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Proteinas
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METABOLISMO DE PROTEINAS. AMINOACIDOS,
TRANSAMINACION, DESAMINACION, TRANSPORTE
DE AMINOACIDOS, SINTESIS DE UREA
CONCEPTO DE PROTEINAS.-
Se pueden definir como macromoléculas no dializables constituidas por secuencias de
aminoácidos reunidas por uniones peptídicas y provistas de una estructura tridimensional
compleja.
Las proteínas están compuestas de 22 o más sustancias que contienen nitrógeno, llamados
aminoácidos, las cuáles están unidos entre si mediante enlaces químicos denominados uniones
peptídicas, en las cuales el grupo acido ( -COOH ), del primer aminoácido está unido al grupo
nitrogenado ( -NH2). Las moléculas que contienen más de 100 aminoácidos y a veces miles de
ellas se llaman proteínas. El orden y la disposición de estos aminoácidos dependen de un código
genético, el ADN, que se encuentra en el núcleo de toda célula.
METABOLISMO DE LAS PROTEINAS.- Las proteínas provienes de distintos orígenes:
- Proteínas exógenas, vía ingestión, que representan el 30-50% de la proteína ingerida
- Proteínas de reserva, con origen endógeno, son las propias proteínas que produce el
organismo
- Recambio metabólico, con origen endógeno.
Las proteínas ingeridas con la dieta constituyen para el organismo humano la fuente de la
mayoría de los aminoácidos, denominadas proteínas exógenas que son degradadas mediante la
acción de una serie de enzimas proteolíticas, proteasas y peptidasas que las degradan hasta sus
aminoácidos constituyentes para ser absorbidos en el intestino
METABOLISMO DE LAS PROTEINAS.- Las proteínas provienes de distintos orígenes:
- Proteínas exógenas, vía ingestión, que representan el 30-50% de la proteína ingerida
- Proteínas de reserva, con origen endógeno, son las propias proteínas que produce
el organismo
- Recambio metabólico, con origen endógeno.
Las proteínas ingeridas con la dieta constituyen para el organismo humano la fuente de
la mayoría de los aminoácidos, denominadas proteínas exógenas que son degradadas
mediante la acción de una serie de enzimas proteolíticas, proteasas y peptidasas que las
degradan hasta sus aminoácidos constituyentes para ser absorbidos en el intestino.
Las proteínas endógenas son degradadas por enzimas intracelulares que están
localizadas en todos los compartimientos intracelulares, aunque tienen su máxima
concentración en los orgánulos citoplasmáticos denominados lisosomas, en su interior y a
pH 3, se acumulan las enzimas degradativas que realizan la ruptura de los enlaces
peptídicos. La oxidación de un gramo de proteína libera 4,1 Kcal (igual que la glucosa),
las proteínas no son material energético por excelencia
DIGESTION.- En la boca no actúa ninguna enzima sobre las proteínas. La digestión de las proteínas de la dieta es el
proceso global que va desde la ingesta de proteínas hasta la incorporación de los aminoácidos
endógenos a la circulación sistémica.
En ellas pueden distinguirse varias etapas;
1.- Degradación de las proteínas hasta sus respectivos aminoácidos,
2.- La absorción y transporte de los aminoácidos y de los oligopeptidos desde el lumen intestinal hasta el
hígado,}
3.- El metabolismo de los aminoácidos en el hígado y la liberación de los productos al torrente
sanguíneo.
4.- La contribución de otro tejido y la liberación de los productos al torrente sanguíneo.
.
En las células principales de la mucosa del cuerpo del estómago se produce:
1.- Acido clorhídrico en las células parietales, pH 1-2.
2.- Diversas enzimas: la pepsina que se almacena bajo la forma de un precursor inactivo, el
pepsinogeno, en los gránulos de estas células, así como pequeñas cantidades de tributirasa (una lipasa,
ureasa y gelatinasa).
DIGESTION PANCREATICA.-
El jugo pancreático, es la secreción exocrina del páncreas, producida por
los acinos pancreáticos y vertida por medio del conducto pancreático
principal junto con el colédoco en la segunda porción del duodeno a través
de la ampolla de Vate, contiene varias proteinasas importantes, incluyendo la
tripsina, la quimiotripsina, la elastasa y dos carboxipeptidasas. Las dos primeras
se segregan en forma de zimógenos inactivos, el tripsinogeno y el
quimiotripsinogeno A y b,. El tripsinogeno se convierte en tripsina por acción
de la enteroquinasa, enzima segregada por la mucosa intestinal y también por
un proceso autocatalítico. El pH para la tripsina y la quimiotripsina está
alrededor de 8-9, estas enzimas atacan a las proteínas degradándolas a
cadenas peptídicas de longitud variable y a aminoácidos.
.
DIGESTION INTESTINAL.- La digestión de las proteínas y de los productos de hidrolisis por acción de la pepsina,
tripsina, quimiotripsina y carboxipeptidasas se completa mediante las peptidasas
segregadas por la mucosa del intestino delgado, son enzimas intracelulares presentes en
las células de la mucosa, algunas de estas células se desprenden en la cavidad del
intestino delgado, la descamación y la sustitución funcional de las mismas es un proceso
continuo y rápido y su contenido enzimático aumenta por la acción de la hormona
enteroquinina,elevados por la mucosa intestinal en resp0uesta de una variedad de
productos digestivos.
La hidrolisis de la mayoría de las proteínas se completa hasta llegar a sus aminoácidos
constituyentes, que están listos para ser absorbidos por el plasma sanguíneo.
ABSORCIÓN
La absorción intestinal es el proceso por el cual los aminoácidos liberados de
las proteínas de las dietas pasan desde la luz intestinal hacia la circulación
portal. En ella se distinguen varias etapas:
a.- La absorción de aminoácidos por las membranas luminales de las células
epiteliales del aparato digestivo.
b.- El metabolismo nitrogenado de los enterocito.
c.- El transporte de los aminoácidos desde los enterocito a la circulación entérica
a través de las membranas vasolaterales.
• Recambio proteico
Una característica muy especial delo metabolismo proteico es la existencia conjunta de
procesos de síntesis y degradación de proteínas. 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, este recambio es más rápido para las proteínas de la
mucosa intestinal, hígado, páncreas y eritrocito, el recambio proteico alcanza diariamente
hasta un 2% del total de proteínas del organismo.
La mayor parte de los aminoácidos procedentes de la proteoli8sis vuelven a utilizar en la resintesis de
proteínas aunque se pierden entre un 15%-20% del total, lo que obliga a su reposición dietética.
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 lisosomas.
METABOLISMO DE LOS AMINOACIDOS.-
Los aminoácidos provenientes de la digestión de las proteínas alimentaria, las fuentes
endógenas son absorbidas y transportadas principalmente por la sangre como
aminoácidos libres al hígado, el sitio primero del metabolismo de los aminoácidos y a
otros órganos y tejidos del organismo para su utilización.
.
Los aminoácidos también pueden ser oxidados en el organismo, suministrando una
energía de aproximadamente de 4kcal x gr y un 15%-20% de los requerimientos
energéticos totales de un adulto promedio
METABOLISMO DE LOS AMINOACIDOS EN EL ENTEROCITO.-
Los aminoácidos que llegan al enterocito pueden seguir varias vías
metabólicas, entre las que destacan su utilización para la síntesis de proteínas
mucosales, intercambio entre ellos, consumo energético y liberación a la
sangre portal..
Las células de la mucosa realizan también algunas transformaciones en los
aminoácidos absorbidos, especialmente, la transaminación del aspartato y del
glutamato, como consecuencia, la sangre portal no contiene cantidades
importantes de estos aminoácidos, sino de sus productos metabólicos
nitrogenados que es la alanina.
Se cree que estas transformaciones tienen por objeto evitar la posible
toxicidad de los aminoácidos dicarboxilicos a nivel del sistema nervioso central.
El metabolismo proteico del enterocito, al contrario que el del hígado y el
musculo no está sujeto a control hormonal.
METABOLISMO DE LOS AMINOACIDOS EN EL HIGADO.-
El hígado juega un papel fundamental en el metabolismo nitrogenado, los
aminoácidos que llegan por la vena porta pueden seguir algunas de las siguientes
vías:
a.- Pasar a la circulación sistémica por la vena supra hepática sin metabolización.
b.- Originar péptidos, proteínas y otros derivados metabólicos nitrogenados como
purinas y pirimidinas, porfinas, amino-alcoholes, etc. Algunos de estos compuestos,
fundamentalmente, ciertas proteínas, serán posteriormente liberados a la circulación
como la albumina y demás proteínas plasmáticas ( pre-albumina, proteína fijadora
del retinol, transferrina, fibrinógeno, etc.).
c.- Catabolizarse para producir energía.
METABOLISMO DE LOS AMINOACIDOS EN MUSCULO.-
La captación muscular de aminoácidos y la utilización en la síntesis de
proteínas es estimula por la Insulina, mientras que los glucocorticoides tienen
efectos opuestos. Después de la ingestión de alimentos, predomina la captación
y utilización de los aminoácidos para la proteosintesis mientras que en los periodos
interdigestivos y en el ayuno predomina la liberación de aminoácidos con fines
gluconeogenos destacando lo siguiente:
.- La Alanina, es el principal aminoácido gluconeogeno, el origen muscular de
este aminoácido no se refiere únicamente al que se encuentra inicialmente en las
proteínas tisulares, sino que incluye, además su formación a partir del Piruvato
mediante la transferencia del grupo amino de otros aminoácidos como la
isoleucina y la valina.
.- El Piruvato puede provenir de la glucolisis muscular.
.- La Glutamina es captada por las células de la mucosa intestinal, donde se
transforma finalmente en alanina que puede alcanzar el hígado para ser utilizada
como sustrato gluconeogenos.
TRANSPORTE DE AMINOACIDOS.-
El transporte de aminoácidos es un proceso de gran trascendencia metabólica ya que
regula el flujo de aminoácidos entre la célula y el espacio extracelular. Los aminoácidos
ingresan a las células a través de proteínas de la membrana plasmática bien
caracterizadas
El sistema transporta aminoácidos zwitteriónicos de cadena corta, y posiblemente
participa en la regulación de la gluconeogénesis a partir de aminoácidos, especialmente
alanina, así como también se le implica en la duplicación celular. El sistema N transporta
aminoácidos con cadena lateral nitrogenada entre los que destaca la glutamina,
importante en el control de la síntesis de proteínas.
El sistema Le permite el acceso de aminoácidos de cadena lateral larga como los
aminoácidos aromáticos y de cadena ramificada. Este sistema generalmente constitutivo
es crucial en el control del ingreso de estos aminoácidos hacia el cerebro, en donde
algunos de ellos son precursores de neurotransmisores.
El transporte de aminoácidos se ha estudiado a nivel molecular partiendo de la
clonación de los ácidos desoxirribonucleicos complementarios de varios transportadores,
abriendo la posibilidad de realizar estudios estructurales y de regulación de su actividad y
expresión.
DEGRADACION DE LOS AMIINOACIDOS-SINTESIS DE LA UREA.-
La catabolizacion de los aminoácidos con fines energéticos es un proceso que está
regulado fundamentalmente por la Km de las enzimas que catalizan las primeras etapas de
las vías degradativas, es generalmente muy alta, por lo tanto solo hay catabolismo cuando
la ingesta es muy rica en proteínas.
La degradación de los aminoácidos hepáticos origina amoniaco, como del que se origina
por los microorganismos en el intestino y llega por vía porta, igualmente se origina de la
glutamina, aminoácido que lo puede transformar a partir de otros tejidos, sustancia toxica
que debe ser transformada en urea. El esqueleto carbonado restante puede utilizarse
directamente para obtener energía o transformarse en glucosa, dependiendo de las
condiciones fisiológicas. La utilización energética directa se produce en condiciones
normales de alimentación mientras que la gluconeogénesis se pone en marcha cuando la
dieta carece de carbohidratos
El ciclo de la urea comienza en el interior de las mitocondrias de los hepatocitos, en el
organismo se produce de forma natural por la unión de amoniaco y los productos de
degradación proteica y aminoácidos. En los riñones la urea pasa de la sangre a la orina
eliminándose así este producto de desecho. La urea tiene un alto momento dipolar y es muy
soluble en agua, lo que hace que su eliminación a través de la orina sea un proceso muy
eficiente. Por término medio, una persona excreta alrededor de 30 g de urea cada día, casi
todo a través de la orina, también aparece en heces y sudor.
TRANSAMINACION.- Son reacciones donde se traspasa el grupo amino desde un alfa-aminoácido a un
alfa-cetoácido, convirtiéndose el 1º alfa-cetoácido, y el 2º en un alfa-aminoácido. Las
enzimas que catalizan estas reacciones son las transaminasas y necesitan el piridoxal
fosfato (PLP) como coenzima, pasa a su forma de piridoxamina. Las transaminasas
existen para todos los aminoácidos, excepto para la treonina y la lisina.
Cuando predomina la degradación, la mayoría de los aminoácidos cederán su
grupo amino al alfa-cetoglutarato que se transforma en glutamato (GLU), pasando en
el diagnóstico clínico. Estas enzimas, abundantes en corazón e hígado, son liberadas
cuando los tejidos sufren una lesión, por lo tanto sus niveles altos en suero pueden ser
indicativos de infarto de miocardio, hepatitis infecciosa, u otros daños orgánicos.
GPT o ALAT
Glutamato + Piruvato ================== -Cetoglutarato + Alanina
GOT o ASAT
Glutamato + Oxalacetato ================= -Cetoglutarato + Aspártico.
Este proceso se realiza en el citosol y las mitocondrias,
DESAMINACION.-
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.
La primera reacción en la ruptura de los aminoácidos es casi siempre la
remoción de su grupo alfa-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
El ciclo de la urea tiene gran capacidad metabólica y esta perfectamente regulado por
efectos alostérica como por fenómenos de inducción enzimática:
a.- Regulación alostérica:
Se trata de un sistema de retroalimentación positivo, una especie de autoalimentacion
con fines desintoxicantes.
b.- Inducción Enzimática:
Las enzimas del ciclo de la urea se inducen en general por la riqueza proteica de la
dieta, y también por el ayuno, situación en la que se utilizan los aminoácidos para la
gluconeogénesis.
El amoniaco que puede escapar de la orogénesis se encuentra al final de su recorrido
por los sinusoides hepáticos, con otro sistema desintoxicante muy activo que es la síntesis
de glutamina. De esta forma se asegura que no pase, prácticamente, amoniaco a la
circulación sistémica y se evita su efecto toxico.
REACCIONES:
1. El primer grupo amino que ingresa al ciclo proviene del amoníaco libre intramitocondrial. El
amoníaco producido en las mitocondrias, se utiliza junto con el bicarbonato (producto de la respiración
celular), para producir carbamoil-fosfato. Reacción dependiente de ATP y catalizada por la carbamoil-
fosfato-sintetasa I. Enzima alostérica y modulada (+) por el N-acetilglutamato.
2. El carbamoil-fosfato cede su grupo carbamoil a la ornitina, para formar citrulina y liberar Pi. Reacción
catalizada por la ornitina transcarbamoilasa. La citrulina se libera al citoplasma.
3. El segundo grupo amino procedente del aspartato (producido en la mitocondria por transaminación
y posteriormente exportado al citosol) se condensa con la citrulina para formar argininosuccinato.
Reacción catalizada por la argininosuccinato sintetasa citoplasmática. Enzima que necesita ATP y
produce como intermediario de la reacción citrulil-AMP.
4. El argininosuccinato se hidroliza por la arginino succinato liasa, para formar arginina libre y fumarato.
5. El fumarato ingresa en el ciclo de Krebs y la arginina libre se hidroliza en el citoplasma, por la
arginasa citoplasmática para formar urea y ornitina.
6. La ornitina puede ser transportada a la mitocondria para iniciar otra vuelta del ciclo de la urea.
En resumen, el ciclo de la urea consta de dos reacciones mitocondriales y cuatro citoplasmáticas
ENERGETICA DEL CICLO:
La síntesis de la urea requiere 4 Pi de alta energía. 2 ATP para formar el carbamoil - P y un ATP para
producir argininosuccinato. En la segunda reacción el ATP se hidroliza a AMP y PPi, que puede ser
nuevamente hidrolizado para dar 2 Pi.
.La conexión entre ambos ciclos, de la urea y de los ácidos tricarboxílicos, reducen el coste energético
de la síntesis de urea. El ciclo de la urea conlleva la conversión de oxalacetato en fumarato y la
posterior conversión del fumarato hasta oxalacetato producirá un NADH, que podrá generar 3 ATP en
la respiración mitocondrial, lo que reduce el coste de la síntesis de urea.
BIBLIOGRAFIA.-
- VV.AA,2006,Bioquimica 3ra edición, editorial panamericana,
- - Mahan l.k., Scott-stump s., nutrición y dietoterapia de Krause 10ma edición,
editorial McGraw-Hill interamericana México 2000.
- Ángel gil, tratado de nutrición tomo iii, 2da. Editorial panamericana,2010
