Resumo Oxidação de Aminoácidos e o Ciclo da Ureia - GT - ana_dinizmed

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As imagens utilizadas são para fins educativos, sem intenção de infringir direitos autorais. @ana_dinizmed 
 A energia metabólica obtida a partir de aa, varia 
muito de acordo com o tipo de organismo e com 
as condições metabólicas. 
 A maior parte dos microrganismos obtém aa a 
partir do ambiente e os utiliza como 
combustível quando suas condições 
metabólicas assim o determinarem. 
 Nos animais, os aa sofrem degradação 
oxidativa em três circunstâncias metabólicas 
diferentes: 
 Durante a síntese e a degradação normais 
de proteínas celulares alguns aa liberados 
pela hidrólise de proteínas não são 
necessários para a biossíntese de novas 
proteínas, sofrendo degradação oxidativa 
 Quando uma dieta é rica em proteínas e os 
aa ingeridos excedem as necessidades do 
organismo para a síntese proteica, o 
excesso é catabolizado; aa não podem ser 
armazenados 
 Durante o jejum ou no diabetes melito não 
controlado, quando os carboidratos estão 
indisponíveis ou são utilizados de modo 
inadequado, as proteínas celulares são 
utilizadas como combustível. 
 Em todas essas condições metabólicas, os aa 
perdem seu grupo amino para formar a-
cetoácidos, os “esqueletos de carbono” dos aa. 
 Os a-cetoácidos sofrem 
 Oxidação a CO2 e H2O 
 Fornecem carbonos para a gliconeogênese 
 
 Assim como no catabolismo dos carboidratos e 
dos ácidos graxos, os processos de 
degradação de aa convergem para vias 
catabólicas centrais, com os esqueletos de 
carbono da maioria dos aa encontrando uma 
via para o ciclo do ácido cítrico. 
 Em alguns casos, as reações das vias de 
degradação dos aa representam etapas 
paralelas ao catabolismo dos ácidos graxos 
 Pelo fato de que apenas poucos organismos 
conseguem converter o N2 em formas 
biologicamente úteis, como NH3, os grupos 
amino são cuidadosamente gerenciados nos 
sistemas biológicos. 
 Os aa derivados das proteínas da dieta são a 
origem da maioria dos grupos amino. 
 A maior parte dos aa é metabolizada no fígado 
 Parte da amônia gerada nesse processo são 
utilizada em uma variedade de vias 
biossintéticas e o excesso é excretado 
diretamente ou convertido em ureia ou ácido 
úrico para excreção, dependendo do 
organismo. 
 O excesso de amônia produzido em outros 
tecidos (extra-hepáticos) é enviado ao fígado 
(na forma de grupos amino, como descrito a 
seguir) para conversão em sua forma de 
excreção. 
 Quatro aa desempenham papéis centrais no 
metabolismo do nitrogênio: glutamato, 
glutamina, alanina e aspartato. 
Oxidação de Aminoácidos e Produção de 
Ureia 
Introdução 
Destinos do Grupo Amino 
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 Esses aa em especial são aqueles mais 
facilmente convertidos em intermediários do 
ciclo do ácido cítrico: 
 Glutamato e glutamina: a-cetoglutarato 
 Alanina: piruvato 
 Aspartato: oxalacetato. 
 
 No citosol das células do fígado os grupos 
amino da maior parte dos aa são transferidos 
para o a-cetoglutarato, formando glutamato, 
que entra na mitocôndria e perde seu grupo 
amino para formar NH4+. 
 O excesso de amônia produzido na maior parte 
dos demais tecidos é convertido no nitrogênio 
amídico da glutamina, que circula até chegar 
ao fígado, entrando na mitocôndria hepática. 
 No músculo esquelético, os grupos amino que 
excedem as necessidades geralmente são 
transferidos ao piruvato para formar alanina, 
outra molécula importante para o transporte de 
grupos amino até o fígado. A presente 
discussão começa com a degradação das 
proteínas da dieta e depois faz uma descrição 
geral dos destinos metabólicos 
 Em humanos, a degradação das proteínas 
ingeridas até seus aa constituintes acontece no 
trato gastrintestinal. 
 Chegando ao fígado, a primeira etapa no 
catabolismo da maioria dos L-aa é a remoção 
de seus grupos a-amino, realizada por enzimas 
denominadas aminotransferases ou 
transaminases. 
 Nessas reações de transaminação, o grupo a-
amino é transferido para o carbono a do a-
cetoglutarato, liberando o correspondente a-
cetoácido, análogo do aminoácido 
 Não ocorre desaminação efetiva nessas 
reações, pois o a-cetoglutarato torna-se 
aminado enquanto o a-aminoácido é 
desaminado. 
 O efeito das reações de transaminação é 
coletar grupos amino de diferentes aa, na 
forma de L-glutamato. 
 O glutamato funciona como doador de grupos 
amino para vias biossintéticas ou para vias de 
excreção, que levam à eliminação de produtos 
de excreção nitrogenados. 
 As células contêm tipos diferentes de 
aminotransferases. 
 Muitas são específicas para o a-cetoglutarato 
como aceptor do grupo amino, mas diferem em 
sua especificidade para o L-aminoácido. 
 Essas enzimas são denominadas em função 
do doador do grupo amino 
 As reações catalisadas pelas 
aminotransferases são livremente reversíveis, 
tendo uma constante de equilíbrio 
 O piridoxal-fosfato participa de uma variedade 
de reações nos carbonos a, b e g de aa. 
 O piridoxal-fosfato desempenha o mesmo 
papel químico em cada uma dessas reações. 
 Uma ligação com o carbono a do substrato é 
rompida, removendo um próton ou um grupo 
carboxila. 
 O par de elétrons que permanece no carbono a 
produziria um carbono altamente instável, mas 
o piridoxal-fosfato fornece estabilização 
 A estrutura altamente conjugada do PLP 
(escoadouro de elétrons) permite o 
deslocamento da carga negativa. 
 As aminotransferases são exemplos clássicos 
de enzimas que catalisam reações bi 
moleculares nas quais o primeiro substrato 
reage e o produto deve deixar o sítio ativo antes 
que o segundo substrato possa se ligar. 
 O aminoácido liga-se ao sítio ativo, doa seu 
grupo amino ao piridoxal-fosfato e deixa o sítio 
ativo na forma de um a-cetoácido. 
 O outro a-cetoácido, que funciona como 
substrato, se liga então ao sítio ativo, aceita o 
grupo amino da piridoxamina-fosfato e deixa o 
sítio ativo na forma de um aminoácido 
 Os grupos amino de muitos a-aa são coletados, 
no fígado, na forma do grupo amino de 
moléculas de L-glutamato. 
 Esses grupos amino deve ser removidos do 
glutamato e preparados para excreção. 
 Nos hepatócitos, o glutamato é transportado do 
citosol para a mitocôndria, onde sofre 
desaminação oxidativa, catalisada pela L-
glutamato-desidrogenase 
 É a única enzima que utiliza NAD+ ou NADP+ 
como aceptor de equivalentes redutores 
 A ação combinada de uma aminotransferase e 
da glutamato-desidrogenase é conhecida como 
transdesaminação. 
 Uns poucos aa contornam a via de 
transdesaminação e sofrem diretamente 
desaminação oxidativa. 
 O a-cetoglutarato formado a partir da 
desaminação do glutamato pode ser utilizado 
no ciclo do ácido cítrico e para a síntese de 
glicose. 
Participação do Piridoxal-fosfato na 
Transferência de Grupos Amino para o 
Cetoglutarato 
O Glutamato Libera o Grupo Amino 
como Amônia 
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 A glutamato-desidrogenase opera em uma 
importante intersecção do metabolismo do 
carbono e do nitrogênio. 
 Essa enzima tem sua atividade influenciada por 
um arranjo complicado de moduladores 
alostéricos. 
 Os mais bem estudados reguladores são o 
modulador positivo ADP e o modulador 
negativo GTP. 
 Mutações que alterem o sítio alostérico para a 
ligação do GTP ou que causem ativação 
permanente da glutamato-desidrogenase 
levam à síndrome do hiperinsulinismo com 
hiperamonemia, caracterizada por níveis 
elevados de amônia na corrente sanguínea e 
hipoglicemia 
 A amônia é bastante tóxica para os tecidos 
animais 
 Em muitos tecidos, incluindo o cérebro, alguns 
processos, como a degradação de 
nucleotídeos, geram amônia livre. 
 Na maioria dos animais, a maior parte dessa 
amônia livre é convertida em um composto não 
tóxico antes de ser exportadados tecidos 
extra-hepáticos para o sangue e transportada 
até o fígado ou até os rins. 
 Para essa função de transporte, o glutamato, 
essencial para o metabolismo intracelular do 
grupo amino, é substituído pela L-glutamina. 
 A amônia livre produzida nos tecidos combina-
se com o glutamato, produzindo glutamina, 
pela ação da glutamina-sintetase. 
 Essa reação requer ATP e ocorre em duas 
etapas: 
 O glutamato e o ATP reagem para formar 
ADP e um intermediário g-glutamil-fosfato, 
que reage com a amônia, produzindo 
glutamina e fosfato inorgânico. 
 A glutamina é uma forma de transporte não 
tóxico para a amônia e serve como fonte de 
grupos amino em várias reações 
biossintéticas. 
 A glutamina-sintetase é encontrada em 
todos os organismos 
 A glutamina que excede as necessidades 
de biossíntese é transportada pelo sangue 
para o intestino, o fígado e os rins, para ser 
processada. 
 Nesses tecidos, o nitrogênio amídico é 
liberado como íon amônio na mitocôndria, 
onde a enzima glutaminase converte 
glutamina em glutamato e NH4+ 
 O NH4+ do intestino e dos rins é 
transportado no sangue para o fígado. 
 No fígado, a amônia de todas essas fontes 
é utilizada na síntese da ureia. 
 Parte do glutamato produzido na reação da 
glutaminase pode ser adicionalmente 
processada no fígado pela glutamato-
desidrogenase, liberando mais amônia e 
produzindo esqueletos de carbono para 
utilização como combustível. 
 Contudo, a maior parte do glutamato entra 
em reações de transaminação necessárias 
para a biossíntese de aa e para outros 
processos 
 A alanina também desempenha um papel 
especial no transporte dos grupos amino para 
o fígado em uma forma não tóxica, por meio de 
uma via denominada ciclo da glicose-alanina 
 No músculo e em alguns outros tecidos que 
degradam aa como combustível, os grupos 
amino são coletados na forma de glutamato, 
por transaminação 
 O glutamato pode ser convertido em glutamina 
para transporte ao fígado, ou pode transferir 
seu grupo a-amino para o piruvato, produto da 
glicólise muscular facilmente disponível, pela 
ação da alanina-aminotransferase 
 A alanina produzida passa para o sangue e 
segue para o fígado. 
 No citosol dos hepatócitos, a alanina-
aminotransferase transfere o grupo amino da 
alanina para o a-cetoglutarato, formando 
piruvato e glutamato. 
 O glutamato entra na mitocôndria, onde a 
reação da glutamato-desidrogenase libera 
NH4+ ou sofre transaminação com o 
oxalacetato para formar aspartato, outro 
doador de nitrogênio para a síntese de ureia. 
A Glutamina Transporta a Amônia 
A Alanina Transporta a Amônia 
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 Os mm esqueléticos em contração vigorosa 
operam anaerobiamente, produzindo piruvato e 
lactato pela glicólise, assim como amônia pela 
degradação proteica. 
 De algum modo, esses produtos devem chegar 
ao fígado, onde o piruvato e o lactato são 
incorporados na glicose, que volta aos mm, e a 
amônia é convertida em ureia para excreção. 
 O ciclo da glicose-alanina, em conjunto com o 
ciclo de Cori, realiza essa operação. 
 O custo energético da gliconeogênese é assim 
imposto ao fígado e não ao músculo, e todo o 
ATP disponível no músculo é destinado à 
contração muscular 
 Se não forem reutilizados para a síntese de 
novos aa ou de outros produtos nitrogenados, 
os grupos amino são canalizados em um único 
produto final de excreção. 
 A maioria das espécies aquáticas, excreta o 
nitrogênio amínico como amônia. 
 A amônia tóxica é simplesmente diluída na 
água do ambiente. 
 Os animais terrestres necessitam de vias que 
minimizem a toxicidade e a perda de água. 
 A maior parte dos animais terrestres é 
ureotélica e excreta o nitrogênio amínico na 
forma de ureia 
 As plantas reciclam praticamente todos os 
grupos amino, e a excreção de nitrogênio 
ocorre apenas em circunstâncias muito 
incomuns. 
 A produção de ureia ocorre quase 
exclusivamente no fígado, sendo o destino da 
maior parte da amônia canalizada para esse 
órgão. 
 A ureia passa para a circulação sanguínea e 
chega aos rins, sendo excretada na urina. 
 O ciclo da ureia inicia dentro da mitocôndria 
hepática, mas três de suas etapas seguintes 
ocorrem no citosol; 
 O primeiro grupo amino que entra no ciclo 
da ureia é derivado da amônia na matriz 
mitocondrial 
 O fígado também recebe parte da amônia 
pela veia porta, sendo essa amônia 
produzida no intestino pela oxidação 
bacteriana de aa. 
 O NH4+ presente na mitocôndria hepática 
é utilizado imediatamente, juntamente com 
o CO2 produzido pela respiração 
mitocondrial, para formar carbamoil-fosfato 
na matriz 
 Essa reação é dependente de ATP, sendo 
catalisada pela carbamoil-fosfato-sintetase 
I, enzima regulatória 
 A forma mitocondrial da enzima é diferente 
da forma citosólica (II), a qual tem uma 
função distinta na biossíntese das 
pirimidinas 
 O carbamoil-fosfato, que funciona como 
doador ativado de grupos carbamoila, entra 
no ciclo da ureia. 
 
 O ciclo tem apenas quatro etapas enzimáticas: 
 O carbamoil-fosfato doa seu grupo 
carbamoila para a ornitina, formando 
citrulina, com a liberação de Pi 
 A reação é catalisada pela ornitina-
transcarbamoilase. 
Excreção de Nitrogênio e Ciclo da Ureia 
A Ureia é produzida a Partir da 
Amônia 
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 A ornitina desempenha um papel 
semelhante àquele do oxalacetato no ciclo 
do ácido cítrico, aceitando material a cada 
volta do ciclo da ureia. 
 A citrulina produzida no primeiro passo do 
ciclo da ureia passa da mitocôndria para o 
citosol. 
 A fonte é o aspartato produzido na 
mitocôndria por transaminação e 
transportado para o citosol. 
 A reação de condensação entre o grupo 
amino do aspartato e o grupo ureido 
(carbonila) da citrulina forma arginino-
succinato 
 Essa reação citosólica, catalisada pela 
arginino-succinato-sintetase, requer ATP e 
ocorre via um intermediário citrulil-AMP 
 O arginino-succinato é clivado pela 
arginino-succinase, formando arginina e 
fumarato 
 Este último é convertido em malato e a 
seguir entra na mitocôndria para unir-se 
aos intermediários do ciclo do ácido cítrico. 
 Esse passo é a única reação reversível 
do ciclo da ureia. 
 Na última etapa do ciclo, a enzima 
citosólica arginase cliva a arginina, 
produzindo ureia e ornitina. 
 A ornitina é transportada para a 
mitocôndria para iniciar outra volta do ciclo 
da ureia. 
 
 A citrulina transportada para fora da 
mitocôndria não é diluída no conjunto geral de 
metabólitos no citosol, mas passa diretamente 
para o sítio ativo da arginino-succinato-
sintetase. 
 Essa canalização entre enzimas continua para 
o arginino-succinato, a arginina e a ornitina. 
 Apenas a ureia é liberada para o conjunto geral 
de metabólitos no citosol. 
 O fumarato produzido na reação da arginino-
succinase também é um intermediário do ciclo 
do ácido cítrico 
 Contudo, cada ciclo opera independentemente 
e a comunicação entre eles depende do 
transporte de intermediários-chave entre a 
mitocôndria e o citosol. 
 Os principais transportadores na membrana 
interna da mitocôndria incluem o transportador 
malato-a-cetoglutarato, o transportador 
glutamato-aspartato e o transportador 
glutamato-OH-. 
 Juntos, esses transportadores facilitam o 
movimento do malato e do glutamato para 
dentro da matriz mitocondrial e o movimento do 
aspartato e do a-cetoglutarato para fora da 
mitocôndria, rumo ao citosol. 
 Diversas enzimas do ciclo do ácido cítrico, 
incluindo a fumarase (fumarato-hidratase) e a 
malato-desidrogenase também estão 
presentes como isoenzimas no citosol. 
 Não há um transportador para levar 
diretamente o fumarato gerado na síntese de 
arginina no citosol para a matriz mitocondrial. Contudo, o fumarato pode ser convertido em 
malato no citosol, e depois esses 
intermediários podem ser metabolizados no 
citosol ou o malato pode ser transportado para 
o interior da mitocôndria, para utilização no 
ciclo do ácido cítrico. 
 O aspartato formado na mitocôndria por 
transaminação entre o oxaloacetato e o 
glutamato pode ser transportado para o citosol, 
onde atua como doador de nitrogênio na 
reação do ciclo da ureia catalisada pela 
arginino-succinato-sintetase. 
 Essas reações, que constituem a lançadeira 
aspartato-arginino-succinato, fornecem elos 
metabólicos entre essas vias separadas, pelos 
quais os grupos amino e os esqueletos de 
carbono dos aa são processados. 
 Os ciclos da ureia e do ácido cítrico estão 
fortemente unidos a um processo adicional, 
que traz o NADH na forma de equivalentes 
redutores para dentro da mitocôndria. 
 O NADH produzido pela glicólise, pela 
oxidação de ácidos graxos e em outros 
processos não pode ser transportado através 
da membrana mitocondrial interna. 
 Contudo, equivalentes redutores podem entrar 
na mitocôndria pela conversão de aspartato em 
oxaloacetato no citosol e utilizando o NADH 
para reduzir o oxaloacetato a malato, o qual é 
transportado para a matriz mitocondrial via 
transportador malato-a-cetoglutarato. 
 Uma vez dentro da mitocôndria, o malato pode 
ser convertido novamente em oxaloacetato, ao 
mesmo tempo em que gera NADH. 
 O oxaloacetato é convertido em aspartato na 
matriz e transportado para fora da mitocôndria 
pelo transportador aspartato-glutamato. 
 Essa lançadeira de elétrons malato-aspartato 
completa novo ciclo, que funciona mantendo a 
mitocôndria com suprimento de NADH 
 Esses processos exigem que as concentrações 
de glutamato e aspartato sejam mantidas em 
equilíbrio no citosol. 
Ciclo da Ureia e do Ácido Cítrico 
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 A enzima que transfere grupos amino entre 
esses dois aa-chave é a aspartato-
aminotransferase (AST ou TGO). 
 Quando ocorre lesão tecidual, essa enzima e 
outras vazam para a circulação sanguínea. 
 Assim, a avaliação dos níveis sanguíneos de 
enzimas hepáticas é importante para o 
diagnóstico de várias condições médicas 
 O fluxo de nitrogênio no ciclo da ureia em 
determinado animal varia com a dieta. 
 Quando a ingestão dietética é proteica, os 
esqueletos de carbono dos aa são utilizados 
como combustível, produzindo muita ureia a 
partir dos grupos amino excedentes. 
 Durante o jejum prolongado, quando a 
degradação de proteína muscular começa a 
suprir boa parte da energia metabólica do 
organismo, a produção de ureia também 
aumenta significativamente. 
 Essas alterações de demanda com relação à 
atividade do ciclo da ureia são realizadas, a 
longo prazo, pela regulação das velocidades de 
síntese das quatro enzimas do ciclo da ureia e 
da carbamoil-fosfato-sintetase I, no fígado. 
 Essas cinco enzimas são sintetizadas em taxas 
mais altas em animais em jejum e em animais 
com dietas de alto conteúdo proteico. 
 Em uma escala de tempo mais curta, a 
regulação alostérica de pelo menos uma 
enzima-chave ajusta o fluxo pelo ciclo da ureia. 
 A primeira enzima da via, a carbamoil-fosfato-
sintetase I, é ativada alostericamente por N-
acetil-glutamato, sintetizado a partir de acetil-
CoA e glutamato pela N-acetil-glutamato-
sintase. 
 Nos mamíferos, a atividade da N-acetil-
glutamato-sintase no fígado exerce função 
puramente reguladora. 
 Os níveis estacionários de N-acetil-glutamato 
são determinados pelas concentrações de 
glutamato e acetil-CoA (os substratos da N-
acetil-glutamato-sintase) e arginina (ativador 
da N-acetil-glutamato-sintase e ativador do 
ciclo da ureia). 
 O fumarato, gerado pelo ciclo da ureia, é 
convertido em malato e este transportado para 
dentro da mitocôndria 
 Dentro da matriz mitocondrial, NADH é gerado 
na reação da malato desidrogenase. 
 Cada molécula de NADH pode gerar até 2,5 
ATP durante a respiração mitocondrial, 
reduzindo muito o custo energético geral da 
síntese de ureia 
 As vias do catabolismo dos aa, são bem menos 
ativas que a glicólise e a oxidação dos ácidos 
graxos. 
 O fluxo ao longo das vias catabólicas também 
varia muito, dependendo do equilíbrio entre as 
necessidades para processos biossintéticos e 
a disponibilidade de determinado aminoácido. 
 Desse ponto, os esqueletos de carbono tomam 
vias distintas, sendo direcionados para a 
gliconeogênese, para a cetogênese, ou 
oxidados completamente a CO2 e H2O. 
 Os sete aa inteira ou parcialmente degradados 
em acetoacetil-CoA e/ou acetil-CoA – 
fenilalanina, tirosina, isoleucina, leucina, 
triptofano, treonina e lisina – podem produzir 
corpos cetônicos no fígado, onde a acetoacetil- 
-CoA é convertida em acetoacetato e, então, 
em acetona e b-hidroxibutirato 
 Sua capacidade de produzir corpos cetônicos é 
evidente no diabetes melito não controlado, 
quando o fígado produz grandes quantidades 
de corpos cetônicos a partir de ácidos graxos e 
de aa cetogênicos. 
 Os aa degradados em piruvato, a-
cetoglutarato, succinil-CoA, fumarato e/ou 
oxaloacetato podem ser convertidos em glicose 
e glicogênio. 
 Aa glicogênicos e cetogênicos não são 
excludentes entre si 
 O catabolismo dos aa é especialmente crítico 
para a sobrevivência de animais em dietas 
ricas em proteína ou durante o jejum. 
 A leucina é um aminoácido exclusivamente 
cetogênico, muito comum em proteínas. 
 Sua degradação contribui substancialmente 
para a cetose em condições de jejum 
prolongado. 
Regulação do Ciclo da Ureia 
Vias de Degradação dos Aminoácidos