T11, Metabolisme proteic (I) (2013)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Rovira y Virgili (URV)
Grado Bioquímica y Biología Molecular - 1º curso
Asignatura Bioquímica
Año del apunte 2013
Páginas 16
Fecha de subida 30/03/2015
Descargas 40
Subido por

Vista previa del texto

T.11 Metabolisme nitrogenat  Metabolisme dels compostos nitrogenats -Fixacio del nitrogen -Biosintesi d’aminoacids -Catabolisme d’aminoacids -Excrecio de nitrogen i cicle de la urea -Metabolisme de nucleotids Via organificació: Nitrogen en estructures carbonatades ho fan moltes plantes i alguns organismes.
 Cicle del nitrogen El lloc on hi ha més nitrogen disponible es a l’atmosfera, però es limitat perquè pocs organismes el poden utilitzar i transformar en amoni, que es la manera com s’incorpora a la resta d’essers vius.
Els organismes que fan aquesta transformació són els bacteris.
 Fixació del nitrogen Consisteix en la conversió del nitrogen gas al ió amoni. (N 2 → NH4+) Les plantes fabàcies a les seves arrels tenen nòduls on hi ha la presencia de bacteris fixadors del nitrogen.
Aquestes plantes l’avantatge que tenen es que son lliures de la quantitat de nitrogen.
Les plantes a través de les arrels obté els aliments per això es necessari que el sol sigui ric en ions.
Complex nitrogenasa: N2 + 8e- + 16 ATP + 10H+ → 2 NH4+ + 16 ADP + 16 Pi + H2 Components del complex: •Ferredoxina •Dinitrogenasa reductasa (Fe-S) •Dinitrogenasa ( Fe-Mo) El camí dels electrons de Ferredoxina a N2 El NADH (o NADPH) és la font final dels electrons que requereix per la reducció del nitrogen. Les molècules de coenzim reduït cedeixen els electrons a la proteïna ferrosofre ferredoxina, que posteriorment els transfereix a la dinitrogenasa reductasa. Es requereix la hidròlisi de 16 molècules d'ATP per a transferir 8 electrons des de la dinitrogenasa reductasa a la dinitrogenasa per a facilitar la reducció d’un N2 a dos Molècules de NH4+ i 2 ions d'hidrogen a una molècula d'H2.
L'O2 inactiva irreversiblement els dos components del Complex nitrogenasa.
Els bacteris dels nòduls de les arrels estan impregnades d’una solució d’una hemoproteïna fixadora d’oxigen denominada LEGHEMOGLOBINA. Aquesta proteïna fixa tot l’oxigen al seu abast, de manera que aquest no pot interferir en la fixació del nitrogen.
Component I: nitrogenasa o proteïna amb molibde-ferro Component II: nitrogenasa reductasa Assimilació del nitrogen: Incorporació nitrogen inorgànic a molècules orgàniques • NO3- → NO2- → NH4+ •NH4+  Biosíntesi d’aminoàcids L’amoníac s’incorpora a les biomolècules a través del glutamat i la glutamina.
El nitrogen reduït en forma d’amoni s’incorpora als aminoàcids i posteriorment a altres biomolècules que contenen nitrogen. Dos aminoàcids, glutamat i glutamina, constitueixen el punt crític d’entrada.
La ruta més important per a la incorporació del amoni al glutamat requereix dos reaccions.
Primer, la glutamina sintetasa catalitza la reacció del glutamat i l’amoni per donar glutamina El glutamat es produeix a partir de la glutamina en una reacció catalitzada pel glutamat sintasa -Enzim clau en el flux del nitrogen amònic cap a compostos orgànics -Regulat per - regulació al·lostèrica per retroinhibició acumulativa per compostos nitrogenats - modificació covalent reversible a través d’una cascada reguladora (la cascada que condueix a la adenilació (inactivació) de la glutamina sintetasa La glutamina és la forma mes versàtil per incorporar N.
Per incorporar el nitrogen a una estructura carbonatada es necessita un esquelet carbonat, i s’utilitza el α-cetoglutarat.
α-cetoglutarat + NH4+ → glutamat + NH4+ → glutamina Feedback inhibició en el metabolisme del nitrogen • Si hi ha un alt nivell d'extrem de producte de aminoàcid o nucleòtid, la cèl·lula estalvia energia en no fer el compost a través d'un mecanisme feedback • En resum, a causa que les vies de biosíntesi de molts compostos que contenen nitrogen són llargs i complexos, la inhibició de feedback ajuda a estalviar energia Tots aquests processos anabòlics son cars per les cèl·lules.
Només assimilem nitrogen quan ens fa falta, sinó no l’incorporem.
Tenim reservoris de glúcids, de lípids... però no de proteïnes.
Kwashiokor: En els països pobres, malaltia que té el nen gran quan la mare té un altre fill.
Perquè ja no té aminoàcids essencials, ja que la mare li deixa de aportar-li aquests aminoàcids amb la llet.
Transaminació El nitrogen assimilat en forma de glutamat s’utilitza per la síntesi d’altres aminoàcids mitjançant la transaminació L’aminoàcid deixa temporalment el grup amino amb l’enzim, marxa l’esquelet carbonatat i entra un nou esquelet carbonatat La transaminació es específica, per tant hi ha un enzim diferent per a cada aminoàcid, però no per tots. De aquí apareixen els aminoàcids essencials, que són els que no podem sintetitzar.
Totes les aminotransferases tenen el mateix grup prostètic → el piridoxal fosfat (PLP) Funciona com transportador intermedi de grups amino en el lloc actiu de l’enzim.
Paper del piridoxal fosfat en les reaccions d'aminoàcids - La forma biològicament activa de la vitamina B6 és el piridoxal fosfat (PyrP) PyrP participa en la catàlisi d'una àmplia varietat de reaccions d'aminoàcids, incloent Transaminacions i decarboxilaciones El piridoxal fosfat es forma una imina (una base de Schiff) amb el grup α-amino d'un aminoàcid Reordenament dona una imina isomèrica La hidròlisi de la imina isomèrica dona una α-cetoàcid i piridoxamina Totes les reaccions són reversibles L'aminoàcid donador forma una base de Schiff amb el piridoxal fosfat dins del lloc actiu de l'enzim. Després de la pèrdua d'un protó, es forma un carbanió i s'estabilitza per ressonància mitjançant la interconversió a un intermediari quinonoide. Després de la transferència d'un protó catalitzada per l'enzim i una hidròlisi, s'allibera el producte α-ceto. Llavors entra un segon α-cetoàcid al lloc actiu. Aquest α-cetoàcid acceptor es converteix en un producte αaminoàcid al invertir-se el mecanisme que s'acaba de descriure.
Biosíntesi de serina i glicina  Eliminació del nitrogen Per als humans acostuma a ser un problema • Elevat estalvi i reciclatge - Vegetals i microorganismes: Mort: compostos nitrogenats + animals descomposadors --> NH4+ (NO3- , NO2-) Animals: Han aprés a eliminar-lo segons les condicions del medi Desaminació compostos nitrogenats --> NH4+ tòxic: • Amoniotèlics (animals marins → expulsen en forma d’amoníac) • Ureotèlics (metabolisme → síntesi urea) • Uricotèlics (aus i rèptils → expulsen en forma d’àcid úric) -La major part dels organismes no poden emmagatzemar compostos de nitrogen. Així doncs els aminoàcids han de ser contínuament sintetitzats o aportats per la dieta (proteïnes).
- Les proteïnes tenen diferent velocitats de recanvi (vida mitjana: temps per a que es degradi el 50% de la proteïna) -En animals, quan els aminoàcids de la dieta excedeixen les necessitats, l’excés d’aquests es degradat.
-Les proteïnes endògenes poden ser degradades per obtenir energia Nitrogen que entra si no l’utilitzen, s’excreta Vida mitjana de proteïnes humanes Si el nitrogen no ve de la ingesta pot vindre del recanvi proteic.
Vida mitja llarga → estructurals Vida mitja curta → reguladores (depèn del seu percentatge) Perquè sintetitzem proteïnes noves: - balanços positius: guany de massa muscular, engreixament - balanços negatius: vellesa El proteosoma sap quines proteïnes ha de degradar per la marcació de les proteïnes amb la poli ubiquitina. Es degraden en pèptids petits.
NH4+ Per degradar el aminoàcids: - Convertir en urea + Es separa NH4 del esquelet carbonat (α-oxoàcid), i - Reutilitzar cada un s’utilitzarà per Esquelet carbonat - Incorporar en el cicle de krebs  Catabolisme d’aminoàcids Tres tipus d’aminoàcids segons l’esquelet: · Gluconeogènics (groc) → en net pot fer lloc a la síntesi de glucosa · Cetogènics (blau) → donen lloc a cossos cetònics (recordar que en el cervell es poden utilitzar com a font d’energia) · Ambdós (morat) *Amb diverses vies Els grups amino de molts α-aminoàcids es recullen en el fetge en forma del grup amino de molècules de L-glutamat. A continuació aquests grups amino han d’eliminar-se del glutamat per a preparar-los per a l’excreció. En els hepatòcits, el glutamat es transporta des de el citosol a la mitocòndria, on experimenta la desaminació oxidativa cataltzada per la L-glutamat deshidrogenasa Múscul: En el múscul, els grups amino que sobren es transfereixen a l'α-cetoglutarat per formar glutamat: cetoacid+ L-aa L-glu + cetoacid Els grups amino de les molècules de glutamat es transporten a la sang al fetge mitjançant el cicle de l'alanina Piruvat + L-glu L-alacetoacid L-ala: transport amoni per sang fins fetge(ronyó).
L’alanina és un gran vehicle del nitrogen Piruvat + N2 (prové del múscul on s’havia eliminat) → Alanina Altres teixits extrahepàtics: En la majoria dels teixits extrahepàtics, el grup amino del glutamat es allibera per desaminació oxidativa en forma de NH4+. L'amoníac es transporta fins el fetge en forma de grup amida de la glutamina.
La reacció que requereix ATP en la qual el glutamat es converteix en glutamina està catalitzada per la glutamina sintetasa: Glu deshidrogenasa: glu + NAD+ --> -cetoglutarat + NADH + NH4+ Glutamina sintetasa: Glu + ATP + NH4+---------> Gln + ADP + Pi Fetge: En el fetge, el glutamat es forma a invertir-se la reacció catalitzada per la alanina transaminasa. La desaminació oxidativa del glutamat dóna α-cetoglutarat i NH4+.
Després el seu transport a fetge, la glutamina s'hidrolitza per la glutaminasa per formar glutamat i NH4+. Es genera un altre NH4+, al convertir la glutamat deshidrogenasa el glutamat a-cetoglutarat: Transaminasa: L-alacetoacid Piruvat + L-glu Glu deshidrogenasa: glu + NAD+ --> -cetoglutarat + NADH + NH4+ Glutaminasa: Gln + H2O -----> Glu + NH4+ La Gln viatja per la sang fins al fetge L’amoníac lliure produït en els teixits es combina amb glutamat donant glutamina per acció de la glutamina sintetasa. La glutamina constitueix una forma de transport no tòxica del amoníac, en excés respecte a la necessària per a la biosíntesis es transporta per la sang al intestí, fetge i rinyons per al seu tractament. En aquests teixits el nitrogen amídic s’allibera en forma de ió amoni dintre dels mitocondris on l’enzim glutaminasa converteix la glutamina en glutamat i NH4+.
El NH4+ del intestí i el rinyó es transporta al fetge on es eliminat mitjançant la síntesi de urea.
Part del glutamat produït en la reacció de glutaminasa pot ser modificat en el fetge per la glutamat deshidrogenasa, alliberant mes amoníac i produint esquelets carbonatats ...