O nitrogênio molecular ( N2)abundante na atmosfera

• Para ser utilizado pelos animais, ele precisa ser fixado

• reduzido de N2 para NH3 (amônia)

• (microorganismos, plantas, descargas elétricas)

Fixação de nitrogênio

• Somente algumas poucas bactérias de solo ou que vivem associadas a raízes de plantas podem converter N2 a NH3 -> Fixação de nitrogênio

• N2 + 8e-+ 8H+ + 16 ATP +16 H2O 2NH3 + 16ADP + 16Pi + H2

As rotas de biossíntese de aminoácidos e nucleotídeos necessitam de nitrogênio na forma

solúvelAmônia, aminoácidos e nucleotídeos são utilizados de forma econômica pela maioria dos organismos

• Reciclagem e Reutilização

Reciclagem

• Aminoácidos em excesso não sãoarmazenados.

• Indivíduo saudável, com dieta adequada, elimina nitrogênio correspondente a cercade 100g/proteína/dia.

• 400 g de proteínas devem ser renovadas/dia.• Portanto 100 g devem ser repostos pela

alimentação

Aminoácidos

Proteínas da dieta Proteínas endógenas

Compostos nitrogenadosnão-proteicos

Grupo amino

uréia

A degradação das proteínas ingeridas ocorre no trato gastrointestinal

A digestão de proteínas pode ser dividida em fases

• Gástrica

• Pancreática

• Intestinal

Gástrica• HCl do suco gástrico – mata microorganismos e

desnatura proteínas.• A mucosa gástrica é recoberta por uma camada de

muco, que a protege da agressão do suco gástrico, bastante corrosivo

• A denaturação torna as proteínas mais susceptíveis àhidrólise de proteases gástricas (família da pepsina).

• Pepsinas são enzimas que são ativas em pH ácido.• Pepsina ativa é gerada a partir da pró-enzima

pepsinogênio (remoção de 46 aminiácidos do NH2terminal), em pH abaixo de 2.

• Pepsina corta proteínas em peptídeos menores e aminoácidos livres

Fase Pancreática e Intestinal

• O suco pancreático é rico em pró-enzimasque só são ativadas ao chegarem ao lúmendo intestino delgado

Intestino Delgado

À medida que o conteúdo ácido do estômago chega ao intestino estimula a secreção de secretina.

A secretina estimula o pâncreas a secretar bicarbonato de sódio. O pH aumenta para 7.

A entrada dos peptídeos na parte superior do intestino libera o hormônio colecistoquina.

A colecistoquina estimula a secreção de enzimas pancreáticas (tripsina, quimiotripsina, carboxipeptidase).

Uma protease produzida pelo duodeno (enteropepdidase) ativa o tripsinogênio a tripsina.

Tripsina ativa as outras pró-enzimas.Os aa livres entram nos capilares sanguíneos das

vilosidades e são transportados até o fígado.

Estômago:A entrada das proteínasno estômago estimula amucosa gástrica a secretar gastrina ->estimula secreção deHCl e pepsinogênio.

As proteínasdenaturamEm pH baixo->ligaçõesacessíveis ahidrólise enzimática.Pepsinogênioé convertido empepsina.A pepsina hidrolisa as proteínasEm peptídeos

O grupo amino e o esqueleto de carbono seguem vias separadas mas conectadas

• A maioria dos amino ácidos é metabolizada no fígado. Leucina, isoleucina e valina são oxidados principalmente como combustível no músculo, tecido adiposo, rim e cérebro). Esses tecidos têm uma aminotransferase, ausente no fígado, que age nesses aminoácidos ramificados.

O nitrogênio é abundante na atmosfera mas muito inerte para ser usado na maioria dos processos bioquímicos.

• A amônia gerada é reciclada é usada nas sínteses .• O excesso de amônia é excretado.

A amônia é tóxica para os animais• As bases moleculares não são totalmente

esclarecidas• Em humanos, estágios finais de intoxicação-leva

ao coma.• Mudanças de pH celular e diminuição de

intermediários de ciclo de Krebs• Excesso de NH3 leva a alcalinização de fluidos

celulares• Um deslocamento do equilíbrio na reação da

glutamina sintetase pode depletar alfa-cetoglutarato no cérebro reduzindo ATP

A remoção do grupo amino

O papel do glutamato e da glutamina

• O glutamato e a glutamina desempenham papel crucial no metabolismo do nitrogênio.

• No citossol de hepatócitos, amino grupos da maioria de amino ácidos são transferidos para o alfa-cetoglutarato formando glutamato.

• O excesso de amônia gerado na maioria dos outros tecidos é convertida no grupo amino da glutamina.

O grupo amino da maioria dos aa é coletado como glutamatoReação catalisada por aminotrasferases (transaminases)

Aminotransferases = transaminases

Reservatório temporário de grupos amino

As células têm várias aminotransferases uma para cada amino ácido

O nome da enzima está relacionado com o amino ácido doador do amino grupo para o

alfa-cetoglutarato, por exemplo: Alanina aminotransferase; aspartato

aminotransferaseAs reações das aminotransferases são

reversíveis

As aminotransferases têm como coenzima o PLP (derivado da vitamina B6)

Os amino grupos são coletados no fígado na forma de glutamato

Nos hepatócitos, glutamato étransportado do citossol para a

mitocôndria onde sofre desaminação oxidativa ou transaminação

Em uma segunda etapa, os amino grupos originam aspartato e/ou amônia

A glutamato desidrogenase utiliza tanto NAD+ como NADP+

O glutamato pode ser desaminado e o grupo amino liberado comoamônia (NH4

+) em pH fisiológico

Glutamato desidrogenasemitocondrial

O glutamato também tem outro destino. Transaminação formando aspartato (o segundo depositário de grupo amino dos aminoácidos).

aspartato aminotransferase

Alguns aminoácidos sãodesaminados por reações especiais

• Glicina, histidina, lisina, metionina, prolina, serina e treonina

Não participam de reações de transaminação

Ao longo da via de degradação o grupo amino é liberadoComo NH4

+ ou forma glutamato . Mesmos produtos dosOutros aminoácidos

• A ação combinada da aminotransferase e glutamato desidrogenase resulta naconvergência do grupo amino da maioriados aa em 2 compostos:

• NH4+ e aspartato

Glutamina e Alanina são transportadores de amônia para o

Fígado

Como a amônia é tóxica e a sua conversão em uréia ocorre no fígado, o NH4

+ produzido em outros tecidos é incorporado em compostos não

tóxicos que atravessam membranas com facilidade:

Alanina no músculoGlutamina na maioria dos tecidos extra-hepáticos

Fígado

No rim existe a enzima glutaminase que permite a

excreção de NH4+

A alanina transporta amônia do músculo para o fígado

• Ciclo alanina-glicose• O gasto energético da gliconeogênese é

imposto ao fígado e não ao músculo que precisa de todo ATP para a contração muscular.

Amino ácidosDieta

AlaninaMúsculo

GlutaminaMúsculo e outros tecidos

Átonos de nitrogênio da uréia

amônia aspartato

O ciclo da uréia e o TCA foi descoberto por Sir Hans Krebs e colaboradores

Hans KrebsThe Nobel Prize in Physiology or Medicine 1953

O Ciclo da uréia

• O excesso de amônia é excretado como uréia pelos organismos ureotélicos.

• A produção de uréia ocorre no fígado.• A uréia produzida passa para a corrente

sanguínea e vai para o rim onde é excretada pela urina.

Formação de carbamoil fosfato

Carbamoil fosfato sintetase INH4

+ formado na mitocôndria hepática + CO2 produzido pela

respiração

Amônia (primeiro nitrogênio da uréia) entra no ciclo após

condensação com bicarbonato paraformar carbamoil fosfato

Carbamoil fosfato sintetase I

Carbamoil fosfato sintetase I

Custo de 2 ATPs

Formação da citrulina na matrizmitocondrial

• Ornitina transcarbamoilase

Ornitina + carbamoil fosfato citrulina

Citrulina é transportada para for a da mitocôndria , onde as outrasReações do ciclo da uréia acontece,

Rim e eliminadaPela urina

Soma das reações

Aspartato + NH4+ + HCO3

- + 3ATP + H2O

Uréia + fumarato + 2ADP + 2Pi + AMP + PPi + 4H+

Consumo de 4 ligações fosfato ricas em energia

oxaloacetato

O destino do fumarato

• O fumarato pode ser convertido a oxaloacetato, por reações analógas aoKrebs, só que as enzimas envolvidas sãocitossólicas.

• O Oxaloacetato por transaminação forma aspartato.

A bicicleta do Krebs

Fígado, rim e coração 3 ATPs reduz para 1 ATPA síntese da uréia

Esquema geral da síntese da uréia Balanço energético do processo

CICLO DE

KREBS

CICLO DA

URÉIA

Glicose

Toxicidade da Amônia• Encefalopatia Hepática• Lesões severas no fígado ou deficiências

genéticas• ↓ atividade do Ciclo da Uréia• Hiperamonemia

PODE

contrib uir

α-cetoglutarato Glutamato+ NH3

NAD(P)H

NAD(P)+

Glutamina

GABA

ATPNH3

ADP

Regulação do ciclo da uréia

• O fluxo de nitrogênio varia com a dieta.• Todas as enzimas do ciclo da uréia e a a

carbomoilfosfato sintase são sintetizadas em velocidade maior em animais com dietas ricas em proteínas.

• Existe também regulação alostérica da carbomoilfosfato sintase.

•O fluxo de nitrogêniovaria com a dieta.

•Todas as enzimas do ciclo da uréia e a carbomoilfosfato sintasesão sintetizadas em maiorquantidade em animaiscom dieta rica em proteínas.

•Existe também regulaçãoalostérica (+) da carbomoilfosfato sintasepelo N-acetil-glutamato

Regulação do ciclo da uréia

Quandoaumentadegradação de aminoácidos

A carbomoilfosfato sintase é estimulada por N-acetilglutamato

Quando há maiorDegradação de aa

Degradação da cadeia carbônica

• Piruvato (glicogênicos)• Intermediários do ciclo de Krebs

(glicogênicos)• Acetil-CoA (cetogênicos)

Fenilcetonúria: Acumula fenilalanina que pode originar fenilpiruvato

O fenilpiruvato pode competir com o piruvato pela piruvato translocase

Fenilcetonúria

Defeito hereditário frequente no metabolismode aminoácido causada por aumento de fenilalanina hidroxilase

Acúmulo de Phe

O fenilpiruvato pode competir com o piruvato pela piruvato translocase

EncontradosAumentados na urina

Compete com o piruvatopela piruvato translocase

Diminui ATP

Deficiência da fenilalanina hidroxilase = fenilcetonúria

Defeito hereditário mais frequente do metabolismo de aminoácidos é a fenilcetonúria. Ocorre acúmulo de fenialanina, que gera fenilpiruvato em reação de transaminação com α-cetoglutarato.

Deficiência da fenilalanina hidroxilase = fenilcetonúria

Na fenilcetonúria ocorre acúmulo de fenialanina, que gera fenilpiruvato em reação de transaminação com α-cetoglutarato.

Fenilpiruvato compete com piruvato pela piruvatotranslocase, restringindo a entrada de piruvato na mitocôndria e portanto a produção de ATP a partir de glicose.

Indivíduos afetados apresentam retardamento mental, pigmentação deficiente da pele e cabelo.

Mais de 100 doenças hereditárias devido a deficiências no metabolismo de aminoácidos já foram descritas

AspartameN-L-alfa-aspartil-L-fenilalanina 1-metilester

melanina

Deficiência produz albinismo

O organismo só sintetiza 11 dos 20 aa constituintes das proteínas

Essenciais Não Essenciais A partir de essenciais

Fenilalanina Alanina tirosinaHistidina Arginina CisteínaIsoleucina AsparaginaLeucina AspartatoLisina CisteínaMetionina GlutamatoTreonina GlutaminaTriptofano GlicinaValina Prolina

SerinaTirosina

Glutamato e glutamina são doadoresde nitrogênio para a síntese dos

aminoácidos

Transaminases de Importância em Diagnóstico

TGP (ALT)-Transaminase

Glutâmico-Pirúvica

TGO (AST)- TransaminaseGlutâmico-oxalacético

Transaminases Distribuição tecidual

• Enzimas intracelulares•Presentes em vários tecidos

•↑ nos níveis séricos indica lesão tecidual- infarto do miocárdio - doenças hepáticas