Para hablar sobre los veinte aminoácidos que componen las proteínas y las estructuras modificadas, se deben describir al menos doce vías metabólicas especializadas.
Pero, ¿por qué las células utilizan tantas vías metabólicas que requieren energía (por ejemplo, para regenerar los sitios catalíticos de las enzimas), cada una con un patrimonio enzimático, para catabolizar aminoácidos? Casi todos los aminoácidos pueden obtenerse, a través de rutas especializadas, de los metabolitos que se utilizan en pequeña parte para producir energía (por ejemplo, a través de la gluconeogénesis y la ruta de los cuerpos cetónicos) pero que, sobre todo, conducen a la formación de moléculas complejas. con un alto número de átomos de carbono (por ejemplo, a partir de fenilalanina y tirosina, en las glándulas suprarrenales especializadas para este propósito, se producen hormonas); si, por un lado, sería sencillo producir energía a partir de aminoácidos, por otro lado, sería difícil construir moléculas complejas a partir de moléculas pequeñas: el catabolismo de los aminoácidos hace posible explotar su esqueleto para obtener especies más grandes.
Dos o tres hectolitros de aminoácidos se degradan diariamente por un individuo sano: 60-100 g de ellos, se derivan de las proteínas introducidas con la dieta, pero más de 2 ets se obtienen del recambio normal de proteínas que son parte integral del organismo (aminoácidos) De estas proteínas, que están dañadas por procesos reductores de oxidación, son reemplazadas por otras y catabolizadas).
Los aminoácidos dan una contribución energética en términos de ATP: después de haber eliminado el grupo α-amino, el esqueleto carbonoso restante de los aminoácidos, después de las transformaciones adecuadas, puede entrar en el ciclo de Krebs. Además, cuando falta el suministro de nutrientes y disminuye la cantidad de glucosa, se activa la gluconeogénesis: llamamos aminoácidos gluconeogenéticos a los que, después de las modificaciones apropiadas, pueden introducirse en la gluconeogénesis; Los aminoácidos gluconeogenéticos son aquellos que se pueden convertir en piruvato o fumarato (el fumarato se puede convertir en un paciente que abandona las mitocondrias y, en el citoplasma, se transforma en oxaloacetato a partir del cual se puede obtener el fenuveno piruvato). En cambio, se dice que los aminoácidos cetogénicos son aquellos que pueden convertirse en acetil coenzima A y acetato de vinagre.
El que se acaba de describir es un aspecto muy importante porque los aminoácidos pueden remediar la falta de azúcar en caso de ayuno inmediato; si el ayuno persiste, después de dos días interviene el metabolismo de los lípidos (porque no se puede atacar demasiado las estructuras de las proteínas) es en esta fase que, al ser la gluconeogénesis muy limitada, los ácidos grasos se convierten en acetil coenzima A y en cuerpos cetónicos. . Desde otro ayuno, incluso el cerebro se adapta para utilizar cuerpos cetónicos.
La transferencia del grupo α-amino de los aminoácidos tiene lugar a través de una reacción de transaminación; se dice que las enzimas que catalizan esta reacción son las transaminasas (o amino transferasas). Estas enzimas utilizan un cofactor enzimático llamado piridoxal fosfato, que interviene con su grupo aldehído. El fosfato de piridoxal es el producto de la fosforilación de la piridoxina, que es una vitamina (B6) que se encuentra principalmente en los vegetales.
Las transaminasas tienen las siguientes propiedades:
Alta especificidad para una pareja de α-cetoglutarato-glutamato;
Toman el nombre de la segunda pareja.
Las enzimas transaminasas siempre involucran el par α-cetoglutarato-glutamato y se distinguen de acuerdo con el segundo par involucrado.
Ejemplos:
Aspartato transaminasa o GOT (Glutamato oxalato transaminasa): la enzima transfiere el grupo α-amino del aspartato al α-cetoglutarato, obteniendo el oxalacetato y el glutamato.
La alanina transaminasa o GTP (glutamato-piruvato transaminasa): la enzima transfiere el grupo α-amino de la alanina al α-cetoglutarato para obtener piruvato y glutamato.
Las diversas transaminasas usan α-cetoglurato como un aceptor del grupo amino de aminoácidos y lo convierten en glutamato; Mientras, los aminoácidos que se forman se utilizan en la ruta de los cuerpos cetónicos.
Este tipo de reacción puede ocurrir en ambas direcciones a medida que se rompen y forman enlaces con el mismo contenido energético.
Las transaminasas se encuentran tanto en el citoplasma como en la mitocondria (son en su mayoría activas en el citoplasma) y difieren en su punto isoeléctrico.
Las transaminasas también son capaces de descarboxilar aminoácidos.
Debe haber una manera de convertir el glutamato de nuevo en α-cetoglutarato: esto se hace mediante desaminación.
La glutamato deshidrogenasa es una enzima capaz de transformar el glutamato en α-cetoglutarato y, por lo tanto, convertir los grupos amino de aminoácidos que se encuentran en forma de glutamato en amoníaco. Lo que sucede es un proceso de reducción de la oxidación que atraviesa el glutarato α-amino intermedio: el amoníaco y el α-cetoglutarato se liberan y regresan a la circulación.
Así, la eliminación de los grupos amino amino pasa a través de las transaminasas (diferentes según el sustrato) y la glutamato deshidrogenasa, que determina la formación de amoníaco.
Existen dos tipos de glutamato deshidrogenasa: citoplásmica y mitocondrial; El cofactor, que también es co-sustrato de esta enzima, es NAD (P) +: la glutamato deshidrogenasa se usa como un aceptor de poder reductor, o NAD + o NADP +. La forma citoplasmática prefiere, aunque no exclusivamente, NADP +, mientras que la forma mitocondrial prefiere NAD +. La forma mitocondrial tiene como objetivo eliminar los grupos amina: conduce a la formación de amoníaco (que es un sustrato para una enzima mitocondrial especializada) y NADH (que se envía a la cadena respiratoria). La forma citoplásmica funciona en la dirección opuesta, es decir, utiliza amoníaco y α-cetoglutarato para dar glutamato (que tiene un destino biosintético): esta reacción es una biosíntesis reductiva y el cofactor utilizado es NADPH.
La glutamato deshidrogenasa funciona cuando es necesario disponer los grupos amino de aminoácidos como amoníaco (a través de la orina) o cuando se necesitan los esqueletos de aminoácidos para producir energía: esta enzima tendrá, como moduladores negativos, los sistemas que son un índice de buena disponibilidad de energía (ATP, GTP y NAD (P) H) y como moduladores positivos, sistemas que indican una necesidad de energía (AMP, ADP, GDP, NAD (P) +, aminoácidos y hormonas tiroideas).
Los aminoácidos (principalmente leucina) son moduladores positivos de la glutamato deshidrogenasa: si los aminoácidos están presentes en el citoplasma, pueden usarse para la síntesis de proteínas, o deben eliminarse porque no pueden acumularse (esto explica por qué los aminoácidos son moduladores positivos) .
Eliminación del amoníaco: ciclo de la urea.
Los peces eliminan el amoníaco colocándolo en agua a través de las branquias; las aves lo convierten en ácido úrico (que es un producto de condensación) y lo eliminan con las heces. Veamos qué sucede en los humanos: dijimos que la glutamato deshidrogenasa convierte el glutamato en α-cetoglutarato y amoníaco, pero no dijimos que esto solo ocurre en las mitocondrias del hígado.
Un papel fundamental de la eliminación de amoníaco, a través del ciclo de la urea, está cubierto por las transaminasas mitocondriales.
el dióxido de carbono, en forma de ion bicarbonato (HCO3-), se activa por el cofactor de biotina que forma la carboxi biotina que reacciona con el amoniaco para dar el ácido carbámico; la reacción subsiguiente utiliza ATP para transferir un fosfato al carbamilfosfato formador de ácido carbámico y ADP (la conversión de ATP en ADP es la fuerza impulsora para obtener la carboxicrobotina). Esta fase es catalizada por la carbamil fosfato sintasa y ocurre en la mitocondria. El carbamilfosfato y la ornitina son sustratos para la enzitina ornitina trans carbamilasa que los convierte en citrulina; Esta reacción ocurre en las mitocondrias (de los hepatocitos). La citrulina producida, abandona la mitocondria y, en el citoplasma, se somete a la acción de la arginina succinato sintetasa : existe la fusión entre el esqueleto carbonoso de la citrulina y la de un aspartato a través de un ataque nucleofílico y la posterior eliminación del agua. La enzima arginina succinato sintasa, requiere una molécula de ATP, por lo tanto, tiene un acoplamiento energético: la hidrólisis de ATP a AMP y pirofosfato (esta última se convierte luego en dos moléculas de ortofosfato) se lleva a cabo mediante la expulsión de una molécula de agua del sustrato y no debido a la acción del agua del medio.
La siguiente enzima es arginina succinase : esta enzima es capaz de dividir el arginina succinato en arginina y fumarato dentro del citoplasma.
El ciclo de la urea se completa con la enzima arginasa : se obtienen urea y ornitina; la urea es drenada por los riñones (orina), mientras que la ornitina regresa a las mitocondrias y reanuda el ciclo.
El ciclo de la urea está sujeto a una modulación indirecta por la arginina: la acumulación de arginina indica que es necesario acelerar el ciclo de la urea; La modulación de la arginina es indirecta porque la arginina modula positivamente la enzima acetil glutamato sintasa. Este último es capaz de transferir un grupo acetilo en el nitrógeno de un glutamato: forma glutamato de N-acetilo, que es un modulador directo de la enzima carbamil-fosfo-sintetasa.
La arginina se acumula como un metabolito del ciclo de la urea si la producción de carbamilfosfato no es suficiente para eliminar la ornitina.
La urea se produce solo en el hígado, pero hay otros sitios donde tienen lugar las reacciones iniciales.
El cerebro y los músculos utilizan estrategias particulares para eliminar los grupos amino. El cerebro utiliza un método muy eficaz en el que se utilizan una enzima glutamina sintasa y una enzima glutamasa : la primera está presente en las neuronas, mientras que la última se encuentra en el hígado. Este mecanismo es muy eficiente por dos razones:
Dos grupos de aminas se transportan desde el cerebro al hígado con un vehículo;
La glutamina es mucho menos tóxica que el glutamato (el glutamato también realiza una transferencia neuronal y no debe exceder la concentración fisiológica).
En peces, un mecanismo similar lleva al grupo amino de aminoácidos a las branquias.
Desde el músculo (esquelético y cardíaco), los grupos amino llegan al hígado a través del ciclo de glucosa-alanina; la enzima involucrada es la glutamina piruvato transaminasa: permite la transposición de grupos amina (que están en forma de glutamato), convirtiendo el piruvato en alanina y, simultáneamente, el glutamato en α-cetoglutarato en el músculo y catalizando el proceso inverso en hígado.
Las transaminasas con diferentes tareas o posiciones también tienen diferencias estructurales y pueden determinarse por electroforesis (tienen diferentes puntos isoeléctricos).
La presencia de transaminasas en la sangre, puede ser un síntoma de daño hepático o cardiopático (es decir, daño tisular al hígado o células del corazón); Las transaminasas están en una concentración muy alta tanto en el hígado como en el corazón: a través de la electroforesis se puede establecer si el daño ocurrió en el hígado o en las células del corazón.
