Destino dos grupos amino
A amônia em excesso
produzida
em
outros
tecidos é convertida a
glutamina, que é enviada
ao fígado pelo sangue.
A
glutamina também perde
seu grupo amino na forma
de NH
4+na mitocôndria.
As
concentrações
de
glutamato e glutamina na
maior parte dos tecidos é
maior que a de outros
aminoácidos.
Formas de excreção dos grupos amino
Ao contrário dos animais,
plantas reciclam todos os
grupos amino e
praticamente não
excretam nitrogênio.
Amonotélicos
Ureotélicos
Transferência de grupos amino para -cetoglutarato
O papel das aminotransferases (transaminases)
Reações de transaminação visam
coletar os grupos amino de
diferentes aminoácidos como
L-glutamato.
O glutamato atua como doador de
grupos
amino
em
vias
de
biossíntese de aminoácidos ou em
vias de eliminação de amônia pelo
organismo.
Muitas
aminotransferases
são
específicas para
-cetoglutarato
mas diferem na especificidade com
relação aos aminoácidos doadores
de grupos amino.
Transferência de grupos amino para -cetoglutarato
O papel das aminotransferases (transaminases)
Reações
catalisadas
por
aminotransferases
têm
G
próximo
de
zero
(são
reversíveis).
As enzimas utilizam piridoxal
fosfato (PLP) como grupo
Pirodoxal fosfato e sua forma
contendo grupo amino
Liberação do grupo amino do glutamato
no fígado (mitocôndria)
Glutamato
passa
por
desaminação
oxidativa
catalisada pela glutamato
desidrogenase.
Glutamato desidrogenase
é a única enzima que
pode usar tanto NAD
+como NADP
+.
-cetoglutarato produzido
pode ser usado no ciclo
de Krebs.
Transporte de grupos amino no sangue
pela glutamina
Amônia é tóxica para tecidos
animais
e
os
níveis
sanguíneos são estritamente
regulados.
Na maioria dos animais a
amônia livre é convertida em
uma espécie não tóxica
antes de ser exportada para
o fígado ou rins.
A glutamina exerce esse
papel
.
No
fígado,
a
enzima
glutaminase recupera o
glutamato e libera NH
4+novamente, que é convertido
em uréia.
Transporte de amônia produzida nos músculos
O papel da alanina no Ciclo da Glicose-Alanina
Nos músculos, os grupos amino são
coletados como glutamato. Este pode ser
convertido a glutamina ou transferir o grupo
amino para o piruvato, um produto
abundante da glicólise muscular, formando
alanina.
Esta reação é catalisada pela alanina
aminotransferase.
Alanina atua como transportador de grupos
amino dos músculos para o fígado.
No fígado, glutamato e piruvato são
gerados novamente. Glutamato libera NH
4+e
piruvato
pode
ser
usado
para
gliconeogênese, o que pode gerar mais
energia para os músculos.
Excreção de nitrogênio e Ciclo da Uréia
Grupos amino não utilizados na síntese de novos
aminoácidos são excretados.
Em animais ureotélicos, a amônia liberada nas mitocôndrias
dos hepatócitos é convertida em uréia pelo
Ciclo da Uréia
.
A uréia é produzida quase exclusivamente no fígado,
passando então para a corrente sanguínea e para os rins,
sendo excretada na urina.
Ciclo da Uréia
Dois grupos amino são convertidos em uréia. Um dos grupos amino entra no ciclo como carbamoil fosfato; o outro como aspartato. Síntese de carbamoil fosfato a
partir de NH4+ e CO
2 (na forma de HCO3-), catalisada pela carbamoil
fosfato sintetase I.
1) Carbamoil fosfato transfere o grupo carbamoil para ornitina formando
citrulina, numa reação catalisada pela ornitina transcarbamoilase. Citrulina passa para o citossol.
2) Condensação entre citrulina e aspartato, formando
argininosuccinato pela ação da
Ciclo da Uréia
3) Argininosuccinato é clivado a
arginina e fumarato, pela ação da
arginino succinase. Fumarato entra no Ciclo de Krebs.
4) A arginase cliva arginina gerando
uréia e ornitina.
CO
2+ NH
4++ 3ATP + aspartato + 2H
2O
Uréia + 2ADP + 4 Pi + AMP + fumarato
Reação Global
Interligações entre o Ciclo da Uréia e o
Ciclo de Krebs
Regulação do Ciclo da Uréia
O fluxo de nitrogênio pelo ciclo da uréia depende da dieta
.
Com uma dieta altamente protéica, os esqueletos
carbônicos dos aminoácidos são usados na produção de
energia, produzindo uréia a partir do excesso de grupos
amino.
Durante o jejum prolongado, proteínas musculares passam
a ser utilizadas na produção de energia, aumentando a
produção de uréia
.
A regulação de longo prazo ocorre pelo aumento da
síntese de carbamoil fosfato sintetase e das 4 enzimas do
ciclo.
A regulação a curto prazo ocorre por regulação alostérica
da carbamoil fosfato sintetase.
Excreção de compostos
nitrogenados no homem
Composto
Quantidade Excretada
(g/dia)
Uréia
30
NH
4+0,7
Creatinina*
1,4
Ácido Úrico
0,8
Ácido úrico é derivado da degradação de nucleotídeos.
Defeitos genéticos em enzimas do
Ciclo da Uréia
Pessoas com defeitos genéticos em enzimas do ciclo da uréia não podem utilizar dietas ricas em proteínas.
Aminoácidos ingeridos em excesso em relação às necessidades diárias para a síntese de proteínas são desaminadas no fígado produzindo amônia livre que não pode ser convertida em uréia, o que resulta num aumento nos níveis de amônia, que é tóxica.
Sintomas incluem danos ao sistema nervoso central, incluindo problemas de desenvolvimento e retardo mental.
Uma dieta sem proteínas não é opção terapêutica devido à incapacidade de humanos em sintetizar metade dos 20 aminoácidos.
Degradação de
aminoácidos
As vias de degradação de aminoácidos
As vias de degradação dos 20 aminoácidos convergem para 6 produtos finais
que entram no ciclo de Krebs.
Cofatores enzimáticos importantes no
catabolismo de aminoácidos
Atuam em reações de transferência de um átomo de carbono com
diferentes estados de oxidação.
Aminoácidos
degradados a piruvato
Triptofano
Treonina
Glicina
Serina
Alanina
Cisteína
Via alternativa de degradação de glicina
Lactato desidrogenase
D-aminoácido oxidase tem como função primária a detoxificação de
aminoácidos D derivados da parede celular de bactérias e de comidas
cozidas (calor leva à alguma racemização de aminoácidos).
Oxalato desta reação ou proveniente da dieta, forma oxalato de
cálcio (75 % das pedras nos rins)
Triptofano
Lisina
Fenilalanina
Tirosina
Leucina
Isoleucina
Aminoácidos
degradados a
acetil-CoA
Alguns intermediários da degradação de triptofano
são precursores de outras biomoléculas
Catabolismo de fenilalanina e
doenças metabólicas
Catabolismo de fenilalanina e
fenilcetonúria
Uma das primeiras doenças metabólicas hereditárias a ser descoberta. Causa retardo mental em crianças. Incidência: 8-10 em 100.000 nascimentos.
Nestes pacientes, a via metabólica ao lado, pouco ativa normalmente, passa a atuar.
Fenilalanina e fenilpiruvato se acumulam no sangue e em tecidos e são excretados na urina. Sintomas parecem ser devidos à competição da
fenilalanina em excesso com outros aminoácidos para o transporte através da barreira hematoencefálica, resultando em níveis reduzidos de metabólitos essenciais.
Portadores podem evitar os sintomas com controle rígido da quantidade de fenilalanina e tirosina ingerida (apenas a necessária para biossíntese de proteínas).
Odor característico (diagnóstico)
