TEMA 9. Metabolisme dels compostos nitrogenats (2015)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 2º curso
Asignatura Biosenyalització i Metabolisme
Año del apunte 2015
Páginas 26
Fecha de subida 04/01/2015
Descargas 72
Subido por

Descripción

Apuntes realizados con el material visto en clase y la bibliografía.

Vista previa del texto

BIOSENYALITZACIÓ I METABOLISME Tania Mesa González 2º CURS BIOLOGIA UAB TEMA 9: METABOLISME DE COMPOSTOS NITROGENATS CICLE DEL NITROGEN  El N2 constitueix ~ el 80% de l'atmosfera.
 El N2 atmosfèric és molt estable  energia d’enllaç N N  940kJ/mol.
 Síntesi industrial de NH3 a partir N2 i H2 a aprox. 500 ºC i 300 atmosferes.
 La unió i hidròlisi d’ATP permet superar l’energia d’activació gràcies al complex proteic de la nitrogenasa.
COMPLEX DE LA NITROGENASA  El complex nitrogenasa es un complex proteic que s’encarrega de la fixació biològica del nitrogen.
 Format per dos subunitats: a) Dinitrogenasa reductasa  (Fe protein)  Homodímer  Conté 1 únic centre redox 4Fe-4S (situat entre les dues subunitats) i 2 centres unió ATP (un a cada subunitat).
b) Dinitrogenasa  (MoFe protein)  Heterotetràmer (α2β2)  Cada αβ conté 2 centres 4Fe-4S (P cluster) i 1 centre amb Mo/Fe-S (FeMo cofactor).
 Té una alta sensibilitat per l’O2.
 Fixació del nitrogen: 1. Els electrons passen el piruvat a la denitrogenasa a través de la ferredoxina i la dinitrogenasa reductasa.
2. La dinitrogenasa reductasa redueix la dinitrogenasa, captant els electrons d’un en un  Són necessaris 6 electrons per fixar 1 molècula de N2.
3. 2 e- són necessaris per reduir 2H+ a H2, en els sistemes anaeròbics.
GLUTAMINA SINTETASA  És l’enzim que s’encarrega de la primera fase de la fixació del NH4+.
 Forma glutamina a partir de glutamat i NH4+en dos processos: a) Glutamato +ATP  -glutamil fosfato + ADP b)  -glutamil fosfato + NH4+  glutamina + Pi + H+ L’enzim està regulat de forma al·lostèrica pels sis productes finals del metabolisme de la glutamina.
 Ala i Gly  indicadors estat general del metabolisme d’aminoàcids a la cèl·lula.
DIGESTIÓ I ABSORCIÓ DE PROTEÏNES DE LA DIETA  La pepsina  talla les proteïnes en pèptids a l'estómac.
 Tripsina i quimotripsina  tallen proteïnes i pèptids grans en pèptids petits a l’intestí prim.
 Aminopeptidases i carboxipeptidases A i B  degraden pèptids a aminoàcids a l’intestí prim.
 Degradació de proteïnes endògenes  Sistema ubiquitina-proteasoma.
- Els sistemes de degradació de proteïnes el que fan és eliminar proteïnes malfetes o mal plegades.
- La via ubiquitina - proteasoma  realitza un intercanvi cel·lular de les proteïnes amb papers reguladors importants, i que presenten vida curta.
- Utilitza una cascada enzimàtica, en que la ubiquitina s’uneix covalentment a la proteïna substrat.
GLUTAMINA AMIDOTRANSFERASA  Es l’enzim que catalitza les reaccions en que la glutamina es la principal font dels grups amino.
 Es troba en diverses rutes metabòliques.
 Presenta dos dominis: a) Unió de la glutamina  elements estructurals conservades  residu de Cys és important.
b) Domini acceptor de NH3  no està tan conservat.
1. El nitrogen -amida de la glutamina s’allibera com NH3.
2. El NH3 reacciona amb diversos aceptors: a) X  normalment grup fosforil, derivat de ATP  facilita el desplaçament del OH per NH3.
TRANSAMINACIONS  Transaminació catalitzada enzimàticament  en les reaccions de moltes aminotransferases, el α-cetoglutarat accepta el grup amino. (Reversible)  Totes les aminotransferases utilitzen el piridoxal fosfat (PLP) com a cofactor.
- El PLP i la piridoxamina fosfat son coenzims units fortament a les aminotransferases. Només varia el grup funcional (rosa) - El PLP s’uneix al substrat per unions no covalent i una unió base de Schiff, amb una Lys activa.
AMINOÀCIDS ESSENCIALS I NO ESSENCIALS BIOSÍNTESI D’AMINOÀCIDS  Famílies i precursors.
 Classificació segons el precursor metabòlic.
 Els esquelets carbonats dels precursors provenen de:  Glucòlisi (rosa)  Cicle àcid cíclic (blau)  Ruta de les pentoses fosfat (violeta).
BIOSÍNTESI DE SERINA Y GLICINA  Per a la formació de la serina a partir del 3P-Glicerat, cal afegir Glutamat en el segon pas del procés.
 Conversions de les unitats monocarbonadas en el tetrahidrofolato  els grups moleculars s’agrupen en funció del seu grau d’oxidació  les més reduïdes queden a dalt i les més oxidades en la part inferior.
- Les formes en gris tenen el mateix estat d’oxidació.
- La conversió de N5,N10-metienotetrahidrofolato a N5-metiltetrahidrofolato es totalment irreversible  Necessita ATP.
- La transferéncia enzimàtica de grups formils (síntesi de purines i formiltetrahidrofolato utilitza N6-formiltetrahidrofolato (secundari i minoritari de la reacció de la ciclohidrolasa, es pot formar de manera instantània).
- N5-formiminotetrahidrofolato prové de la histidina.
 Transferència d’unitats monocarbonades  Síntesi de metionina i de S-adenosilmetionina com a part del cicle del metil activat.
1. La S-adenosinlmetionina (adoMET)  coeefactor principal per a transferir grups metil. Es sintetitza a partir d’ATP i metionina, amb l’actuació de la metionina adenosil transferasa.
2. Es transfereix el grup metil de l’adoMET a un aceptor i es forma la S-adenosilhomocisteïna 3. Es trenca S-adenosilhomocisteïna i dona monocisteïna i adenosina.
4. Es regenera metionina per la transferencia d’un grup metil a la homocisteïna  metionina sintasa.
 N5-metiltetrahidrofolato dona el metil a la metionina sintasa.
 També es comú que el donador es transfereixi abans a la cobalamina, que es un derivat del coenzim B12  metilcobalamina = donador del metil per a formar metionina.
BIOSÍNTESI D’AMINOÀCIDS AROMÀTICS: Exemple del triptòfan.
 Formació del corismato: - PRP + Eritrosa 4P  donadors dels carbonis.
- Es requereix N AD+, que més endavant es expulsat en el mateix estat. Es creu que entre mig de les reaccions si es pot ser que sigui reduït.
- Per a la formació del Corismat final es requereix que la 5-enoilpiruvilshiquimat 3P-sintasa uneixi un PEP més al Shiquimat3-P  5-Enolpiruvilshiquimat 3P.
- 5-Enolpiruvilshiquimat 3P + corismat sintasa  es desfosforil·la  Corismat.
- A partir de corismat es pot formar  Tirosina, Fenilalanina i Triptòfan.
 Formació del triptòfan: - Al corismat mitjançant la antranilat sintasa afegeix glutamina que surt en el mateix complex com a glutamat. També expulsa piruvat i converteix en antranilat.
- En el 5è pas la triptòfan sintasa converteix Indol-3-glicerol fosfat a triptófan.
 Indol-3-glicerol fosfat  subunitat α  Indol + gliceraldehid 3P.
 Indol + serina  subunitat β2  triptófan + H2O (actua PLP).
BIOSÍNTESI D’AMINOÀCIDS AROMÀTICS: Exemple histidina.
 La biosíntesi de la histidina utilitza precursors de la biosíntesi de purines.
 Rosa  àtoms que provenen del PRPP (5 carbonis)  Blau  àtoms que provenen de l’ATP  nell purínic dona 1 N i 1C.
 Els Nitrogens provenen de la glutamina i el glutamat - En el pas 5 els dona la glutamina, catalitzat per la glutamina amidotransferasa.
 En aquest procés es forma l’anell imidazol  dona lloc al AICAR (5-aminoimidazol4-carboxamida ribunucleòtido), que és un intermediari en la biosíntesi de purines i es recicla ràpidament a ATP.
- En el pas 7 e glutamat a donar el grup amino, mitjançant la L-histidinol fosfat aminotransferasa.
 La L-Histidinol es desforforil·la i finalment mitjançant un poder de reducció es forma la histidina.
REGULACIÓ DE LA BIOSÍNTESI D’AMINOÀCIDS  Es controla la velocitat de síntesi individual i la coordinació de producció entre ells.
 Hi ha un fort patró d’inhibició controlats enzimàticament (enzims A, B i C, amb els seus isoenzims).
 A2, B1 i C2 no tenen regulació al·lostèrica.
 A2 i B1 no es formen quan el nivell de metionina són alts.
 C2 es reprimeix en presencia de isoleucina.
 Els productes si tenen un comportament d’inhibició al·lostèrica dels diferents processos.
CATABOLISME D’AMINOÀCIDS EN MAMÍFERS  Els grups amino i l’esquelet carbonat segueixen per rutes separades, però que estan interconectades entre sí.
 Destí dels esquelets carbonats: Els monoàcids s’agrupen en funció del seu producte de degradació principal. Alguns aminoàcids estan en diverses rutes, perquè disposen de diferents parts amb metabolisme diferent.
 Catabolisme del grup amino dels aminoàcids: es dona en el fetge. El nitrogen acaba sent excretat en tres formes diferents: a) Amoníac  amonotèlics  la majoria dels vertebrats.
b) Urea  ureotèlics  vertebrats terrestres i taurons.
c) Àcid cítric  uricotèlics  aus i rèptils.
- Transport de l’ió amoni (NH4+) entre òrgans:  L’ió amoni és tòxic, s’ha de transformar abans de ser exportat al fetge per convertir-se en urea.
 En la majoria de teixits l’ió amoni es converteix a Gln per acció de la glutamina sintetasa.
 La Gln és neutra, a diferència del Glu, i travessa lliurament la membrana.
 El NH4+ prové no solament dels aminoàcids, sinó també de la degradació de nucleòtids.
GLUTAMAT DESHIDROGENASA I TRANSDESAMINACIÓ  La glutamat deshidrogenasa hepàtica pot utilitzar tant NAD+ com NADP+ com a cofactor en els mamífers.
- En plantes i microorganismes en canvi són específics per un o per l’altre.
 És una enzima regulada al·lostèricamentper GTP i ADP.
 L’acció seqüencial de les aminotransferases per generar Glu i de la glutamat deshidrogenasa per generar amoni s’anomena: transdesaminació.
- L’alanina actua com a transportador d’amoníac i de l’esquelet carbonat del piruvat des del múscul esquelètic al fetge.
CICLE DE LA UREA: Obtenció de carbamoil-fosfat  Els enzims es distribueixen entre el citosol i la matriu mitocondrial.
 Els grups amino entren en el carbamil fosfat i en l’aspartat.
 L’addició d’ornitina, arginina i citrul·lina a trossos de fetge, estimulava la producció d’urea.
 La urea és molt hidrosoluble, passa a sang, ronyó i orina.
1. Formació de citrulina a partir de ornitina y carbamil  citrulina pasa al citosol.
2. Formació de arginosuccinat per citrulil-AMP.
3. Formació d’arginina, aalibeta fumarat que va al cicle de l’àcid cítric.
4. Formació d’urea, regenera ornitina.
Ornitina transcarbamilasa Argininosuccinat sintasa Arginasa Arginosuccinat sintasa Argino-succinat CONNEXIONS ENTRE EL CICLE DE LA UREA I EL CICLE DE L’ÀCID CÍTRIC  La principal connexió es dona a causa de que la reacció de la argininosuccinasa és també un intermedi del cicle de l’àcid cíclic  doble cicle de Krebs.
 Connecten els destins dels grups amino i els esquelets carbonats dels aminoàcids.
REGULACIÓ DEL CICLE DE LA UREA  Dieta rica en proteïnes  Dejuni a llarg termini (ús de prot, muscular)  Regulació al·lostèrica del carbamil fosfat sintasa per N-acetilglutamat.
Augment de la síntesi dels 4 enzims del cicle de la urea i de la carbamil fosfat sintetasa al fetge BIOSÍNTESI DEL -AMINOLEVULINAT  En la majoria dels animals els -aminolevulinato es sintetitza a partir de glicina i succinil-CoA.
 En bacteris i plantes el precursor es el glutamat.
BIOSÍNTESI DE HEMO A PARTIR DE -AMINOLEVULINAT CATABOLISME DEL GRUP HEMO   A partir del grup hemo es pot formar biliverdina (tetrapirròlic). Allibera CO i Fe2+.
- El Fe2+ va a parar a la ferritina - CO s’uneix a la hemoglobina.
La biliverdina es converteix en bilirrubina.
- La bilirrubina viatja per la sang unida a la seroalbúmina i en el fetge es torna pigment biliar.
- Un cop en l’intestí es forma en diferents productes: a) Urobilina  color groc a la orina.
b) Estercobilina  color marró vermellós de les fems.
 El catabolisme del grup hemo juguen papers importants en la protecció de les cèl·lules contra les lesions oxidatives i en la regulació de funcions cel·lulars.
BIOSÍNTESI DE NEUROTRANSMISSORS  El pas clau per a la síntesi d’alguns neurotransmissors a partir d’aminoàcids es la descarboxilació depenent de PLP (marcades de color rosa).
SÍNTESI DE NUCLEÒTIDS: Reutilització de les bases BIOSÍNTESI DE PURINES DE NOVO  Biosíntesi de nucleòtids de purina  construcció de l’anell purínic del inosinat (IMP).
- L’anell purínic es forma sobre el grup 5-fosfo-D-ribosilo.
 En el pas 1 veiem que la glutamina es la donadora del nitrogen.
 En el pas dos s’incorpora la glicina, que dona 2 carbonis i un nitrogen.
 El formil del pas tres dona un altre carboni.
 El segon nitrogen l’afegeix la glutamina en el pas 4.
 El fumarat es el que afegeix l’altre nitrogen a l’anell final.
 A partir del IMP es poden formar AMP i GMP, segons l’enzim que actua i els intermediaris.
REGULACIÓ DE LA SÍNTESI DE NUCLEÒTIDS DE PURINA  Es mostra el cas del mecanisme de la adenina i la guanina, però aquesta regulació no és igual per a tots els organismes.
 És una regulació en que els productes inactiven diferents enzims de la reacció.
BIOSÍNTESI DE PIRIMIDINES  Síntesi de UTP i CTP per la via del orotidilat.
 La pirimidina es construïa a partir de carbamil fosfat i aspartat.
 La ribosa 5-fosfat es afegida a l’anell ja complert de la pirimidina, per la orotat fosforribosiltransferasa.
 El carbamil fosfat es forma a partir de CO2 i NH4+.
 La formació dels nucleòtids de pirimidina està regulada per retroinhibició a causa de la CTP.
- L’enzim aspartat transcarbamilasa està regulada al·lostèricament per la CTP i l’ATP.
 Estructura de la carbamoilfosfat sintetasa II  S’encarrega de canalitzar productes intermedis entre centres catalítics.
CATABOLISME DE PIRIMIDINES  El catabolisme de les purines i les pirimidines produeix àcid úric i urea respectivament.
 Les pirimidines produeix NH4+ i més endavant la urea.
 La timina es degrada a metilmalonilsemialdehid, un intermediari del catabolisme de la valina.
- Aquest compost es degrada finalmnet a succinilCoA a través del `propionil-CoAi metilmalonilCoA.
- El Succinil-CoA va a parar al cicle de Krebs.
CATABOLISME DE PURINES  Les purines es degrades fins a àcid úric, en una ruta on es perd el grup fosfat per acció de la 5’nucleotidasa.
 - No va al cicle de la urea.
- Hemo  bilirrubuna i derivats - Colesterol  Àcids biliars El catabolisme del GMP també proporciona àcid úric com a producte final.
SÍNTESI DE DESOXIRIBONUCLEÒTIDS  Els ribonucleòtids són els precursors dels desoxirribonucleótids.
 El procés el du a terme la ribonucleótid reductasa.
- Els electrons (fletxes vermelles) es transfereixen als enzims des de el NADPH a través de: a) La glutarredoxina b) La tiorredoxina - Els grups sulfur de la glutarredoxina reductasa son suministrats per dos molècules de glutatió.
- La tiorredoxina reductasa té com el grup prostètic el FAD.
 Ribonucleòtid reductasa  La seva estructura s’organitza en subunitats.
- Es coneixen 4 tipus d’aquest enzim.
- Té dos llocs reguladors (comentats posteriorment) - El lloc actiu té dos tiols i un grup –XH, que es pot convertir en un radical (-SH de la Cys).
- Les unitats R2 contenen el residu Tyr i el centre de ferro binuclear.
 - El radical tirosil genera el radical del centre actiu (-X) Els grups tiols actius es troben en les subunitats R1.
R1 R2 R1 R2  Regulació de la síntesi de desoxiribonucleòtid  l’activitat global de l’enzim resulta afectada per la unió al lloc regulador principal (esquerra).
- L’especifitat de l’enzim per el substrat resulta afectada per la naturalesa de la molècula efectora que uneix al segon tipus de lloc regulador (dreta).
 La biosíntesi del dTMP a partir de CDP i UDP està catalitzada per la ribonucleìtid reductasa.
SÍNTESI DE TIMIDILAT I EL METABOLISME DEL FOLAT COM A DIANES QUIMIOTERAPÈUTIQUES  El N5, N10-metilenotetrahidrofolat es regenera en dos passos catalitzats per la timidilat sintasa.
-  Aquest cicle és una de les dianes principals dels agents quimioterapeùtics.
Els compostos fluorouracil i metotrexats són agents importants de quimioteràpia.
- En les cèl·lules el fluoracil es converteix en FdUMP i inhibeix el timidilat sintasa.
- El metotrexato és un anàleg estructural del tetrahidrofolat i inhibeix la dihidrofolat reductasa.
- Un altre anàleg del folat és la aminopterina, que fa el mateix que el metotrexato.
- El trimetoprim es un inhibidor amb una alta afinitat de la dihidrofolat reductasa bacteriana, convertint-lo en un fort antibiòtic.
ANÀLEGS DE NUCLEÒTIDS  Fàrmacs contra la SIDA.
...