INTRODUCCIÓN

     Un aminoácido es una molécula orgánica con un grupo amino y un grupo carboxilo, que se combinan para formar proteínas. Los aminoácidos y las proteínas son los pilares fundamentales de la vida.

    Los aminoácidos “aa” (de proteínas de la dieta o degradación de proteínas intracelulares) constituyen la ultima clase de biomoléculas cuya oxidación contribuye de manera significativa a la generación de energía metabólica.

     El pool de aminoácidos. Está constituido por los aminoácidos libres en los diferentes líquidos corporales como el intersticial, el plasma y la linfa, entre otros.

     Existe un continuo intercambio entre estos a través de las distintas barreras, membranas celulares, capilares y otras. La cantidad y concentración de cada uno de los aminoácidos del pool es biológicamente constante, ya que sus variaciones se producen dentro de límites más o menos estrechos. La constancia del pool refleja un equilibrio dinámico entre los procesos que le aportan y le sustraen aminoácidos.

PROCESOS QUE APORTAN AMINOÁCIDOS

Los procesos que aportan aminoácidos son

• La absorción intestinal:

       La absorción intestinal constituye la fuente principal de ingreso de nitrógeno metabólicamente útil al organismo, la composición citoplasmática te aporte depende de la dieta, generalmente una dieta balanceada aporta al pool entre 70 y 100 gramos de aminoácidos al día.

• El catabolismo de proteínas hísticas:

       Otro proceso que aporta aminoácidos al pool es el catabolismo de proteínas hísticas, que consiste en la degradación de las proteínas de nuestro propio organismo, catalizado por enzimas proteolíticas, muchas se localizan en los lisosomas y se han denominado genéricamente catepsinas. El catabolismo de proteínas hísticas está sometido a regulación, resulta inhibido por diferentes aminoácidos y por la insulina, el glucagón y los glucocorticoides aceleran este proceso. Esta posibilidad de regulación tiene poder adaptativo en situaciones tales como el ayuno, la fiebre y otros. El catabolismo de proteínas hísticas aporta alrededor de 140 gramos de aminoácidos diariamente al pool en un individuo normal.

• La síntesis de aminoácidos:

      La síntesis de aminoácidos ocurre a partir de sustancias precursoras provenientes de las vías metabólicas de glúcidos fundamentalmente, aunque este proceso aporta aminoácidos al pool, tiene limitaciones, ya que como veremos posteriormente, nuestro organismo no es capaz de sintetizar todos los aminoácidos sino sólo algunos de ellos.

PROCESOS QUE NO APORTAN AMINOÁCIDOS

         Los procesos que no aportan aminoácidos son:

• La síntesis de proteínas:

          La síntesis de proteínas sustrae aminoácidos del pool. Este proceso está sujeto a una estricta regulación genética, para que se efectúe la misma es necesario que todos los aminoácidos que componen las proteínas estén presentes en el pool en cantidades adecuadas. Otro de los procesos que sustraen aminoácidos del pool lo constituye la síntesis de otros compuestos nitrogenados, como los nucleótidos y grupos hemo, que tienen como precursores a los aminoácidos.

         Para entender la importancia de los aminoácidos se debe conocer cual es el papel de las proteínas en nuestro organismo.

         Las proteínas proporcionan la estructura a todos los seres vivos. Después del agua, las proteínas constituyen la porción más grande de nuestro peso, ya que forman los músculos, ligamentos, tendones, órganos, glándulas, uñas, cabellos, fluídos corporales y son indispensables para la formación del hueso.

          Por otro lado, también son proteínas, las enzimas y hormonas que catalizan y regulan todos los procesos metabólicos. Una deficiencia proteínica puede desequilibrar los fluídos corporales y provocar un edema.

        Una dieta que no nos proporcione una cantidad suficiente de aminoácidos esenciales, conducirá a padecer alguna enfermedad o trastorno. Las proteínas están compuestas por cadenas de aminoácidos unidos por enlaces pépticos. Tanto los aminoácidos que las componen, como la secuencia en que éstos están organizados, es lo que otorga a cada proteína sus características y funciones individuales.

         Las proteínas que consumimos con la dieta, se descomponen en sus aminoácidos constituyentes. El organismo utiliza esos aminoácidos para elaborar las proteínas específicas que necesita. Por lo tanto se puede decir que los nutrientes esenciales no son las proteínas, sino los aminoácidos que las forman.

FUNCIÓN Y CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS EN EL ORGANISMO

Funciones de los aminoácidos en el organismo:

• Forman parte de las proteínas

• Actúan como neurotransmisores o como precursores de neurotransmisores (sustancias químicas que transportan información entre células nerviosas)

• Ayudan a minerales y vitaminas a cumplir correctamente su función

• Algunos son utilizados para aportar energía al tejido muscular

• Se los utiliza también para tratar traumas, infecciones y deficiencias de minerales o vitaminas

Clasificación de aminoácidos:

    

    Existen 28 aminoácidos conocidos, que combinados de diferentes formas crean cientos de proteínas.

El 80% de estos nutrientes se producen en el hígado, son los llamados aminoácidos no esenciales, y el 20% restante debe proveerse a través de la dieta y reciben el nombre de aminoácidos esenciales.

    Aminoácidos no esenciales: alanina, arginina, asparagina, ácido aspártico, citrulina, cisteina, cistina, ácido gama-aminobutírico, ácido glutámico, glutamina, glicina, ornitina, prolina, serina, taurina y tirosina.

    Aminoácidos esenciales: histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptofano y valina

DEFICIENCIA DE AMINOÁCIDOS Y SUS CONSECUENCIAS

Deficiencia de aminoácidos:

       

      El organismo produce las diferentes clases de proteínas de acuerdo a sus necesidades. Pero si alguno de los aminoácidos esenciales faltara, esa síntesis no se realizaría adecuadamente. Esto ocasionaría una deficiencia de proteínas vitales para el organismo, generando problemas tales como indigestión, depresión o retraso en el crecimiento.

¿Qué consecuencias puede tener la deficiencia de aminoácidos?

        La deficiencia de aminoácidos será debido a una dieta desequilibrada e inadecuada en proteínas. Una dieta que no nos proporcione una cantidad suficiente de aminoácidos esenciales, conducirá a padecer alguna enfermedad o trastorno. Pero existen situaciones donde a pesar de tener una dieta adecuada, la deficiencia aminoácidos ocurre de todas formas. Esa falta puede provocarse por:

• Mala absorción de nutrientes

• Infecciones

• Traumas

• Estrés

• Consumo de drogas

• Edad

• Desequilibrio de otros nutrientes

     Para evitar confusiones, es importante aclarar que la solución no es la ingesta excesiva de proteínas, ya que no sería saludable, y se produciría una sobrecarga en los riñones y en el hígado.

Siempre se debe ingerir una cantidad adecuada de proteínas. Así, el hígado metabolizará correctamente el amoníaco, generado por el mismo metabolismo proteico, y de esta manera no será perjudicial para nuestra salud.

     Para que el amoníaco no se acumule, el hígado lo convierte en urea, compuesto de menor toxicidad y luego es filtrado por los riñones para finalmente ser excretado.

PRECURSORES METABÓLICOS Y REGULACIÓN DE ENZIMAS

Precursores metabólicos y regulación enzimática:    

          Un problema fundamental para los sistemas biológicos es es la obtención de nitrógeno en una forma fácilmente de utilizar. Este problema se resuelve por la actuación de algunos microorganismos capaces de reducir la molécula inerte del nitrógeno gaseoso (N≡N) y producir dos moléculas de amoniaco mediante una de las reacciones bioquímicas más importantes. El amoniaco es la fuente de nitrógeno para la síntesis de todos los aminoácidos. Las cadenas principales de carbono provienen de la glucólisis, la ruta de la pentosa fosfato o del ciclo de Krebs.

          La síntesis de aminoácidos está sujeta a inhibición alostérica. Puesto que todos los aminoácidos, excepto la glicina son moléculas quirales, las rutas biosintéticas deben generar el isómero correcto con gran fidelidad. En cada una de las 19 rutas metabólicas restantes, la estereoisomería en el carbono α se establece mediante una reacción de transaminación que implica al piridoxal fosfato. Casi todas las transaminasas que catalizan estas reacciones provienen de un antecesor común.

          Los precursores metabólicos de los aminoácidos también son intermediarios metabólicos de otros procesos importantes del metabolismo. La ribosa 5 fosfato es un intermediario del metabolismo de las pentosas; el 3-fosfoglicerato que a su vez es el precursor de la eritrosa 4-fosfato es un importante intermediario de la glucólisis; el fosfoenolpiruvato uno de los últimos intermediarios de la glucólisis es también precursor de aminoácidos cuando se combina con eritrosa 4-fosfato; el piruvato es el compuesto resultante de la glucólisis. Así mismo dos intermediarios del ciclo de Krebs, el α-cetoglutarato y el oxalacetato, son también los dos más importantes precursores metabólicos de los aminoácidos.

DESAMINACIÓN OXIDATIVA

Desaminación oxidativa:

      

        La desaminación oxidativa es una reacción química que se caracteriza por la ruptura de un grupo amino. Esta reacción es muy importante a nivel biológico en la degradación de los aminoácidos.El glutamato es desaminado oxidativamente en la mitocondria por la glutamato deshidrogenasa, la única enzima conocida que al menos en algunos organismos, puede trabajar con NAD+ o NADP+ como coenzima redox. Se piensa que la oxidación ocurre con la transferencia de un ion hidruro del carbono a del glutamato al NAD(P)+ formando a-iminoglutarato el cual es hidrolizado a a-cetoglutarato y amonio.

Desaminación en los aminoácidos:

       La degradación de los aminoácidos se puede dividir en 3 etapas: -Transaminación y desaminación oxidativa -Síntesis de urea (ciclo de la urea) -Degradación del esqueleto carbonado α-oxoácido

         En la transaminación, los aminoácidos reaccionan con el α-oxoglutarato y se obtienen como productos el α-oxoácido y el glutamato. Este último será el sustrato de la reacción de la desaminación oxidativa. La reacción en los mamíferos se da sobre todo en el hígado y está catalizada por la enzima glutamato deshidrogenasa(GDH). Esta enzima se encuentra en la matriz de la mitocondria y por eso el glutamato deberá ser transportado del citoplasma a la mitocondria. Es de las pocas enzimas que puede utilizar de cosustrato tanto NAD+ como NADP+.

Desaminación oxidativa del glutamato:

        La reacción se lleva a cabo en dos fases. Se forma pues un intermediario con una base de Schiff (-C=N-). Las dos fases son reversibles ya que el nivel energético de los reactivos es similar al nivel energético de los productos. Según las necesidades que tenga la célula, la reacción puede actuar en sentido degradativo o en sentido biosintético.

       En la primera fase, la glutamato deshidrogenasa utiliza el NAD+ (o NADP+) como oxidante: este cosustrato consiguirá un hidridión (H = 2 e- + H+), convirtiéndose así en NADH (o NADPH). Consecuentemente, el glutamato se oxidará con un hidridión menos que había formado parte del grupo amino (pasando de NH3+ a NH2+) y de un hidrógeno unido al carbono 2.

          En la segunda fase, es necesario un aceptor de agua externo. De esta manera, el oxígeno desplazará al grupo amonio formando un doble enlace con el carbono 2 y los hidrógenos formaran junto al NH2+, el ion amonio NH4+. El amonio es muy tóxico y por eso, antes de ser liberado de la mitocondria, será reconvertido por el ciclo de la urea en urea, un compuesto mucho menos tóxico. El producto α-oxoglutarato ha sido regenerado mediante la desaminación oxidativa para volver a ser producto de la transaminación. Según las necesidades de la célula, también puede ser utilizado en el ciclo de Krebs.

          La glutamato deshidrogenasa tiene moduladores alostéricos: el ADP actúa como activador y el GTP lo hace como inhibidor.

DESTINO DEL ESQUELETO CARBONADO DE LOS AMINOÁCIDOS

       La cadena carbonada de los AA, una vez que han perdido el grupo amino, puede seguir diferentes destinos metabólicos. Cuando su esqueleto carbonado se transforme en metabolitos que puedan convertirse en glucosa, los aminoácidos son denominados glucogénicos y cuando su cadena carbonada se transforma en Acetil-CoA y cuerpos cetónicos, los AA son llamados cetogénicos. Las cadenas carbonadas de algunos AA pueden derivar hacia ambos destinos.

          Las cadenas carbonadas de los veinte AA se degradan hacia tan sólo siete moléculas: piruvato, acetil-CoA, acetoacetil-CoA, á-cetoglutarato, succinil-CoA, fumarato y oxalacetato. Los AA glucogénicos: se degradan a piruvato, a-cetoglutarato, succinil-CoA, fumarato u oxalacetato; luego por ello pueden ser precursores de la glucosa.

        Los AA cetogénicos: se degradan a acetil-CoA o acetoacetato, y de esta manera podrán convertirse en ácidos grasos o compuestos cetónicos. 

     

  Esta canalización entre enzimas continúa para el argininosuccinato, arginina y ornitina. Sólo se libera la urea a la reserva general de metabolitos del citosol.

CICLO DE LA UREA

 El ciclo de la urea comienza en el interior de las mitocondrias de los hepatocitos.

Reacciones:

1.  El primer grupo amino que ingresa al ciclo proviene del amoníaco libre intramitocondrial. El amoníaco producido en las mitocondrias, se utiliza junto con el bicarbonato (producto de la respiración celular), para producir carbamoil-fosfato. Reacción dependiente de ATP y catalizada por la carbamoil-fosfato-sintetasa I. Enzima alostérica y modulada (+) por el N-acetilglutamato.

2.  El carbamoil-fosfato cede su grupo carbamoilo a la ornitina, para formar citrulina y liberar Pi. Reacción catalizada por la ornitina transcarbamoilasa. La citrulina se libera al citoplasma.

3.  El segundo grupo amino procedente del aspartato (producido en la mitocondria por transaminación y posteriormente exportado al citosol) se condensa con la citrulina para formar argininosuccinato. Reacción catalizada por la argininosuccinato sintetasa citoplasmática. Enzima que necesita ATP y produce como intermediario de la reacción citrulil-AMP.

4.  El argininosuccinato se hidroliza por la arginino succinato liasa, para formar arginina libre y fumarato.

5.  El fumarato ingresa en el ciclo de Krebs y la arginina libre se hidroliza en el citoplasma, por la arginasa citoplasmática para formar urea y ornitina.

6.  La ornitina puede ser transportada a la mitocondria para iniciar otra vuelta del ciclo de la urea.

En resumen, el ciclo de la urea consta de dos reacciones mitocondriales y cuatro citoplasmáticas

conexión entre ambos ciclos, de la urea y de los ácidos tricarboxílicos, reducen el coste energético de la síntesis de urea. El ciclo de la urea conlleva la conversión de oxalacetato en fumarato y la posterior conversión del fumarato hasta oxalacetato producirá un NADH, que podrá generar 3 ATP en la respiración mitocondrial, lo que reduce el coste de la síntesis de urea.

Reacciones del ciclo de la urea:

1. L-ornitina

1.  Carbamil fosfato

1.  L-citrulina

1.  Argininosuccinato

1.  Fumarato

1.  L-arginina

1.  Urea

L-Asp L-aspartato

CPS-1 carbamil fosfato sintetasa I

OTC Ornitina transcarbamilasa

ASS argininosuccinato sintetasa

ASL argininosuccinato liasa

ARG1 Arginasa|arginasa 1

Pasos   Reactantes       Productos        Catalizado por Localización:

1          2ATP + HCO3− + NH4+      carbamoil fosfato + 2ADP + Pi          CPS1   mitocondria

2          carbamoil fosfato + ornitina    citrulina + Pi   OTC    mitocondria

3          citrulina + aspartato + ATP     argininosuccinato + AMP + PPi         ASS    citosol

4          argininosuccinato        Arg + fumarato           ASL    citosol

5          Arg + H2O     ornitina + urea ARG1 citosol

REGULACIÓN DEL CICLO DE LA UREA Y CONEXIÓN CON EL CICLO DE KREBS

      Regulación del Ciclo: 

   El flujo del N a través del ciclo de la urea dependerá de la composición de la dieta. Una dieta rica en proteínas aumentará la oxidación de los aminoácidos, produciendo urea por el exceso de grupos aminos, al igual que en una inanición severa.

        Las cinco enzimas se sintetizan a velocidades más elevadas, durante la inanición o en los animales con dieta rica en proteínas.

  La enzima carbamoil-fosfato-sintetasa I es activada alostéricamente por el N - acetilglutamato que se sintetiza a partir del acetil-CoA y el glutamato, por la N-acetilglutamato sintetasa; enzima que, a su vez, es activada por la arginina, aminoácido que se acumula cuando la producción de urea es lenta.

Conexión entre el Ciclo de la Urea y el Ciclo de Krebs:

1.  El fumarato producido en la reacción de la argininosuccinato liasa, ingresa a la mitocondria, donde es blanco de la fumarasa y malato deshidrogenasa para formar oxalacetato.

2.  El aspartato que actúa como dador de N en el ciclo de la urea se forma a partir del oxalacetato por transaminación desde el glutamato.

3.  Dado que las reacciones de los dos ciclos están interconectados se les ha denominado como doble ciclo de Krebs.

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