Fundamentos acerca de aminoacidos y el proceso de síntesis de la urea en relación con el metabolismo en bioquímica

1. Bioquímica
Universidad Autónoma de Chiapas
Facultad de Ciencias Químicas
Químico Farmacobiólogo
Dr. Erick Ruiz Romero
UNIDAD 5.- DEGRADACIÓN DE AMINOÁCIDOS Y CICLO DE LA UREA

2. LA DEGRADACIÓN DE AMINOÁCIDOS
SOLO SE REFIERE A LAS PROTEINAS?

3. El metabolismo de los compuestos nitrogenados, no
se refiere únicamente al metabolismo de las proteínas.
El metabolismo de los compuestos nitrogenados
también incluye al metabolismo de las bases
nitrogenadas, de los ácidos nucleicos y del grupo de
las porfirinas, entre otros compuestos.

4. Los aminoácidos esenciales son isoleucina
(Ilu), leucina (Leu), lisina (Lys), metionina
(Met), fenilalanina (Phe), treonina (Thr),
triptófano (Trp), valina (Val) e histidina (His;
solo en niños).

5. LA DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS
En el tracto digestivo, donde se
procesan las proteínas exógenas o
ingeridas de la dieta; es la denominada
digestión de proteínas. Este proceso
digestivo permite obtener los
aminoácidos en forma libre, necesarios
para sintetizar las proteínas propias, así
como otras biomoléculas que se
forman a partir de ellos.
En el interior de la célula, donde se
procesan las proteínas endógenas, lo que
se suele conocer bajo la denominación de
recambio proteico. Este recambio proteico
es de gran utilidad para reciclar los
aminoácidos de proteínas que ya no son
útiles para el organismo y generar nuevas
proteínas, u otras biomoléculas a partir de
aminoácidos preexistentes. Además,
también sirve para la eliminación de
aminoácidos dañados.

6. una reserva de aminoácidos corporales que debe
mantenerse constante. En el caso del hombre, dicha
reserva de aminoácidos corporales disminuye entre
60 y 100 g diariamente por degradación y
eliminación a través de la vía urinaria y fecal, o bien
por conversión metabólica de los aminoácidos a
otros compuestos.

7. Enzimas digestivas de las proteínas
Digestión de las proteínas: zimógenos, enzimas implicadas y lugar de actuación.

8. Las enzimas digestivas se sintetizan normalmente en forma de zimógenos o
proenzimas, desde células de la mucosa gástrica, células del páncreas exocrino y
enterocitos del intestino.
Los zimógenos son enzimas que se secretan de forma inactiva y, generalmente, se
activan de manera secuencial. Algunos zimógenos se activan por el pH y otros
por proteólisis parcial.
El pepsinógeno es un zimógeno que, al entrar en contacto con el pH ácido del
estómago, se convierte en pepsina activa; el péptido que mantenía inactivo al
pepsinógeno se digiere como una proteína más. La pepsina hidroliza parcialmente
las proteínas de la dieta. A nivel estomacal también interviene la renina, proteasa
que actúa sobre las caseínas de la leche permitiendo su digestión, por lo que se
hace especialmente importante en el período lactante.

10. En el intestino delgado, se encuentra la enteropeptidasa, que actúa sobre un
primer zimógeno, el tripsinógeno, para generar tripsina. La tripsina tiene
capacidad autoproteolítica, es decir, puede actuar sobre su propio zimógeno y,
además, también puede atacar a otros zimógenos como proelastasas,
procarboxipeptidasas y quimotripsinógenos, originando elastasas,
carboxipetidasas y quimotripsinas, respectivamente.

11. Finalmente, los dipéptidos, tripéptidos y aminoácidos libres se asimilan por las
células intestinales, normalmente al nivel del yeyuno, mediante transportadores
específicos dependientes de Na+, en el proceso conocido como absorción
intestinal. Los péptidos absorbidos se hidrolizan completamente dentro del
enterocito gracias a las dipeptidasas y tripeptidasas, que dejan aminoácidos
libres disponibles para ser aprovechados por las células intestinales.

12. Recambio proteico
El recambio proteico o digestión celular hace referencia a la degradación intracelular
de las proteínas, con la finalidad de reciclar o degradar los aminoácidos de las
mismas. Esta proteólisis puede darse en los lisosomas (orgánulo celular
especializado en la degradación de moléculas) o en el citoplasma.
Proteólisis lisosómica. Ocurre en vesículas intracelulares especializadas, los
lisosomas. El interior de estos orgánulos se encuentra a un pH de 5,5. y contiene
proteasas e hidrolasas, principalmente de la familia de la catepsinas, encargadas de
la digestión de las proteínas. Dicha digestión puede ser:
• Autofágica, si procesa proteínas intracelulares como, por ejemplo, proteínas de
membrana, receptores hormonales o de ribosomas.
• Hetorofágica, si actúa sobre proteínas extracelulares capturadas por endocitosis
como, por ejemplo, las procedentes de las lipoproteínas, sobre todo de las LDL.
Proteólisis citoplásmica o no lisosómica. Esta degradación de proteínas tiene lugar
bien a partir de proteasas dependientes de Ca2+ como la calpaína — que presentan
actividad proteolítica a pH neutro—

13. LA DEGRADACIÓN DE AMINOÁCIDOS
El proceso de degradación de los aminoácidos implica dos fases: la eliminación
del nitrógeno y la eliminación del esqueleto carbonado.
La correcta eliminación del grupo amino de los aminoácidos es muy importante, pues
es relativamente fácil que dicho compuesto acabe formando amoníaco en el organismo.
El amoníaco es un tóxico potencialmente muy peligroso para el ser vivo, cuando se
acumula y origina hiperamonemia. El amoníaco se hace especialmente tóxico para el
cerebro por diferentes motivos:
• Interfiere con el intercambio iónico a través de las membranas. El ión amonio
presenta carga y es muy pequeño, por lo que actúa interfiriendo en los potenciales de
membrana. Esto causa grandes daños en el cerebro, ya que las neuronas son células que
dependen del potencial de membrana para su correcto funcionamiento.
• Bloqueo del ciclo de Krebs. El amonio, en presencia de a-cetoglutarato, produce
glutamato (Glu), retira dicho intermediario del ciclo de Krebs y, en consecuencia,
origina una grave interferencia metabólica.
• El amonio, en presencia del glutamato (generado por el mismo ión amonio), produce
glutamina y, su acúmulo, puede producir edema cerebral.
• La glutamina, que ha aumentado por el amonio, a través de determinadas
transaminasas, origina a-cetoglutámico, un compuesto tóxico para el cerebro.

14. Transaminación
Existen dos transaminasas de gran importancia: la GOT o glutamato oxalacetato
transaminasa (también conocida como AST, aspartato aminotransferasa).
y la GPT o glutamato piruvato transaminasa (también denominada ALT, alanina
aminotransferasa), que realizan las siguientes transformaciones:

15. La pérdida del grupo amino del glutamato así formado, se produce gracias a la acción
de la glutamato deshidrogenasa, enzima muy importante a nivel hepático
Desaminación
Como consecuencia, se libera en forma de amonio el nitrógeno recogido de todos los
grupos amino de todos los aminoácidos. El amonio se genera principalmente en el
hígado, y en el hombre se elimina habitualmente a través del ciclo de la urea. Pero
existen varias estrategias de eliminación del nitrógeno entre los animales, que
permite clasificarlos en tres grupos:

17. Amoniotélicos: animales acuáticos en los que el amoníaco difunde de la sangre al
aparato excretor, como es el caso de los peces teleósteos.

18. Uricotélicos: animales que forman una purina oxidada que dará ácido úrico, que precipita
excretándose. Ejemplos: gasterópodos, aves, reptiles e insectos.

19. Ureotélicos: animales que concentran el nitrógeno en un compuesto menos ácido y
altamente soluble: la urea. El tejido donde se produce la transformación del grupo amonio
en urea es el hígado; de ahí se transporta a los riñones para eliminarse en forma de orina. Es
el caso de los elasmobranquios, anfibios, quelonios y mamíferos.

20. Aunque la mayoría de aminoácidos se degradan en el hígado, algunos son desaminados
en otros tejidos por transaminación.
Una vez que el grupo amino se encuentra en el glutamato, se transferirá, a través de la
GPT/ALT a una molécula de piruvato, procedente de la glucólisis, para formar alanina.
Este aminoácido sale a la sangre sirviendo de medio de transporte inocuo del grupo
amino, de tal forma que viaja por el torrente sanguíneo sin que se produzca un
incremento de amonio. La alanina es retirada de la sangre por el hígado, el cual a través de
su GPT/ALT forma glutamato y piruvato.

21. El ciclo de la urea
Las reacciones bioquímicas del ciclo se producen en la mitocondria y en el citosol, siendo
la ornitina la molécula que ensambla todo los compuestos para la posterior eliminación.
Transporte de nitrógeno al hígado y al riñón.

22. Ciclo de la urea. Se destaca la localización celular del ciclo de la urea entre la mitocondria y el citoplasma.

23. El balance del ciclo de la urea es:

24. El destino del esqueleto carbonado
Los aminoácidos, atendiendo al producto final de la degradación de su esqueleto
carbonado, se pueden clasificar en glucogénicos y cetogénicos.
Destino del esqueleto carbonado de los aminoácidos. En azul los cetogénicos, y en rosa los gluconeogénicos.

25. • Glucogénicos: los aminoácidos que, al degradarse, producen piruvato o compuestos
intermediarios del ciclo de Krebs. Todos los compuestos intermediarios del ciclo de
Krebs pueden ser transformados a oxalacetato, y derivados a la síntesis de glucosa a
través de la gluconeogénesis.
• Cetogénicos: los aminoácidos que se convierten en acetil CoA o acetoaceto. Pueden
desviarse fácilmente a la formación de cuerpos cetónicos. También pueden ser
utilizados para la síntesis de lípidos o bien se liberan al torrente sanguíneo para su
eliminación.

26. Biosíntesis de Aminoácidos
El nitrógeno, que constituye el 80% de la composición del aire
Las bacterias llamadas nitrificantes, son capaces de asimilar el N2 del aire, mediante un
proceso biológico denominado nitrificación

27. Reducción no asimilatoria de nitratos
Desnitrificación
(Pseudomonas)
N2
Fijación de nitrógeno
(Rhizobium, Clostridium)
Absorción de nitratos
y asimilación de amonio
(Plantas, bacterias)
Nitrificación
NO3
-
Oxidación de NO2
- (Nitrobacter)
Oxidación de NH4
+ (Nitrosomas)
Reducción
asimilatoria de
nitratos
(heterótrofos)
Formación de amonio
(bacterias anaerobias)
O2
Amonificación
Degradación del nitrógeno orgánico
(mezcla de aminoácidos)
Transformación a nitrógeno orgánico
(proteínas)
Nitrógeno orgánico acumulado en
suelos (residuos, productos excretados)
Degradación del nitrógeno orgánico
(mezcla de aminoácidos)
Reducción no asimilatoria de nitratos
Desnitrificación
(Pseudomonas)
N2
Fijación de nitrógeno
(Rhizobium, Clostridium)
Absorción de nitratos
y asimilación de amonio
(Plantas, bacterias)
Nitrificación
NO3
-
Oxidación de NO2
- (Nitrobacter)
Oxidación de NH4
+ (Nitrosomas)
Reducción
asimilatoria de
nitratos
(heterótrofos)
Formación de amonio
(bacterias anaerobias)
O2
Amonificación
Degradación del nitrógeno orgánico
(mezcla de aminoácidos)
Transformación a nitrógeno orgánico
(proteínas)
Nitrógeno orgánico acumulado en
suelos (residuos, productos excretados)
Degradación del nitrógeno orgánico
(mezcla de aminoácidos)

28. La fijación del nitrógeno
La mayoría de los organismos, incluidos los animales, aprovechan el nitrógeno en forma
de NH3 o NH4
+ procedente de la actuación de los organismos nitrificantes o de la
eliminación de grupos amino fijados ya en estructuras orgánicas.
La formación de carbamoíl-fosfato; como ya se ha visto, catalizada por la carbamoíl-P
sintetasa. En animales hay dos formas de esta enzima: una mitocondrial (I), que
emplea amoníaco y sirve para el ciclo de la urea y la síntesis de arginina, y otra
citosólica (II) que utiliza glutamina y participa en la síntesis de pirimidinas. La
carbamoíl-P sintetasa cataliza las siguientes reacciones:

29. La formación de glutamato, que ocurre a partir de dos posibles reacciones: por la acción
de la glutamato deshidrogenasa (GDH), que fija nitrógeno procedente del NH4; o por la
acción de la glutamato sintasa (GS), que transfiere el grupo amino de la glutamina para
dárselo al α-cetoglutarato.
La formación de glutamina; este proceso lo realiza la glutamina sintetasa, según la
siguiente reacción:
La formación de asparagina; mediante la asparagina sintetasa, que cataliza la fijación de
nitrógeno al aspartato originando la correspondiente amida, media la reacción:

30. Familias de aminoácidos y precursores de las mismas.

31. Papel precursor de los aminoácidos

32. Síntesis de creatina y creatinina. La creatina es un nutriente esencial
para los músculos, formado a partir de glicina y arginina en el hígado. Es la
fuente directa e inmediata para regenerar ATP en las células musculares de los
vertebrados y de algunos invertebrados, donde se almacena como reserva en
forma de fosfocreatina o creatina fosfato. Esta reserva es necesaria para
desarrollar energía muscular rápidamente, en caso de demanda de energía
muscular anaeróbica urgente.
La creatinina es un compuesto orgánico generado en la degradación de la
creatina. Es un producto de desecho del metabolismo normal de los
músculos que usualmente es producido en el cuerpo en una tasa m uy
constante (dependiendo de la masa de los músculos) y, normalmente, filtrado
por los riñones y excretado en la orina. La medición de la creatinina es la
manera más simple de monitorizar la correcta función de los riñones.

33. La degradación de los nucleótidos
La mayoría de los alimentos contiene ácidos nucleicos que se degradan en el duodeno
dando nucleótidos, por acción de las nucleasas pancreáticas y las fosfodiesterasas
intestinales.
Procedencia de los carbonos y nitrógenos de las bases nitrogenadas púricas (a) y
pirimidínicas (b) que formarán los nucleótidos.