Tema 8 (2015)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Nanociencia y Nanotecnología - 2º curso
Asignatura Bioquimica Metabolica
Año del apunte 2015
Páginas 10
Fecha de subida 11/03/2016
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Tema 8: Metabolismo de compuestos nitrogenados Compuestos nitrogenados Las vías sintéticas son cuantitativamente poco representativas. Síntesis de:    Aminoácidos de proteínas.
Nucleótidos para ácidos nucleicos.
Otras moléculas como algunas hormonas o coenzimas.
Vías de incorporación de nitrógeno La vía de asimilación del nitrógeno a las biomoléculas está muy restringida. Se basan además en la economía y el reciclaje de compuestos.
   El N2 atmosférico es asimilado por bacterias y algunas algas, convertido a NH3.
Las plantas lo toman, sintetizando aminoácidos y proteínas.
Los animales lo adquieren de las plantas, sólo sintetizan algunos aminoácidos, los demás provienen de la dieta.
Se incorpora como: N2 → NH3 (y NH4+) → Glutamato, se sintetizan aminoácidos, α-cetoácido que incorpora grupo amino.
Ciclo del nitrógeno Solo algunos microorganismos pueden fijar el nitrógeno atmosférico. A partir del amoniaco, se sintetizan los aminoácidos y demás compuestos nitrogenados.
 Bacterias anaeróbicas realizan la fijación del N2.
 Bacterias anamox pueden recuperar el N2 atmosférico, realizando oxidación en condiciones anaeróbicas (detoxificar residuos de nitrito).
Fijacion del N2 El impedimento es cinético, no termodinámico. Hace falta mucha energía para que se lleve a cabo la reacción. En una célula, para pasar de nitrógeno a amoniaco se realiza un elevado poder energético: poder reductor y ATP.
Las bacterias asociadas con plantas fijan nitrógeno (nódulos leguminosas).
Complejo nitrogenasa La fuente de poder reductor es la ferredoxina.
Parte de la energía del ATP empleada en realizar un cambio conformacional, acercar la región de reducción al centro activo.
El centro activo es de Fe y Mo. Fija N2, Fe interacciona con N y debilita el triple enlace.
  2 protones = liberar H2.
6 protones y 6 electrones = reducir N2.
Incorporación del amoniaco a las biomoléculas Reacción de entrada del nitrógeno a la vía de los aminoácidos: α-cetoácido, intermediario del ciclo de Krebs uno de los aminoácidos principales de las vías Catabolismo de los aminoácidos    Las fuentes son la proteína de la dieta o intracelular.
Esqueletos de carbono = α-cetoácidos, a ciclo de Krebs.
NH4+, se dirige al ciclo de la urea.
tras fijar otro grupo amino  Catabolismo activado en carnívoros (dieta proteica) o en ayuno, se activa para obtener energía.
Vías de eliminación del grupo amino El catabolismo se centra en el hígado, y bastantes reacciones se llevan a cabo en la matriz mitrocondrial.
4 aminoácidos centralizan todas las vías:     Glutamato, se convierte en α-cetoglutarato.
Glutamina, cuando se fija otro amoniaco.
Alanina, procedente del piruvato (en tejido muscular).
Aspartato, que entra en el ciclo de la urea.
Reacciones de transaminación y aminotransferasas Transfieren grupo amino de aminoácido (se convierte en αcetoácido) a un α-cetoácido (se convierte en aminoácido) Una enzima específica elimina los grupos amino del glutamato, se centralizan las vías al glutamato.
Se transfiere el grupo amino al α-cetoglutarato, lo convierte en glutamato, el aminoácido se convierte en α-cetoácido.
Las aminotransferasas son marcadores de la actividad hepática, existe una cantidad elevada en el tejido hepático.
Síntesis de glutamina en tejidos extrahepáticos y exportación hacia el hígado. Transporte y eliminación del amoniaco.
Tejidos extrahepáticos con exceso de NH3 sintetizan glutamina, que se exporta al hígado.
En el hígado se convierte en glutamato, se libera NH3, que se elimina mediante el ciclo de la urea.
Hígado: desaminación oxidativa del glutamato Proceso realizado en la matriz mitocondrial.
Ciclo de la glucosa-alanina Transporte del excedente de amoniaco hacia el hígado.
Se acumula el piruvato en el tejido muscular (glucólisis), una transferasa convierte el piruvato en alanina.
Exporta excedente del N2 al hígado como alanina, se convierte en piruvato, convirtiendo un α-cetoglutarato a glutamato, que entra al ciclo de la urea. El piruvato se puede aprovechar en la gluconeogénesis.
Síntesis de las vías de transporte del excedente de amoniaco al hígado Formas de excreción del nitrógeno Se elimina como:  Amoniaco (ión amonio), en animales amonotélicos (mayoría de vertebrados acuáticos).
 Urea, en animales ureotélicos, muchos vertebrados terrestres y tiburones. Es el caso de humanos, muy hidrosoluble = sistema urinario.
 Ácido úrico, en animales uricotélicos (pájaros y reptiles). Similar a algunas bases. Poco soluble, suele precipitar, ahorra peso en aves y en reptiles, ecosistema árido = ahorrar agua.
Eliminación del excedente de nitrógeno. Derivación al ciclo de la urea.
Se dan transferencias de grupos amino, centralizadas en glutamina y glutamato, liberan NH3 en la matriz mitocondrial. Se sintetiza carbamilfosfato, precursor de la urea, mediante una fijación de NH3 con CO2 procedente de las descarboxilaciones del ciclo de Krebs. Es un proceso caro, que consume 2 ATP.
Ciclo de la urea Se da entre el citosol y la matriz mitocondrial, en el tejido hepático. La mayor parte de vertebrados terrestres eliminan así el exceso de N2. Es un proceso energéticamente caro. La urea elimina 2 atómos de N, gasta 1 C. Si esta vía no se activa correctamente:   Exceso de amoniaco, tóxico para las células (sobre todo del cerebro).
Demasiada síntesis de glutamato y glutamina. Interfiere con la síntesis de precursores.
 El primer N entra como carbamil fosfato, que se fija en la ornitina (aceptor del ciclo), en la matriz mitocondrial.
El segundo N entra como aspartato en el citosol.
La ornitina y la citrulina son aminoácidos no estándar (no forman proteínas).
  Etapa previa: síntesis de carbamilfosfato Se incorpora amoniaco, primera etapa de entrada del nitrógeno al ciclo de la urea.
Primera etapa: carbamil fosfato entra al ciclo de la urea Segunda etapa: la citrulina sale de la mitocondria y se incorpora el aspartato Al cortar el enlace C-N, quedará arginina y se liberará fumarato. Gasto energético elevado, similar a 2 ATP. Se incorpora segundo N como grupo amino del aspartato.
Tercera etapa: el argininosuccinato se escinde El esqueleto de C del aspartato se libera como un fumarato, se usará para recuperar parte de la energía.
Cuarta etapa: la arginina se escinde. La ornitina vuelve entrar a la mitocondria La arginasa rompe la arginina, y se libera la urea.
Balance del ciclo de la urea Se enlazan entrada de aminoácidos con ciclo de la urea:    Glutamina (tejido extrahepáticos).
Glutamato.
Alanina (transporte desde el tejido muscular).
vías de Doble ciclo de Krebs: ciclo de la urea y ciclo del ácido cítrico Se enlaza la degradación de aminoácidos (eliminación del N) con la utilización de sus esqueletos de carbono.
Se da la entrada al ciclo como malato (tiene transportador). En el paso de malato a oxaloacetato se libera un NADH, recupera parte de la energía.
Se podrá dar:  Oxidación total.
 Oxaloacetato como precursor de la gluconeogénesis Los aminoácidos se degradan en situación de ayuno o dieta con alto contenido en proteínas, se fuerza el hígado.
Biosíntesis de aminoácidos Se puede comenzar por la síntesis de glutamato: Y continuar para sintetizar glutamina: Los mamíferos sufren deficiencia de algunas vías, obtienen los aminoácidos de la dieta.
El origen de los aminoácidos puede ser:  Intermediarios del ciclo de Krebs.
o Para aminoácidos de 5 C: α-cetoglutarato.
o Para aminoácidos de 4 C: oxaloacetato.
  Intermediarios de la vía de la glucólisis.
Intermediarios ligados a la vía de las pentosas.
Aminoácidos esenciales Los aminoácidos se pueden clasificar en:    Esenciales: requeridos en la dieta, no pueden ser sintetizados por el hombre.
Condicionalmente esenciales: requeridos en algunas situaciones de crecimiento o enfermedad.
No esenciales: pueden ser sintetizados por el cuerpo humano.
Biosíntesis de neurotransmisores Depende de algunos aminoácidos:     Tyrosina → epinefrina.
Glutamato → ϒ-aminobutirato (GABA).
Histidina → histamina (hormona vasodilatadora).
Triptofano → serotonina Metabolismo de nucleótidos Vía de síntesis de novo Vías de recuperación (es la única en ciertos parásitos) Biosíntesis de purinas y pirimidinas (“de novo”) Purinas Pirimidinas La inosina es la vía de entrada común en purinas.
Se puede inhibir la síntesis de nucleótidos mediante fármacos antitumorales.
Los antibióticos/herbicidas también pueden inhibir etapas de la síntesis de aminoácidos esenciales, lo que no afecta al hombre.
Catabolismo de purinas y pirimidinas Purinas: GMP y AMP convergen en la xantina.
La acumulación de ácido úrico por una dieta con muchas proteínas puede producir la aparición desales con sodio, gota.
Se inhibe la última etapa, la xantina es más soluble que el ácido úrico.
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