Bioquimica de-proteinas

BIOQUIMICA DE LAS PROTEINAS:

CONCEPTOS INICIALES

Bioquímica
• Concepto:
Es el estudio de las sustancias
presentes en los organismos vivos y
de las reacciones químicas en las que
se basan los procesos vitales.

Objeto
• Su objetivo principal es el conocimiento de la
estructura y comportamiento de las moléculas
biológicas, que son compuestos de carbono que
forman las diversas partes de la célula y llevan a
cabo las reacciones químicas que le permiten
crecer, alimentarse, reproducirse y usar y
almacenar energía.

Acidos nucléicos
• Los ácidos nucleicos son responsables del
almacen y transferencia de la información
genética. Son moléculas grandes formadas por
cadenas largas de unas subunidades llamadas
bases, que se disponen según una secuencia
exacta. Éstas, son "leídas" por otros
componentes de las células y utilizadas como
patrones para la fabricación de proteinas. Hay 2
tipos de ácidos nucleicos el ácido
desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico
(ARN), y están presentes en todas las células.

Síntesis de proteína
• El mensaje genético se encuentra en las cadenas de ADN.
Para que la célula se divida este ADN dedbe duplicarse:
REPLICACIÓN, repartiéndose entre las células hijas.
• Durante la interfase el funcionamiento de la célula está
dirigido por las proteínas. A partir del ADN se forma una
molécula de ARN (TRANSCRIPCIÓN) que sale del
núcleo: ARN y es "leído" por el RNAr con la ayuda del
RNAt que le provee los aminoácidos para la formación de
las proteínas: TRADUCCIÓN

• El apareamiento
El apareamiento
normal en una doble
cadena de DNA de bases entre
sería: DNA y RNA sería
el siguiente:
• DNA – DNA
DNA – RNA
• A – T
A – U
• G – C
G – C
• T - A
T – A
• C – G
C – G

Proteínas
• Las proteínas son moléculas
grandes formadas por
pequeñas subunidades
denominadas aminoácidos.
Utilizando sólo 20 aminoácidos
distintos, la célula elabora
miles de proteínas diferentes,
cada una de las cuales
desempeña una función
altamente especializada.

Proteínas
• Son biopolímeros grandes muchos de los cuales
funcionan como enzimas. Otros sirven como
componentes estructurales importantes de las
células y de los organismos. Su estructura está
determinada en gran parte, por el orden de los
aminoácidos que se unen. Este orden, a su vez,
está codificado por los genes.

Carbohidratos
• Los hidratos de carbono son las moléculas
energéticas básicas de la célula. Contienen
proporciones aproximadamente iguales de
carbono e hidrógeno y oxígeno.
• Las plantas obtienen lo carbohidratos de la
fotosíntesis
• Los animales, obtienen sus hidratos de carbono
de los alimentos
•

Lípidos
• Los lípidos son sustancias grasas que
desempeñan diversos papeles en la célula.
Algunos se almacenan para ser utilizados como
combustible de alto valor energético, mientras
que otros se emplean como componentes
esenciales de la membrana celular

Metabolismo
• Todas éstas moléculas y la misma célula, se
hallan en constante variación. Una célula no
puede mantenerse viva a menos que esté
continuamente formando y rompiendo
proteínas, hidratos de carbono y lípidos;
reparando los ácidos nucleicos dañados y
utilizando y almacenando energía. El conjunto
de estos procesos activos y dependientes de la
energía se denomina metabolismo

Proteínas
• La función primordial de la proteína es:
▫ producir tejido corporal y
▫ sintetizar enzimas.
• Las proteínas animales y vegetales no se
utilizan en la misma forma en que son
ingeridas, sino que las enzimas digestivas
(proteasas) deben descomponerlas en
aminoácidos que contienen nitrógeno.

Proteínas

• Rompiendo los enlaces de
péptidos que ligan los
aminoácidos ingeridos
para que éstos puedan ser
absorbidos por el intestino
hasta la sangre y
reconvertidos en tejido.

Aminoacidos
• De los 20 aminoácidos que
componen las proteínas, ocho se
consideran esenciales es decir: como
el cuerpo no puede sintetizarlos,
deben ser tomados ya listos a través
de los alimentos. Si estos
aminoácidos esenciales no están
presentes al mismo tiempo y en
proporciones específicas, los otros
aa, no pueden utilizarse para
construir las proteínas.

Aminoacidos

• Existen en la naturaleza aproximadamente unos
300 aminoácidos diferentes, pero solo 20 de
ellos son de importancia al encontrarse en la
formación de las moléculas de proteína de todas
las formas de vida: vegetal, animal o microbiana.
Estos son sintetizados a partir de precursores
más sencillos o absorbidos como nutrientes.

Aminoacidos
• Los aminoácidos se subdividen en:
• Cetogénicos: Dan origen a acetil-CoA y
acetoacetil CoA
• Glucogénicos: Dan origen a glucosa por medio
de oxalacetato y piruvato.
• Estrictamente acetogénicos: Que dan origen
acetocetil CoA o acetil CoA (lisina y leusina).

Aminoacidos
• Un aminoácido, como su nombre indica, es una
molécula orgànica con un grupo amino (-NH2) y un
grupo carboxilo (-COOH; ácido). Los aminoácidos más
frecuentes y de mayor interés son aquellos que forman
parte de las proteínas. Dos aminoácidos se combinan en
una reacción de condensación que libera agua formando
un enlace peptídico. Estos dos "residuos" aminoacídicos
forman un dipéptido. Si se une un tercer aminoácido se
forma un tripéptido y así, sucesivamente, para formar un
polipéptido. Esta reacción ocurre de manera natural en
los ribosomas, tanto los que están libres en el citosol
como los asociados al retículo endoplasmático.

Aminoacidos
• Todos los aminoácidos componentes de las proteínas son
alfa-aminoácidos, lo que indica que el grupo amino
está unido al carbono alfa, es decir, al carbono contiguo
al grupo carboxilo. Por lo tanto, están formados por un
carbono alfa unido a un grupo carboxilo, a un grupo
amino, a un hidrógeno y a una cadena (habitualmente
denominada R) de estructura variable, que determina la
identidad y las propiedades de los diferentes
aminoácidos; existen cientos de cadenas R por lo que se
conocen cientos de aminoácidos diferentes, pero sólo 20
forman parte de las proteínas y tienen codones
específicos

Aminoácidos
"R" representa la cadena lateral, específica para cada aminoácido.

Aminoácidos
• Cuando los grupos amino y carboxilo de los
aminoácidos se combinan para formar enlaces
peptídicos, los aminoácidos constituyentes se
denominan residuos de un aminoácido.

• Un péptido consiste en dos o más residuos de
aminoácido unidos por enlaces peptídicos.

• Los péptidos con más de 10 residuos de
aminoácidos se denominan polipéptidos.

Aminoácidos
• El orden de unión de los residuos diferentes
tiene gran importancia ya que determina la
proteína y consecuentemente su función. Los
biopolímeros tienen propiedades distintivas muy
diferentes a las unidades que las constituyen, así
por ejemplo el almidón no es soluble en agua ni
tiene sabor dulce, si bien es un polímero de la
glucosa.

Aminoacidos esenciales
• Valina (Val)
• Leucina (Leu)
• Treonina (Thr)
• Lisina (Lys)
• Triptófano(Trp)
• Histidina (His)
• Fenilalanina (Phe)
• Isoleucina (Ile)
• Arginina (Arg) (Requerida en niños y tal vez ancianos)
• Metionina (Met)

Aminoacidos sintetizados por el cuerpo
• Alanina (Ala)
• Prolina (Pro)
• Glicina (Gly)
• Serina (Ser)
• Cisteína (Cys)
• Asparagina (Asn)
• Glutamina (Gln)
• Tirosina (Tyr)
• Ácido aspártico (Asp)
• Ácido glutámico (Glu)

METABOLISMO DE LAS
PROTEÍNAS

USOS METABÓLICOS DE LOS AMINOÁCIDOS

• Los aminoácidos absorbidos por la sangre, procedentes
de los intestinos, se utilizan de muchas maneras en el
cuerpo.
▫ Son nuestra principal fuente de nitrógeno, un elemento
esencial para la vida.
▫ Las células utilizan también los aminoácidos para sintetizar
las proteínas de los tejidos que se utilizan en la formación
de células nuevas o para acondicionar las viejas. Se
necesitan grandes cantidades de proteínas durante los
períodos de crecimiento rápido o de larga convalecencia
(quemaduras, hemorragias e infecciones).
▫ También los aminoácidos se usan en síntesis de otros
aminoácidos, enzimas, hormonas, anticuerpos y
compuestos no proteínicos que contienen nitrógeno como
los ácidos nucleicos y los grupos hemo.

USOS METABÓLICOS DE LOS AMINOÁCIDOS

• Los aminoácidos no se almacenan en el cuerpo,
como los carbohidratos (en forma de glucógeno)
y los lípidos (en forma de grasa). En cambio el
cuerpo mantiene una reserva de aminoácidos,
cuyo contenido cambia de manera constante (1-
2%), ya que las proteínas de los tejidos se
degradan y sintetizan continuamente.

BIOSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS

• La Biosíntesis de aminoácidos comprende la
síntesis proteínica, la degradación y conversión
de los esqueletos del carbono de los aminoácidos
a intermediarios anfibólicos, la síntesis de la
urea, y la formación de una amplia variedad de
compuestos funcionalmente activos, como la
serotonina (neuro transmisor sintetizado en el
tejido nervioso).

• Para propósitos prácticos puede
considerarse que existen 20
aminoácidos en las proteínas de los
mamíferos. Si, durante la síntesis
proteínica, falta uno solo de estos
aminoácidos, la síntesis cesa.


• Los aminoácidos pueden ser sintetizados por el
cuerpo, en un proceso llamado
transaminación. La transaminación implica la
transferencia de un grupo amino de un carbono
a otro. El donador del grupo amino es un
aminoácido y la molécula receptora es un α-
cetoácido (un ácido que contiene un grupo
funcional cetona en el carbono α, que es el
carbono contiguo al grupo carboxilo)


• Los aminoácidos absorbidos por la sangre,
procedentes de los intestinos, se utilizan de
muchas maneras en el cuerpo. Son nuestra
principal fuente de nitrógeno, un elemento
esencial para la vida. Las células utilizan
también los aminoácidos para sintetizar las
proteínas de los tejidos que se utilizan en la
formación de células nuevas o para acondicionar
las viejas.


• Se necesitan grandes cantidades de proteínas
durante los períodos de crecimiento rápido o de
larga convalecencia (quemaduras, hemorragias e
infecciones). También los aminoácidos se usan
en síntesis de otros aminoácidos, enzimas,
hormonas, anticuerpos y compuestos no
proteínicos que contienen nitrógeno como los
ácidos nucleicos y los grupos hemo.


• Los aminoácidos no se almacenan en el cuerpo,
como los carbohidratos (en forma de glucógeno)
y los lípidos (en forma de grasa). En cambio el
cuerpo mantiene una reserva de aminoácidos,
cuyo contenido cambia de manera constante (1-
2%), ya que las proteínas de los tejidos se
degradan y sintetizan continuamente.


SÍNTESIS ESPECÍFICAS
• Los aminoácidos intervienen en la síntesis de muchos
compuestos metabólicos. Los siguientes son solo algunos
ejemplos. La tiroxina se utiliza para producir las
hormonas adrenalina y noradrenalina y tiroxina, así
como el pigmento de la piel llamado melanina. El
triptófano se utiliza en la síntesis de la sustancia química
llamada serotonina, que se relaciona con la transmisión
nerviosa, y para sintetizar las coenzimas, NAD+ y
NADP+. La serina se convierte en etanolamina que se
encuentra en los lípidos, en la cisteína se utiliza en la
síntesis de la sales biliares.

Síntesis de proteínas

• Las proteínas, por su tamaño, no pueden
atravesar la membrana plasmática de la
célula, por eso es que existe en su interior
un mecanismo que las construye (síntesis)
según las necesidades que tenga en ese
momento la célula.

SÍNTESIS DE PROTEINAS

Etapas de la biosíntesis de proteínas :

• a) Transcripción

• b) Traducción
Iniciación de la síntesis.
Elongación de la cadena polipeptídica.
Terminación de la síntesis.

• A) Transcripción:
Ocurre dentro del núcleo de las células
eucariotas, aquí la secuencia de
nucleótidos que denominamos gen
(segmento de ADN que determina una
proteína) se transcribe en una molécula de
ARN.

• Para formar la hebra de ARN a partir del ADN se debe
tener en cuenta que cada nucleótido del ADN se
ensambla con un determinado nucleótido del ARN. La
molécula helicoidal de ADN se desenrolla y deja
accesible la hebra paralela, a partir de la cual se inicia la
síntesis (armado) del ARN. La enzima (polimesara del
ARN) que controla la reacción detecta una región de la
secuencia del ADN, llamada promotor, que marca el
punto de inicio de la síntesis. La enzima se une al ADN
en el sitio preciso para iniciar la síntesis de ARN y
selecciona el primer nucleótido, que se convertirá en el
extremo 5' de la cadena

• A continuación, se desplaza rápidamente por la cadena de ADN,
añadiendo los nucleótidos correspondientes a la cadena de ARN.
Según se forma, el ARN se va separando del ADN, comenzando por
el extremo 5'; no obstante, hasta que no se llega al extremo 3' no se
separa la molécula de ARN. Los nucleótidos se añaden uno por uno
en orden complementario, de esta manera la adenina del ADN se
combina con el uracilo del ARN (A – U), en el mismo orden, la
timina se ensambla con la adenina (T – A), y la citosina se combina
con la guanina y viceversa (C – G, G – C). Hay por lo tanto
complementariedad entre el ARN y el ADN de donde se copia. Al
conservar la información impresa en esta parte del genoma
(dotación genética), el ARN se constituye en portador de las
instrucciones que determinan la secuencia de aminoácidos de una
proteína

• Dichas instrucciones , se descifran leyendo los
nucleótidos de tres en tres ("tripletes de
nucleótidos“ o codon), y cada triplete de
nucleótido determina uno de los 20 aminoácidos
existentes- Durante la traducción, a medida que
se "leen" los codones, se van añadiendo los
aminoácidos correspondientes a la proteína que
se está formando.

• La síntesis de proteínas o traducción tiene lugar en los
ribosomas simples del citoplasma o los adheridos al
retículo endoplasmático. En las Eucariotas la
trasncripción ocurre en el nucleo Los aminoácidos son
transportados por el ARN de transferencia (ARNt),
específico para cada uno de ellos, hasta el citoplasma
donde se aparea con el ARN mensajero (ARNm), donde se
aparean el codón de éste y el anticodón del ARN de
transferencia, por complementariedad de bases. Así,
siguiendo la secuencia dictada originalmente por el DNA,
las unidades de aminoácidos son alineadas una tras otra y,
a medida que se forman los enlaces peptídicos entre ellas,
se unen en una cadena polipeptídica.

• La molécula de tRNA es el adaptador
(anticodon) que aparea el aminoácido correcto
con cada codón de mRNA durante la síntesis de
proteínas.
• Las enzimas conocidas como aminoacil-tRNA
sintetasas catalizan la unión de cada aminoácido
a su molécula de tRNA específica.

• El trabajo de los ARNt consiste en tomar del
citosol a los aminoácidos y conducirlos al
ribosoma en el orden marcado por los
nucleótidos del ARNm, que son los moldes del
sistema. La síntesis de las proteínas comienza
con la unión entre sí de dos aminoácidos y
continúa por el agregado de nuevos aminoácidos
-de a uno por vez- en uno extremos de la cadena.

• Cada tipo de ARNt lleva antepuesto el nombre
del aminoácido que transporta: lisinil-ARNt para
el de la lisina, fenilalanil-ARNt para el de la
fenilalanina, metionil-ARNt para el de la
metionina, etc. Por su lado el ARNt unido al
aminoácido compatible con él se designa
aminoacil-ARNtaá, en el que "aá" corresponde a
la sigla del aminoácido. Por ejemplo, leucinil-
ARNtLeu, lisinil-ARNtlys, fenilalanil-ARNtPhe,
metionil-ARNtMet, etc


• 2) Traducción :
Es la síntesis de proteína
propiamente dicha) el ARN pasa del
núcleo al citoplasma donde es
traducida por los ribosomas que
arman una proteína

• La síntesis de proteínas o traducción del ADN es
el proceso anabólico mediante el cual se forman las
proteína partir de los aa. Es el paso siguiente a la
transcripción del ADN a ARN. Como existen veinte
aminoácidos diferentes y sólo hay cuatro nucleótidos en
el ARN (Adenina, Uracilo, Citosina y Guanina), es
evidente que la relación no puede ser un aminoácido por
cada nucleótido, ni tampoco por cada dos nucleótidos, ya
que los cuatro tomados de dos en dos, sólo dan dieciséis
posibilidades. La colinearidad debe establecerse como
mínimo entre cada aminoácido y tripletes de
nucleótidos. Los tripletes que codifican aminoácidos se
denominan codones.

• Como se ha explicado, la clave de la traducción reside en
el código genético, compuesto por combinaciones de tres
nucleótidos consecutivos -o tripletes- en el ARNm. Los
distintos tripletes se relacionan específicamente con
tipos de aminoácidos usados en la síntesis de las
proteínas. Cada triplete constituye un codón, existen en
total 64 codones (cuatro nucleótidos se combinan de a
tres, así que: 43 = 64), 61 de los cuales sirven para cifrar
aminoácidos y 3 para marcar el cese de la traducción.

• Dado que existen más codones que tipos de
aminoácidos, casi todos pueden ser reconocidos por más
de un codón, por lo que algunos tripletes a como
"sinónimos". Solamente el triptófano y la metionina -dos
de los aminoácidos menos frecuentes en las proteínas -
son codificados, cada uno, por un solo codón.
Generalmente los codones que decodifican a un mismo
aminoácido se parecen entre sí y es frecuente que
difieran sólo en el tercer nucleótido. Es importante
destacar que el número de codones en el ARNm
determina la longitud de la proteína.

• Las moléculas intermediarias entre los codones
del ARNm y los aminoácidos son los ARNt, los
cuales tienen un dominio que se liga
específicamente a uno de los 20 aminoácidos (en
el extremo 3') y otro que lo hace,
específicamente también, con el codón
apropiado. El segundo dominio consta de una
combinación de tres nucleótidos - llamado
anticodón - que es complementaria de la del
codón.


• La síntesis de proteínas o traducción del ARN es el
proceso anabólico mediante el cual se forman las
proteínas a partir de los aminoácidos.
• La Traducción se produce en el citoplasma donde se
encuentran los ribosomas.
• Los Ribosomas están constituidos por una subunidad
grande y pequeña que rodea el ARNm. En la subunidad
menor algunas proteínas forman dos áreas: una al lado
de la otra denominadas sitio P (por peptidil) y sitio A
(por aminoacil).

• Iniciación. La subunidad ribosómica más
pequeña se une al extremo 5' de una molécula de
mRNA. La primera molécula de tRNA, que lleva
el aminoácido modificado fMet, se acopla según
la complementaridad de las bases con el codón
iniciador AUG de la molécula de mRNA. La
subunidad ribosómica más grande se ubica en su
lugar, el complejo tRNA-fMet ocupa el sitio P
(peptídico). El sitio A (aminoacil) está vacante.
El complejo de iniciación está completo ahora

Elongación de la cadena polipeptidica:
• Un segundo tRNA, con su aminoácido unido, se coloca
en el sitio A y su anticodón se acopla con el mRNA.

• Se forma un enlace peptídico entre los dos aminoácidos
reunidos en el ribosoma. Al mismo tiempo, se rompe el
enlace entre el primer aminoácido y su tRNA. El
ribosoma se mueve a lo largo de la cadena de mRNA en
una dirección 5' a 3', y el segundo tRNA, con el dipéptido
unido, se mueve desde el sitio A al sitio P, a medida que
el primer tRNA se desprende del ribosoma.


El radical carboxilo (-COOH) del aminoácido iniciado se
une con el radical amino (-NH2) del aminoácido siguiente
mediante enlace peptídico. Esta unión es catalizada por
la enzima peptidil-transferasa. El centro P queda pues
ocupado por un ARNt sin aminoácido. El ARNt sin
aminoácido sale del ribosoma. Se produce la
translocación ribosomal.


• El dipeptil-ARNt queda ahora en el centro P. Todo ello es
catalizado por los factores de elongación (FE) y precisa
GTP. Según la terminación del tercer codón, aparece el
tercer aminoacil-ARNt y ocupa el centro A. Luego se
forma el tripéptido en A y posteriormente el ribosoma
realiza su segunda translocación. Estos pasos se pueden
repetir múltiples veces, hasta cientos de veces, según el
número de aminoácidos que contenga el polipéptido. La
traslocación del ribosama implica el desplazamiento del
ribosama a lo largo de ARNm en sentido 5'-> 3'.


Terminación de la síntesis de la cadena
polipeptídica
• El final de la síntesis se presenta por los llamados
tripletes sin sentido, también denominados codones
stop. Son tres: UAA, UAG y UGA. No existe ningún
ARNt cuyo anticodón sea complementario de ellos y, por
lo tanto, la biosíntesis del polipéptido se interrumpe.
Indican que la cadena polipeptídica ya ha terminado.
Este proceso viene regulado por los factores de
liberación, de naturaleza proteica, que se sitúan en el
sitio A y hacen que la peptidil-transferasa separe, por
hidrólisis, la cadena polipeptídica del ARNt.

• Una vez finalizada la síntesis de una proteína, el
ARN mensajero queda libre y puede ser leído de
nuevo. De hecho, es muy frecuente que antes de
que finalice una proteína ya está comenzando
otra, con lo cual, una misma molécula de ARN
mensajero, está siendo utilizada por varios
ribosomas simultáneamente, esta estructura se
conoce con el nombre de polirribosoma
(polisoma).

CATABOLISMO DE AMINOÁCIDOS:

• Los aminoácidos que exceden las necesidades
para la síntesis proteínica no pueden ser
almacenados, ni excretados como tales. Los
radicales aminos de los aminoácidos excedentes
son eliminados son eliminados por
transaminación o Desaminación oxidativa y los
esqueletos de carbono son convertidos a
intermediarios anfibólicos.

CATABOLISMO DE AMINOÁCIDOS

• GLUCOGENICOS: precursores de carbohidratos.
• CETOGENICOS: precursores de lípidos. (Leu, Lys)
• AMINO ACIDOS QUE SON GLUCOGENICOS Y CETOGENICOS:
( Ile, Thr, Phe, Tyr, Trp)

• Los aminoácidos están clasificados en esenciales y no
esenciales. Los mamíferos pueden sintetizar los no
esenciales, los esenciales deben adquirirlos de la dieta. El
exceso de aminoácidos consumidos en la dieta, no puede
ser almacenado para uso futuro, por el contrario, son
transformados en intermediarios metabólicos comunes
como el piruvato, oxaloacetato y alfa-cetoglutarato.
Consecuentemente, los aminoácidos son precursores de
glucosa, ácidos grasos y cuerpos cetónicos y por tanto
son combustibles metabólicos

• Un grupo pequeño de aminoácidos comprendidos por
isoleucina, fenilalanina, treonina, triptófano, y tirosina
dan lugar a precursores de la glucosa y de ácidos grasos y
así son caracterizados como glucogénicos y cetogénicos.
Finalmente, debe ser reconocido que los aminoácidos
tienen un tercer posible destino. Durante etapas de
hambruna los esqueletos de carbono reducidos se
utilizan para la producción energética, con el resultado
que se oxida a CO2 y H2O.

CATABOLISMO DE AMINOÁCIDOS:
• El amoníaco es tóxico para el sistema nervioso
central. El ácido úrico y sus sales son insolubles
y precipitan en los tejidos y líquidos corporales
cuando sus concentraciones exceden de varios
mg/100 ml. Por lo tanto ninguno de estos
productos finales de la degradación del
nitrógeno es bien tolerado por los organismos
superiores. Por ello han desarrollado la
capacidad de convertir su excedente de
nitrógeno en urea, compuesto sumamente
soluble y no tóxico.

Biosíntesis de Aminoácidos no Esenciales Glutamato

• El glutamato es sintetizado a partir de su α-ceto
ácido precursor por una simple transaminacion
reacción catalizada por el glutamato
deshidrogenasa.

Biosíntesis de Aminoácidos no Esenciales. Aspartato

• Como el glutamato, el aspartato es sintetizado
por una simple 1-paso transaminacion reacción
catalizado por aspartato aminotransferasa, AST.

Biosíntesis de Aminoácidos no Esenciales. Aspartato

• El Aspartato también puede derivarse de asparragina a
través de la acción de asparaginasa. La importancia de
aspartato como precursor de ornitina para el ciclo de la
urea es se describe en el metabolismo de nitrógeno.

Alanina
• Hay 2 vías principales de producción de alanina
muscular: directamente de la degradación de proteínas,
y vía transaminación de piruvato por la alanina
transaminasa, ALT (también designada como glutamato
piruvato transaminasa sérica, SGPT).

El ciclo de la glucosa-alanina se utiliza sobre todo como
mecanismo del músculo esquelético para eliminar el nitrógeno al
mismo tiempo que reabastece su suministro de energía

CICLO DE UREA
• Su importancia radica en que es el mecanismo
más eficaz que dispone el organismo para la
eliminación del amoníaco.

• La Urea es un compuesto de baja toxicidad. En
este proceso 2 moléculas de amoníaco y una de
CO2 son convertidas en urea. Es un proceso cíclico
que consta de varias etapas que al final se obtiene
arginina que al hidrolizarse libera Urea.

CICLO DE UREA
Ocurre en el hígado
La síntesis de la Urea se lleva a cabo en el hígado y
de este órgano alcanza al riñón, donde se elimina
por la orina
Cualquier situación que impida eliminar la urea por
los riñones puede ser fatal (uremia).

CICLO DE LA UREA
• El amoniaco que se forma en la Desaminación
oxidativa, es toxico para célula; una concentración
de 5mg/100ml de sangre es toxica para los seres
humanos. El hígado transforma este amoniaco a
urea, por medio de una serie de reacciones cíclicas
llamadas ciclo de la urea o ciclo de Krebs para la
ornitina. El amoníaco entra al ciclo como fosfato
de carbamilo, y se une al aminoácido ornitina. Al
completarse el ciclo, se forma una molécula de
urea y se genera una molécula de ornitina para dar
inicio al ciclo siguiente.

La ecuación de la reacción general es la siguiente.

Reacción global de la síntesis de urea:

2 NH3 + CO2 + 3 ATP  3 H2O + Urea + 2 ADP + AMP + Pi

Cinco reacciones enzimáticas: tres ocurren en el
citosol y dos en la mitocondria.

Mecanismos de transporte para citrulina y ornitina.

ENZIMAS DEL CICLO DE LA UREA:

• CPS I (carbamilfosfato cintasa)
• TRANSCARBAMILASA DE ORNITINA
• SINTASA DE ARGININOSUCCINATO
• LIASA DE ARGININOSUCCINATO
• arginasa

CICLO DE LA UREA
• En resumen el amoniaco producido
constantemente por los tejidos es transformado
en glutamato, glutamina y urea. En gran medida
la toxicidad del amoniaco se debe a la formación
de glutamato y glutamina, lo que produce un
déficit de a-cetoglutarato del ciclo de Krebs e
inhibición de la respiración celular.

CICLO DE LA UREA
• El transporte de amoniaco desde otros tejidos al hígado
o riñón se realiza como glutamina, gracias a la glutamina
sintetasa que transforma el glutamato en glutamina,
reacción muy importante en la detoxificación del
cerebro.
• En el hombre entre 80 y 90% del N es eliminado como
urea, cuya formación es dependiente de ATP, el cuál es
también activador de la glutamato deshidrogenasa.
• En la síntesis de urea (H2N-CO-NH2), el C proviene del
CO2 y los grupos NH2 son aportados por glutamato y
aspartato.

SÍNTESIS DE UREA
• La biosíntesis de la urea puede
convencionalmente dividirse para su estudio en
las siguientes etapas.
• A) Transaminación
• B) Desaminación Oxidativa
• C) Transporte de amonio
• D) Reacciones del ciclo de la urea

Transaminación
Es este un proceso, realizado en el citosol y en
las mitocondrias, por el que un aminoácido se
convierte en otro. Se realiza por medio de
transaminasas que catalizan la transferencia del
grupo alfa-amino (NH3+) de un aminoácido a
un alfa-cetoácido, tal como piruvato, oxalacetato
o más frecuentemente alfa-cetoglutarato.
Consecuentemente se forma un nuevo
aminoácido y un nuevo cetoácido.

Fig. 2 Transaminación (citosol)

La reacción de aminotransferasa ocurre en dos pasos:

1.- el grupo amino de un aminoácido es transferido a la
enzima, produciendo el correspondiente α-ceto ácido y la
enzima aminada

aminoácido + enzima  α-ceto ácido + E-NH2

2.- el grupo amino es transferido al α-ceto ácido
aceptor (ej. Alfa-cetoglutarato) formando el
producto aminoácido (ej. Glutamato) y regenerando
la enzima

α-cetoglutarato + enzima-NH2  enzima + glutamato

A) Transaminación
• La transaminación, es catalizada por las enzimas
llamadas: transaminasas o aminotransferasas,
implica la ínter conversión de un par de
aminoácidos y un par de cetoácidos. Estos
generalmente son α-amino y α-cetoácidos. Los
α-cetoácidos son estados transitorios de los
aminoácidos

Transaminación
• El fosfato piridoxal forma un parte esencial del
ciclo activo de transaminasas y de muchas otras
enzimas como aminoácido como sustratos. En
todas las reacciones de los aminoácidos,
dependiente del fosfato piridoxal, en fase inicial
es la formación de una base intermediaria unida
a la enzima. Este intermediario, estabilizado por
la acción reciproca por una región catiónica del
ciclo activo, se puede reestructurar de manera
que incluya la liberación de un cetoácido con
formación de fosfato de piridoxamina unido a la
enzima..

Transaminación
• La forma amino unida de la coenzima puede
formar entonces una base análoga intermediaria
con un acetoácido. Durante la transaminación la
coenzima unida sirve como un transportador de
grupo amino, la transaminación es un proceso
libremente reversible lo cual le permite a las
transaminasas funcionar tanto en el catabolismo
de los aa como en la síntesis

Transaminación
• Cada transaminasa es especifica para el par especifico
del aminoácido y cetoácido como un par de sustrato,
pero inespecífica para el otro par, puesto que la alanina
también un sustrato para la glutamato transaminasa
todo el nitrógeno amino proveniente de los aminoácido
que pueden experimentar la transaminación se pueden
concentrar en el glutamato, siendo el glutamato el único
aminoácido de los tejido del mamífero que puede
experimentar desaminación oxidativa en una tasa
apreciable. La mayor parte de los aminoácidos son
sustrato para la transaminación. La transaminación
forma glutamatos que transportan los grupos aminos

Transaminación
• La importancia de la transaminación es que
forma glutamato que es el producto que se
utiliza para la siguiente etapa. Este proceso se
utiliza en citoplasma, debiendo el glutamato
pasar a Desaminación oxidativa en el interior de
la mitocondria.

Figura 3. Desaminación oxidativa

Aminoácido α-cetoácido

Muchos de los aminoácidos son desaminados por
transaminación. En este proceso, se transfiere el grupo
amino a un α-ceto ácido para dar el α-ceto ácido del
aminoácido original y un nuevo aminoácido; estas
reacciones son catalizadas por aminotransferasas o
transaminasas, El aceptor principal de grupos amino es el
α-cetoglutarato que produce glutamato como nuevo
aminoácido

El grupo amino del glutamato es transferido al
oxaloacetato en una segunda reacción de
transaminación dando aspartato:

Desaminación oxidativa

La transaminación no resulta en ninguna desaminación
neta. La desaminación ocurre a través de la desaminación
oxidativa del glutamato por la glutamato deshidrogensa que
produce amonio. La reacción requiere de NAD+ o NADP+ y
regenera α-cetoglutarato para transaminaciones
adicionales:


La primera reacción en la ruptura de los
aminoácidos es casi siempre la remoción de su
grupo α-amino con el objeto de excretar el
exceso de nitrógeno y degradar el esqueleto de
carbono restante. La urea, es el producto
principal de la excreción de nitrógeno en los
mamíferos terrestres se sintetiza a partir de
amonio y aspartato. Ambas substancias son
derivadas principalmente del glutamato, el
producto principal de las reacciones de
desaminación.


Proceso, realizado en las mitocondrias, y en el
que la enzima ácido glutámico-deshidrogenasa
elimina el grupo amino del ácido glutámico. Se
forma amoníaco que entra en el ciclo de la urea y
los esqueletos carbonados vienen a ser
productos intermedios glucolíticos y del ciclo de
Krebs.

B) Desaminación oxidativa
• Los aminoácidos que no se utilizan en procesos
sintéticos pueden catabolizarse o degradarse para
obtener amoníaco, CO2, agua y energía. Cuando lo
anterior tiene lugar el grupo amino de los aminoácidos
es removido, mediante un proceso llamado
desaminación oxidativa, y entra al ciclo de la urea, lo que
queda de la molécula llamado esqueleto hidrocarbonado
del aminoácido, puede entrar al ciclo del ácido cítrico
para suministrar la energía celular necesaria a
convertirse en grasa corporal. Esto quiere decir que es
posible engordar comiendo demasiada proteína, como lo
es comiendo demasiados lípidos y carbohidratos.

• Los α-acetoácido que se forma en la Desaminación
oxidativa pueden ser utilizados de varias maneras. Se
pueden oxidar en el ciclo del ácido cítrico para producir
energía o convertirse en otros aminoácidos mediante las
transaminación. Estos α-cetoácidos pueden utilizarse así
mismo en la síntesis de carbohidratos y grasas.

• La conversión oxidativa de muchos aminoácidos en sus
correspondientes α-cetoácidos ocurre en el hígado y
riñón de los mamíferos. En ella participan
fundamentalmente las enzimas: transaminasas y L-
glutamato deshidrogenasa.

Desaminación oxidativa catalizada por la
aminoácido oxidasas

• Es una desaminación oxidativa que ocurre en
un solo paso.

• Ocurre en el hígado y el riñón.

• Desaminación oxidativa catalizada por la
aminoácido oxidasas
• Las aminoácido oxidasas son flavo-proteínas auto-
oxidables, es decir, el FAD reducido es reoxidado
directamente por el nitrógeno molécular, formando
peróxido de hidrógeno el cuál es un producto tóxico que
debe ser desdoblado en O2 y H2 por la enzima catalasa.
• En las reacciones de la aminoácido oxidasa, el
aminoácido es deshidrogenado primero por la flavo-
proteína de la oxidasa, formando un α-iminoácido. Este
adiciona agua espontáneamente y luego se descompone
en el correspondiente α-cetoácido con pérdida de
nitrógeno α-imino como ión amonio

Hay dos aminoácido oxidasas no específicas la L-
aminoácido oxidasa y la D-aminoácido oxidasa, estas
enzimas catalizan la oxidación de D y L aminoácidos
respectivamente, utilizando FAD como coenzima redox (en
vez de NAD(P)+). El FADH2 resultante es reoxidado por el
oxígeno molecular.

Aminoácido + FAD + H20  α-ceto ácido + NH3 + FADH2

FADH2 + O2  FAD + H202

• Desaminación oxidativa catalizada por L-
glutamato deshidrogenasa.
• Los grupos amino de la mayor parte de los aminoácidos
son transferidos en último termino, al α-cetoglutarato
por .transaminación formando L-glutamato. La
liberación de este nitrógeno como amoníaco es
catalizada por la L-glutamato. La liberación de este
nitrógeno como amoniaco es catalizada por la enzima L-
glutamato deshidrogenasa, cuya actividad es afectada
por modificadores alostéricos como el ATP, GTP,
NADHA, que inhibe a la enzima , y el ADP que la activa.

• Glutamato deshidrogenasa usa NAD+ o NADP +
como substrato. La reacción es irreversible y
funciona tanto en el catabolismo de los
aminoácidos como en su biosíntesis. Por
consiguiente, funciona no solo catalizando el
nitrógeno del glutamato hacia urea
(catabolismo), sino también catalizando la
aminación del α cetoglutarato por el amoniaco
libre.

El glutamato es desaminado oxidativamente en la
mitocondria por la glutamato deshidrogenasa, la única
enzima conocida que al menos en algunos organismos,
puede trabajar con NAD+ o NADP+ como coenzima redox. Se
piensa que la oxidación ocurre con la transferencia de un ion
hidruro del carbono α del glutamato al NAD(P)+ formando α-
iminoglutarato el cual es hidrolizado a α-cetoglutarato y
amonio. La enzima es inhibida por GTP y activada por ADP
in vitro lo que sugiere la regulan también in vivo.

Productos de la desaminación de aa
Aminoácido(s) Producto

Ile, Leu, Lys Acetil-CoA

Tyr, Phe Acetoacetato

Gln, Pro, Arg Glu y alfa-cetoglutarato

His Glu y alfa-cetoglutarato

Thr, Met , Val Succinil-CoA

Tyr, Phe, Asp Fumarato

Asp, Asn Oxaloacetato

Ser, Gly, Cys Piruvato

Trp Alanina y piruvato

Sintesis de amino ácidos
• Está unida al ciclo del ácido tricarboxílico (TCA), bien
por transaminación o bien por fijación de amonio.
• El grupo alfa-amino es central a toda síntesis de
aminoácidos y deriva del amonio de los grupos aminos
del L-glutamato.
• De éstos se sintetizan glutamina, prolina y arginina.
• El ácido glutámico es la principal fuente de los grupos
amino para la transaminación
La cisteína se forma, en el citosol celular, a partir de
serina y del aminoácido esencial metionina.

C) Formación y transporte de amoniaco

• La producción de amoniaco por los riñones
está marcadamente aumentada en la acidosis
metabólica y deprimida en la alcalosis. Este
amoniaco no solo se deriva de la urea, sino
también de los aminoácidos intracelulares,
particularmente de la glutamina. La liberación
de amoniaco es catalizada por la glutaminasa
renal.

Formación y transporte de amoniaco

• Aunque el amoniaco puede ser excretado como
sales de amonio, la mayor parte es excretada por
urea. El principal componente nitrogenado de la
orina. El amoniaco es producido constantemente
en los tejidos pero en la sangre solo se
encuentran concentraciones de 10 a 20
µgr/100mL puesto que es rápidamente
eliminado de la circulación por el hígado y
convertido ya sea en glutamato, glutamina, o
urea.


• La formación de glutamina es catalizada por la
glutaminsintasa. La síntesis de en enlace
amídico de la glutamina se lleva a acabo de
expensa de la hidrólisis de un equivalente de
ATP en ADP y Pi.


• La liberación del nitrógeno amídico de la glutamina
como amoniaco sucede no por reversión dela
reacción de la glutaminsintasa, sino por formación
hidrolítica de amoniaco o catalizada por la
glutaminasa. La reacción de la glutaminasa a
diferencia de la reacción de la glutaminsintasa, no
incluye la participación de nucleótido de adinina,
favorece fuertemente la formación del glutamato y
no funciona en la síntesis del glutamina. La
glutaminsintasa y la glutaminasa sirven para
catalizar interconversión del ion amonio libre y la
glutamina.

• Mientras que en encéfalo el mecanismo principal
para la liberación del amoniaco es la formación
de glutamina, en el hígado la vía más importante
es la formación de urea.
• En la figura siguiente se muestra la formación
hodrólitica del amoniaco catalizada por la
enzima glutaminasa. La reacción de la
glutaminasa procede esencialmente de manera
irreversible en dirección de la formación de
glutamato y radical NH4+.

Figura 5. Formación hodrólitica del amoniaco
catalizada por la enzima glutaminasa

Figura 6.
Reacción de la
glutaminsintasa.

D) Reacciones del ciclo de la urea
• Las reacciones de los intermediarios el la
biosíntesis de un mol de urea a partir de un
mol de amoniaco y otra a partir de CO2
(activados con Mg2+, y ATP), así como el
nitrógeno alfa amino se muestran en la figura
del ciclo de la urea. El proceso global requiere 3
moles de ATP (dos de los cuales son
convertidos en ADP+Pi, y una en AMP+PPi) y
la participación sucesiva de 5 enzimas que
catalizan las reacciones del ciclo

Reacciones del ciclo de la urea
De los 6 aminoácidos que intervienen en la
síntesis de la urea, uno el N-acetil-glutamato,
funciona como un activador enzimático y no
como un intermediario. Los cinco restantes
(aspartato, arginina, ornitina, citrulina y
argininsuccinato) funcionan todos como
transportadores de átomos que en último
término se vuelven urea. El aspartato y arginina
existen en las proteínas, mientras que la
ornitina, citrulina y argininsuccinato, no

• El principal papel metabólico de estos tres
últimos aminoácidos es la síntesis de la urea (en
mamíferos). Nótese que la formación de urea es,
un proceso cíclico. La ornitina usada en la
reacción número dos es regenerada en la
reacción número cinco. Así, no hay pérdida ni
ganancia neta de ornitina, citrulina,
argininsuccinato, o de arginina durante la
síntesis de la urea; sin embargo el amoniaco el
CO2, ATP, y el aspartato si son consumidas.

• La ornitina puede atravesar la membrana
intercelular donde se forma la citrulina, luego
sale de mitocondrias a citoplasma (los
aminoácidos se hallan siempre en citosol), para
formar ácido arginosuccínico, luego ácido
fumárico, y finalmente arginina que libera la
ornitina y una molécula de urea.

• Reacción 1: Síntesis de carbamilfosfato
• La condensación de un mol de amoniaco de otro
de CO2 y de una de fosfato (derivado del ATP)
para formar carbamilfosfato es catalizada por la
carbamilfosfato cintasa. Los dos moles de ATP
hidrolizado durante esta reacción a portan la
energía necesaria durante la síntesis de dos
enlaces covalente de carbamilfosfato

Reacción 1: Síntesis de carbamilfosfato

• Reacción 2: Síntesis de citrulina
• La transferencia de la fracción carbamilo del
carbamilfosfato a la ornitina, formando citrulina
+ PI, es cataliza por la L-ornitina
transcarbamilasa de las mitocondrias del hígado.
La reacción es altamente especifica para la
ornitina y el equilibrio favorece grandemente la
síntesis de la citrulina.

Reacción 2: Síntesis de citrulina

• Reacción 3: Síntesis del argininsuccinato
• En la reacción del argininsuccinato cintasa, el
aspartato y la citrulina se unen por medio del
grupo amino del aspartato la reacción requiere
del ATP y el equilibrio favorece fuertemente la
síntesis del argininsuccinato.

Reacción 3: Síntesis del argininsuccinato

• Reacción 4: Desdoblamiento del
argininsuccinato en arginina y fumarato
• El desdoblamiento reversible del
argininsuccinato en arginina y fumarato es
cataliza por la argininsuccinasa. La reacción se
lleva a cabo por un mecanismo de
transeliminación. El fumarato formado puede
ser convertido en oxalacetato mediante la
reacciones de la fumarasa y de la malato
deshidrogenasa y luego transaminado éste para
regenerar el aspartato.

Reacción 4: Desdoblamiento del argininsuccinato
en arginina y fumarato

• Reacción 5: Desdoblamiento de la arginina
en ornitina y urea
• Esta reacción completa el ciclo de la urea y regenera
la ornitina, sustrato de la reacción 2. el
desdoblamiento hidrolítico del grupo guanidínico de
la arginina es catalizado por la arginasa. La arginasa
altamente purificada preparada el hígado de
mamíferos es activada por el Co2+ o el Mn2+. La
ornitina la lisina son potentes inhibidores que
compiten con la arginina.

Reacción 5: Desdoblamiento de la arginina en
ornitina y urea

Conexiones entre los ciclo de Krebbs y de la urea

Conexiones entre los ciclo de Krebbs y de la urea

• 1. El fumarato producido en la reacción de la
argininosuccinato liasa, ingresa a la
mitocondria, donde es blanco de la fumarasa y
malato deshidrogenasa para formar oxalacetato.
• 2. El aspartato que actúa como dador de N en el
ciclo de la urea se forma a partir del oxalacetato
por transaminación desde el glutamato.
• 3. Dado que las reacciones de los dos ciclos
están interconectados se les ha denominado
como doble ciclo de Krebs

REGULACIÓN DEL CICLO

El flujo del N a través del ciclo de la urea
dependerá de la composición de la dieta. Una
dieta rica en proteínas aumentará la oxidación
de los aminoácidos, produciendo urea por el
exceso de grupos aminos, al igual que en una
inanición severa

DIGESTIÓN DE PROTEÍNAS
• La digestión de las proteínas inicia en el
estómago. El pH ácido de las secreciones
gástricas activa a la enzima pepsina, la cual
comienza la desintegración de proteínas en
pequeños fragmentos llamados polipéptidos.
Como la pepsina digiere las proteínas en las
células que las elaboran, debe ser sintetizada en
una forma inactiva denominada pepsinógeno, el
cual se convierte en pepsina por la acción del
ácido clorhídrico antes de ser segregada al
estómago. La mucosidad estomacal protege a
este órgano de la acción del ácido y la pepsina.

• Pero la mayor parte de la digestión de las
proteínas se realiza en los intestinos y se debe a
dos enzimas pancreáticas: tripsina y quimo
tripsina. A semejanza de la pepsina, han de ser
sintetizadas en forma s inactivas, tripsinógeno
y quimotripsinógeno, ya que de lo contrario
digerirían las proteínas de las células que las
elaboran. La enterocinasa, una enzima
sintetizada en el intestino, activa la tripsina, que
a su vez hace lo mismo con la quimo tripsina.

• Después ambas prosiguen la desintegración de
las proteínas y de grandes polipéptidos
convirtiéndolos así en dipéptidos ( unión de dos
aminoácidos) y tripéptidos (unión de tres
aminoácidos). Unos y otros pasan por la
digestión ulterior realizada por las enzimas de
las micro vellosidades, y los aminoácidos libres
así producidos son llevados a la corriente
sanguínea.

Enfermedades asociadas a deficiencias
de proteínas (a.a)
• HIDROXILASA DE FENILALANINA:
FENILCETUNORIA.
(Degradación de fenilalanina y tirosina)

• OXIDASA DE HOMOGENTISATO:
ALCAPTONURIA.

• TIROSINASA: ALBINISMO

Fenilcetonuria (PKU)

• Cambio de fenilalanina a tirosina.
• Enzima: hidroxilasa de fenilalanina.
• Es un defecto genético.
• Acumulación de fenilalanina o sus metabolitos
• producen retardación mental severa. La condición debe
ser identificada inmediatamente luego del nacimiento.
(Todos los bebes en Estados Unidos se les hace la prueba
de PKU cuando nacen).
• Tratamiento consiste de una dieta baja en Phe y el
monitoreo hasta los 10 años.

Alcaptonuria

• Cambio de homogentisato a maleilacetoacetato.
• Enzima: dioxigenasa de homogentisato.
• Acumulación de homogentisato, grandes
cantidades son excretadas. El producto es
oxidado y torna la orina negra.
• Las personas son susceptibles a desarrollar
alguna forma de artritis. (primera enfermedad
genética identificada asociada a la deficiencia de
una enzima).

Albinismo
• Fenilalanina se convierte en tirosina.

• La Tirosina es precursor de la síntesis de
melanina, el pigmento oscuro de la piel y el pelo
presente en los melanocitos.

• Una deficiencia en la monooxigenasa de tirosina
(tyrosinase) produce inhibición de la síntesis de
melanina.

Recambio proteico
• Casi todas las proteínas del organismo están en una constante
dinámica de síntesis (1-2% del total de proteínas), a partir de
aminoácidos, y de degradación a nuevos aminoácidos. Esta
actividad ocasiona una pérdida diaria neta de nitrógeno, en forma
de urea, que corresponde a unos 35-55 gramos de proteína. Cuando
la ingesta dietética compensa a las pérdidas se dice que el
organismo está en equilibrio nitrogenado.

El balance nitrogenado puede ser positivo o negativo. Es positivo
cuando la ingesta nitrogenada supera a las pérdidas, como sucede
en crecimiento, embarazo, convalecencia de enfermedades. Es
negativo si la ingesta de nitrógeno es inferior a las pérdidas, tal
como ocurre en: desnutrición, anorexia prolongada,
postraumatismos, quemaduras, deficiencia de algún aminoácido
esencial.

Estructura de la célula
1. Nucléolo
2. Núcleo celular
3. Ribosoma
4. Vesículas de secreción
5. Retículo endoplasmático rugoso
6. Aparato de Golgi
7. Citoesqueleto
8. Retículo endoplasmático liso
9. Mitocondria
10. Vacuola
11. Citosol
12. Lisosoma
13. Centríolo
•

Vías de degradación de las proteínas
• Dos son las vías por la que son degradadas las proteínas
mediante proteasas (catepsinas).

1. Vía de la ubiquitina (pequeña proteína básica).
Fracciona proteínas anormales y citosólicas de vida
corta. Es ATP dependiente y se localiza en el citosol
celular.

2. Vía lisosómica. Fracciona proteínas de vida larga, de
membrana, extracelulares y organelas tales como
mitrocondrias. Es ATP independiente y se localiza en los

PRECURSORES DE AMINO ACIDOS

• ALFA-CETOGLUTARATO
• OXALOACETATO
• PIRUVATO
• 3-FOSFOGLICERATO
• FOSFOENOLPIRUVATO + ERITROSA-4-FOSFATADA
• RIBOSA-5-FOSFATADA

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