Destino do Nitrogênio

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DESTINO DO NITROGÊNIO:
 Como as proteínas não podem ser armazenadas no organismo humano, estas devem ser obtidos na dieta, sintetizados ou produzidos pela degradação proteica. Qualquer aminoácido em excesso dentro da célula será degradado. A 1ª fase do catabolismo dos aminoácidos envolve a retirada do grupo alfa-amino, formando amônia e o alfa-acetoácido correspondente. Uma parte da amônia é eliminada na ureia, porém, grande parte fica no organismo para ser utilizada na síntese da ureia, que é, quantitativamente, a via mais importante na eliminação do nitrogênio. Na 2ª fase do catabolismo dos aminoácidos os esqueletos carbonados dos alfa-acetoácidos são convertidos em intermediários comuns das vias metabólicas produtoras de energia. Estes compostos podem ser metabolizados a CO2, H2O, glicose, ácidos graxos ou corpos cetônicos pelas vias centrais do metabolismo.
Metabolismo geral do nitrogênio
 O nitrogênio entra no corpo em uma variedade de alimentos contidos na dieta, sendo o mais importante a proteína, e deixa o organismo na forma de ureia, amônia e outros produtos. O papel das proteínas do corpo nessa transformação envolve dois conceitos importantes: o conjunto dos aminoácidos e a renovação das proteínas.
A. Conjunto dos aminoácidos
 Os aminoácidos liberados na hidrólise das proteínas e na síntese de aminoácidos misturam-se com outros aminoácidos livres distribuídos no organismo. Coletivamente, eles constituem o conjunto ou estoque de aminoácidos, que é pequeno quando comparado com as proteínas corporais. Deste estoque, 75% é utilizado para sintetizar proteínas e o resto é metabolizado para servir como precursores de compostos. Em indivíduos bem alimentados, os aminoácidos metabolizados são reobtidos pela ingestão de proteína.
B. Renovação das proteínas
 A maioria das proteínas corporais está constantemente sendo sintetizada e degrada, o que permite a eliminação de proteínas anormais e desnecessárias. A relação entre síntese e degradação vai dizer qual a concentração da proteína dentro da célula. Sendo que algumas proteínas possuem uma taxa de degradação constante, logo, quem define sua concentração é a taxa de síntese. O contrário também acontece com algumas proteínas. 
1. Taxa de renovação
 Em adultos saudáveis, a quantidade de proteína total permanece constante, pois as proteínas degradadas são repostas síntese de novas proteínas, processo conhecido como renovação das proteínas. A taxa de renovação das proteínas varia amplamente, dependendo se a proteína em questão é de curta ou longa duração (meia-vida pequena e grande, respectivamente).
2. Degradação proteica 
 Há dois sistemas principais de degradação das proteínas: o mecanismo ubiquitina-proteassomo (dependente de energia) e as enzimas degradativas dos lisossomos (não dependentes de energia). Os proteassomos degrada, principalmente, proteínas endógenas (sintetizadas na própria célula) e os lisossomos proteínas exógenas (advindas do meio extracelular).
a. Via proteolítica ubiquitina-proteassomo 
Primeiramente, as proteínas são ligadas covalentemente (a alfa-carboxila terminal da ubiquitina liga-se a um grupo e-amino de uma das lisinas da proteína substrato) à várias ubiquitina (uma pequena proteína globular), ficando marcadas. As proteínas marcadas por ubiquitinas são reconhecidas por uma molécula proteolítica, denominada proteossomo. Este corta a proteína alvo em fragmentos, que são posteriormente degradados em aminoácidos e vão se juntar ao conjunto de aminoácidos. É importante salientar que tal processo depende de ATP para sua realização.
b. Sinais químicos para degradação proteica
Uma vez que as proteínas possuem diferentes tempos de meia-vida, é evidente a necessidade de a degradação proteica ser realizada com base em algum aspecto estrutural que identifique qual proteína deve ser degradada. Por exemplo, algumas proteínas que foram oxidadas ou marcadas com ubiquitina são degradadas preferencialmente. A meia-vida de uma proteína é influenciada pela natureza de seu resíduo N-terminal (aminoácido serina como aminoácido N-terminal gera uma meia-vida maior na proteína). Em contraste, proteínas com o aminoácido N-terminal aspartato apresentam pequena meia-vida, assim como proteínas contendo a sequência prolina, glutamato, serina e treonina (PEST).
Digestão das proteínas da dieta
 As proteínas são grandes demais para serem absorvidos diretamente pelo organismo. Dessa forma, elas são hidrolisadas e eliminam seus aminoácidos, que são absorvidos pelo organismo. As enzimas proteolíticas responsáveis pela degradação das proteínas são produzidas em 3 diferentes órgãos: estomago, pâncreas e intestino delgado.
A. Digestão de proteínas pela secreção gástrica
 A digestão proteica começa no estomago com o suco gástrico – uma solução contendo HCL e a pró-enzima pepsinogênio:
1. HCL
 Possui a função de matar micro-organismos patológicos e desnaturar proteínas, tornando-as mais suscetíveis a hidrólise. 
2. Pepsina
 É secretada na forma de pró-enzima, o pepsinogênio. Este possui aminoácidos adicionados a sua cadeia (que o inativam) e que vão ser separados da pró-enzima ativando-a. O pepsinogênio é ativado pelo HCL e forma a pepsina, que libera peptídeos e alguns poucos aminoácidos.
B. Digestão de proteínas por enzimas pancreáticas
 Ao entrar no intestino delgado, os peptídeos são clivados por proteases pancreáticas, resultando em oligopeptideos e aminoácidos.
1. Especificidade
 Cada uma das diferentes pré-enzimas contidas no suco pancreático possui uma especificidade pelos grupos R dos resíduos de aminoácidos adjacente a ligação peptídica suscetível (a ativação e liberação das pré-enzimas pancreáticas são mediadas pela colecistocinina e pela secretina)
 
C. Digestão de oligopeptídeos por enzimas do intestino delgado
 A superfície do intestino possui enzimas, as aminopeptidases, que clivam repetidamente o resíduo N-terminal dos oligopeptídeos, formando peptídeos menores e aminoácidos.
D. Absorção dos aminoácidos e dos dipeptídeos
 Ambos são obsorvidos pelas células epiteliais do intestino. Contudo, os peptídeos pequenos são hidrolisados no citosol das células, formando aminoácidos livres. Dessa forma, apenas aminoácidos são transportados até o fígado ou vão para circulação geral.
 	
Transporte dos aminoácidos para o interior das células
 A concentração de aminoácidos livres fora das células é menor que dentro destas, isso ocorre por meio de transportes ativos específicos para cada aminoácido (são conhecidos mais de 7 tipos), que usam ATP para se opor ao gradiente de concentração. Por exemplo, um destes transportes é responsável pela reabsorção da cistina, ornitina, arginina e lisina nos túbulos renais. Na doença herdada cistinúria, este sistema é ineficiente, acarretando no aparecimento destes 4 aminoácidos na urina. A doença expressa-se clinicamente pelo aparecimento de cistina na forma de cálculos renais, as quais bloqueiam o trato urinário. 
 
Remoção do nitrogênio dos aminoácidos
 A presença do grupo alfa-amino mantém os aminoácidos a salvo da degradação oxidativas. Logo, é necessário a eliminação deste grupo para que se possa cataboliza-los ou gerar energia a partir deles. Uma vez removido, o nitrogênio pode ser excretado pelo organismo ou incorporado em outras moléculas e o esqueleto carbonado é metabolizado. 
A. Transaminação: o afunilamento dos grupos amino em direção à síntese de glutamato.
 O primeiro passo no catabolismo da maioria dos aminoácidos é a transferência do grupo alfa-amino para o alfa-cetoglutarato. Os produtos são um alfa-cetoácido (derivado do aminoácido) e o glutamato. O alfa-cetoglutarato é capaz de incorporar grupos amino de outros aminoácidos e, consequentemente, transformar-se em glutamato. O glutamato produzido pela transaminação pode ser desaminado oxidativamente ou utilizado como um doador do grupo amino para a síntese de aminoácidos não essenciais. Essa transferência de grupos amino de um esqueleto carbonado para outro é catalizado por uma família de enzimas chamada aminotransferases.Essas enzimas são encontradas no citosol de todas as células; especialmente aquelas dos rins, fígado, músculos e intestino. Todos os aminoácidos, com exceção da lisina e treonina (sofrem desaminação), possuem uma etapa de transaminação em seu processo de catabolismo. As aminotransferases são específicas quanto aos seus substratos e as duas mais importantes reações de aminotransferases são catalisadas pelas alanina-aminotransferases e pela aspartato-aminotransferases. 
 
1. Alanina-aminotransferase
 A enzima catalisa a reação de transferência do grupo amino da alanina para o alfa-cetoglutarato, resultando na formação de piruvato e glutamato, sendo que a reação é facilmente reversível. Sendo assim, o glutamato atua como um coletor de nitrogênio.
2. Aspartato-aminotransferase
 A enzima é uma exceção à regra de que as aminotransferases formam o glutamato. Durante o catabolismo dos aminoácidos, a aspartato-aminotransferase transfere grupos amino do glutamato para o oxalacetato, formando aspartato, o qual é utilizado como fonte de nitrogênio no ciclo da ureia.
3. Mecanismo de ação das aminotransferases
 Todas as aminotransferases necessitam da coenzima piridoxal-fosfato (derivado da vitamina B6), a qual está covalentemente ligada ao grupo E-amino de um resíduo específico da lisina no sítio ativo da enzima. As aminotransferases atuam transferindo o grupo amino de um aminoácido para a porção piridoxal da coenzima, gerando piridoxamina-fosfato. Esta reage então com o alfa-cetoácido para formar um aminoácido, ao mesmo tempo regenerando a forma aldeído original da enzima.
4. Equilíbrio das reações de transaminação
 Para a maioria das reações de transaminações a constante de equilíbrio aproxima-se de 1. Logo, as aminotransferases podem atuar tanto degradando aminoácidos (após uma refeição rica em proteínas), quanto sintetizando-os (quando a dieta não satisfaz a necessidade biológica de proteína).
5. Valor diagnóstico das aminotransferases no plasma
 A maioria das aminotransferases localizam-se no meio intracelular de modo que altos níveis dessas enzimas no plasma sanguíneo indicam a ruptura da célula e liberação do conteúdo intracelular.
a. Doença hepática
 Os níveis sanguíneos de alanina-aminotransferase (ALT) e aspartato-aminotransferase (AST) estão elevados em quase toda doença hepática, mas estão especialmente altos em condições que causam ampla necrose celular, como hepatite viral grave, lesão toxica e colapso circulatório prolongado. A alanina-aminotransferase (ALT) é mais específica para doenças hepáticas, mas a aspartato-aminotransferase (AST) é mais sensível, pois o fígado contém maiores quantidades de AST.
b. Doença não hepática
 As aminotransferáses podem estar elevadas em doenças não hepáticas, como IAM e doenças musculares. Contudo, essas doenças são distintas clinicamente das doenças hepáticas.
B. Glutamato-desidrogenase: a desaminação oxidativas dos aminoácidos
 Em contraste com a reação de transaminação, que transferem grupos amino, a desaminação oxidativas pela glutamato-desidrogenase resulta na liberação do grupo amino como amônia livre. Essas reações ocorrem principalmente no fígado e no rim. Elas fornecem alfa-cetoácidos (glutamato é oxidado e convertido em alfa-cetoglutarato, um tipo de alfa-cetoácido), que podem entrar nas vias metabólicas energéticas, e amônia, fonte de nitrogênio na síntese da ureia.
1. Glutamato-desidrogenase
Como descrito anteriormente, a maioria dos aminoácidos são afunilados na síntese do glutamato (torna-se alfa-cetoglutarato com a retirada do grupo amino), por meio de transaminações com o alfa-cetoglutarato. O glutamato é o único aminoácido capaz de sofrer uma rápida desaminação oxidativa (reação catalisada pelo glutamato-desidrogenase) e somado a ação sequencial da transaminação (resultando na coleta de grupos amino de outros aminoácidos, visto que o glutamato foi convertido em alfa-cetoglutarato e este é capaz de participar das reações de transaminação com consequente captação do grupo amino dos aminoácidos) fornece uma via por meio da qual os grupos amino podem ser eliminados do corpo na forma de amônia, visto que esta é liberada na converção do glutamato em alfa-acetoglutarato.
a. Coenzimas
 A glutamato-desidrogenase é uma enzima incomum, pois utiliza tanto o NAD+, quanto o NADP+ como coenzima. O NAD+ é utilizado principalmente na desaminação oxidativas (eliminação de amônia e oxidação do esqueleto carbonado, convertendo glutamato em alfa-cetoglutarato) e o NADPH na aminação redutora (produção de glutamato, que contém o grupo amino e será eliminado na forma de amônia durante a desaminação oxidativas).
b. Sentido da reação
 O sentido da reação depende da concentraão de glutamato, alfa-acetoglutarato e amônia, além da razão entre coenzimas oxidadas/reduzidas. Por exemplo, após uma refeição rica em proteínas (que contem bastante glutamato), os níveis de glutamato estão elevados no fígado e a reação ocorre no sentido da degradação dos aminoácidos e formação da amônia. 
c. Reguladores alostéricos
 ATP e GTP são inibidores alostéricos da glutamato-desidrogenase, enquanto ADP e GDP são ativadores alostéricos. Sendo assim, quando os níveis energéticos estão baixos na célula, a degradação dos aminoácidos pela glutamato-desidrogenase está aumentada, facilitando a produção de energia a partir dos esqueletos carbonados dos aminoácidos.
C. Transporte de aminoácidos para o fígado 
 Dois mecanismos são utilizados para o transporte de amônia dos tecidos periféricos para o fígado para a conversão em ureia. O primeiro, utilizado na maioria dos tecidos, catalizado pela glutamina-sintase, combina a amônia com a glutamato para formar a glutamina (uma forma não tóxica para transportar a amônia). A glutamina é transportada do sangue para o fígado e neste último é clivada em amônia e glutamato. O segundo, utilizado principalmente pelo músculo , envolve a transaminação do piruvato para formar alanina (piruvato [alfa-cetoácido] + glutamato alanina [aminoácido] + alfa-cetoglutarato). A alanina é transportada pelo sangue até o fígado, onde é convertida em piruvato novamente por transaminação e posteriormente em glicose pela gliconeogênese (ciclo glicose-alanina).