APOSTILA007 Oxidacao aac 2011 1 002

Oxidação de aminoácidos e ciclo

da uréia

Em animais, os aminoácidos sofrem degradação

oxidativa nas três diferentes condições

metabólicas

:

1. Durante a síntese e degradação do proteínas celulares (turnover protéico), alguns aminoácidos que são

liberados a partir de proteínas e não são necessários para nova proteína

2. Quando a dieta é rica em proteínas e os aminoácidos ingeridos excedem as necessidades do corpo para a síntese proteína, o excesso é catabolizado; (aminoácidos não pode ser armazenados).

3. Durante a fome ou a diabetes mellitus não controlada, quando os carboidratos estão indisponíveis ou

não utilizado corretamente, as proteínas celulares são usadas como combustível.

Digestão de proteínas no trato gastrointestinal

humano

(a) Glândulas gástricas do estômago Células parietais (secretam HCl) Células principais (secretam pepsinogênio) Retículo endoplasmático rugoso Grânulos de zimógeno Duto coletor Vilosidade Mucosa intestinal (absorve aminoácidos) Intestino delgado Duto pancreático Pâncreas Estômago _{pH baixo} Pepsinogêno  pepsina

Mucosa gástrica (seceta grastrina)

zimógeno protease ativa pH 7,0 (c) Vilosidades do intestino delgado (b) Células exócrinas do pâncreas

Formas de excreção do N ao longo da

filogenia

N+ H H H H N H H H H+ H+ Amoniotélicos: a maioria dos vertebrados aquáticos, como peixes ósseos e as larvas de anfíbios Ureotélicos a maioria dos vertebrados terrestre e também tubarões Uricotélicos aves, répteis N+ H H H H amônio N N O H H H H uréia N N N N O O O H H H H ác. úrico

Transaminações

N+ O O H

R

H H H O O O O O O O

R

O -cetoglutarato N+ H H H O O O O glutamato aminoácido _{-cetoácido} Piridoxal fosfato aminotransferase

Em muitas aminotransferases o -cetoglutarato é o aceptor do gruapamento amino

Todas aminotransferases tem o piridoxal fosfato como cofator Reação totalmente reversível

Piridoxal fosfato, o grupamento

prostético das aminotransferases

Piridoxal fosfato (PLP) e sua forma aminada, piridoxamina fosfato, são as coenzimas

firmemente ligadas às aminotransferases. Piridoxal fosfato está ligado à enzima através de interações não covalentes e por ligação covalente a um resíduo de Lys no sítio ativo. grupos

Glutamato desidrogenase

N+ H H H O O O O H

NAD(P)+ NAD(P)H

H

₂

O

N

+ H H H

H

N+ H H O O O O O O O O O

-cetoglutarato

glutamato

Fígado

O fígado centraliza a deaminação oxidativa do glutamato e a produção de amônia

Catabolismo dos grupamentos amino

N+ H H H H N+ O O H R H H H aminoácido O O O O O N+ H H H O O O O -cetoglutarato _glutamato O O R O -cetoácido Íon amônio N H H N+ H H H O O O _glutamina Proteínas Intracelulares

Proteínas

da dieta

N+ H H H O O alanina O O O piruvato

Músculo

Músculo e

outros tecidos

Uréia ou ác. úrico

Fígado

-cetoglutarato transaminação Deaminação oxidativa

N H H N+ H H H O O O glutamina N+ H H H O O O O glutamato N N O H H H H uréia N+ H H H H amônio

H

₂

O

Glutaminase (mitocondria hepática) N+ H H H O O O O P O _O O -glutamil fosfato N+ H H H O O O O glutamato N H H N+ H H H O O O glutamina Glutamina sintase Glutamina sintetase ADP + Pi ATP N + H H H H Pi

O nitrogênio é transportado na forma de

glutamina

Fígado

Tecidos periféricos

O excesso de amônia nos tecidos periféricos é preso ao glutamato para formar glutamina

Após o transporte pela circulação a glutamina entra no fígado e a amônia é liberada pela enzima mitocondrial glutaminase

Ciclo da

glicose-alanina

Glicose Piruvato Alanina Alanina Piruvato -cetoglutarato glutamato NH₄+ Aminoácidos Proteínas musculares Glicose Glicose NH₄+ Uréia -cetoglutarato glutamato alanina aminotransferase alanina aminotransferase Glico-neogênese Alanina O músculo libera seu nitrogênio

na forma de alanina

A alanina também carrega consigo carbonos que são

convertidos em glicose pelo fígado

Fígado

Músculo

O fígado deamina o glutamato e utiliza o piruvato produzido para sintetizar glicose

A glicose é exportada para o sangue onde é utilizada por tecidos glicolíticos (como o músculo)

Transaminações deaminação e síntese de

carbamoil fosfato

Glutamato desidrogenase glutamato NH₄+ 2 ATP 2 ADP + Pi -cetoglutarato HCO₃ -Aminotransferases Carbamoil fosfato N O H H O P O O O glutamato N+ O O O O O O O O O aminoácidos N+ O O R H H H -cetoácidos O O R O Carbamoil fosfato sintase I

Matriz

Citoplasma

NAD(P)+ NAD(P)H

M

it

o

cô

n

d

ri

a

-cetoglutarato O O O O O

O O N+ N+ H H H H H H ornitina N H H N+ O O N+ H H H N H H H _arginina O O O O fumarato N N+ O O N+ H H H N H H H O O O O argininosuccinato O OH O H O O N N N N N N H H O O O N+ H H H N H P O O citrulil-AMP N O H H O P O O O Carbamoil fosfato _O P _O O O ornitina citrulina ATP PPi N N O H H H H uréia H₂O

Ciclo da

Uréia

AMP

O O O O N H H aspartato

Matriz

Citoplasma

M

_ito

cô

nd

ria

N H H O O O N+ H H H N H citrulina

Ocorre em

todo o corpo

Metabolismo do nitrogênio

um processo em 4 etapas

Transaminações:

Todos aminoácidos doam seu grupamento amino para o -cetoglutarato, produzindo glutamato e os -cetoácidos correspondentes

1

Desaminação oxidativaO glutamato é deaminado no interior da mitocôndria produzindo amônia e

regenerando -cetoglutarato

2

Síntese da Uréia:

Em uma via cíclica dependente de ATP e aspartato e

compartilhada por dois compartimentos celulares a uréia é sintetizada

4

N

O

H H

O

P

O

O

O

N+ O O O O

N

+

H

H

H

H

N

N

O

H H H H Ocorrem no Fígado

Balanço

Entra Sai Deaminação oxidativa Glutamato _{-cetoglutarato} + NH₄+ NAD(P)+ NAD(P)H

Síntese de carbamoil fosfato Amonia

Carbamoil fosfato + Pi 2 ATP

Bicarbonato

Ciclo da Uréia Carbamoil fosfato Uréia +

Fumarato +Pi Aspartato

ATP (dois

fosfoanidridos) AMP + PPi

N O H H O P O O O

Total por N utilizados (1 carbamoil-P + 1 aspartato) Ligações

fosfoanidriado 4

NAD(P)+ 1

Bicarbonato 1

Apenas considerando o balanço redox energético e de carbonos

Ligações entre o ciclo do ácido cítrico e

o ciclo da uréia

fumarato malato aspartato fumarato malato oxaloacetato glutamato -cetoglutarato aspartato

Matriz

Citoplasma

Ciclo do ácido cítrico citrulina citrulina Arginino-succinato arginina ornitina uréia ornitina Ciclo da uréia M ito cô n d ria

citrato (C6) oxaloaceato (C4) -cetoglutarato (C5) succinil (C4)-CoA Acetil-CoA Piruvato (C3) Fosfoenolpiruvato (PEP) fosfoenolpiruvato Isoleucina* Metionina Treonina valina

glicose

prolina Arginina glutamato Glutamina Histidina Aspartato asparagina Alanina Cisteina Glicina Serina Treonina Triptofano* fumarato (C4) Fenilalanina* Tirosina*

Gliconeogênese

* Parte desses aminoácidos

Catabolismo dos aminoácidos

Intermediarios Glicólise (Intermediário) Krebs (Intermediário) Acetoacetil-CoA

Glicose

Krebs (Intermediário) G lic o n e o gê n e se Oxidação

Aminoácido

-cetoacidos Acetil-CoA

glicogênicos

cetogênicos

transaminações Outras reações

Uma das principais funções do catabolismo de aminoácidos é fornecer esqueletos de carbono que servem para a síntese de glicose através da via da gliconeogênese

Os aminoácidos podem ser divididos em glicogênicos e/ou cetogênico de acordo com os produtos de seu catabolismo

Maleilacetoacetato Acetoacetil-CoA Homogentisato

Degradação da fenilalanina

Fenilalanina Tirosina p-hidroxifenilpiruvato Homogentisato fenilalanina hidroxilase tirosina aminotransferase p-hidroxifenilpiruvato dioxigenase homogentisato 1,2-dioxigenase homogentisate 1,2-dioxigenase fumarylacetoacetase fumarato Fenilcetonúria Tirosinemia II Tirosinemia I Alcaptonuria Tirosinemia I Fumarilacetoacetato 3-cetoacil-CoA transferase

Alguns distúrbios genéticos que afetam

catabolismo de aminoácidos em humanos

Condição médica _Incidência

(em 100.000 nascimentos)

processo

defeituoso Enzima defeituosa Sintomas e efeitos

Albinismo _<0.5 Sintese de melanina à

partir de tirosina Tirosina _monoxigenase Perda de pigmentação. Pele rosa, _{cabelos brancos}

Alcaptonúria _<0.4 degradação da tirosina Homogentisate

1,2-dioxigenase pigmento escuro na urina; de desenvolvimento tardio artrite

Argininemia _<0.5 síntese de uréia Arginase Retardamento mental Acidemia

argininosuccunica <1.5 síntese de uréia Argininosuccinase Vômitos, convulsôes Deficiência da

Carbamoil fosfato sintetase I

<0.5 síntese de uréia Carbamoil fosfato sintetase I

Letargia convulsões morte precoçe

Homocistinúria _<0.5 Degradação de

metionina Cistationina -_sintase Desenvolvimento ósseo falho, retardamento mental Acidemia

Metilmalônica <0.5 Conversão de propionil-CoA em sucinil-CoA

Metilmalonil-CoA mutase Vomitos, convulsôes, retardamento mental, morte precoçe Phenilcetonuria _<8 Conversão de

fenilalanina em tirosina

fenilalanina

Pontos importantes

A amônia é TÓXICA, por isso deve ser convertida num forma menos nociva antes de ser excretada

A síntese de uréia é um processo anabólico que consome a energia contida nas ligações fosfosfoanidrido do ATP

Cooperação entre compartimentos celulares:

Citoplasma e matriz mitocondrial dividem as tarefas na biossíntese da uréia Cooperação entre Vias

Ciclo do ácido cítrico e ciclo da uréia colaboram para a síntese de uréia Cooperação entre tecidos

Vários tecidos colaboram para o metabolismo dos compostos nitrogenados. Vale destacar: Músculo:

Principal reservatório de proteínas

Libera aminoácidos, especialmente alanina que funciona como um transportados de N

Fígado:

Recebe N (nas formas de glutamina e alanina) dos demais tecidos e sintetiza a uréia

Visão geral do catabolismo de aminoácidos

em mamíferos

Proteínas Intracelulares

Aminoácidos

Proteínas da dieta

NH

₄+ _{“Esqueletos”} de carbono Biossíntese de: Aminoácidos Nucleotídeos Aminas biológicas Carbamoil fosfato _{-cetoácidos}

Glicose

CO₂ + GTP NADH FADH2 Oxaloacetato

Uréia

(forma de exceção do N) Ciclo da Uréia Ciclo do ácido cítrico H2O + ATP gliconeogênese