El metabolismo de las proteínasProteinen metabolismoa

Las proteínas son los únicos compuestos que tienen átomo de nitrógeno. Si no se toman en la alimentación, puede traer consecuencias graves.

Para conocer la concentración de proteínas en la sangre, sería posible medir la concentración de nitrógeno.

En el cuerpo no hay reserva de proteínas; la concentración de proteínas consiste en el equilibrio entre el anabolismo y el catabolismo: el balance nitrogenado.

Negativo: debilidad, algunas enfermedades, desnutrición proteica, en la vejez, en las diabetes no controladas, neoplasias, fiebres altas.

Positivo: cuando lo ingerido supera lo excretado, en la infancia, en el embarazo, en la alimentación posterior a la debilidad.

Para producir proteínas son necesarios los aminoácidos. Los aminoácidos podemos obtenerlos mediante la dieta y mediante la rotura de las proteínas. El organismo sintetiza aminoácidos, pero los llamados esenciales no puede sintetizarlos y tiene que tomarlos mediante la dieta.

Valina

Isoleucina

Leucina

Lisina

Fenilalanina

Triptófano

Metionina

Treonina

Histidina

Arginina

Por la unión de aminoácidos se formarán las proteínas. Hay varias maneras de conseguir estos aminoácidos: uniendo un grupo amino a un cetoácido del ciclo de Krebs (-3ATP), utilizando el ácido glutámico (alanina) o mediante intermediarios de la glucólisis (serina).

El primer paso de la producción de aminoácidos será la entrada del NH4+ (amonio).

Ocurre mediante la siguiente reacción, que lleva a cabo la enzima glutamato deshidrogenasa: α-cetoglutarato + NH4+ + NADPH + ATP L-glutamato + NADP+ + ADP + Pi Como puede verse en las reacciones, se utiliza el poder reductor NADPH + H+: Glutamato + NH4+ + ATP Glutamina + ADP + Pi + H+ Según el aminoácido, las reacciones de producción son distintas. Aun así, los esqueletos carbonados son intermediarios de la glucólisis, de la vía de las pentosas o del ciclo de Krebs:

Oxalacetato → Aspartato → Asparagina, metionina, treonina, isoleucina y lisina.

Piruvato → Alanina, valina y leucina.

Ribosa-5P → Histidina

Fosfoenolpiruvato + Eritrosa-4P → Fenilalanina, tirosina y triptófano.

α-cetoglutarato → Glutamato → Glutamina, prolina y arginina.

Gliceraldehído-3P → Serina → Cisteína y glicina.

Por otra parte, utilizando el glutamato y mediante las transaminasas, pueden producirse algunos aminoácidos. Utilizando aminoácidos, pueden producirse muchas otras biomoléculas importantes.

De la serina se obtiene el extremo reactivo de la esfingosina.

La histamina viene de la descarboxilación de la histidina.

Las hormonas tiroxina, adrenalina y melanina vienen de la tirosina.

La serotonina y el anillo de nicotinamida del NAD vienen del triptófano.

Según el precursor, los aminoácidos pueden clasificarse en distintas familias biosintéticas:

LA ROTURA DE LAS PROTEÍNAS:

Rotura y digestión-absorción.

Rotura intracelular: lisosomal.

Sistema ubiquitina-proteasoma.

Apoptótica.

EL CATABOLISMO DE LOS AMINOÁCIDOS:

Desaminación.

El ciclo de la urea.

La oxidación de las estructuras carbonadas.

DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN 1. Digestión: se lleva a cabo mediante las enzimas producidas en la zona. Participan enzimas distintas: pepsina y gastrina, tripsina, quimiotripsina, elastasa y carboxipeptidasa.

2. Absorción: se lleva a cabo la última parte de la rotura de las proteínas. Ocurre en los enterocitos del intestino delgado.

3. La liberación de los aminoácidos a la sangre.

La digestión empieza en el estómago. La ingesta de proteínas activa la producción de la hormona gastrina, la cual, a su vez, impulsa la liberación del pepsinógeno (la forma inactiva de la pepsina).

La digestión continúa en el intestino delgado gracias a las peptidasas pancreáticas: quimiotripsina y tripsina. Estas activan la proteólisis.

Los aminoácidos formados se absorben en los enterocitos y por medio de la sangre se dirigen a otros órganos y tejidos.

PROTEASAS: LA ROTURA INTRACELULAR (LISOSOMAS) Los lisosomas, llamados también el aparato digestivo de las células, son orgánulos celulares. Tienen dentro un pH de alrededor de 4-5 y más de 50 enzimas hidrolíticas. Sus mutaciones pueden provocar la enfermedad de Gaucher, falta de glucocerebrosidasa.

Las enzimas más importantes son las catepsinas:

Tiol-proteinasas poco específicas.

Trabajan a pH ácido.

Se producen como zimógenos (la forma no activa) y se transportan al lisosoma; el entorno ácido de allí les provoca un cambio conformacional.

uaQ EL SISTEMA UBIQUITINA-PROTEASOMA La rotura de las proteínas es un proceso muy bien dirigido. Primero hay que determinar, dentro de las células, cuáles son las proteínas que hay que romper. Para eso, a las proteínas que se han de romper se les adhieren unas proteínas pequeñas llamadas ubiquitina.

La secuencia de aminoácidos del extremo amino de las proteínas tiene mucha influencia en el proceso de ubiquitinación.

Así, si aparecen los siguientes aminoácidos, la ubiquitinación es más intensa y, por tanto, la vida media de esa proteína es mucho más corta. Participan 3 enzimas: 1.ª enzima: reconoce y activa la ubiquitina con la ayuda del ATP.

2.ª enzima: es la conjugadora de la ubiquitina y transporta la ubiquitina.

3.ª enzima: une las ubiquitinas. Reconoce las proteínas como sustrato y las ubiquitiniza. Además de eso, transporta las ubiquitinas desde la segunda enzima hasta el grupo NH3 de la proteína.

Una vez ocurrida la ubiquitinación, el conjunto de enzimas llamado proteasoma las rompe (complejo formado por proteasas y peptidasas que están en el citoplasma de las células). Como esos aminoácidos obtenidos por la rotura de las proteínas no pueden acumularse, si en ese momento no hacen falta para producir otras proteínas, tienen que ser eliminados. La eliminación de los aminoácidos es un proceso que ocurre en el hígado (desaminación).

REGULACIÓN:

Algunas hormonas, como el glucagón y los glucocorticoides, impulsan la eliminación de las proteínas.

La insulina, en cambio, disminuye la rotura de las proteínas.

APOPTÓTICA Es un proceso dirigido por enzimas proteolíticas (caspasas).

Como consecuencia de la activación de los receptores de TNF, se activan las caspasas. Estas identifican una secuencia tetrapeptídica concreta de las proteínas: Asp-X-X-Asp, degradando la proteína.

Los niveles de la digestión de las proteínas: proteína → péptidos → aminoácidos libres, mediante proteasas y peptidasas. Las endopeptidasas rompen la proteína por dentro; las amino y carboxipeptidasas por los extremos, de péptidos más pequeños a aminoácidos libres.

Se lleva a cabo en distintas situaciones fisiológicas. En los animales, los aminoácidos se rompen mediante la oxidación para obtener energía.

1. Los aminoácidos que no son necesarios para la biosíntesis no se acumulan, se eliminan.

2. Si mediante la dieta se ingieren demasiados aminoácidos, no se acumulan.

3. En los casos de debilidad, se utilizan las proteínas para obtener energía, degradando sus aminoácidos.

El catabolismo se da en dos pasos. Primero pierde el grupo amino, que irá al ciclo de la urea; después la cadena carbonada entra en el ciclo de Krebs, formando glucosa o cuerpos cetónicos.

DESAMINACIÓN Hay distintas maneras de perder el grupo amina. Se quita el grupo amino de los aminoácidos y las cadenas carbonadas se convierten en intermediarios mediante dos etapas: transaminación y desaminación oxidativa.

TRANSAMINACIÓN El grupo amino se transfiere a un α-cetoácido, para formar el α-cetoácido del aminoácido inicial y, junto con ello, para formar un aminoácido nuevo (glutamato). Se da en el citoplasma y lo controlan las transaminasas o aminotransferasas.

Dos ejemplos de ese esquema general son los que dirigen las transaminasas GOT (glutamato-oxalacetato transaminasa) y GPT (glutamato-piruvato transaminasa): GOT: Aspartato + α-cetoglutarato → Oxalacetato + Glutamato GPT: Alanina + α-cetoglutarato → Piruvato + Glutamato Hay transaminasas para todos los aminoácidos, salvo para la treonina y la lisina.

El transporte del nitrógeno se hace desde los tejidos musculares hasta el hígado, en forma de alanina. En el hígado, el NH3 pasa al cetoglutarato, formando piruvato. Del piruvato podría formarse glucosa. A esto se le llama ciclo de la glucosa-alanina: se libera el nitrógeno del músculo y se obtiene energía, formando glucosa.

DESAMINACIÓN OXIDATIVA Se elimina el grupo amino del glutamato y se libera en forma de amoniaco, se forma α-cetoglutarato. Se da en la matriz de las mitocondrias.

Lo hace posible la glutamato deshidrogenasa. Es dependiente del NAD(P), la activa el ADP y la inactivan tanto el ATP como el GTP.

EL CICLO DE LA UREA Termina con las sustancias nitrogenadas formadas en el catabolismo de los aminoácidos, excretándolas en forma de urea. La biosíntesis de la urea se lleva a cabo en 4 fases: 1. Transaminación 2. Desaminación oxidativa 3. El transporte del amoniaco 4. El ciclo de la urea Para convertir el amonio en urea se pone en marcha el ciclo de la urea. El amonio es tóxico y hay que expulsarlo. La síntesis de la urea se da en el hígado.

Transportar la ornitina a la mitocondria.

Allí se unen el ATP, el HCO3 y el NH3 para formar carbamoil-P.

Por la unión de ambos se forma la citrulina y hay que transportarla al citosol.

Entra el aspartato y sale el fumarato.

Por último, la arginasa convierte la arginina en urea y ornitina.

Si el ciclo de la urea tiene problemas, entonces los iones amonio se van acumulando, dando lugar a hiperamonemia. Los síntomas principales son las náuseas, los daños en el cerebro y el coma.

REGULACIÓN:

Carbamoil fosfato sintetasa I: se activa cuando hay N-acetilglutamato.

Inducción enzimática: cuando los niveles de amoniaco o de aminoácidos aumentan en el hígado.

FISIOLÓGICAMENTE:

Uremia: tener urea en la sangre. El síndrome urémico, sobre todo por el fallo de los riñones o cuando en el hígado está aumentada la producción de urea. Se utiliza para medir la función de los riñones.

Amonemia: tener niveles altos de amoniaco en la sangre porque se han dado fallos en el ciclo de la urea.

Hiperamonemia I: fallo de la carbamoil fosfato sintetasa I.

Hiperamonemia II: fallo de la ornitina transcarbamilasa.

Ambos son fallos genéticos y son indicadores de la función del hígado.

El déficit de cualquier enzima del ciclo de la urea puede traer hiperamonemia y alcalosis respiratoria.

LA OXIDACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS CARBONADAS Las cadenas carbonadas de los aminoácidos pueden convertirse en carbohidratos, en grasa o en ambos.

Los 20 aminoácidos se dirigen a 7 metabolitos distintos. Los aminoácidos se clasifican según el destino de su cadena carbonada: glucogénicos y cetogénicos.

Cetogénicos: la cadena carbonada se degrada a acetil-CoA o a acetoacetato y se convierten en ácidos grasos o en cuerpos cetónicos.

Thr, Leu, Phe, Tyr, Trp, Lys

Glucogénicos: las cadenas carbonadas se convierten en piruvato, fumarato, α-cetoglutámico, succinil-CoA o OAA, dando después glucosa.

El óxido nítrico lo produce la enzima óxido nítrico sintasa utilizando arginina. Este gas importante cumple funciones de mensajero. El óxido nítrico activa la enzima guanilato ciclasa (la que produce GMPc) y como consecuencia influye en la actividad de las células; en las neuronas puede funcionar como neurotransmisor, en los macrófagos, en la erección del pene… Provoca la relajación del músculo. La nitroglicerina se toma para aliviar la angina de pecho.