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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA Campus Florestal Catabolismo de Aminoácidos Pollyanna Amaral Viana Catabolismo de Aminoácidos Introdução � Nos seres humanos, uma pequena fração de energia oxidativa (10-15 %) provém do catabolismo de aminoácidos. � O fluxo através desta via depende do equilíbrio entre as necessidades para os processos � Ao contrário do que ocorre com os carboidratos e lipídeos, os aminoácidos não são armazenados pelo corpo. entre as necessidades para os processos biossintéticos e as quantidades disponíveis de um dado aminoácido. 2 � Não há proteínas cuja função seja manter um suprimento de aminoácidos para utilização posterior pelo organismo. � O nitrogênio entra no organismo por meio de Introdução � O nitrogênio entra no organismo por meio de vários componentes presentes nos alimentos, sendo os mais importantes os aminoácidos contidos nas proteínas da dieta. 3 Proteínas da dieta Proteínas celulares Proteínas corporais Excesso (dieta �Os aminoácidos devem ser obtidos: Síntese e degradação As proteínas são Introdução Excesso (dieta rica em proteínas) Catabolizado, já que os aa livres não podem ser armazenados. normais das proteínas (turnover das proteínas) Alguns aa sofrerão degradação oxidativa, caso não sejam necessários para a síntese de novas proteínas. As proteínas são hidrolisadas (durante o jejum ou o diabetes) Os aa são usados como combustível (carboidratos estão inacessíveis).4 � Posteriormente, os aminoácidos livres sofrerão degradação oxidativa produzindo CO2 e H2O. � O nitrogênio entra no organismo por proteínas da dieta, proteína celulares ou proteínas corporais. Introdução � O nitrogênio deixa o organismo como uréia, amônia e outros produtos derivados do metabolismo de aminoácidos. � As vias de degradação dos aminoácidos são muito similares na maioria dos organismos. 5 Digestão das proteínas da dieta � As proteínas ingeridas nos alimentos são degradadas por proteases, no trato gastrintestinal (estômago e intestino delgado). � A maioria dessas enzimas é inicialmente sintetizada como zimogênio inativo, que será ativado no estômago ou no intestino delgado pelaativado no estômago ou no intestino delgado pela remoção proteolítica de partes de suas cadeias polipeptídicas. � A entrada das proteínas no estômago estimula a mucosa gástrica a secretar o hormônio gastrina, o qual estimula a secreção de HCl pelas células parietais das glândulas gástricas e do pepsinogênio pelas células principais. 6 � A acidez do suco gástrico (pH 1,0 - 2,5) age como um antisséptico (mata a maioria das bactérias) e como um agente desnaturante (desenovela as proteínas globulares, tornando as ligações peptídicas internas mais acessíveis à ação das enzimas hidrolíticas). Digestão das proteínas da dieta hidrolíticas). � O pepsinogênio é convertido em pepsina no estômago e atua na hidrólise de proteínas ingeridas, nas ligações peptídicas do lado aminoterminal dos resíduos de aminoácidos aromáticos (Tyr, Phe e Trp), produzindo uma mistura de peptídeos menores. 7 Estômago Trato gastrintestinal – Digestão das proteínas da dieta 8 � O conteúdo ácido do estômago passa para o intestino delgado e o seu pH baixo estimula a secreção para o sangue do hormônio secretina. � A secretina estimula o pâncreas a secretar bicarbonato no intestino delgado, para neutralizar o HCl gástrico, aumentando assim o pH Digestão das proteínas da dieta neutralizar o HCl gástrico, aumentando assim o pH (7,0). � Todas as secreções do pâncreas exócrino passam para o intestino delgado pelo ducto pancreático. � A digestão das proteínas continua no intestino delgado. 9 Trato gastrintestinal – Digestão das proteínas da dietaTrato gastrintestinal – Digestão das proteínas da dieta Intestino delgado 10 � A entrada de aa no duodeno (parte superior do intestino) libera o hormônio colecistoquinina, que estimula a secreção de enzimas pancreáticas, com atividades em pH 7- 8. Zimogênios inativos Digestão das proteínas da dieta Tripsinogênio Quimotripsinogênio Procarboxipeptidases A e B Proelastase Zimogênios inativos Tripsina Quimotripsina Carboxipeptidases A e B Elastase 11 As enzimas (do estômago e intestino delgado) possuem diferentes especificidades de aminoácidos para sua ação proteolítica. Digestão das proteínas da dieta 12 Digestão das proteínas da dieta Clivagem das proteínas da dieta por proteases do pâncreas 13 � O intestino delgado também secreta uma aminopeptidase. Hidrolisa resíduos de aa aminoterminais de pequenos Digestão das proteínas da dieta aminoterminais de pequenos peptídeos. � Os aa livres entram na corrente sanguínea e são transportados para o fígado. Catabolizados 14 • Fases do catabolismo: AMINOÁCIDOS NH4+ Esqueletos carbônicos Fase 1 Fase 2 Catabolismo de aminoácidos α-cetoácidos Ciclo do ácido cítrico Oxaloacetato Ciclo da uréia CO2 ; H2O e ATP Uréia Biossíntese de aa, nucleotídeos e aminas biológicas (gliconeogênese) Glicose 15 Catabolismo de aminoácidos � Já que os aminoácidos não podem participar diretamente do metabolismo energético: - Eles perdem seus grupos amino (reações de transaminação);(reações de transaminação); - Os α-cetoácidos formados podem sofrer oxidação até CO2 e H2O. 16 � Fase 1: Remoção dos grupos amino dos aminoácidos Reação de transaminação Catabolismo de aminoácidos Aminotransferase 17 Catabolismo de aminoácidos � Reação de transaminação da alanina 18 � Piridoxal fosfato (PLP): é a forma da coenzima da piridoxamina (Vitamina B6); grupo prostético das aminotransferases. Catabolismo de aminoácidos Aldeído Aspartato-aminotransferase Amina 19 � O PLP funciona como um intermediário transportador de grupos amino no sítio ativo das aminotransferases. Catabolismo de aminoácidos � O PLP sofre transformações reversíveis entre a� O PLP sofre transformações reversíveis entre a sua forma aldeído (aceita um grupo amino) e sua forma aminada (doa seu grupo amino para um α- cetoácido. 20 Catabolismo de aminoácidos � O glutamato formado nas reações de transaminação, é transportado do citosol para o interior das mitocôndrias hepáticas, para sofrer desaminação oxidativa (liberação da amônia). Glutamato Glutamato-desidrogenase α-cetoglutarato + NH4+Glutamato Glutamato-desidrogenase α-cetoglutarato + NH4+ Amônia 21 Catabolismo de aminoácidos O glutamato libera amônia no fígado. A amônia é tóxica para os animais. A glutamina transporta a amônia na corrente sanguínea. Glutamato + NH4+ Glutamina sintetase Glutamina ATP ADP + P Forma não-tóxica de transporte de amônia Via mais importante para remoção de amônia sanguínea. 22 Catabolismo de aminoácidos Glutamina (excesso) Fígado e rins Glutamato + NH4+ Glutaminase sangue Condições de acidose metabólica Glutamato + NH4 Glutamina desidrogenase Esqueletos carbônicos + NH4+ Excretada na urina 23 Piruvato Proteína muscular Aminoácidos NH4+ glutamato Glicose glicólise � A alanina transporta amônia dos músculos para o fígado. SangueSangue Alanina α-cetoglutarato Alanina Piruvato α-cetoglutarato glutamatoGlicose gliconeogênese NH4 + Uréia Ciclo glicose-alanina (Ciclo de Cori) 24 Ciclo glicose-alanina 25 Catabolismo dos grupos amino no fígado dos vertebrados 26 Catabolismo de aminoácidos � Formas de excreção do nitrogênio: O habitat determina a via de excreção do nitrogênio. 27 A amônia é tóxica para os animais. Gruposamino não empregados para a síntese de novos aminoácidos ou outros compostos nitrogenadosoutros compostos nitrogenados Ciclo da Uréia 28 � Ciclo da Uréia • Nos animais ureotélicos, a amônia é convertida em uréia nas mitocôndrias dos hepatócitos por meio do Ciclo da uréia. • A produção de uréia ocorre no fígado. Catabolismo de aminoácidos • A uréia é produzida da amônia em 5 passos enzimáticos: • Destino da uréia: Hepatócitos – Sangue – Rins – Urina (30-40g/dia) • O ciclo da uréia abrange 2 compartimentos celulares: mitocôndria e citosol. 29 1. Formação do Carbamil fosfato: na mitocôndria � Ciclo da Uréia Catabolismo de aminoácidos NH3 + HCO3- Carbamil-fosfato 2ATP 2ADP + Pi Carbamil-fosfato sintetase I N-acetilglutamato 30 2. Formação da citrulina a partir da ornitina e carbamil fosfato: na mitocôndria + � Ciclo da Uréia Catabolismo de aminoácidos L-ornitina Carbamil-fosfato Ornitina transcarbamilase Pi L- citrulina Citosol 31 3. Formação de argininossuccinato: no citosol + � Ciclo da Uréia Catabolismo de aminoácidos L-citrulina Aspartato Argininossuccinato sintase ATP AMP + PPi Argininossuccinato 32 4. Formação de arginina: no citosol � Ciclo da Uréia Catabolismo de aminoácidos Argininossuccinato liase Argininossuccinato Fumarato + L-arginina liase 33 5. Formação da uréia: no citosol Arginase � Ciclo da Uréia Catabolismo de aminoácidos L-arginina H2O L-ornitina + Uréia 34 Catabolismo de aminoácidos • Ornitina e citrulina: aminoácidos não-protéicos • Aminoácido protéico produzido no ciclo: Arginina • Aminoácido protéico consumido no ciclo: Aspartato 35 36 Estequiometria Geral do Ciclo da Uréia Carbamil-Fosfato + Aspartato + 3ATP + 2H2O � Ciclo da Uréia Catabolismo de aminoácidos Uréia + Fumarato + 2ADP +4P + AMP + PP Regulação do Ciclo da uréia • N-acetilglutamato sintase • Carbamil-fosfato sintetase I Uréia + Fumarato + 2ADP +4Pi + AMP + PPi 37 � Regulação do Ciclo da Uréia Catabolismo de aminoácidos • N-acetilglutamato sintase • Carbamil-fosfato sintetase I 38 � Interconexão entre o Ciclo da Uréia e o Ciclo do Ácido Cítrico Catabolismo de aminoácidos Bicicleta de “Krebs” 39 IMPLICAÇÕES NEUROLÓGICAS CAUSADAS POR DESORDENS DO CICLO DA URÉIA 40 AMINOÁCIDOS NH4+ Esqueletos carbônicos Fase 1 Fase 2 Catabolismo de aminoácidos α-cetoácidos Ciclo do ácido cítrico CO2 ; H2O e ATPOxaloacetato Glicose (gliconeogênese) Ciclo da uréia Uréia Biossíntese de aminoácidos, nucleotídeos e aminas biológicas 41 • Fase 2 - Vias de Degradação dos Aminoácidos Aminoácidos Catabolismo de aminoácidos Acetoacetil-CoA Acetil-CoA Succinil-CoA Piruvato Fumarato α-Cetoglutarato Oxaloacetato 42 Catabolismo de aminoácidos • Cofatores enzimáticos importantes: 1. Piridoxal fosfato: participa de reações de transaminação; 2. Biotina,Tetraidrofolato e S-adenosil-metionina: participam de reações de transferência de unidades carbônicas em diferentes estados de oxidação;carbônicas em diferentes estados de oxidação; 2.1. Biotina: transfere em maior estado de oxidação; 43 Catabolismo de aminoácidos • Cofatores enzimáticos importantes: 2.2. Tetraidrofolato (H4 folato): transfere em estado de oxidação intermediário; . Sintetizado nas bactérias e o seu precursor, o folato (vitamina de mamíferos, é convertido em tetraidrofolato pela enzima diidrofolato redutase). 44 Catabolismo de aminoácidos • Cofatores enzimáticos importantes: 2.3. S-adenosil-metionina: transfere em estado de oxidação mais baixo (grupos metila); Sintetizada a partir de ATP e metionina pela ação dametionina pela ação da adenosilmetionina transferase. 45 Catabolismo de aminoácidos Aminoácidos glicogênicos: produzem piruvato ou intermediários do Ciclo do Ácido Cítrico. - Podem levar à produção líquida de glicose ou glicogênio no fígado e de glicogênio no músculo. Gln, Glu, Pro, Arg, His, Ala, Ser, Gly, Cys, Trp, Phe, Tyr, Met, Val, Ile, Thr, Asp e Asn – (18 aminoácidos) 46 Catabolismo de aminoácidos Aminoácidos cetogênicos: produzem acetoacetato ou seus precursores (acetil-CoA ou acetoacetil-CoA): Leu e Lis – (2 aminoácidos)Leu e Lis – (2 aminoácidos) Em vermelho: glicogênicos e cetogênicos. Gln, Glu, Pro, Arg, His, Ala, Ser, Gly, Cys, Trp, Phe, Tyr, Met, Val, Ile, Thr, Asp e Asn – (18 aminoácidos) 47 Catabolismo de aminoácidos 48 1. Aminoácidos que produzem oxaloacetato - (2) AspartatoAsparagina Catabolismo de aminoácidos AspartatoAsparagina 49 50 Catabolismo de aminoácidos ASPARAGINA • Ajuda no correto funcionamento das células do cérebro e no sistema nervoso central. • Produzida pelas células saudáveis do organismo. • Alimentos: ovo, carnes, leite, queijo, iogurtes e peixes. Catabolismo de aminoácidos ÁCIDO ASPÁRTICO (ASPARTATO) • Aminoácido não essencial de caráter ácido; • Desempenha papel vital no metabolismo de outros aminoácidos: asparagina, arginina, lisina, metionina, treonina, isoleucina e diversos nucleotídeos;treonina, isoleucina e diversos nucleotídeos; • Aumenta a resistência à fadiga crônica, protege o fígado e o sistema nervoso por ser desintoxicante do organismo e diminui o colesterol e triglicerídeos do sangue. • Alimentos: carne, peixe, ovo, laticínios, aspargo. 52 2. Aminoácidos que produzem α-cetoglutarato - (5) Catabolismo de aminoácidos Glutamina Glutamato Prolina Histidina Arginina 53 • Prolina: é oxidada produzindo glutamato Catabolismo de aminoácidos 2. Aminoácidos que produzem α-cetoglutarato - (5) • Arginina: produz ornitina no ciclo da uréia sendo convertida em α-cetoglutarato • Histidina: produz glutamato 54 55 Gln glutaminase oxidada Arg Catabolismo de aminoácidos 2. Aminoácidos que produzem α-cetoglutarato - (5) Glu α-cetoglutarato oxaloacetato aspartato Pro oxidada His Ornitina 56 57 GLUTAMINA • É um dos aminoácidos presentes em maior quantidade no corpo; • Possui papel importante no metabolismo celular dos animais; • A glutamina e o ácido glutâmico são de importância vital na regulação dos índices de amônia do organismo; Catabolismo de aminoácidos dos índices de amônia do organismo; • Mais abundante dos aminoácidos livres em circulação no sangue e em células musculares (usada como suplemento). • Alimentos: carne bovina, frango, porco, peixes, principalmente fígado e peixe cru (sushi). 58 ÁCIDO GLUTÂMICO (GLUTAMATO) • Aminoácido não essencial de caráter ácido, mais frequente na sequência primária das proteínas; • Quando aminado, forma a glutamina; seu sal forma o glutamato monossódico (Ajinomoto – aditivo para realçar o sabor dos alimentos); Catabolismo de aminoácidos monossódico (Ajinomoto – aditivo para realçar o sabor dos alimentos); • Usado para síntese de outros aminoácidos, hiperamonemia, mantém e melhora as funções do cérebro, tratamento de epilepsia, coma hepático, distrofia muscular e retardo mental; • Sua participação é citada na rápida recuperação da fadiga durante os exercícios. • Alimentos: ovo e leite 59 Catabolismo de aminoácidos PROLINA • Aminoácido cíclico alifático – possui cadeia lateral ligada ao N e ao C; • Ajuda na formação do colágeno (funcionamento adequado das articulações, veias, tendões e músculo cardíaco; firmeza e elasticidade da pele); • Usado para cicatrizar feridas. • Alimentos: gelatina e ovo. HISTIDINA • Aminoácido essencial usado para produzir histamina (regula as respostas inflamatóriasdo organismo). • Alimentos: ovo, leite e derivados, carnes, peixes, feijão, cenoura, mandioca . 60 Catabolismo de aminoácidos ARGININA • Aminoácido não essencial de caráter básico; • Desintoxica o organismo, melhorando as defesas do mesmo; • Ajuda a formar diversos hormônios, favorecendo o crescimento muscular infantil e do adolescente; • Bloqueia o crescimento de tumores e combate a fadiga física e mental. • Alimentos: queijo, iogurte, castanha-de-cajú, feijão. 61 3. Aminoácidos que produzem piruvato - (5) • Serina• Glicina• Alanina Catabolismo de aminoácidos Alanina, Glicina, Serina, Cisteína e Triptofano 62 Catabolismo de aminoácidos 3. Aminoácidos que produzem piruvato - (5) • Triptofano • Cisteína 63 Catabolismo de aminoácidos 3. Aminoácidos que produzem piruvato - (5) 64 Ala α-cetoglutarato Catabolismo de aminoácidos 3. Aminoácidos que produzem piruvato - (5) Trp Piruvato Glutamato Cys Ser Gly 65 66 ALANINA • Aminoácido não essencial, neutro e pequeno; • Está envolvido no metabolismo do triptofano e da vitamina piridoxina; • Previne a diabetes pois ajuda a regular os níveis de açúcar no Catabolismo de aminoácidos sangue; • É importante para aumentar a imunidade; • Usada como suplemento (melhora o desempenho atlético por diminuir o cansaço dos músculos). • Alimentos: ovo, carne, peixe, leite e derivados, mandioca, aveia, abacate. 67 Catabolismo de aminoácidos GLICINA • Aminoácido não essencial; • Usado como suplemento (glicinato férrico - combate a anemia; glicinato de magnésio - cansaço físico e mental); • Usado para produção da glutationa e porfirina, um 68 • Usado para produção da glutationa e porfirina, um componente da hemoglobina. • Alimentos: ovo, carne, peixe, queijo, iogurte, abóbora, batata-doce, avelã, feijão, beterraba, berinjela. Catabolismo de aminoácidos TRIPTOFANO • Aminoácido essencial, melhora o humor e proporciona sensação de bem-estar, pois produz a serotonina (neurotransmissor); • Precursor do nicotinato (NAD+ e NADP+). • Alimentos: carne, peixe, ovo, leite e derivados, castanha-de 69 • Alimentos: carne, peixe, ovo, leite e derivados, castanha-de cajú, amendoim. SERINA • Aminoácido não essencial; • Aumenta as defesas do organismo, ajuda no bom funcionamento do sistema nervoso, participa na transformação de gorduras e no crescimento muscular; Catabolismo de aminoácidos • É importante para a formação de outros aminoácidos, como a glicina; • Usada para produção de fosfolipídios e ácido glicérico. • Alimentos: leite, iogurte, carne, ovo, peixe, feijão, milho, alho, cebola roxa, cevada, batata. 70 Catabolismo de aminoácidos CISTEÍNA • Aminoácido não essencial com uma cadeia lateral tiol única (-SH) que afeta a estabilidade tridimensional das proteínas; • Ajuda na formação e saúde da pele, além de ser importante para o crescimento saudável do fio de cabelo; • Pode ser produzida comercialmente a partir de cabelo humano ou 71 • Pode ser produzida comercialmente a partir de cabelo humano ou através de pêlos e penas de animais, usado para fabricação de cremes e produtos para o tratamento dos cabelos fracos; • É importante para o metabolismo de substâncias como a coenzima A, heparina, biotina, ácido lipóico e glutationa. • Alimentos: leite e derivados, cereais integrais, castanhas, nozes, avelã, alho, brócolis, cebola roxa, couve. 4. Aminoácidos que produzem fumarato - (2) Fenilalanina, Tirosina Catabolismo de aminoácidos 72 Catabolismo de aminoácidos FENILALANINA • Aminoácido essencial usado para produzir diversos aminoácidos úteis; • Pessoas com fenilcetonúria têm que controlar o consumo de fenilalanina, pois elas acumulam esse aminoácido no organismo, o que leva a problemas como atrasos no desenvolvimento psicológico e convulsões. • Alimentos: carnes, peixes, leite e derivados, ovo, farinha de trigo, leguminosas.• Alimentos: carnes, peixes, leite e derivados, ovo, farinha de trigo, leguminosas. TIROSINA • Aminoácido não essencial, usado para produzir diversos aminoácidos, sendo aromático, junto com a fenilalanina e o triptofano; • Precursora de epinefrina, norepinefrina (hormônios), dopamina (neurotransmissor) e melanina (pigmento); • Ajuda a regenerar células do sangue e as defesas do organismo. • Alimentos: peixe, abacate, nozes, castanhas, queijo, ovo, leite. 73 5. Aminoácidos que produzem succinil-CoA - (4) Valina Isoleucina Catabolismo de aminoácidos Metionina Treonina 74 75 76 Catabolismo de aminoácidos VALINA • Aminoácido essencial, presente em abundância nas proteínas do músculo; • Ajuda na construção e tonicidade muscular, podendo ser usada para melhorar a cicatrização após alguma cirurgia, pois melhora a qualidade de regeneração dos tecidos; • Alimentos: ovo, leite e derivados, carne, peixe, soja, feijão, ervilhas.• Alimentos: ovo, leite e derivados, carne, peixe, soja, feijão, ervilhas. 77 ISOLEUCINA • Aminoácido essencial usado para aumentar a formação de hemoglobina e ajudar a regular os níveis de açúcar no sangue; • A falta de isoleucina pode provocar cansaço muscular e, por isso, deve ser ingerida após o exercício físico para recuperação muscular. • Alimentos: ovo, leite e derivados, abóbora, batata, ervilha, feijão preto.. Catabolismo de aminoácidos METIONINA • Aminoácido essencial usado para produzir diversas substâncias necessárias à nutrição, à resposta imunológica e à defesa contra agressões; • Ajuda na formação dos músculos e da pele, fornece energia ao organismo, aumenta a acidez da urina e ajuda a proteger o fígado. 78 • Alimentos: ovo desidratado, castanha-do-pará, queijo, leite, sardinhas. TREONINA • Aminoácido essencial usado para suplementação de proteínas de cereais; • Ajuda a manter a pele firme e bonita pois é importante na formação do colágeno, que dá firmeza e elasticidade à pele; • Alimentos: ovo, peixe, leite, carne, iogurte, queijo, quiabo, chuchu, brócolis. 6. Aminoácidos que produzem acetil-CoA ou acetoacetil-CoA – (5) Catabolismo de aminoácidos Leucina Lisina Fenilalanina Lisina Tirosina Triptofano 79 Catabolismo de aminoácidos 80 81 LEUCINA • Presente em abundância nas mioproteinas (proteínas do músculo);. • Pode ser utilizada como suplemento alimentar, tanto para quem pratica exercício físico e quer ganhar massa muscular, como por idosos para melhorar a mobilidade física, diminuindo a velocidade da atrofia muscular própria da idade; • Serve para diminuir os níveis de açúcar no sangue, aumentar as defesas do organismo e ajudar na cicatrização de ossos fraturados; Catabolismo de aminoácidos organismo e ajudar na cicatrização de ossos fraturados; • Alimentos: queijo, ovo, peixe, leite, pepino, tomate, carne. LISINA; • Aminoácido essencial que pode ser utilizada para evitar herpes; • Eficaz para a osteoporose, pois ajuda a aumentar a absorção de cálcio, sendo importante no desenvolvimento ósseo e muscular infantil, pois participa na atividade do hormônio do crescimento. • Alimentos: leite, soja, carne. 82 Catabolismo de aminoácidos 83 Tabela 2: Algumas doenças genéticas que afetam o catabolismo de aminoácidos Catabolismo de aminoácidos 84
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