Catabolismo de aminoácidose ciclo da uréia

Prof. Jonas Contiero2006

A fração de energia metabólica derivada dos aminoácidos varia muito com o tipo de organismo considerado e com a situaçã metabólica em que ele se encontra

Carnívoros podem obter através daoxidação dos aminoácidos até 90% das suas necessidades de energia

Herbívoros obtém apenas uma pequena fração de suas necessidades energéticas

Microrganismos podem retirar aminoácidos de seu ambiente, os quais podem ser oxidados como combustíveis quando de sua necessidade energética

Vegetais Raramente oxidam aminoácidos

Oxidação dos aminoácidos nos animais

Pode ocorrer em três circunstâncias:

Durante síntese e degradação de proteínas celulares, alguns aminoácidos liberados podem sofrer oxidação

Quando em uma dieta rica em proteínas aminoácidos excedentes são catabolizado

Durante jejum severo e ou diabetes melito proteínas corporais são hidrolizadas e seus aminoácidos empregado como combustíveis

Uso dos aminoácidos• Podem ser utilizados para síntese de

proteínas• Caso não sejam utilizados para essa

finalidade, devem ser degradados.• Em animais, proteínas e aminoácidos não

são armazenados como fonte de energiasemelhante ao que ocorre com carboidratos e lipídeos.

• Uma parte importante da degradação de aminoácidos ocorre no fígado.

Catabolismo de aminoácidos

• Desaminação:aminoácido perde seu grupoamino e os α-cetoácidos formados podemsofrer oxidaçãpo até CO2 e H2O

• Metabolismo do esqueleto de Carbononormalmente fornecem unidades de trêsa quatro átomos de carbonos que sãoconvertidas a glicose

Grupos amino e o esqueleto carbônico entram em vias separadas

Catabolismo de aminoácidos nos mamíferos

Remoção de nitrogênio• Estágio 1: transaminação com α-

cetogluturato para formar glutamato e um novo α-ceto ácido.

• Estágio 2: glutamato é desaminadoatravés de processo oxidativoenvolvendo NAD+

• Estágio3: formação de uréia atravésciclo da uréia.

transaminase desaminase

Transaminações catalisadas por enzimas

PLP pirodoxal fosfato é o cofator de todas as aminotransferase

Reação catalisada pela glutamato desidrogenase

Glutamato desidrogenase de mamíferos pode empregar tanto o NAD+ como NADP+ como cofator, sendo regulada por ADP ou GTP

Catabolismo do grupo amino nofígado dos vertebrados

Animais amoniotélicos:maioria dos invertebrados aquáticos,como os peixes ósseos e larvas de anfíbios

Animais ureotélicos:vertebrados e tubarões

Animais uricotélicos:passáros e répteis

Entrada de alimentos→estimula a mucosa gástrica a secretar gastrina(hormônio) →estimula produção de HCl pelas glândulas gástricas e pepsinogênio pelas células principais pH (1,0 a 2,5) age como antisséptico, matando bactérias e outras células estranhas e desenovela as proteínas para ação das enzimas hidrolíticaspepsinogênio(precursor inativo ou zimogênio) é convertido em pepsina ativa

Quando o conteúdo gástrico passa para o intestino delgado, ocorre secreção de secretina, a qual estimula o pâncreas a produzir bicarbonato no intestino delgado para neutralizar o HCl, aumentando o pH para 7,0

A entrada de aminoácidos na parte superior do intestino (duodeno) libera o hormônio colecistoquinina, o qual estimula a secreção de tripsina, quimotripsina e carboxipeptidases A e B (pH 7,0 e 8,0) [secretado pelas células exócrinas do pâncreas]

Os aminoácidos são absorvidos pela mucosa intestinal

Uso de Amônia

• Amônia (NH4+) é tóxica.

• Não deve ser acumulada na célula. • Em humanos nível elevado estáassociado com letargia e retardaçãomental.

• Mecanismo de toxicidade não é conhecido.

A amônia antes de ser transportada para o fígado ou para os rins através do sangue é transformada em um composto não tóxico a L-glutamina

No fígado a glutaminaselibera amônia e glutamato

O glutamato no fígado pode suprir mais amônia através da glutamatodesidrogenase

Alanina transporta amônia dos músculos para o fígado. Aminoácidos são degradados no músculo pra servir como combustível. Grupos aminos são coletados por transaminação na forma de glutamato. Glutamato pode ser transformado em glutamina ou transferir seu glupo amino pra o piruvato Através ação da alaninaaminotransferase produz se alanina, a qual é transportada pelo sangue até o fígado. No citosol a alaninaaminotransferase transfere o grupo amino para o α-cetoglutarato, formando piruvato e glutamato. A reação da glutamato desidrogenaselibera amônia

Mecanismos que levam a produção de amônia

• Peixe excreta amônia para o ambienteaquoso através das guelras.

• Pássaros e répteis convertem amôniapara ácido úrico e excretam o mesmo.

• Mamíferos convertem amônia para uréiano fígado e excretam na urina.

• Uréia é solúvel e não possui carga, sendode fácil excreção.

HN

NH

NH

HN

O

OO

H2N

CH2N

O

Uréia Ácido úrico

Ciclo da Uréia

Ciclo da uréia e reações que introduzem grupos aminos

Passos do ciclo: ciclo começa na mitocôndria, mas três passos ocorrem no citosol

1-um grupo amino entra no ciclo através do carbamilfosfato(formado na matriz)

2-outro é derivado do aspartado, formato na matriz por meio da transaminação do oxaloacetato com o glutamato, reação catalisada pela aspartato aminotransferase

3-formação da citrulina a partir da ornitina e carbamilfosfato, a citrulina passa para o citosol

4-formação do argininossuccinato por meio de um intermediário citrulil-AMP

5-formação de arginina a partri de argininossuccinato, liberando fumarato que entra no TCA

6-formação da uréia

Interação entre ciclo da uréia e ciclo do ácido cítrico

Defeitos genéticos no ciclo da uréia

Pessoa com defeitos genéticos em qualquer uma das enzimas do ciclo da uréia são intolerantes a uma dieta rica em proteínas. Aminoácidos desaminados no fígado geram amônia, sendo que a~mesma não pode ser convertido em uréia, resultando em acúmulo de amônia

Por outro lado o homem precisa de aminoácidos, pois não sintetiza metade dos aminoácidos padrão e os essenciais precisam ser fornecidos na dieta

Terapias empregadas: administração de ácidos aromáticos como benzoato e fenilacetato podem ajudar a baixar o nível de amônia no sangue

Benzoil-CoA combina com glicina→Hipurato. Glicinaprecisa ser regenerada, consome amônia Fenilacetato combina com glutamina e

ajuda a retirar amônia

Ambos compostos são atóxicos e excretados na urina

Ciclo da Uréia• Via metabólica cíclica com 5 reações.

• Envolve enzimas localizadas na mitocôndria e citosol.

• Dois grupos aminos usados sãoderivados da amônia e aspartato.

• C e O derivado do bicarbonato

H2N

CH2N

O

Estágio 1: Formação de CarbamoilFosfato

• Reação catalizada pela carbamoil fosfato sintetase I• Enzima mais abundante na mitocôndria do fígado (mais

que 20% da matriz proteica)• Alostericamente ativada por N-acetilglutamato

(acetil-CoA + glutamato N-acetilglutamato)• 2ATP + NH3 + Bicarbonato carbamoil-P + 2ADP

Estágio 2: Ornitina Transcarbamiolase

• Reação ocorre na matriz mitocondrial.• Produto citrulina é exportado para o citosol

Estágio 3:Argininosuccinato Sintetase

• Enzima Citosólica• Incorpora um segundo grupo amôniaa partir do aspartato

• Reação dependente de ATP

Estágio 4:Argininosuccinase

• Enzima Citosólica

Estágio 5: Arginase• Enzima Citosólica• Forma uréia e ornitina.• Uréia é excretada e ornitina é re-importada para mitocôndria

Ciclo da Uréia• Requer 3 ATPs + Amônia + Aspartato + Bicarbonato

• Produz uréia + fumarato + 2ADP + 2 Pi + AMP + PPi.

• EsqueletoFumarato voltapara TCA.

Ciclo Glucose Alanina• Aminoácido pode ser catabolizado no tecido do

músculo onde o esqueleto carbono é oxidado paraenergia.

• Amônia (tóxica) deve ser removida e transportada ao fígado onde será convertida emuréia.

• Grupo Amino do Glu é transferido para piruvatopara formar alanina.

• Alanina é exportada para o fígado via correntesanguínea onde é desaminada à piruvato

• Piruvato é convertido para glicose a qual retornaao musculo como combustível.

Ciclo Glucose-Alanina

Catabolismo da cadeia de carbono oriunda de

Aminoácidos

Pontos de entrada de aminoácidos no ciclo do ácido cítrico

Esquemas das vias catabólicas dos aminoácidos

Resumo dos destinos catabólicos dos aminoácidos

Esquema das vias catabólicas para os aminoácidos

Esquema das vias metabólicas