Tema 10 (2013)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Bioquímica - 2º curso
Asignatura Bioquímica II
Año del apunte 2013
Páginas 20
Fecha de subida 17/10/2014
Descargas 32
Subido por

Vista previa del texto

Judith González Gallego Bioquímica T10 METABOLISME DELS COMPOSTOS NITROGENATS: METABOLISME DELS AMINOÀCIDS CICLE DEL NITROGEN El cicle del nitrogen en l’atmosfera és un gran exemple d’intercanvi entre els organismes vius i el seu entorn, és a dir, demostra com els ecosistemes funcionen per interacció entre ells. En els organismes vius, el nitrogen està en forma d’aminoàcid o bé en biomolècules que contenen aquest compost.
A partir de la degradació d’aquestes molècules es produeix amoni i aquest pot ser utilitzat per diferents bactèries:  Bacteries que oxiden de manera aneròbica aquest amoni per donar, directament nitrogen atmosfèric.
 Bacteries nitrifiants, que converteixen el amoni en nitrits i nitrats, que per acció de les bacteries desnitrificants serà convertir en nitrogen atmosfèric Observem doncs, que el nucli del nitrogen és molt complex. Per tornar a utilitzar el nitrogen atmosfèric només existeix una via, la fixació directa cap al amoni.
El procés del cicle del nitrogen és un procés crític de cara a l’obtenció d’aminoàcids, nucleòtids i les biomolècules dels éssers vius que continguin nitrogen.
Complex nitrogenasa La fixació del nitrogen es dona en aquells organismes que tenen el complex ed la nitrogenasa, que són sobretot bacteris associats a les lleguminoses, que duen a terme la fixació del nitrogen atmosfèric. Aquesta fixació sembla una reacció aparentment senzilla ja que el nitrogen atmosfèric es converteix en amoni però hem de tenir present que necessita d’un consum energètic (16 ATP) i d’un poder reductor molt alt (2NADH).
1 Judith González Gallego Bioquímica T10 El procés de la nitrogenasa és un complex que està associat a la nitrogenasa reductasa i a la nitrogenasa i perquè funcioni aquest complex és imprescindible de la presència de diferents grups que actuen en la transferència d’electrons i també la unió de nucleòtids d’adenina. Hi ha un grup que intervé en la transferència d’electrons que té 7 ferros, 9 sofres i moliblendum i homocritrat, de manera que, és un centre de transferència d’electrons molt complex.
Per la transferència d’electrons del nitrogen atmosfèric el que cal és un donador d’electrons, que és un compost orgànic com pot ser el piruvat, que passaria a donar acetil-CoA (per una estructura similar a la piruvat deshidrogenasa), amb aquest complex s’obté ferredoxina o flavodoxina, que passaria a la seva forma reduïda.
Aquests electrons captats són cedits a la dinitrogenasa reductasa, que passa a la seva forma reduïda (mostrada en groc), que uneix ATP i amb aquesta unió canvia la conformació i passa a ser un reductor molt potent (observem com una estructura que actua com a reductor, en unir ATP encara canvia més la seva activitat, és veu augmentada) i pot actuar sobre la dinitrogenasa oxidada, que passa a la forma reduïda, que és la que passa el nitrogen cap a l’amoni.
Amb aquest procés ens queda la dinitrogenasa reductasa oxidada, que per tornar a la forma basal i tornar a captar els electrons cal que hidrolitzi l’ATP, que li permet torna a quedar en la conformació que pot captar els electrons i per tant, permetre que el procés es continuï donant. Al final el que es produeix és la formació d’amoníac i hidrogen (en realitat el que es produeix és amoni).
El nombre de protons que calen són diferents en funció de si obtenim amoni o amoníac. Cal la presència de grups per transferència d’electrons molt més complexos en que intervenen no només centres ferro – sofre sinó que hi ha mobliden i altres molècules orgàniques. El procés que es dona és dut a terme per un complex de diferents enzims.
En les lleguminoses en que es produeix la fixació del nitrogen s’ha vist que tenen present una proteïna similar a l’hemoglobina, que es sintetitzada i exportada cap a la lleguminosa i és anomenada legohemoglobina. La funció d’aquesta molècula és que en tot el procés s’han de reduir molècules i per tant, si en l’entorn hi ha oxigen aquest podria captar els electrons. D’aquesta manera, la proteïna garanteix que l’oxigen no actuarà sobre cap complex.
2 Judith González Gallego Bioquímica T10 SÍNTESIS D’AMINOÀCIDS Glutamina sintetasa Un cop s’ha format l’amoni el procés més senzill i que es pot donar en la majoria d’organismes i cèl·lules és la seva utiltizació per la formació de glutamina gràcies a l’acció de l’enzim glutamina sintetasa. Aquest enzim el que fa és que a partir de glutamat uneix l’amoni formant un enllaç amina i aquesta reacció es dona en dues etapes:  La glutamina sintetasa utiltiza ATP, el fosfat es transferit al glutamat per tal de formar glutamin fosfat.
 El mateix enzim el que fa és unir el glutamin fosfat amb l’amoni per alliberar aquest grup fosfat i donar lloc a glutamina.
La síntesis de glutamina és una etapa bàsica, important, de cara cap a la síntesis d’aminoàcids, nucleòtids i altres compostos nitrogenats i s’ha vist que aquesta síntesis està molt regulada per molts d’aquests metabòlits. Tots aquests, el que fan és inhibir la glutamina sintetasa; si això fos així in vivo mai no es donaria la síntesis de glutamina de manera que és possible que aquests metabòlits tinguin un efecte inhibidor molt marcat in vitro però que in vivo no sigues tant pronunciat.
En mamífers els principals indicadors són els aminoàcids d’alanina i glicina, que intervindrien regulant el procés anterior. A part, poden existir altres que controlen el procés en funció del tipus cel·lular.
Transferència de grup amino De la glutamina el que s’ha de fer és donar el grup amino a altres molècules per tal de generar compostos nitrogenats.
Per la transferència d’aquest nitrogen es poden utilitzar dos tipus de reaccions, a vegades es dona una condensació de molècules i trencament però en aquest cas ens fixarem en la transferència directa del grup amino:  Amino transferases  Transaminacions 3 Judith González Gallego Bioquímica T10 Amino transferases Transfereixen el grup amino directament de la glutamina, aquestes el que fan és transferir el nitrogen que està amb un enllaç amida cap a un acceptor d’un doble enllaç del grup ceto per formar les amines o imines. S’ha vist que aquestes tenen com dos parts en el centre catalític: tenen la part d’unió de la glutamina i el domini d’unió de l’acceptor, entremig d’aquests hi ha un canal a través del qual circula l’amoni quan s’allibera, que va cap al segon domini on s’unirà amb l’acceptor.
Aquest procés genera glutamat, que també pot transferir el seu nitrogen que té (aquest s’elaboraria amb una transaminació).
Transaminació En aquestes el que es fa és que a partir, per exemple, del glutamat, es transfereix el grup ami (no amino) des d’un aminoàcid a un acceptor, que és un α-cetoàcid. En aquesta transferència el que queda és que l’esquelet carbonat cetoàcid passa a ser l’aminoàcid i el que era el glutamat (un aminoàcid) passa a ser un cetoàcid.
Aquestes reaccions de transaminació són reaccions lliurement reversibles en funció de les concentracions relatives d’aminoàcids i esquelets carbonats de cetoàcids. A diferencia de les reaccions anteriors, aquesta reacció necessita d’un coenzim; la transferència no és directa sinó que el grup ami és transferit a un coenzim per formar la piridoxiamina fosfat, i en l’etapa següent, aquest es transfereix al cetoàcid per formar l’aminoàcid. Aquesta és la diferència ben marcada, el que fa és que entremig el fosfat no està lliure sinó unit covalentment formant una base de shiff (forma una espècie de braç=.
La cadena lateral d’una lisina permet la unió del grup ami i la seva transferència: 4 Judith González Gallego Bioquímica T10 Aminoàcids essencials i no essencials Observem a continuació un llistat d’aminoàcids en funció de si són aminoàcids essencials, no essencials o condicionalment essencials. Si ens fixem, els aminoàcids que es poden sintetitzar fàcilment en qualsevol condició són molt pocs, en el cas dels mamífers, per exemple, la major part dels aminoàcids han de ser importants per la dieta.
La síntesis de tirosina és a partir de fenilalanina, per tant, si la fenilalanina és essencial sempre caldrà mínimament fenilalanina per sintetitzar tirosina.
Els que són aminoàcids no essencials són aquells que no es poden sintetitzar però que en la majoria de situacions de creixement (condicionalment essencials) cal tenir present que s’han d’importar Biosíntesis d’aminoàcids: famílies i precursors Per la síntesis d’aminoàcids el que necessitem sempre és un esquelet en forma de cetoàcid carbonat i una transaminació. Si mirem d’on provenen aquests precursors observen que poden provenir de: αcetoglutaat, 3-fosfoglicerat, oxalacetat, piruvat, PEP, eritrosa 4-fosfat, ribosa 5-fosfat.
De cara cap a la síntesis de l’esquelet carbonat d’aminoàcids ja coneixem totes les molècules, i són aquests els precursors que necessitem per generar biomolècules amb nitrogen. Podem agrupar els aminoàcids en famílies depenent d’on deriva el seu esquelet carbonat: Sabem que tots aquests metabòlits a partir dels que se sintetitzen els aminoàcids es poden obtenir per la degradació de la glucosa. La part central de l’esquema fe referència a vies metabòliques que hem vist amb detall en temes anteriors.
5 Judith González Gallego Bioquímica T10 BIOSÍNTESIS D’AMINOÀCIDS En funció de quin aminoàcid es tracti, és a dir,en funció de la complexitat de la seva estructura tindrem una síntesi més o menys senzilla. Pel que fa als aminoàcids amb una síntesi senzilla en trobem:  El piruvat ens permet obtenir alanina mitjançant una única reacció de transaminació.
 A partir de l’alfa cetoglutarat podem obtenir el glutamat. Per aquest procés cal una única reacció de transaminació.
 L’oxalacetat es pot transformar en aspartat mitjançant una reacció de transaminació.
 Un cop formats aquests aminoàcids es produeixen reaccions sobre els ja formats per obtenir aminoàcids nous:  Mitjançant l’enzim glutamina sintetasa que incorpora directament un grup amina al glutamat ens permet obtenir la glutamina.
 Per un altra banda, la incorporacióo del grup amina a l’aspartat ens dóna l’asparragina.
També s’ha vist que a partir del 3-fosfoglicerat podem obtenir la serina.
Els aminoàcids que hem vist fins ara fan referència als aminoàcids no essencials en qualsevol condició. Tots aquests s’obtenen a partir de reaccions senzilles excepte en el cas de la serina. Per la biosíntesi dels aminoàcids essencials solen requerir una aportació energètic en alguna de les etapes ja que el procés és més complex.
Biosíntesi d’aminoàcids aromàtics: Exemple del triptòfan El triptòfan té una característica que el diferencia dels altres aminoàcids ja que la seva estructura és molt gran i molt complexa.
Per tal de fer un estudi sobre la biosíntesi del triptòfan o altres aminoàcids complexos no es pot fer en organismes vius, de manera que s’ha de recórrer a cèl·lules en cultiu que els sintetitzin. Normalment s’empren cèl·lules del tipus HeLa que són cèl·lules derivades de mamífer que es cultiven molt bé. La gran majoria de vies metabòliques que hem vist fins el moment es donen en organismes vius, ara per poder estudiar-les cal que es facin en organismes del tipus eucariota.
6 Judith González Gallego Bioquímica T10 La via de síntesi del triptòfan és força complexa. Es parteix des de fosfoenol piruvat (PEP) i eritrosa 4-fosfat i es comencen a produir reaccions on es va tancant el cicle. Al llarg de la via trobem algunes reaccions d’oxido-reducció on intervé el NADPH, també hi ha altres on cal activar la molècula amb ATP per tal que sigui més reactiva i es puguin continuar donant les reaccions.
Quan l’anell ja està avançat cal afegir un nou metabòlit que correspon a un altre fosfoenolpiruvat. Això forma una estructura molt complexa. Tot seguit es van produint una sèrie de reaccions on obtenim una estructura molt similar a la que teníem abans d’afegir el PEP, el nombre de carbonis és el mateix en les dues molècules de manera que els 3 carbonis del PEP han estat eliminat. Aquest fet és degut que a vegades calen condensacions amb altres biomolècules per fer que siguin més reactives i un cop s’ha produït ja es poden eliminar. Observem que el PEP surt com a piruvat.
Així doncs, hem anat una estructura força complexa en la que no hi ha cap grup amino, és a dir, no hi ha cap nitrogen a la molècula. És a partir de l’addició del PEP quan intervé la glutamina que passarà a glutamat. En aquest moment es produeix la transferència d’un grup amí al substrat.
Continuant amb el procés veiem que el substrat s’uneix amb la ribosa pirofosfat(fosforibosil pirofosfat, PRPP) i forma una estructura on hi ha una ribosa fosfat més una base, és a dir, una estructura semblant a un nucleòtid. Això ho podem veure a la segona reacció de la tercera fila. El PRPP és el substrat que s’utilitza cap a la síntesi de nucleòtids, de manera que a la biosíntesi d’aminoàcids es produeix una reacció típica del metabolisme de nucleòtids.
La ribosa es modifica i finalment els carbonis de la ribosa queden incorporats dins de l’aminoàcid que s’està formant. Es produeixen una sèrie de reaccions on hi ha descarboxilacions i també es va tancant el segon anell que té el triptòfan.
7 Judith González Gallego Bioquímica T10 El primer nitrogen que ha entrat és el que queda dins l’anell. El nitrogen que fa de grup alfa amí s’incorpora un cop s’ha format l’estructura de l’indol 3 – glicerol fosfat ja que la part rosa salta i s’uneix una serina que aportarà grup amí. En aquest procés no hi ha transaminació ni transamidació sinó que hi ha una incorporació directa d’un esquelet carbonat: la serina.
Com hem pogut veure, les reaccions per la biosíntesi del triptòfan són força més complicades que les que havíem vist fins el moment.
Biosíntesi d’aminoàcids: Exemple de la histidina La biosíntesi de la histidina comença amb el 5 – fosforibosil pirofosfat (PRPP) com a la síntesi de pirimidines, tot i que en aquest cas se sintetitza un aminoàcid.
EL PRPP s’uneix amb l’ATP i forma una estructura on tindríem un nucleòtid unit a una ribosa i a la vegada a un fosfat, aquest compost es coneix amb el nom de N- 5’- fosforibosil- ATP. Es tracta d’una estructura molt complexa de cara a sintetitzar la histidina que és molt més senzilla.
A partir del 5 – fosforibosil – ATP continua el procés i anem obtenint diversos intermediaris. Finalment obtenim una estructura on s’ha trencat el que seria l’anell d’adenina. En aquest moment la molècula es trenca en dos: una part que anirà cap a la síntesi de purines (part blava) i una altra que continua cap a la síntesi de l’aminoàcid (part rosa). Així doncs, hi ha etapes en la síntesi d’aminoàcids on hi ha una bifurcació i es pot continuar cap a la síntesi d’aminoàcids o bé cap a la síntesi de nucleòtids.
Fins al moment del trencament no s’havia produït cap reacció on hi hagués la transferència de nitrogen. És a partir d’aquí on entra la glutamina, donant glutamat, i posteriorment entra glutamat, donant alfa cetoglutarat. Es produeixen reaccions de transaminació.
8 Judith González Gallego Bioquímica T10 A la imatge veiem un esquema de la biosíntesi de l’aminoàcid histidina.
Durant els processos de síntesi dels aminoàcids es formen estructures molt més grans que el producte final. Fins i tot pot tractar-se d’una estructura del precursor unit a un nucleòtid i que després simplement formi un aminoàcid.
Recordem que la biosíntesi dels aminoàcids pot venir per transaminació o transamidació o bé per la incorporació del biomolècules al substrat que contenen nitrogen.
9 Judith González Gallego Bioquímica T10 Biosíntesi d’aminoàcids: Exemple de la serina i glicina La serina al tractar-se d’un aminoàcid amb una síntesi més senzilla, el seu estudi ja es pot fer en mamífers. Per la síntesi de la serina es parteix del 3 – fosfoglicerat i en la primera etapa es forma el 3 – fosfohidroxipiruvat, en una reacció d’oxidoreducció on intervé el NAD+ i obtenim NADH.
Posteriorment entra el glutamat, donant alfa cetoglutarat, mitjançant una aminotransferasa. En quest pas es forma la fosfoserina que mitjançant l’actuació d’una fosfatasa obtindrem la serina.
La glicina és l’aminoàcid més senzill i per la seva síntesi es parteix de la serina. Així doncs, a partir del 3 fosfoglicerat s’obté la serina. Posteriorment s’ha de produir una reacció que treu un carboni que és una reacció model del metabolisme del nitrogen. Hi ha reaccions del metabolisme nitrogenat on els intermediaris continuen el procés de síntesis incorporant unitats monocarbonatades.
Així doncs, es perd el carboni de la serina que conté el grup hidroxílic. Per tal de no perdre en forma de CO 2 aquest carboni que és eliminat el que es fa és incorporar-lo en una biomolècula. Això es fa perquè assimilar CO2 és un procés costós de manera que és més òptim conservar el carboni unit a un coenzim: el tetrahidrofolat que té un aminobenzoat unit a un metilpterin i que a la vegada porta incorporat l’aminoàcid glutamat. La reacció amb el tetrahidrofolat és reversible de manera que si fan falta carbonis, la reacció anirà en el sentit contrari a quan s’emmagatzemen.
El tetrahidrofolat rep diferents noms en funció de quin sigui el seu estat, és a dir, en funció del grup funcional que porti. Si té un CH3 unit és conegut com metiltetrahidrofolat, en canvi si la unitat de carboni la té com a CH 2 que a la vegada està unit al N, canvia el nom a metilene tetrahidrofolat.
Se sap que si hi ha un altre aminoàcid que s’està sintetitzant i necessita l’aportació de carboni, aquesta molècula podria intervenir.
10 Judith González Gallego Bioquímica T10 CATABOLISME D’AMINOÀCIDS EN MAMÍFERS En el procés de catabolisme dels aminoàcids es parteix primer de la degradació de les proteïnes intracel·lulars o les proteïnes de la dieta.
Els aminoàcids si cal seran utilitzats cap a la síntesi proteica o bé seran degradats si hi ha en excés.
En la degradació dels aminoàcids, una de les primeres reaccions que es produeix és la de la pèrdua del nitrogen que passa a amoni. El nitrogen eliminat dels aminoàcids anirà cap a la síntesi d’altres biomolècules o bé serà destoxificat pel cicle de la urea. Pel que fa als esquelets carbonats, la gran majoria passen a ser alfa cetoàcids que aniran al cicle de Krebs o a altres vies que al final acabaran en Krebs.
Destí dels esquelets carbonats Dels catabolisme dels aminoàcids obtenim esquelets carbonats, alguns dels quals poden ser intermediaris en la primera part del cicle de Krebs o bé podran ser convertits en oxalacetat i finalment piruvat. La característica d’aquests aminoàcids és que seran gluconeogènics ja que podran donar precursors cap a la síntesi de glucosa. A l’esquema els veiem representat de color rosa.
Per una altra banda trobem aminoàcids que no donen oxalacetat, piruvat o altres intermediaris del cicle de Krebs, aquests no són gluconeogènics sinó que són cetogènics que al degradar-se donen acetil CoA. Així doncs, són precursors cap a la síntesi de lípids i que poden donar cossos cetònics. Estan representats en color blau.
Per tant, hi ha uns aminoàcids que són gluconeogènics, és a dir, que els seus carbonis poden acabar incorporats en la glucosa i altres que no ho són i que els seus carbonis poden acabar incorporats en àcids grassos o cossos cetònics.
11 Judith González Gallego Bioquímica T10 Catabolisme del grup amino dels aminoàcids Per tal de detoxificar l’amoníac el que es fa és transformar-lo en un compost soluble i que sigui fàcilment eliminable cap a l’entorn. Hi ha alguns organismes o éssers vius que són capaços d’eliminar directament l’amoni. Per exemple, tenim vertebrats que viuen a l’aigua i peixos que poden eliminar l’amoni i aquest quedarà dissolt en aigua.
La gran majoria de vertebrats mamífers el que fan és sintetitzar urea a partir de l’amoni. També hi ha la possibilitat d’eliminar el nitrogen en forma d’àcid úric, tot i que el principal en mamífers és la urea.
Les diferents maneres d’eliminar el nitrogen ens ha permet fer una classificació dels organismes:  Ammonotèlic que eliminen el nitrogen mitjançant l’ió amoni.
 Ureotèlic que eliminen el nitrogen mitjançant la urea  Uricotèlic que eliminen el nitrogen mitjançant l’àcid úric.
Transport de l’ió amoni entre òrgans En mamífers tot el metabolisme d’eliminació del nitrogen té lloc en el fetge, de manera que els teixits enviaren el nitrogen que ha de ser eliminat cap a aquest òrgan. El nitrogen que s’elimina pot provenir dels aminoàcids de la dieta on per una transaminació s’elimina el grup amino i passen a donar alfa cetoàcids, o bé també pot procedir d’alguns teixits, sobretot de múscul, en forma d’alanina i glutamin.
En el fetge es produeixen reaccions de transdesaminació que van donant el glutamat. A partir del glutamat es pot obtenir alfa cetoglutarat en una reacció en la qual el glutamat perd el grup amí en forma de ió amoni.
En els teixits, la glutamina se sintetitza a partir de la glutamina sintetasa que a partir de glutamat s’activa i amb els amonis que poden haver lliures en els teixits, es formava la glutamina. En el fetge, la glutamina per acció d’uan transaminasa elimina el grup amoni que va cap a la síntesi de la urea.
12 Judith González Gallego Bioquímica T10 L’ió amoni és tòxic per a les cèl·lules i per això s’ha de convertir en un compost que no ho sigui abans que sigui transportat cap al fetge. El compost en el que es transforma és la glutamina ja que el glutamat té càrrega. Per tant, la glutamina al ser neutre pot passar lliurement per la membrana cel·lular.
Recordem que el grup amoni no només ve de la degradació d’aminoàcids sinó que també pot venir de la degradació de nucleòtids.
Glutamat deshidrogenasa i transdesaminació A partir del glutamat, en una reacció que utilitza NAD+ o NADP+ i amb la formació d’un intermediari, obtenim l’alfa cetoglutarat amb la pèrdua del grup amoni.
En el múscul s’exporta l’amoni principalment en forma d’alanina tot i que també pot ser glutamina. Veiem que en el múscul es degrada glucosa i en conseqüència obtenim piruvat. El piruvat a partir de glutamat, que ha servit per recollir l’amoni mitjançant reaccions de transaminació d’aminoàcids, se sintetitza l’alanina i l’alfa cetoglutarat. Seguidament l’alanina passa a la sang i es transporta fins al fetge on tornarà a donar piruvat. Un cop el piruvat està en el fetge serà utilitzat cap a gluconeogènesi que dóna glucosa i que passarà a la sang fins al múscul on tornarà a ser utilitzada.
El cicle de glucosa – alanina serveix per transportar l’amoni format en el múscul cap al fetge.
En el fetge poden actuar les transaminases i la glutamt deshidrogenasa. Si pensem que el glutamat ve de transaminació d’un altre aminoàcid, al final el que tenim és que el grup amí passa al glutamat i al final acaba donant el grup amoni. Així doncs, es produeix una eliminació complerta del grup amoni. L’acció conjugada dels dos enzims es coneix com transdesaminació.
13 Judith González Gallego Bioquímica T10 El cicle de la urea: Obtenció de carbamoil – fosfat Les reaccions del cicle de la urea sí que poden funcionar com a cicle però és curiós ja que requereixen de la participació de dos compartiments: hi ha enzims que es troben a la matriu mitocondrial i altres que se situen al citosol.
A la imatge veiem la part que correspon a l’interior del mitocondri. Un cop s’ha produït la transdesaminació és quan comença realment el procés, és a dir, en el moment en el que tenim amoni i aspartat.
A la primera fase l’aspartat no juga cap paper, simplement se sintetitza dins el mitocondri i haurà de sortir cap al citosol on després intervindrà.
El grup amoni en la primera etapa el que fa es transformar-se en carbomoil fosfat en una reacció en la qual hi ha la incorporació de nitrogen, carboni (en forma de ió bicarbonat) i fosfat. En aquesta etapa actua l’enzim carbomoil fosfat sintetasa. En la reacció hi ha una despesa de 2 ATP que donarà 2 ADP i un Pi lliure ja que l’altre s’incorpora al substrat.
14 Judith González Gallego Bioquímica T10 El cicle de la urea El carbamoil fosfat és el punt d’entrada cap al cicle de la urea. Igual que ho és l’acetil Co-A pel cicle de Krebs. A continuació veurem quines són les etapes del cicle.
1.
Un cop s’ha format el carbamoil fosfat, la primera reacció del cicle consisteix en la formació d’un aminoàcid no proteinogènic, la citrulina. Aquesta es forma a partir d’un altre aminoàcid no proteinogènic, la ornitina, i carbamoil fosfat, per acció de l’enzim ornitina transcarbamoilasa. Aquestes aminoàcids no es troben dins dels 20 aminoàcids proteinogènics. Aquest es tracta d’un procés mitocondrial.
2.
Quan ja s’ha format la citrulina, el procés continua per la intervenció d’enzims citosòlics. Així doncs, cal que la citrulina, mitjançant un transportador, surti cap el citosol. Aquestes dues etapes estan catalitzades pel mateix enzim: arginino succinat sintasa.
a.
En el citosol té lloc una reacció complexa on en la primera part hi ha la unió de la citrulina amb AMP (interacciona amb ATP).
b.
En la segona part de la reacció es produeix l’entrada d’aspartat, se’n va l’AMP i obtenim l’arginino succinat. Així doncs, en aquest procés cal que hi hagi aspartat que també pot haver-se format dins del mitocondri per reaccions de desaminació, per tant ha de sortir del mitocondri per ser utilitzat en el citosol.
i. En l’arginino succinat hi ha dos nitrògens, un d’ells donat com a grup imí per l’aspartat (color verd) i l’altre que venia de la reacció de la incorporació en el formació de carbamoil fosfat (color blau).
3.
A l’etapa següent, l’arginino succinat és trencat per l’enzim arginino succinasa i obtenim l’arginina (aminoàcid proteinogènic) i fumarat.
4.
A partir de l’arginina, intervé després l’enzim arginasa que per la seva actuació obtenim la ornitina i queda lliure la urea. Dels dos nitrògens de la urea, un ve donat per l’aspartat i l’altre de l’amoni (carbamoil fosfat), també trobem que el carboni que s’expulsa és el carboni fixat en la formació del carbamoil fosfat.
La complexitat de funcionament d’aquest cicle és superior a la del cicle de Krebs. En aquest cas, perquè el cicle funcioni cal que entri el carbamoil fosfat i l’aspartat. Al final el que obtenim és fumarat, és a dir, no torna a donar aspartat. Així doncs, aquest cicle té dues entrades (carbamoil i aspartat) i dues sortides (fumarat i urea).
15 Judith González Gallego Bioquímica T10 Connexions entre el cicle de la urea i el cicle de l’àcid cítric El fumarat que es forma en el cicle de la urea és aprofitat per la cèl·lula. Concretament, a partir del fumarat del citosol s’obté malat que passa a dins del mitocondri, mitjançant transportadors, i s’introdueix al cicle de Krebs amb el qual obtindrem oxalacetat. Aquest oxalacetat, per transaminació dóna aspartat que pot tornar a entrar en el cicle de la urea.
Per tant, el cicle de la urea i el de Krebs estan interconnectats mitjançant aquest cicle de fumarat – malat – oxalacetat. Al final obtenim una estructura de 3 cicles connectats entre sí on un d’ells és totalment mitocondrial i en els altres dos participen enzims mitocondrials i citosòlics. Així doncs, perquè funcioni bé el cicle de la urea cal que funcionin bé algunes de les reaccions del cicle de Krebs.
METABOLISME DEL GRUP HEMO A continuació veurem els aminoàcids que s’utilitzen cap a la síntesi de proteïnes. Recordem que els esquelets carbonats es poden utilitzar cap a la síntesi d’energia però que a la vegada són també precursors per moltes altres biomolècules que tenen un paper primordial. Dintre d’aquests trobem la síntesi dels grups hemo, porfirines.
Biosíntesi dδ – aminolevulinat Per la síntesi de porfirines és imprescindible la formació del δ – aminolevulinat. La font de síntesi varia segons quin sigui l’organisme viu, segons la espècie. Un dels orígens més senzills és el que es dóna en la gran majoria d’animals, en aquest cas se sintetitza a partir de glicina i succinil coA on es forma un intermediari que després donarà directament el δ – aminolevulinat.
En el cas de bacteris i plantes, la síntesi de δ – aminolevulinat és diferent i té una característica peculiar i és que parteix del glutamat però a la vegada perquè es formi el δ – aminolevulinat cal la formació del glutamil RNA de transferència. Aquest tRNA després és utilitzat com a substrat de la glutamil tRNA reductasa que en presència de NADPH allibera el tRNA glutamil i dóna glutamat 1 – semialdehid que finalment esdevindrà en δ – aminolevulinat. En aquest cas podem veure un exemple d’activació d’un aminoàcid.
16 Judith González Gallego Bioquímica T10 Del δ – aminolevulinat al grup hemo És a partir de la formació del δ – aminolevulinat quan es produeixen les reaccions de condensació de varies unitats de biomolècules.
De cara a la formació del grup hemo calen 8 δ – aminolevulinat. A partir de la ciclació es produeixen unes modificacions de les cadenes laterals fins a la formació de les diferents protoporfirines. La síntesi conclou amb la unió del ferro a aquesta estructura.
Catabolisme del grup hemo Pel que fa als aminoàcids, hem vist el seu catabolisme i que segons quin sigui el seu esquelet carbonat poden ser gluconeogènics o cetogènics i dóna l’amoni que després es destoxifica pel cicle de la urea.
A continuació veurem quina serà la degradació dels compostos derivats de les porfirines, en particular del grup, hemo.
Així com en el cas dels aminoàcids, la degradació de metabòlits dóna lloc a compostos petits, en aquest cas els productes que s’excreten continuen sent grans. L’única cosa que es produeix és que l’anell s’obre i es van traient substituents, el ferro es perd, s’eliminen algunes de les cadenes, etc però els 4 anells no es degraden.
El metabolisme del grup hemo va lligat a la degradació de la pròpia molècula però també a la vida mitja que tenen els eritròcits (120 dies) de manera que hi ha hemoglobina que ha d’eliminar-se. Si hi ha un cop, hi ha vessament del grups hemo, corresponents a la hemoglobina, i que s’ha d’anar eliminant.
17 Judith González Gallego Bioquímica T10 A continuació veurem les diferents etapes en la degradació del grup hemo.
1.
La primera etapa dóna lloc a la formació del compost que es coneix com biliverdina. En aquest pas el grup hemo s’obre i obtenim els 4 pirrols en forma lineal.
2.
Els derivats del grup hemo són fàcilment identificables pel color ja que presenten coloració diferent. Quan un es fa un hematoma al començament té un color fosc púrpura (degut al vessament de sang), posteriorment passa cap a un color verd (biliverdina) i després aquesta biliverdina, per actuació de la biliverdina reductasa passa a donar la bilirubina on el color de la pell es torna més groc.
3.
A partir de la bilirubina que està formada per diferents tipus cel·lulars repartits per l’organisme (cèl·lules del reticle endotelial que eliminen els compostos estranys que queden circulars) i que és captada pel fetge.
4.
La bilirubina que és captada és transformada en un conjugat que és el diglucurònid de bilirubina que és més soluble, ja que té un sucre unit que ho permet. Aquest compost és secretat per la bilis en l’intestí on pot tornar a donar la bilirubina.
5.
La bilirubina en l’intestí pot ser reabsorbida i passa cap a la sang on es transforma en urobilinogen. Un cop aquí hi ha dos mecanismes d’eliminació: a.
El urobilinogen és una molècula que pot ser transportada per la sang fins arribar al ronyó i allà es pot eliminar en forma de urobilina que té una coloració groguinosa b.
El urobilinogen pot continuar present en l’intestí i acabar donant estercobilina que té una coloració marró – vermellosa.
Així doncs, les vies d’eliminació de la bilirubina es troben en el sistema del reticle endotelial. Realment, en aquest compost hi ha una circulació on el grau de recaptació es bastant gran. Al tenir tants enllaços conjugats, depenent del compost que sigui absorbeix llum de manera diferent i dóna colors diferents.
18 Judith González Gallego Bioquímica T10 BIOSÍNTESI DE NEUROTRANSMISSORS A partir dels aminoàcids també es poden sintetitzar molts altres compostos que tenen funcions importants, a part del grup hemo, entre els quals trobem els neurotransmissors i hormones.
Dintre d’aquests neurotransmissors i hormones tindríem els derivats de la tirosina on a partir de la tirosina hidroxilasa obtenim la dopa, d’aquesta per descarboxilació obtenim la dopamina. La dopamina ja és un neurotransmissor i una deficiència d’aquesta ve associada en l’aparició dels símptomes del Parkinson, per una altra banda si hi ha un excés pot donar esquizofrènia. A partir de la dopamina, el procés continua fins a sintetitzar-se la noradrenalina i aquesta permet la síntesi de la adrenalina. Per tant, a partir de l’aminoàcid tirosina se’ns forma el neurotransmissor dopamina, el neurotransmissor amb efecte hormonal noradrenalina i la hormona adrenalina.
A partir de l’aminoàcid glutamat també obtenim el neurotransmissor GABA (γ – aminobutirat) que es tracta d’un inhibidor. SI hi ha poc GABA, hi ha poca inhibició de l’activació nerviosa i pot aparèixer la epilèpsia.
A partir de la degradació de la histidina per descarboxilació podem obtenir components amb una acció biològica molt important. En aquest cas obtenim la histamina que és un potent vasodilatador i que un excés està relacionat amb les al·lèrgies.
A partir del triptòfan se sintetitza un que és bastant important de cara a mantenir actiu per tenir un bon estat emocional.
La serotonina està relacionat amb l’estat d’ànim. Els nivells baixos de serotonina estan relacionats amb l’aparició de la depressió.
El metabolisme dels aminoàcids és una cosa més que la seva utilització de cara a la síntesi proteica. Cal tenir present que sí que són important per la síntesi de proteïnes però a la vegada són precursors cap a la síntesi de moltes altres biomolècules amb una activitat molt potent.
19 Judith González Gallego Bioquímica T10 BIOSÍNTESIS DE POLIAMINES Un dels altres compostos que obtenim amb els aminoàcids són les poliamines. Les més importants i clàssiques són la espermina i la espermidina. Aquests compostos són molt important per neutralitzar compostos carregats negativament que hi ha dins de la cèl·lula, normalment àcids nucleics, ja que tenen càrregues positives. A la estructura bàsica de la cromatina no les trobem però als cromosomes sí i tenen una funció molt important per tal que adquireixin la conformació correcta.
En el cas de les poliamines, degut a la presencia de dues càrregues positives poden substituir a cations divalents en algunes reaccions. En els enzims que utilitzen ATP també trobem calci o magnesi i en algunes reaccions, aquests cations poden ser substituïts per poliamines. En alguns casos també poden actuar com a molècules de biosenyalització.
De les poliamines també té interès les reaccions a partir de les quals les obtenim. Cap a la síntesi de poliamines es parteix de metionina que primer s’ha d’activar formant la S – Adenosilmetionina també coneguda com adoMet o sam.
La adoMet és una molècula que té la metionina unida directament a l’adenosina, on no hi ha cap fosfat entre mig. Es parteix d’ATPi metionina i aquests reaccionen de maner que salta el pirofosfat i després l’altre fosfat, amb això queda només l’adenosina. Aquesta és una característica peculiar.
La S – adenosilmetionina és un metabòlit que també s’utlitza en les reaccions de transferència d’unitats monocarbonades. Algunes vegades, aquest compost s’utilitza per cedir el grup metil.
En la síntesi de les poliamines, el que succeiex és que es produeix una descarboxilació del compost i forma el adoMet descarboxilat. Per una altra banda, la ornitina, un aminoàcid no proteinogènic pateix una descarboxilació esdevenint en putrescina que en presència del adoMet descarboxilat i per actuació de la propilaminotransferasa I obtenim la espermidina. La espermidina reacciona amb una altra molècula de adoMet descarboxilat i acabem obtenint la espermina.
Ens hem de fixar que en la formació de les poliamines s’utilitza la adoMet, on a la ribosa no hi ha fosfat entre mig i per tant és un tipus d’estructura especial. Ja que normalment quan hi ha una activació s’uneix el nucleòtid (AMP) i no només el nucleòsid (adenosina).
El adoMet s’utlitza en molts procesos per produir la transferència de grups metil.
20 ...