3. Metabolismo de las proteínas (2017)

Apunte Español
Universidad Universidad Internacional de Cataluña (UIC)
Grado Medicina - 2º curso
Asignatura Digestivo y Metabolismo
Año del apunte 2017
Páginas 15
Fecha de subida 16/06/2017
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Berta Alegre Edo T3: Metabolismo de las proteínas 1 AMINOÁCIDOS, PÉPTIDOS Y PROTEÍNAS Una proteína es una biomolecula formada por una cadena de aminoácidos.
Loa aminoácidos son moléculas sencillas que contienen: un grupo amino con nitrógeno, un grupo carboxilo y una cadena lateral variable (R).
En la naturaleza existen 20aa diferentes y lo que los hace diferentes es la cadena lateral (R) que es diferente en cada aminoácido y lo dota de unas características concretas.
Estos 20aa se clasifican de muchas maneras pero una de ella es según; esenciales o no esenciales. La diefrencia es que: o o Los esenciales no se pueden sintetizar en el cuerpo y lo tenemos que incorporar con la dieta.
Los no esenciales si se sintetizan en el cuerpo.
La unión de aminoácidos se da medainte enlaces peptídicos que son enlaces covalentes que lo que hacen es unir un grupo carboxilo de un aa con el gurpo amino del aa siguente. Después de esta unión se libera una molécula de agua.
Enlace peptídico: unión covalente entre un grupo carboxilo de un aa y un grupo amino de otro aa, liberando una molécula de H2O.
Pueden formarse cadenas largas de aa y se dan muchos enlaces peptídicos. Dependiendo de la longitud de la cadena podemos hablar de: - Oligopeptidos: secuencias cortas, menos de 10aa Péptido: más de 10aa Proteína: más de 100aa Todos ellos unidos entre ellos por enlaces peptídicos.
Berta Alegre Edo Las proteínas participan en muchos procesos y tienen entonces muchas funciones como formar uñas y pelo, en sangre, en los nervios o el cerebro, enzimáticas, anticuerpos, mensajeros celulares o musculares.
El colágeno es el 25% de la masa proteica del cuerpo, y es la proteían estructural más abudante.
Lo normal es que se establezca un equilibrio diario de proteínas y se da formando la pool de aminoácidos.
En un individuo sano las entradas y salidas deberían ser iguales.
Las entradas se dan mediante: - Proteínas del propio cuerpo que el organismo degrada para sintetizar proteínas de nuevo. Se degradan las proteínas, pero los aa continúan siendo funcionales.
Entrada de aa esenciales por la dieta y algunos aa no esenciales de sintetizan.
Las salidas se dan por: - Síntesis de nuevas proteínas.
Formación de glucosa, cuerpos cetónicos, ácidos grasos, etc.
Formación compuestos no proteicos que contienen moléculas de nitrógeno.
Producción de energía.
2 DIGESTIÓN A NIVEL SISTÉMICO Digestión de proteínas Lo que ingerimos son proteínas que se tienen que degradar a aminoácidos antes de ser absorbidas por los enterocitos. Entonces se fragmentan en aa gracias al estómago, páncreas e intestino delgado.
Estómago: Las células principales del estómago secretan zimógeno, que es la forma inactiva de pepsina, con lo que este zimógeno debe activarse y esto se da Berta Alegre Edo gracias al pH ácido del estómago. El pH es ácido gracias al ácido clorhídrico que secretan otras células del estómago que son las células parietales.
Una vez activada la pepsina, que es una proteasa, degrada a las proteínas en fragmentos más pequeños. La pepsina es una proteína proteasa con lo que, al ser la misma una proteína, se da una retroalimentación positiva. La pepsina corta el fragmento que activa al zimógeno.
Las pro-enzimas contienen una secuencia de aa extra y cuando se libera esta secuencia (naranja en la imagen) tenemos la forma activa.
Intestino delgado y páncreas: El bolo alimenticio cuando llega al intestino delgado se encuentra con otras proteasas que se liberan por el páncreas. Esto ayuda a la continuación de la digestión de nuestras proteínas.
La proteasa más importante es la tripsina que se secreta en forma de tripsinógeno que es la forma inactiva.
La forma activa se consigue con una enteropeptidasa que es una proteasa que corta una parte del proenzima. Esta enteropeptidasa está unida a la membrana de los enterocitos con lo que provoca que el tripsinógeno elimine su parte inactiva para acabar formando la tripsina activa.
Una enteropeptidasa de los eritrocitos es la que convierte el tripsinógeno en tripsina.
Berta Alegre Edo La tripsina se retroalimenta positivamente y también actúa en otras proteasas activándolas; como el quimiotripsinógeno, prolactasa y también las carboxipeptidasas. Esto son proteasas que poco a poco degradan proteínas hasta conseguir la secuencia más corta posible que son aa solos.
Las carboxipeptidasas son un tipo de peptidasas que encontramos en nuestra secreción pancreática. Pueden ser de dos tipos: - Endopeptidasas: cortaran el péptido por la mitad.
Exopeptidasas: 2 tipos depende del extremo que corten si el amino o el carboxilo.
o Aminopeptidasas o Carboxipeptidasas El último paso de todos es la absorción por los enterocitos de los aminoácidos. Los aa libres entran al enterocito siempre en simporte con sodio mediante bomba de sodio.
Puede ser que haya pequeños péptidos que no hayan sido cortados que también se internalizan por el enterocito. Dentro de este el fragmento de varios aa sufre una hidrólisis que da como resultado aa libres en el citoplasma del enterocito.
Ya sea por la entrada de aa libres o la entrada de los pequeños péptidos, siempre pasan a sangre portal aa libres, nuca encontraremos tripéptidos o dipéptidos en sangre.
Berta Alegre Edo 3 DIGESTIÓN INTRACELULAR Dentro de las células se da el proceso de digestión de proteínas mediante dos mecanismos: - Dependiente de ATP: proteosoma Independiente de ATP: lisosomas Sistema de proteosoma o o o El sistema de proteosoma se una para la eliminación de proteínas viejas o mal plegadas.
La célula detecta este error de plegamiento o simplemente envejecimiento y entonces se elimina la proteína.
La reacción requiere ATP, gasto de energía.
Funciona de forma que tenemos que degradar una proteína para reutilizar sus aa. A esta proteína se la señaliza con ubiquitina que es la marca mediante la cual se capta por el proteosoma. El proteosoma solo reconoce las proteínas marcadas por ubiquitina, entonces tras el paso por el proteosoma se obtienen los aa.
Proceso: 1) La proteína seleccionada para la degradación se marca con ubiquitina (Proceso ATP dependiente).
2) Las proteínas ubiquitinizadas se reconocen por el proteosoma citosólico que las despliega, les quita la ubiquitinización y las transporta las proteínas al núcleo del proteosoma.
3) Los fragmentos peptídicos producidos por el proteosoma se degradan a aminoácidos en el citosol.
La marcación con ubiquitina se hace mediante varios enzimas (es donde se da el gasto de ATP): - Enzima1: marcada con ubiquitina Enzima2: coge la ubiquitina del E1 y lo pasa al sustrato Enzima3: especifico pare el sustrato Funciones de degradación de proteínas en el proteosoma: 1) Catabolismo de aa en condiciones de falta de nutrientes.
2) Digestión de proteínas víricas tras infección de células, para la presentación de antígenos en asociación al MHC-I a los linfocitosT durante la inmunidad adaptativa.
3) Procesos de regulación de proteínas relacionadas con vías de transducción de señales, factores de transcripción, etc.
4) Regulación de la expresión de ciclinas: proteínas que regulan el ciclo celular.
5) Digestión de proteínas mal plegadas o dañadas, Hay patologías relacionadas con la degradación anormal de proteínas por el proteosoma (p.e. Parkinson) Berta Alegre Edo Sistema por lisosomas Este proceso requiere un proceso de autofagia que requiere endocitosis. Esta degradación es no dependiente de energía.
Un lisosoma es un orgánulo en cuyo interior hay enzimas hidrolíticas. Su actividad depende de una bomba de protones que lo que hace es entrar protones al lisosoma. Cuantos más protones entren, pH más bajo, más ácido y las enzimas de su interior trabajan mucho mejor.
Las enzimas del lisosoma trabajan a pH bajos y esto se debe a que en el caso de que los lisosomas se rompieran estas enzimas no sean capaces de trabajar en el citoplasma de la célula.
No es dependiente de energía, aunque para poner las hidrolasas activas si se necesitan en la bomba de protones que requiere energía.
El lisosoma degrada proteínas de varios orígenes: - Proteínas propias de la célula autofagia Proteína degradada de fuera heterofagia y aquí interviene la endocitosis.
Esto forma aa libres que la célula reutiliza.
RESUMEN Berta Alegre Edo 4 ELIMINACIÓN DEL GRUPO AMINO DE LOS AA Los aa tienen un grupo amino que en condiciones elevadas puede resultar tóxico para la célula. Por lo que es muy importante que haya un sistema de regulación que permita que a medida que se vaya degradando los aa esté controlado el grupo amino de los mismos y no se produzca toxicidad.
Todos los animales hacen metabolismo de proteínas y como consecuencia del metabolismo de aa se produce la liberación del grupo amino. Esto provoca que haya varios mecanismos de eliminación del grupo amino (NH2): - Amoniotéricos (peces): grupo NH3 muy tóxico. Como viven en un ambiente rodeado de agua lo secretan al agua diluyéndolo con la misma.
Uricotéricos (aves): grupo amino mediante ácido úrico. Sus excrementos es una pasta blanca muy concentrada, ya que el ácido úrico tiene muy poca solubilidad. No hacen pis y caca, todo junto.
Ureotéricos (mamíferos): eliminamos urea. Sintetizamos la urea con el grupo amino y esto no es tan toxico aunque se debe eliminar igualmente mediante la orina. Nuestro hígado es el encargado de coger los grupos amino y formar urea mediante el ciclo de la urea. Esta urea pasa por la sangre hasta los riñones y allí se elimina en forma de orina.
Ciclo de la urea: encargado de eliminar amino. Necesita de dos etapas previas.
Como consecuencia de estas dos reacciones se obtienen dos productos que dan el ciclo de la urea. Todo ello tiene como objetivo la eliminación del grupo amino.
Los dos procesos previos de los cuales requiere el ciclo de la urea son la Transaminación y la Desaminación.
Berta Alegre Edo 4.1 TRANSAMINACIÓN Consiste en el paso del grupo amino del aa al glutamato gracias a las aminotransferasas.
Gracias a la colaboración del alfa-ceto glutarato y el alfa aminoácido forma un alfaceto ácido y glutamato.
El glutamato es donde está el NH3 y tiene tres posibilidades: - Fuente de nuevos aa no esenciales Urea desaminación Síntesis de aspartato o alanina La transaminación se lleva a cabo mediante dos transaminasas que en caso de haber alguna patología hepática elevan sus niveles en plasma (ALT y AST). Por ejemplo, si se da intoxicación por un tóxico de una seta típica.
4.2 DESAMINACIÓN La desaminación es quitarle el grupo amino que transferimos del alfacetoácido al glutamato.
El glutamato sigue una serie de reacciones que acaba formando aspartato. Es muy importante, ya que uno de los dos átomos de nitrógeno de la urea viene del aspartato.
Para hacer posible la formación de aspartato hay un piridoxalfosfato que deriva de la VitB6. Esta sirve de intermediario y pasa el grupo amino del glutamato al aparatato.
Esta el glutamato al que le queremos eliminar el NH3 y esto se lleva a cabo mediante la glutamatodeshidrogenasa. Este proceso deja a NH3 “suelto”.
El NH3 (amoniaco), es una molécula muy toxica capaz de atravesar las membranas con lo que se tiene que eliminar y esto se lleva a cabo mediante el ciclo de la urea.
Berta Alegre Edo Los nitrógenos de las moléculas de urea vienen del aspartato y del NH3 suelto.
Cabe destacar la glutamatodeshidrogenasa que funciona en dos sentidos y es que es un enzima mitocondrial muy importante en el proceso de desaminación. Que tenga un efecto u otro depende del sustrato que tenga.
Este enzima sufre también regulación alostérica que es un sistema de regulación de la actividad del enzima. Existen dos ligandos ADP y GTP que son capaces de unirse a la proteína en su centro regulador y como consecuencia de esta unión se produce un cambio conformacional de la proteína.
- Ligando activador: proteína cambio conformacional (sí reacción) Ligando inactivador: proteína cambio conformacional (no reacción) RESUMEN Berta Alegre Edo 4.3 TRANSPORTE DEL GRUPO AMINO AL HÍGADO El ciclo de la urea tiene lugar a nivel hepático, pero también el musculo tiene una gran cantidad de aa y tiene gran capacidad de renovación, síntesis y degradación de proteínas.
Por lo que estos tejidos como consecuencia de su metabolismo liberan NH3 que se tiene que liberar al hígado para que sea eliminado. Este grupo es muy tóxico por lo que no va disuelto en el plasma. Su transporte y eliminación se da mediante dos mecanismos: 1) Vía de la glutamina-sintetasa Se transfiere el grupo amino del glutamato a la glutamina que sí que puede viajar por la sangre.
Es un transportador seguro hasta el hígado donde gracias la glutaminsintasa hace que la glutaminasa pase a glutamato y se libere un grupo NH3 que se acaba eliminando por orina.
2) Ciclo de la glucosa-alanina Formación de piruvato que, gracias al ALT, que se encuentra a nivel muscular, pasa el grupo amino del glutamato a la alanina. Luego la alanina es la que sale del músculo y viaja en sangre hasta llegar al hígado.
En el hígado al alanina se vuelve a descomponer gracias a la alanina-amino-transferasa (ALT) que libera el grupo amino y piruvato. El piruvato puede formar glucosa (gluconeogénesis) que se vuelve a transportar a los músculos entre otros sitios donde puede volver a pasar a piruvato gracias a la glucólisis.
Estos dos mecanismos son los dos que utiliza el músculo para la degradación del grupo amino de la degradación de los aa.
Berta Alegre Edo 4.4 CICLO DE LA UREA Cuando se degrada un aa el grupo amino lo tengo que eliminar si no se utiliza para nuevas proteínas. La eliminación del grupo amino se da mediante el ciclo de la urea. Luego tenemos el esqueleto carbonatado que lo podemos llevar al metabolismo de la glucosa, ciclo de Krebs, etc.
Etapas: - Transaminación Desaminación oxidativa Formación del aspartato y el grupo amino que forman urea. Tiene un NH2, un átomo de carbono y uno de oxígeno, que obtienen del CO2 que hay en el hígado.
Esta urea menos tóxica, es capaz de viajar en sangre hasta los riñones y en este se elimina en forma de orina.
La gran mayoría del soluto precipitado en la orina es la urea.
Los dos grupos amonio tienen diferentes orígenes: - Aspartato (transaminación) - Grupo libre de la desaminación Berta Alegre Edo RESUMEN CICLO DE LA UREA - Moléculas de origen: aspartato y grupo libre de la desaminación Requiere energía: cada ciclo=3 ATP Ciclo que tiene lugar entre citosol y mitocondria Berta Alegre Edo 5 OXIDACIÓN DEL ESQUELETO CARBONADO El esqueleto carbonado es el resto del aa que contiene carbono, oxígeno e hidrógeno.
Con el resto del carbono pueden formarse entre otras cosas glucosa, cuerpos cetónicos, ciclo de Krebs, etc. Con lo que los aa se dividen en otros dos grandes grupos: - Glucogénico: su esqueleto carbonatado puede dar una molécula de glucosa. Se hace mediante ciclo de Krebs. (rosas) Cetogénico: pueden dar lugar a cuerpos cetónicos. (azul) Esto depende de la cadena lateral variable del aa (R).
Los cuerpos cetónicos se obtienen cuando el cuerpo está en momentos de mucho tiempo sin recibir alimento y se degradan los aa como fuente de energía del organismo.
o o Cetogénicos: leucina y lisina Glucogénicos: alanina, arginina, asparagina, aspartato, cisteína, glutamato, glutamina, glicina, prolina, serina, histidina, metionina y valina.
Hay algunos aa que actúan en ambas vías: tirosina, fenilalanina, isoleucina, triptófano y treonina.
Verdes: No esenciales vs. Negros: esenciales Ambos mecanismos; ciclo de la urea y esqueleto carbonatado, tienen lugar al mismo tiempo.
Berta Alegre Edo 6 BIOSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS: CICLO DEL ÁCIDO FÓLICO En este ciclo de síntesis del ácido fólico intervienen THF (tetrahidrofolato) y SAM (5-adenosilmetionina).
Para la síntesis de aa necesitamos moléculas que puedan transportar grupos metil. La transferencia de este grupo metil (CH3) se da mediante THF y SAM.
El THF capta un grupo metil y luego lo pierde, luego el SAM elimina el grupo metil y se nos queda en S-adenosilhomocisteina.
En resumen, el THF y SAM son dos cofactores muy importantes no solo en el metabolismo de las proteínas, sino en otras reacciones.
Estos dos ponen o quitan grupos metil.
7 COMPUESTOS DERIVADOS DE AMINOÁCIDOS Los aa sirven como precursores de compuestos muy importantes.
Porfirinas: Son compuestos biológicos formados por anillos de tetrapirrol. Se ocupan e captar el oxígeno en sangre (hemoglobina).
Esto viene a partir de un aa la glicina que es esencial para formar la Hb. La ALAS1 controla esta síntesis.
Creatina Es un compuesto biológico que encontramos grandes cantidades a nivel muscular. Es una molécula que se puede fosforilar mediante la creatinquinasa y podemos pasar de la creatina a fosfocreatina.
La fosfocreatina es una fuente de energía rápida. Los primeros segundos la energía que se requiere la aporta la fosfocreatina que pasa pierde sus fosfatos dando energía a las fibras musculares.
Esta fosfocreatina proviene del aa arginina y glicina.
El enzima encargado de fosforliar la creatina es la creatina quinasa, que es un marcador muy importante a nivel plasmático de fallo de miocardio.
Berta Alegre Edo Neurotransmisores Catecolaminas: Dopamina, norepinefrina, epinefrina.
Tienen funciones a nivel central (dopamina) o sistémico (los otros dos). Se originan a partir de la tirosina.
Histamina Es un mediador de procesos inflamatorios y alérgicos.
La histamina tiene varios receptores que depende de donde recibe la unión tiene unos efectos u otros.
Se produce a partir de la histidina y el PLP (VitB6) transporta el grupo amino.
Serotonina NT a nivel central relacionado con las vías de felicidad. Síntesis a partir del triptófano.
Melanina Producto que provoca la pigmentación principalmente producida en piel. Parte de la tirosina.
8 PATOLOGÍAS ASOCIADAS AL DÉFICIT DEL METABOLISMO DE AA Hay gran cantidad de patologías asociadas al exceso o falta de actividad de enzimas que participan en el metabolismo de las proteínas.
- Fenilcetonuria Déficit de la fenil-alanina-hidroxilasa que es una enzima que sintetiza tirosina. Al estar dañada no puede sintetizar esta tirosina con lo que la reacción se ve afectada y aumentan mucho los niveles de fenil-alanina.
Es impórtate que se forme tirosina ya que es el precursor de las catecolaminas o la melanina p.e.
A parte de este déficit se acumula la fenilalanina que puede dar lugar a muchos derivados; fenillactato, fenilpiruvato, etc. Estas vías normalmente no están activas, ya que presentan gran toxicidad a nivel neurológico, SNC.
- Albinismo Si a partir de la tirosina se forma la melanina, si una persona es deficiente en enzima tirosinasa se produce una falta de pigmentación. El caso más severo es el albinismo óculo-cutáneo, es gente fotosensible y muy propensa a sufrir cáncer de piel.
- Alcaptonuria Esta patología se da cuando falla el enzima de la acido-oxidasa-homogentísico. Como consecuencia los pacientes son incapaces de metabolizar el ácido homogentísico que se va acumulando y aparece en la orina de los pacientes que presenta una orina mucho más oscura de lo normal. Esto también se acumula en las articulaciones y da procesos de artritis. Por lo que se da aciduria homogentística y la acumulación en articulaciones llegando a producir artrosis.
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