BIOQUIMICA / panoramica metabolismo aminoacidos

1. Tema 25. Panorámica general del metabolismo de los aminoácidos.
Panorámica general del metabolismo de los aminoácidos. Origen de los aminoácidos
corporales. Aminoácidos esenciales. Enzimas proteolíticas digestivas. Absorción de
aminoácidos. Transportadores de aminoácidos y ciclo del gamma-glutamilo. La
degradación de proteínas corporales como fuente de aminoácidos. Proteasas
lisosomales y citoplasmáticas. Señales para la degradación de proteínas.
Ubiquitilación. Proteosoma. Regulación de la degradación de las proteínas
musculares. Enfermedades del transporte de aminoácidos.
BIOQUÍMICA-1º de Medicina
Departamento de Biología Molecular
Javier León
TEMA 25
1
Incorporación de nitrógeno
s
ra
do
ija
sf
ria e N
cte d
Ba Dieta de
N2 Prots. vegetales hervíboros
atmosférico
DIETA HUMANA Proteínas
animales
DIGESTIÓN
AA en intestino
ABSORCION
AA en sangre
TRANSPORTE AL CITOPLASMA
AA en células
TRADUCCIÓN
Proteínas celulares
TEMA 25
2

2. Origen de los aminoácidos de la célula
• Proteínas de la dieta
– Proteasas del tubo digestivo.
– Sistemas de transporte de aminoácidos
• Co-transportadores específicos
• Ciclo del γ- glutamilo
• Degradación de proteínas celulares
– Proteasas celulares
• Lisosomales
• Citosólicas
• Proteosoma
• Biosíntesis a partir de precursores
– Solamente sintetizamos aminoácidos “no esenciales”.
TEMA 25
3
No podemos sintetizar y por tanto debemos ingerir en la dieta 9
aminoácidos = “Aminoácidos esenciales” (en adultos bien alimentados)
Buscad los
nombres de los
aminoácidos
“Lehninger Principios de
Bioquímica", 4ª ed. Nelson, D.L.
y Cox, M.M. Omega. 2006.
TEMA 25
4

3. Aminoácidos esenciales
Aromáticos: Fenilalanina, Triptófano
Alifáticos ramificados: Valina, Leucina, Isoleucina
Con azufre: Metionina
Alcohol: Treonina
Básicos: Histidina, Lisina
“Esenciales condicionales”:
Arginina, Glutamina, Cisteina, Glicina, Prolina, Tirosina
TEMA 25
5
El pool de aminoácidos está en equilibrio con las proteínas tisulares
Proteínas de la dieta
(Req. 50-60 g/día para EXCESO DE
PROTS. DIETA
70 Kg peso, ~0,8 g/Kg)
SINTESIS
Otras rutas
~ 300 g/d
biosintéticas: Pool de Proteínas
bases, hormonas, aminoácidos tisulares
neurotransmisores, ~ 100 g
DEGRADACIÓN
etc
~ 300 g/d
DEGRADACIÓN DE
DEGRADACIÓN PROTS.
Y Y
EXCRECIÓN EXCRECIÓN DE AA
Moléculas del ciclo Urea en orina
Krebs y acetil-CoA ~ 30-40 g /día
TEMA 25
6

4. Las proteasas digestivas se activan por proteolisis
El “truco” para no autodigerirnos: Fragmento peptídico
Pro-proteasa inactiva (zimógeno) Ruptura específica
Proteasa activa
Célula de la mucosa
intestinal
Enteropeptidasa Tripsina
Proteasas activadas
Zimógenos
-Tripsinógeno (autoactivación)
Tripsinógeno - Quimotripsinógeno
- Proelastasa
- Procarboxipeptidasas
- Profosfolipasa A2
• Las cascadas de activación de pro-enzimas por proteolisis específica aparece
en otros procesos biológicos: …..………. , ……………,
TEMA 25
7
Principales enzimas proteolíticos del tubo digestivo
HCl
H+
ESTÓMAGO Pepsinógeno Pepsina Prolipasa
HCO3-
Enteropeptidasa Lipasa
Tripsinógeno Tripsina
PANCREAS
Quimotripsinógeno Tripsina
Quimotripsina
Proelastasa Tripsina Elastasa
Tripsina Carboxipeptidasas A, B*
Procarboxipeptidasas A, B
MUCOSA INTESTINAL Aminopeptidasas*
Enteropeptidasa (membrana celular)
*Exoproteasas
TEMA 25
8

5. Transporte de aminoácidos:
a) Co-transportadores aminoácido-sodio
Especificidad de aminoácido Ejemplos
*Relacionados con
Aminoácidos neutros de pequeño tamaño Ala , Ser, Thr enfermedades hereditarias
Aminoácidos neutros y aromáticos grandes* Ile, Leu, Val, Tyr Trp, Phe frecuentes
Aminoácidos básicos* Arg, Lys, Ornitina, Cistina
Glicina y prolina Pro, Gly, Hidroxiprolina
Aminoácidos ácidos Asp, Glu
Cotransporte de Siete sistemas de co-transporte de AA-
dipeptidos-H+ Na (también en otros tejidos)
Dipeptidos H+ AA Na+
-K
a Na
Na+ Bomb
- “Bioquímica básica de Marks. Un AA
enfoque clínico”. Smith C., Marks A.D. y
3 Na+
Lieberman. 2006. ATP
K+ 2 K+
Transporte
facilitado VENA PORTA
TEMA 25
9
Transporte de aminoácidos:
b) Ciclo del γ-glutamilo
Aminoácido
Membrana de Buscad la (intracelular)
Intestino, riñón, hígado estructura
γ-glutamil-aminoácido 5-oxo-prolina
Cys-Gly ATP
Cys
Aminoácido
(exterior) Gly
ADP+Pi
Glutatión Glutamato
(GSH)
ADP ATP ADP ATP
+ Pi + Pi
γ-glutamil transpeptidasa
TEMA 25
10

6. Cuatro tipos de proteasas
SERIN-PROTEASAS (según su mecanismo de proteolisis)
- Tripsina
- Quimotripssina
- Elastasa SERIN-PROTEASAS
- Trombina
- Plasmina
- Activdor del plasminógeno tisular (tPA)
- Subtilisina
CISTEIN-PROTEASAS
- Caspasas
- Catepsina B
- Calpainas
- Papaina
METALOPROTEASAS
- Carboxipeptidasa A y B
- Aminoppetidasas CISTEIN-PROTEASAS ASPARTIL-PROTEASAS METALO-PROTEASAS
Sustrato
- Metaloproteasas de matriz
- Termolisina
ASPARTIL-PROTEASAS
- Pepsina
- Renina
- Catepsina D
- Proteasa HIV
TEMA 25
11
PROTEASAS
Proteasas digestivas: la mayoría serin-proteasas
Proteasas de la matriz extracelular: la mayoría metaloproteasas
PROTEASAS Proteasas del lisosoma: Catepsinas
Proteasas celulares Proteasas citosólicas: Caspasas, Calpaínas
Proteosoma
TEMA 25
12

7. Principales proteasas lisosomales (Catepsinas)
Nombre Peso molecular pH óptimo Características
Catepsina B 25.000 5 Endopeptidasa
(Cisteín proteasa) o carboxipeptidasa
Catepsina L 24.000 5 Endopeptidasa
(cisteín proteasa) (pref residuos hidrofóbicos)
Catepsina H 28.000 5 Endopeptidasa o aminopeptidasa
(Cisteín proteasa)
Catepsina D 42.000 3,5 Similar a la Pepsina
(aspartil proteasa)
TEMA 25
13
PROTEASAS
Proteasas digestivas: la mayoría serin-proteasas
Proteasas de la matriz extracelular: la mayoría metaloproteasas
PROTEASAS Proteasas del lisosoma: Catepsinas
Proteasas celulares Proteasas citosólicas: Caspasas, Calpaínas
Proteosoma: proteolisis dependiente de
ubiquitilacion
TEMA 25
14

8. 1) La vida media de las proteínas es muy variable
2) Su estabilidad está regulada
3) Hay secuencias de AA que son señales específicas de degradación
en proteasoma
Señales que inducen la unión covalkente de Ubiquitina (Ubq) en el N de la cadena
lateral de una varias Lys de la proteinas
Las proteínas “marcadas” con Ubq y su degradación en el proteasoma
TEMA 25
15
Premios Nobel de Química de 2004
"for the discovery of ubiquitin-mediated protein degradation"
Avram Hershko Aaron Ciechanover Irwin Rose
(Israel Institute (Israel Institute of (University of
of Technology) Technology) California,,Irvine)
Ubiquitina:
• Proteina de 76 AA muy conservada en eucariotas
• La unión de cadenas cortas de varias Ubq (al menos 4) al ε-N de
cadenas de Lys de una proteína la marca para su proteolisis en
proteosomas
TEMA 25
16

9. Ubq
48
Ubq
Lys de proteina a degradar
“Biochemistry”. 5ª ed. Berg, J.,
Tymoczko, J. Stryer, L.
TEMA 25
17
Ultraestructura del proteasoma
n
oe r
iad elula
tu d C
Es gia
lo
Bio
Tapa
Tapa
Proteosoma 26S
(“Biochemistry”. Berg, J., Tymoczko, J.
Stryer, L. Ed. W.H. Freeman. 2003)
TEMA 25
18

10. Bioquímica del proteasoma
• El proteasoma es un gran complejo citoplásmico (26S) encargado de degradar proteínas-Ubq
• Tiene al menos dos copias de 36 subunidades (=64)
• Requiere ATP (seis subunidades son ATPasas)
• Produce péptidos cortos
• Hay unos 30.000 proteosomas en la célula, tanto en núcleo como citosol
bq
q-U
q -Ub
-Ub
-Lys
-Lys-U
bq-Ub
q-Ubq
-U bq
PROTEOSOMA
Ubq
Lehninger 4ª, cap. 27
Hepta/octo/nona-
péptidos
TEMA 25
19
Ubiquitilación de proteínas
E1: enzima activador de Ubiquitina
E1 SH
O O
Ubiquitina C + ATP E1 S C
O-
Ubiquitina
Glicina C-terminal Enlace tio-ester
AMP + PPi
E2: Proteína transportadora de Ubiquitina.
O O
E1 S C + E2 SH E1 SH + E2 S C
Ubiquitina Ubiquitina
E3: Ubiquitina ligasa (complejos de 4-6 subs)
+ PROTEINA E3 PROTEINA
E3
+
O PROTEINA
E2 S C
Ubiquitina
Ubiquitina Ubiquitina
Ubiquitina
TEMA 25
20

11. Conjugación de ubiquitina para degradar proteínas
(www.nobelprize.org)
E1: Enzima activadora de Ubq
E2: Proteína transportadora de Ubq: unos 30
E3: Ubq ligasa específica de proteína(s):
Hay unos 100 complejos E3. en humanos
La Ubiquitina se recicla
Péptidos de 7-9 AA
TEMA 25
21
Señalización específica de ubiquitilación/degradación
1. Secuencias PEST (12-60 AA, ricas en Pro, Glu, Ser, Thr)
2. Residuos aminoterminales (Arg, Lys, His, Phe, Leu)
3. “Degrones”: secuencias en la proteinas de las que depende su degradación
- “Lehninger Principios de
Bioquímica", 4ª ed. Nelson, D.L.
y Cox, M.M. Ed. Omega. 2006.
TEMA 25
22

12. La degradación de cliclinas a lo largo del ciclo celular
ciclina E ciclina A
ciclina B
Niveles de ciclina
G0 G1 S G2 M
Degrón
TEMA 25
23
Balance nitrogenado
Balance nitrogenado positivo:
Se ingiere más N que el que se excreta (crecimiento infantil, embarazo, convalescencia)
Balance nitrogenado negativo:
Se ingiere menos N que el que se excreta (malnutrición proteica, caquexia oncológica)
TEMA 25
24

13. Desnutrición proteica
Marasmo
Dieta con insuficiencia severa tanto en calorías como en proteínas,
Kwashiorkor
•Enfermedad generada por una dieta con aporte normal de
calorías pero pobre en proteínas.
Síntomas:
Retraso en el crecimiento, pérdida de la masa muscular y de peso,
inflamación generalizada (edema), disminución de la inmunidad,
dermatitis y cambios de pigmentación en la piel, debilitamiento del
cabello, bajo coeficiente de inteligencia
TEMA 25
25
Inhibidores de proteasas como anti-retrovirales
e
lac
l en o
e c
s c a íd i
Bu pept
"Biochemistry". 3ª ed. Garret, R.M. and Grisham,
TEMA 25
26

14. Inhibidores de proteasas como antitumorales
Borzetomib (Velcade
TEMA 25
27
Inhibidores de proteasas como antitumorales
METASTASIS
TUMOR
MMPs:
Colagenasas
Estromalisisnas
Gelatinasas
Otras proteasas:
Activ. plasminógeno
PSA
Inhibidores de
MMPs:
TIMP-1
TIMP-2
PROTEOLISIS
TEMA 25
28

15. Enfermedades del transporte de AA a la célula
Enfermedad de Hartnup
• Autosómica recesiva rara, pero la mas frecuente aminoacidopatía junto
con fenilcetonuria (6-7/100.000)
• Defecto un gen del transportador de AA neutros y aromáticos (Val, Leu,
Ile, Tyr, Trp, Phe) que se expresan en células intestinales y epiteliales de
riñón.
• Se detectó en los años 50 en una familia (los Hartnup) en la que varias
personas presentaban un síndrome semejante al de la pelagra (ausencia
de nicotinamida).
• Estos AA (algunos esenciales) no son absorbidos en el intestino ni re- Se cree que Julio Cesar
absorbidos desde el filtrado glomerular a la sangre. Uno de los AA no padecía la enfermedad de
transportados es el Trp, que es precursor de la nicotinamida Hartnup
• Se trata con administración de niacina (vitamina B3) , que elimina los
síntomas de pelagra pero no desaparece la amioaciduria
TEMA 25
29
Enfermedades del transporte de AA a la célula
Cistinuria
• Enfermedd autosómica recesiva, ~5/100.000
• Cistina: Cys-Cys
• Defecto en un gen del transportador de cistina y aminoácidos di básicos Lys, Arg, Orn. De ellos sólo la
Lys es esencial.
•El problema más serio es la formación de cálculos renales de cristales de cistina, que es un aminoácido
relativamente insoluble.
• Se trata bebiendo mucha agua y a veces con bicarbonato sódico para alcalinizar la orina (la Cistina es
más soluble en medio alcalino).
¿Qué tienen en comun
estos cuatro AA??
“Piedras” de cistina en orina de cistinúricos
TEMA 25
30