Aula 13 - Metabolismo do Nitrogênio

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13/05/2013
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Metabolismo do 
Nitrogênio
Ciclo do nitrogênio
• O nitrogênio (N2), presente na atmosfera, 
é reduzido a amônia (NH3) antes de ser 
incorporado aos compostos orgânicos 
presentes em sistemas biológicos. Esse 
processo depende da energia gerada 
através da hidrólise do ATP.
Bactérias fixadoras de nitrogênio e cianobactérias (algas cianofíceas)
Incorporação do N2. Balanço diário de N2.
• A relação entre a quantidade de nitrogênio 
ingerida diariamente e a quantidade que 
é excretada.
N2 excretado > N2 ingerido N2 excretado < N2 ingerido
Balanço negativo Balanço positivo
• Equilíbrio Nitrogenado
Ingesta = Excreção
Ingesta < Excreção
- crescimento (infância e adolescência)
- gestação e lactação
Ingesta > Excreção
Nitrogênio 
ingerido
Nitrogênio
excretado
Nitrogênio
ingerido
Nitrogênio
excretado
• Balanço Nitrogenado Positivo
Nitrogênio 
ingerido
Nitrogênio
excretado
• Balanço Nitrogenado Negativo
- jejum prolongado
- dietas pobres em proteína
- infecções, queimaduras, cirurgias
Aminoácidos não-essenciais
Aminoácidos não-essenciais ou dispensáveis são 
aqueles que o corpo humano pode sintetizar.
Aminoácidos essenciais
Os aminoácidos essenciais são aqueles que não 
podem ser produzidos pelo corpo humano.
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Metabolismo geral do Nitrogênio
• Entrada no organismo 
– Proteínas da dieta
• Eliminação do organismo
– Uréia
– Amônia
– Produtos derivados do metabolismos de aa. 
Proteínas como fonte de Proteínas como fonte de 
aminoácidosaminoácidos
• A cada dia, proteínas da dieta (cerca de 
70-100g) e proteínas endógenas (cerca 
de 35-200g) sofrem a ação de peptidases
e são degradadas às suas unidades 
fundamentais, os aminoácidos.
Zimogênios
• Zimogênios ou pró-enzimas são 
precursores inativos de proteínas
que precisam ser clivados em um 
ponto específico para dar origem a 
proteínas funcionais.
Aminoácidos
• Entrada do Nitrogênio orgânico para síntese 
de uma variedade de moléculas:
– Bases nitrogenadas (DNA e RNA);
– Co-enzimas (NAD e FAD);
– Grupamento HEME (transporte de O2);
– Hôrmônios (Adrenalina - Epinefrina);
Todas as rotas requerem grande investimento energético.
Excesso de aminoácidos
Aminoácidos
N2 Esqueleto de 
carbono
Amoníaco Acetil-coAAcetoacetil-coA
Ácido pirúvico
Intermediários do Ciclo 
de Krebs.
Biomoléculas Energia
(ATP)
NH4
(peixes)
Ác. úrico
(aves e répteis)
Uréia
(vertebrados) Grupos amino e o esqueleto carbônico entram em vias separadas.
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Uso da Amônia
• Amônia (NH4+) é tóxica.
• Não deve ser acumulada na célula. 
• Em humanos, níveis elevados estão 
associados com letargia e retardação 
mental. 
• A amônia antes de ser transportada para o 
fígado ou para os rins através do sangue é 
transformada em um composto não tóxico 
a L-glutamina:
– No fígado a glutaminase libera amônia 
e glutamato
• O glutamato no fígado pode suprir mais 
amônia através da glutamato 
desidrogenase
Digestão e absorção de proteínas.Digestão e absorção de proteínas.
Estômago
Ác. Clorídrico (HCl)
Hidrólise enzimática
Pepsina
Pepsinogênio
Proteínas
Peptídeos AAs
Estômago
Colecistocinina e Secretina
Suco pancreático
Aminoácidos
Duodeno
(pH neutro)
Entrada de alimentos→esƟmula a 
mucosa gástrica a secretar 
gastrina (hormônio) →esƟmula 
produção de HCl pelas glândulas 
gástricas e pepsinogênio pelas 
células principais pH (1,0 a 2,5) 
age como anti-séptico, matando 
bactérias e outras células 
estranhas e desenovela as 
proteínas para ação das enzimas 
hidrolíticas pepsinogênio 
(precursor inativo ou zimogênio) 
é convertido em pepsina ativa.
Quando o conteúdo gástrico 
passa para o intestino delgado, 
ocorre secreção de secretina, a 
qual estimula o pâncreas a 
produzir bicarbonato no intestino 
delgado para neutralizar o HCl, 
aumentando o pH para 7,0
Digestão e absorção de proteínas.Digestão e absorção de proteínas.
• A entrada de aminoácidos na parte superior do intestino 
(duodeno) libera o hormônio colecistoquinina, o qual 
estimula a secreção de tripsina, quimotripsina e 
carboxipeptidases A e B (pH 7,0 e 8,0) [secretado pelas 
células exócrinas do pâncreas]
• Os aminoácidos são absorvidos pela mucosa intestinal.
O ciclo do gama-glutamil
• Os aminoácidos são transportados como 
dipeptídeos do ácido glutâmico. 
Peptídeos Dípeptídeos do ác. Glutâmico
(Glutamato)
GSH
(Trípeptídeo)
Ác. Glutâmico
Cisteína
Glicina
Gama-glutamil
gama-glutamil transpeptidase (CGT)
Célula
Degradação intracelular de 
proteínas
• Degradação lisossomal: Através das enzimas 
hidrolíticas (hidrolases) – ação em pH ideal.
• Ubiquitinação de proteínas: processo 
dependente de ATP envolvendo a ubiquitina.
Ela marca proteínas indesejadas (por exemplo proteínas 
mal-dobradas) para que sejam degradadas por organelas 
chamadas proteassomas. 
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Aminoácidos precursores
Família do glutamato
Prolina
Arginina
Ornitina
Família do Aspartato
Oxaloacetato
Isoleucina Treonina Lisina Metionina Asparagina
Mecanismos inibitórios: inibição por RETROALIMENTAÇÃO (feedback).
Oxidação dos aminoácidos nos 
animais
• Durante síntese e degradação de proteínas
celulares, alguns aminoácidos liberados 
podem sofrer oxidação.
• Quando em uma dieta rica em proteínas 
aminoácidos excedentes são catabolizados.
• Durante jejum severo e ou diabetes mellitus 
proteínas corporais são hidrolisadas e seus 
aminoácidos empregado como combustíveis.
Catabolismo de aminoácidos
• Desaminação: aminoácido perde seu grupo 
amino e os α-cetoácidos formados podem sofrer 
oxidação até CO2 e H2O.
• Metabolismo do esqueleto de Carbono
normalmente fornecem unidades de três a 
quatro átomos de carbonos que são convertidas 
a glicose => combustível metabólico.
Catabolismo de aminoácidos
Remoção de nitrogênio
• Estágio1: transaminação com α-cetogluturatoparaformar 
glutamato e um novo α-cetoácido.
• Estágio2: glutamato é desaminado através de processo 
oxidativo envolvendo NAD+.
• Estágio3: formação de uréia através do ciclo da uréia.
Transaminações catalisadas 
por enzimas
Reação catalisada pela 
glutamato desidrogenase
Glutamato desidrogenase de mamíferos pode empregar tanto o NAD+ 
como NADP+ como cofator, sendo regulada por ADP ou GTP.
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Destino dos aminoácidos Ciclo da uréia
• Via metabólica cíclica com 5 
reações.
• Envolve enzimas localizadas na 
mitocôndria e citosol.
• Dois grupos aminos usados são 
derivados da amônia e aspartato.
• C e O derivado do bicarbonato.
• Requer 3 ATPs + Amônia + 
Aspartato + Bicarbonato.
• Produz uréia + fumarato + 2ADP + 
2 Pi + AMP + PPi. NH4 + HCO3-
Interações entre o ciclo da uréia e o ciclo do ácido cítrico
Pontos de entrada dos 
aas no ciclo do ácido 
cítrico
Ciclo Glicose-Alanina
• Alanina transporta amônia dos músculos para o 
fígado.
• Aminoácidos são degradados no músculo pra servir 
como combustível.
• Grupos amino são coletados por transaminação na 
forma de glutamato.
• Glutamato pode ser transformado em glutamina ou 
transferir seu glupo amino pra o piruvato.
• Através ação da alanina-amino-transferase produz se 
alanina, a qual é transportada pelo sangue até o fígado. 
• No citosol a alanina-amino-transferase transfere o 
grupo amino para o α-cetoglutarato, formando 
piruvato e glutamato. 
• A reação da glutamato desidrogenase libera amônia.
Metabolismo de 
alguns 
aminoácidos
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Fenilalanina e Tirosina
• A transformação de fenilalanina em tirosina é 
catalisada pela fenilalanina hidroxilase. A 
ausência dessa enzima gera retardo mental 
devido ao aumento nos níveis de fenilalanina e 
seus derivados (fenilpiruvato, fenillactatoe 
fenilacetato) na circulação sangüínea. Este 
defeito genético é conhecido como 
fenilcetonúria. 
Fenilalanina e Tirosina
• A maior parte da tirosina não incorporada às 
proteínas é metabolizada a acetoacetato e 
fumarato. Parte é usada na síntese de 
catecolaminas. O produto dessa reação é a 
diidroxifenilalanina (DOPA). Dopamina - produto 
de descarboxilação da DOPA - é convertida, na 
medula adrenal, em norepinefrina e epinefrina
(ou adrenalina). 
Fenilalanina e Tirosina
• A tirosinase, uma proteína que contém cobre, 
está envolvida com a conversão de tirosina em 
melanina. Nessa reação DOPA é usada como 
cofator interno e produz dopaquinona. A perda 
da atividade da tirosinase gera albinismo.
Triptofano
• Serotonina e melatonina são derivadas do triptofano. A 
serotonina é um neurotransmissor presente no cérebro e causa 
contração da musculatura lisa de arteríolas e bronquíolos. Como 
a melatonina, a serotonina também é uma indutora do sono.
•
• Níveis elevados na urina de produtos do metabolismo de 
catecolaminas, como o ácido vanililmandélico (VMA) e do 
metabolismo da serotonina podem indicar a presença de 
tumores.