Aula 24

Prévia do material em texto

BIOQUÍMICA 
Aula: 24 
Temática: Metabolismo dos aminoácidos – parte II 
 
Além de serem constituintes das proteínas, os aminoácidos podem ser 
usados como precursores de moléculas biológicas nitrogenadas. O processo 
envolve a eliminação do grupo amina (desaminação), incorporação do amônio 
assim produzido em uréia para posterior excreção e conversão do esqueleto 
carbonado em intermediários metabólicos. Nesta aula iremos estudar como 
isto ocorre. Acompanhe! 
A desaminação é a remoção de um grupo amino (–NH2) de um composto. A 
desaminação enzimática ocorre no fígado e é importante no metabolismo dos 
aminoácidos, especialmente na sua degradação e subseqüente oxidação. O 
grupo amino é removido como amônia e excretado como uréia ou ácido úrico. 
A desaminação da maior parte dos aminoácidos envolve uma transaminação 
prévia, que consiste na transferência do seu grupo amino para um α-cetoácido, 
produzindo o aminoácido correspondente ao α-cetoácido e o α-cetoácido 
correspondente ao aminoácido original. Geralmente o aceptor do grupo amina 
é o α-cetoglutarato, que é convertido em glutamato. 
As aminotransferases usam piridoxal-5'-fosfato, um derivado da vitamina B6. O 
piridoxal está também envolvido em reações de descarboxilação de 
aminoácidos e de eliminação das suas cadeia laterais. As aminotransferases 
são específicas para cada tipo de aminoácido, produzindo os α-cetoácidos 
correspondentes. No entanto, a maioria só aceita α-cetoglutarato ou 
oxaloacetato, como aceptor de grupo amina, produzindo glutamato ou 
aspartato. Por conseguinte, os grupos amina da maior parte dos aminoácidos 
são utilizados para produzir glutamato ou aspartato, que por sua vez podem ser 
reconvertidos pela glutamato-aspartato aminotransferase. 
 
 
 
 
BIOQUÍMICA 
Reações Gerais dos Aminoácidos. 
Transaminação. A reação de transaminação envolve a transferência do 
aminogrupo de um aminoácido a um cetoácido para formar o aminoácido 
análogo a este e produzir o cetoácido (esqueleto carbônico) correspondente ao 
doador de amino original (fig. 1). 
 
Fig. 1 – Transaminação: reação geral da transferência do aminogrupo (NH2). 
Transaminases como as enzimas glutamato-transaminase e a alanina-
transaminase, capazes de reagir com quase todos os aminoácidos são 
extremamente importantes. A glutamato-transaminase é específica para ácido 
glutâmico e α-cetoglutárico, mas reagirá, em diferentes velocidades, com 
aproximadamente todos os outros aminoácidos protéicos (fig.2). 
 
Fig. 2 – Transaminação, ou seja, transferência do grupo amina (NH2) de um aminoácido 
doador para o ácido α-cetoglutárico, com intervenção da enzima glutamato-transaminase, 
originando como produtos um cetoácido e ácido glutâmico. 
Da mesma forma, alanina-transaminase é específica para alanina e ácido 
pirúvico, como um dos seus dois pares complementares de substrato, mas 
reage com quase todos os outros aminoácidos. Finalmente, uma glutamato-
 
 
BIOQUÍMICA 
alanina-transaminase altamente específica, encontrada em muitos organismos, 
catalisa a transaminação entre esses dois aminoácidos (fig. 3). 
O significado do processo de transaminação é melhor avaliado quando se 
compreende que a reação da figura 2, juntamente com a reação da figura 3, 
servem para coletar aminogrupos de muitos outros aminoácidos, sob forma de 
ácido glutâmico. Essas reações ocorrem, sobretudo, no citoplasma celular. 
Sendo a membrana mitocondrial permeável ao ácido glutâmico, esse então 
pode penetrar na matriz mitocondrial, onde pode transaminar novamente por 
meio de uma aspartato-transaminase mitocondrial ou, alternativamente, ser 
desaminado oxidativamente pela glutamato-desidrogenase. As transaminases 
são, portanto, encontradas tanto no citoplasma celular, como dentro da 
mitocôndria de células eucarióticas, tendo, em cada uma dessas regiões da 
célula, propriedades características. As reações catalisadas pelas enzimas 
transaminases são reversíveis. 
 
Fig. 3 – Transaminação do grupo amina (ou aminogrupo) da alanina para o ácido α-
cetoglutárico, transformando-o em ácido glutâmico. 
As transaminases requerem piridoxal-fosfato como cofator e, na presença da 
enzima, a coenzima forma uma base de Schiff com o aminoácido. Por 
rearranjos eletrônicos subseqüentes o aminogrupo é transferido para a 
coenzima para formar piridoxamina-fosfato. O último composto pode então 
reagir com o cetoácido aceptor para regenerar o piridoxal-fosfato e produzir o 
aminoácido. 
 
 
BIOQUÍMICA 
A base de Schiff é o primeiro produto formado pelo ataque da glicose à 
proteína. A reação se inicia quando um grupo aldeídico (CHO) de glicose se 
liga a um grupo amino (NH2) da proteína. As moléculas se combinam formando 
o que é chamado uma base de Schiff. Esta combinação é instável e 
rapidamente se rearranja, mas é ainda reversível e produz uma substância 
conhecida como produto de Amadori. 
Embora algumas enzimas sejam formadas apenas por proteína, muitas outras 
são proteínas complexas (heteroproteínas); elas têm um componente de 
proteína e um cofator. 
Um cofator pode ser um metal, como ferro, cobre, ou magnésio; uma molécula 
orgânica firmemente ligada ao corpo da enzima, ou um tipo especial de 
molécula de substrato conhecido como coenzima. O cofator ajuda a ação 
catalítica de uma enzima, como fazem os cofatores metálicos e os grupos 
prostéticos ou tomam parte na reação enzimática, como fazem as coenzimas 
solúveis. 
Uma coenzima serve como um tipo de substrato em certas reações 
enzimáticas e assim reagem nas proporções exatas (estequiometricamente) 
exigidas pela reação. Podem ser também, consideradas como co-substratos, 
pois tem tamanho e comportamento semelhantes e são solúveis como os 
substratos. Por exemplo, uma coenzima pode assumir o papel de um aceptor 
de hidrogênio, como fazem o NAD (que aceita hidrogênio) ou uma substância 
doadora de grupamentos químicos, como faz o ATP (que doa ácido fosfórico - 
radical fosforil, grupo fosfato). 
DESAMINAÇÃO: É a remoção de um grupo amino (–NH2) de um composto. A 
desaminação enzimática ocorre no fígado e é importante no metabolismo dos 
aminoácidos, especialmente na sua degradação e subseqüente oxidação. O 
grupo amino é removido como amônia (NH3) e excretado, como uréia ou ácido 
úrico. 
A transaminação do ácido glutâmico (fig. 4) estabelece um mecanismo de 
desaminação de todos os outros aminoácidos. 
 
 
BIOQUÍMICA 
 
Fig. 4 – Esquema da desaminação. 
A transaminação conserva os grupos amina. A desaminação é levada a cabo 
principalmente pela glutamato desidrogenase, uma enzima mitocondrial que 
usa quer NAD+ quer NADP+. 
O NH3 produzido dessa maneira (amônia) é tóxico e deve ser eliminado. Nos 
animais, desenvolveram-se mecanismos elaborados para a detoxificação. Nas 
plantas, que são desprovidas dos órgãos excretores, o NH3 é convertido a 
amidas não-tóxicas, glutamina e asparagina. Muitos animais aquáticos 
excretam-no simplesmente sob a forma de amônio. Outros animais, que não 
têm tanta água à sua disposição, convertem-no em produtos menos tóxicos 
como a uréia, e que por isso não precisam de tanta água para serem 
excretados. 
A uréia é sintetizada no fígado, e levada (secretada) para a corrente 
sangüínea, de onde será excretada pelo rim. O ciclo da uréia (fig. 5), é uma 
via metabólica cíclica, que transforma duas moléculas de amônia e uma 
molécula de gás carbônico em uma molécula de uréia. Possui várias e 
complexas etapas enzimáticas e gasta três ATPs para cada uréia sintetizada: 
Compostos como o fumarato, o aspartato, o glutamato e o α-cetoglutarato 
participam do processo, que envolve também 2 enzimas mitocondriais e 3 
citoplasmáticas. 
 
 
BIOQUÍMICA 
 
Fig. 5 – Esquema do ciclo da uréia. A hidrólise da arginina produz uréia e ornitina, que depois 
de reentrar na mitocôndriapode recomeçar o ciclo. 
O ciclo da uréia tem um elevado custo energético, equivalente à hidrólise de 
quatro ATP a quatro ADP. No entanto, este custo pode ser recuperado na 
cadeia transportadora de elétrons, uma vez que um NADH é produzido na 
desaminação do glutamato e outro NADH na posterior oxidação do fumarato a 
oxaloacetato, o que é equivalente a cerca de seis ATP. 
Além da enzima glutâmico desidrogenase, existem outras que também 
exercem a função de desidrogenação, como a aminoácido-oxidase, que 
provoca a desaminação oxidativa. Também ocorrem processos de 
desaminação não-oxidativa, catalisada pelas amônia-liases. 
A desaminação catalisada por desaminases específicas, com a enzima 
hepática chamada serina-desidratase (nome sistemático para a L-serina-
hidrolase) é específica para a L-serina, envolvendo a perda de NH3 e rearranjo 
dos átomos restantes para liberar piruvato. 
As desamidases também agem nas desaminações, mas de forma diferente 
daquelas nas quais os α-aminogrupos dos aminoácidos são libertados como 
NH3. nNessas reações, o nitrogênio amídico da glutamina e asparagina são 
liberados como amônia. Enzimas hidrolíticas especificas catalisam a hidrólise 
dessas duas amidas e produzem NH3. 
 
 
BIOQUÍMICA 
A glutamina desempenha um papel central no metabolismo do nitrogênio como 
um percursor de aminogrupos. Ela é também usada para transportar e 
armazenar NH3 em uma forma não-tóxica antes de ser excretado. Assim, os 
organismos têm os meios de sintetizar, bem como de degradar esse composto. 
DESCARBOXILAÇÃO: É um terceiro tipo de reação enzimática sofrida por 
muitos aminoácidos. 
Em contraste com as reações de desaminação e transaminação no 
catabolismo de aminoácidos, devem ser assinalados os aspectos anabólicos 
das reações de descarboxilação catalisadas por enzimas aminoácido-
descarboxilase. Muitas das aminas formadas como resultado da 
descarboxilação tem importantes efeitos fisiológicos. Assim, uma histidina-
descarboxilase, encontrada em tecidos animais, pode produzir histamina, uma 
substância que, entre outros efeitos, estimula a secreção gástrica. 
DESTINO METABÓLICO DOS AMINOÁCIDOS: As proteínas e, portanto, os 
aminoácidos, não são usualmente desdobrados para a produção de energia, se 
os carboidratos ou os lipídeos estiverem disponíveis ao organismo. Assim, os 
aminoácidos são normalmente usados: 
(1) Na síntese de peptídeos e de proteínas; 
(2) Como uma fonte de átomos de nitrogênio (por transaminação) para a 
síntese de outros aminoácidos; 
(3) Na síntese de outros compostos nitrogenados e não-nitrogenados. 
Qualquer aminoácido em excesso em relação às quantidades 
requeridas para essas três atividades será desdobrado por desaminação, e o 
esqueleto carbonado resultante será metabolizado. O NH3 produzido, se em 
excesso, será eliminado como uma excreta nitrogenada. Todavia o estado 
dinâmico dos compostos de nitrogênio requer que boa parte do NH3 seja 
assimilada pela célula na síntese de novos compostos nitrogenados.