Metabolismo de Aminoácidos e Ciclo da Ureia

12/11/2020| BCM| Prof.Heloisä| Lehninger, capítulo 18 METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS E CICLO DA UREIA -as proteínas das dieta são enzimaticamente degradadas até aminoácidos no trato gastrointestinal; –quando as proteínas chegam ao estômago, inicia-se a secreção de gastrina (células G), ácido clorídrico (células parietais) e pepsinogênio (células principais); isso aumenta a acidez do suco gástrico, que atua como um agente desnaturante, desvelando proteínas globulares e tornando suas ligações peptídicas internas mais susceptíveis à hidrólise; o pepsinogênio, é convertido depois em ativa pela acidez, protease que ativa novas porção dietas proteínas e fragmentação em outras, ligações peptídicas; chegada de aminoácidos na parte superior do intestino delgado (duodeno) determina a liberação para o sangue do hormônio colecistocinina, que estimula a secreção de diversas enzimas pancreáticas em condições ótimas em pH 7 a 8; –o tripsinogênio, o quimotripsinogênio e as procarboxipeptidases A e B- os zimogênios da tripsina, da quimotripsina e das carboxipeptidases A e B- são sintetizados e secretados pelas células exócrinas do pâncreas; –o tripsinogênio é convertido em sua forma ativa, a tripsina, pela enteropeptidase; –essas enzimas precisear estar em forma de zimogênios quando não são necessárias à digestão pois isso protege as células do estômago e intestino do ataque proteolítico destrutivo; a tripsina e а quimotripsina continuam a hidrólise dos peptídeos produzidos pela pepsina no estômago; a pepsina, a tripsina e а quimotripsina apresentam especificidades distintas quanto aos aminoácidos sobre os quais atuam; –o resultado da digestão são aminoácidos livres que são transportados para dentro das células epiteliais que revestem e intestino delgado e através das quais os aminoácidos entram no capilares sanguíneos nas vilosidades e são transportados até o fígado; –há dois processos principais para a degradação protéica em células eucarióticas: 1. efetuado por proteases de lisossomos, as catepsinas, e é utilizado principalmente para a degradação de proteínas extracelulares, internalizadas por endocitose, e proteínas citosólicas de meia-vida longa; 2. ocorre no citosol e cumpre-se com a mediação de uma proteína chamada ubiquitina. Para marcar a proteína destinada à degradação, várias moléculas de ubiquitina são ligadas sequencialmente à proteína, por uma cadeia plural ubiquitinagem, essas reações são catalisadas por famílias de ligases e ocorrem com gasto de ATP. A LARISSA NIGULA|1 12/11/2020| BCM| Prof.Heloisä| Lehninger, capítulo 18 proteína, então ubiquitinada, torna-se apta a interagir com um grande complexo proteolítico multienzimático, o proteassomo. Ele é formado por dezenas de subunidades e, à custa de ATP, é capaz de catalisar a hidrólise de ligações peptídicas envolvendo praticamente qualquer aminoácido; a própria ubiquitina resiste à hidrólise, podendo participar de outros ciclos proteolíticos. NO FIGADO a primeira etapa no catabolismo da maioria dos L-aminoácidos é a remoção de seus grupos a- amino, realizada por enzimas denominadas aminotransferases ou transaminases. Nessas reações de transaminação, o grupo alfa-amino é transferido para o carbono alfa do alfa- cetoglutarato, liberando o correspondente alfa- cetoácido, análogo do aminoácido; não ocorre desaminação, perda de grupos aminos, nessas reações, ocorre apenas una transferência; o efeito das reações de transaminação é coletar grupos amino de diferentes aminoácidos, na forma de L-glutamato. O glutamato então funciona como doador de grupos amino para vias biossintéticas ou para vias de excreção, que levam à eliminação de produtos de excreção nitrogenados; todas as aminotransferases apresentam o mesmo grupo prostético e o mesmo mecanismo de reação. O grupo prostético é o piridoxal- fosfato (PLP), a forma de coenzima da piridoxina ou vitamina B6; LARISSA NIGULA |2 PANCREATITE AGUDA é uma doença causada por obstrução da via normal pela qual as secreções pancreáticas chegam ao intestino. Os zimogênios e das enzimas proteolíticas são prematuramente convertidos em suas formas cataliticamente ativas dentro das células pancreáticas e atacam o próprio tecido pancreático. Isso causa dores intensas e lesão ao órgão, o que pode ser fatal; 12/11/2020| BCM| Prof.Heloisä| Lehninger, capítulo 18 –nos hepatócitos, o glutamato é transportado do citosol para a mitocôndria, onde sofre desaminação oxidativa, catalisada pela L- glutamato-desidrogenase, enzima presente na matriz mitocondrial; –a glutamato-desidrogenase atua sobre o metabolismo do carbono e de nitrogênio de forma importante; possui moduladores alostéricos como o modulador positivo ADP e modulador negativo GTP; –como a amônia é uma substância tóxica para o organismo humano, sua concentração no sangue deve ser regulada e transportada corretamente. Assim, a amônia livre produzida nos tecidos combina-se com o glutamato, produzindo GLUTAMINA pela ação da glutamina-sintetase. Essa reação requer ATP e ocorre em duas etapas. -GLUTAMINA é uma forma de transporte não tóxico para a amônia; ela normalmente está presente no sangue em concentrações muito maiores que os demais aminoácidos. A glutamina também serve como fonte de grupos amino em várias reações biossintéticas; –em uma forma não tóxica, por meio de uma via denominada CICLO DA GLICOSE-ALANINA o glutamato pode seguir a via da glutamina ou pode transferir seu grupo α-amino para o, piruvato, produto da glicólise muscular facilmente disponível, pela ação da alaninaaminotransferase, que se transforma em alanina; -a alanina assim produzida passa para o sangue e segue para o fígado. No citosol dos hepatócitos, a alanina-aminotransferase transfere o grupo amino da alanina para o alfa- cetoglutarato, formando piruvato e glutamato. O glutamato então entra na mitocôndria, onde a reação da glutamato-desidrogenase libera NH4+, do glutamato que se combina com o oxaloacetato para formar aspartato, outro subisstrato para o ciclo da ureia. durante a contração muscular há produção de lactato e piruvato, além de produção de alanina. piruvato é lactato são reconvertidos na glicose, que volta aos músculos, e a amônia é convertida em ureia para excreção; -glutamina e alanina são transportadores de amônia para o fígado; LARISSA NIGULA |3 12/11/2020| BCM| Prof.Heloisa| Lehninger, capítulo 18 - para que a amônia seja removida do corpo é necessária a presença de glutamato-desidrogenase e glutamina sintetase; essas duas enzimas promovem a aminação redutora e formação de glutamina, forma não tóxica de transporte da amônia; essas duas enzimas estão presentes em grande quantidade no cérebro; - altos níveis de NH4+ levam a um aumento nos níveis de glutamina. os estágios finais da INTOXICAÇÃO POR AMÔNIA em humanos são caracterizados por indução de um estado de coma, acompanhado por edema cerebral (aumento no conteúdo de água do cérebro) e aumento da pressão intracraniana, de modo que pesquisas e especulações em torno da intoxicação por amônia têm sido focalizadas nesse tecido. As especulações centralizam-se em uma possível depleção do ATP nas células do cérebro; A amônia facilmente cruza a barreira hematoencefálica, de modo que qualquer condição que aumente os níveis de amônia na circulação sanguínea também exporá o cérebro a altas concentrações, o que pode causar perda de neurônios, alteração nas sinapses e deficiência no metabolismo energético; FIGURA 18-9 Ciclo da alanina. Glutamina formada nos tecidos periféricos libera amônia para a excreção como uréia no fígado, enquanto o esqueleto carbônico é reciclado em glicose. FIGURA 23-13 Metabolismo dos aminoácidos no fígado. LARISSA NIGULA |4 12/11/2020| BCM| Prof.Heloisa| Lehninger, capítulo 18 CICLO DA UREIA - se não forem reutilizados para a síntese de novos aminoácidos ou de outros produtos nitrogenados, os grupos amina são canalizados em um único produto final de excreção e essa excreção ocorre na forma de uréia; - a amônia depositada na mitocôndria dos hepatócitos é convertida em uréia no ciclo da ureia por meio de 5 etapas enzimáticas; - essa produção de ureia ocorre quase exclusivamente no fígado, sendo o destino da maior parte da amônia canalizada para esse órgão. A ureia passa para a circulação sanguínea e chega aos rins, sendo excretada na urina; - o ciclo ocorre tanto na mitocôndria como no citosol; o primeiro grupo amino que entra no ciclo da ureia é derivado da amônia na matriz mitocondrial. O segundo grupo amino do NH4+ é fornecido pelas vias já citadas; - o fígado também recebe parte da amônia pela veia porta, sendo essa amônia produzida no intestino pela oxidação bacteriana de aminoácidos. Qualquer que seja sua fonte, o NH4+ presente na mitocôndria hepática é utilizado imediatamente, juntamente com o CO2, produzido pela respiração mitocondrial, para formar carbamoil-fosfato na matriz, reação dependente de ATP e que ocorre pela ação da carbamoil-fosfato-sintetase I (enzima regulatória); 1. o carbamoil-fosfato doa seu grupo carbamoila para a ornitina, formando citrulina, com a liberação de fosfato; a reação é catalisada pela ornitina-transcarbamilase; - a ornitina desempenha um papel que se assemelha àquele do oxaloacetato no ciclo do cíclo cítrico, aceitando material a cada volta do ciclo da ureia. A citrulina produzida no primeiro passo do ciclo da ureia passa da mitocôndria para o citosol; 2. o segundo grupo amino é trazido a partir do aspartato produzido na mitocôndria por transaminação e transportado para o citosol; - a reação de condensação entre o grupo amino do aspartato e o grupo ureido (carbonila) da citrulina forma arginino-succinato. Essa reação citosólica, catalisada pela arginino-succinato-sintetase, requer ATP; 3. o arginino-succinato é então clivado pela arginino-succinase, formando arginina e fumarato; e o fumarato é convertido em malato e a seguir entra na mitocôndria para unir-se aos intermediários do ciclo do ácido cítrico (é uma ligação irreversível); 4. a enzima citosólica arginase cliva a arginina, produzindo ureia e ornitina. A ornitina é transportada para a mitocôndria para iniciar outra volta do ciclo da ureia; LARISSA NIGULA |5 12/11/2020| BCM| Prof.Heloisa| Lehninger, capítulo 18 - NH2 - COH - CH2 - CH2 - COOO- - α-Cetoglutarato Glutamina (dos tecidos extra-hepáticos) Aminoácidos (do músculo) Alanina α-Cetoácido NH2 - OOC—CH2—C—CH—COO- Glutamina Glutaminase Glutamato-desidrogenase Aspartato-aminotransferase NH3 NH2 - CH2—CH2—COO- Ciclo da ureia HCO3- + 2 ATP Glutamato Citrulina NH4+ 2 ADP + Pi Carbamoil-fosfato Ornitina NH2—(CH2)3—CH—COO- Matriz mitocondrial CH (forma de Milton) 2 PPi 2 H+ (O de Moon) Ureia H2O Glutamato NH2 NH3+ Mitochondrial ii Ninguém gosta de bíceps Glutamina Ornitina Py Ciclo do ácido Amido de isflag CH2—CH2 NH3 Fumarato CH(1COOH) Arginina NH3+ Ciclo da ureia Citrulina 133 Cho CH(3C) AMP Intermediário citrulil-AMP Aspartato OOC—CH2—CH—CH2 COO- Citrato Ciclo do ácido Ciclo da ureia Glutamina M2H4+ O (Y intersection) Arginina NH3+ Arginino-succinato CH=O Arginina Arginino-succinato Carbamoil-fosfato Carbamoil-fosfato ciclo do ácido NH3 Ascendente CO2 Aminoácidos (do músculo) Asas sempre abertas (bordo círculo) Citrulina Nota to CO2 CH2—C—NH2 OOC—CH2—HOH - Citrulina—NH5+ "da NH4/leadic concent fix" "ordo incerta" Palavra-chave da tabela-fonte: Ciclo da Ureia Glutamina NH3+ Ciclo (não Fumarato Ciclismo ativo de beira cont. Conteúdo do asinato Arginina Supinats—NH+3 2 ADP + Pi Matriz mitocondrial Ciclo da ureia 2 Arginina 2 Citrulinas Citrulinas Marcus Lurada Expandido NH+] -> - CH+| 12/11/2020| BCM| Prof. Heloisa| Lehninger, capítulo 18 LIGAÇÃO ENTRE CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO E DA UREIA -uma vez que o fumarato produzido na reação da arginino-succinase também é um intermediário do ciclo do ácido cítrico, os ciclos estão, a princípio, interconectados - em processo apelidado de 'bicicleta de Krebs' -os ciclos são independentes um do outro e a comunicação entre eles depende do transporte de intermediários-chave entre a mitocôndria e o citosol; -os principais transportadores na membrana interna da mitocôndria incluem o transportador malato-α-cetoglutarato, o transportador glutamato-aspartato e o transportador glutamato-OH, esses transportadores facilitam o movimento do malato e do glutamato para dentro da matriz mitocondrial e o movimento do aspartato e do α-cetoglutarato para fora da mitocôndria, rumo ao citosol; -não há um transportador para levar diretamente o fumarato gerado na síntese de arginina no citosol para a matriz mitocondrial. Contudo, o fumarato pode ser convertido em malato no citosol, e depois esses intermediários podem ser metabolizados no citosol ou o malato pode ser transportado para o interior da mitocôndria, para utilização no ciclo do ácido cítrico; -o aspartato formado na mitocôndria por transaminação entre o oxaloacetato e o glutamato pode ser transportado para o citosol, onde atua como doador de nitrogênio na reação do ciclo da ureia catalisada pela arginino-succinato-sintetase; -essas reações, que constituem a LANÇADEIRA ASPARTATO-ARGININO-SUCCINATO, fornecem elos metabólicos entre essas vias separadas, pelos quais os grupos amínio e os esqueletos de carbono dos aminoácidos são processados; -os ciclos da ureia e do ácido cítrico estão fortemente unidos a um processamento celular, que traz o NADH para remoção de equivalentes redutores para dentro da mitocôndria; LARISSA NIGULA |7 12/11/2020| BCM| Prof. Heloisa| Lehninger, capítulo 18 REGULAÇÃO DO CICLO DA UREIA -quando a ingestão dietética é basicamente protéica, os esqueletos de carbono dos aminoácidos são utilizados como combustível, produzindo muita ureia a partir dos grupos amíno excedentes; -durante o jejum prolongado, quando a degradação de proteína muscular começa a suprir boa parte de energia metabólica do organismo, a produção de ureia também aumenta significativamente; -as enzimas do ciclo da ureia são reguladas de acordo com a demanda; dietas desprovidas de proteínas produzem níveis mais baixos das enzimas do ciclo da ureia; -a carbamoil-fosfato-sintetase I, é ativada alostericamente por N-acetilglutamato, sintetizado a partir de acetil-CoA e glutamato pela N-acetilglutamato-sintase; BALANÇO NITROGENADO -o balanço nitrogenado é a diferença entre a quantidade de nitrogênio adquirida pelo corpo a cada dia (principalmente na forma de proteínas da dieta) e a quantidade de nitrogênio em compostos perdidos; -se é ingerido mais nitrogênio do que é excretado, diz-se que uma pessoa tem balanço nitrogenado positivo, o qual ocorre em indivíduos em crescimento (exemplo, crianças e mulheres grávidas), que estão sintetizando mais proteína do que degradando; -inversamente, se menos nitrogênio é ingerido que excretado, diz-se que a pessoa está em balanço nitrogenado negativo, o qual se desenvolve em uma pessoa que está ingerindo pouca proteína ou proteína deficiente em um ou mais aminoácidos essenciais; -pessoas com defeitos genéticos em qualquer dos enzimas envolvidos na formação de ureia não toleram dietas ricas em proteína. Os aminoácidos ingeridos em excesso, além das necessidades mínimas diárias para a síntese proteica, são desaminados no fígado, produzindo amônia livre, que não pode ser convertida em ureia para ser exportada para a corrente sanguínea e a amônia é altamente tóxica. A ausência de uma enzima do ciclo da ureia pode LARISSA NIGULA |8 12/11/2020| BCM| Prof. Heloisa| Lehninger, capítulo 18 resultar em hiperamonemia ou no aumento de um ou mais intermediários do ciclo da ureia, dependendo da enzima que estiver faltando. Uma vez que a maioria das etapas do ciclo da ureia é irreversível, a ausência de uma atividade enzimática frequentemente pode ser identificada pela determinação de qual intermediário do ciclo está presente em concentrações especialmente altas no sangue e/ou na urina; -embora a degradação dos aminoácidos possa apresentar sérios problemas para a saúde das pessoas com deficiências no ciclo da ureia, uma dieta desprovida de proteínas não é uma opção de tratamento. Pessoas são incapazes de sintetizar metade dos vinte aminoácidos protéicos, e esses aminoácidos essenciais devem estar presentes na dieta; -dependendo de seu produto final de degradação, alguns aminoácidos podem ser convertidos em corpos cetônicos, alguns em glicose e alguns em ambos. Assim, a degradação dos aminoácidos está integrada ao metabolismo intermediário, podendo ser crucial para a sobrevivência em condições nas quais os aminoácidos são uma fonte significativa de energia metabólica; LARISSA NIGULA |9 12/11/2020| BCM| Prof. Heloisa| Lehninger, capítulo 18 LARISSA NIGULA |10