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Bioquímica Bloco 2 Metabolismo dos Aminoácidos Origem dos Aminoácidos Os aminoácidos presentes nas células podem ter duas origens: A partir de proteínas enxógenas, ou seja, proteínas adquiridas da dieta. São aquelas que não são produzidas pelo organismo. Essas proteínas são hidrolisadas no trato digestório e dão origem aos aminoácidos que depois são absorvidos pelo nosso organismo. Ou a partir de proteínas endógenas, proteínas que o nosso próprio corpo produz. Essas proteínas são geralmente acumuladas nos músculos esqueléticos para que, em uma condição de jejum prolongado, elas possam sofrer proteólise, formando os aminoácidos. Então, nós também temos proteínas mobilizadas em condição de jejum prolongado. Ao serem formados, os aminoácidos vão ter destinos diferentes: Eles poderão compor novas estruturas proteicas. Tem muita relação com o Turnover proteico (renovação das proteínas do corpo). Poderão ser precursores de compostos nitrogenados não proteicos. Então, de uma forma geral, as estruturas dos aminoácidos vão servir de arcabouço para compostos proteicos e não proteicos. Obs: Os aminoácidos também podem sofrer a retirada do grupamento amino e a sua cadeia carbônica pode servir como fonte de energia. E quando nós podemos ver isso acontecer? Em condição de jejum prolongado. Além disso, o grupamento amino que restou tem que ser eliminado do organismo, pois ele pode ser tóxico (pode provocar encefalopatias no indivíduo por excesso de amônio (NH4) gerado a partir de grupamentos aminos no organismo). Reação de Transaminação Normalmente, as reações de transaminação são as reações mais comuns de retirada desse grupamento amino dos aminoácidos. A reação de transaminação é catalisada por enzimas conhecidas por amino-transferases, que também podem ser chamadas de transaminases. Nessa reação, sempre vamos ter um αcetoácido que quando reage com um aminoácido pela ação de uma amino-transferase, o seu grupamento amino (NH3) é transferido para o αcetoácido. Esse αcetoácido se torna um aminoácido, ao receber o grupamento amino. E esse aminoácido, por sua vez, quando perde o seu grupamento amino se torna um αcetoácido. Então, nessa reação existe uma transferência de grupamento amino do aminoácido para o αcetoácido. Sendo assim, o αcetoácido se torna um aminoácido e o aminoácido se torna um αcetoácido. Isso vai ser muito importante para a detoxificação de grupamentos aminos nos tecidos periféricos. Como assim? É a partir da transaminação que acontece entre os aminoácidos e o αcetoglutarato (um tipo de αcetoácido), que o aminoácido vai transferir o seu grupamento amino (em rosa) para o αcetoglutarato. Esse αcetoglutarato após receber esse grupamento amino vai ser agora um Glutamato (um tipo de aminoácido). PORTANTO, vamos fixar... O Aminoácido se torna um αcetoglutarato (que é um tipo de αcetoácido) ao perder o seu grupamento amino e o αcetoglutarato se torna um Glutamato (que é um tipo de aminoácido) ao ganhar um grupamento amino. Depois disso, o Glutamato ainda vai receber mais um grupamento amino (a gracinha vai explicar melhor isso depois), formando a glutamina. Essa glutamina irá transferir todos os grupamentos amino dela para a detoxificação no fígado desses componentes que seriam tóxicos a esses tecidos se não fossem detoxificados. O fígado, então, irá transformá-los em ureia. Logo, essa transaminação vai ser importante tanto no tecido hepático, quanto nos tecidos extra-hepáticos. Obs: Para que a enzima amino-transferase possa exercer a sua função, ela depende de uma coenzima chamada piridoxal fosfato (PLP). Essa coenzima fica ligado a sua estrutura proteica. Reação geral de transaminação: Inicialmente o grupamento amino de um aminoácido é transferido ao piridoxal fosfato, que é então convertido em piridoxiamina fosfato. A seguir, esse grupamino é doado para o αcetoglutarato, formando o glutamato. Então a enzima aminotransferases precisa dessa coenzima, a PLP para realizar essa reação de transaminação. Outras reações de transaminação Para entendermos melhor, segue mais reações de transaminação. O αcetoglutarato nos tecidos periféricos será sempre aquele que estará recebendo grupamentos amino dos aminoácidos. Então temos aqui o exemplo de uma alanina (um outro tipo de aminoácido) que irá doar o seu grupamento amino para o αcetoglutarato através da ação de uma transaminase (ou amino-transferase). Com isso, a alanina se tornou um αcetoácido correspondente a ela que é o piruvato. E o αcetoácido ao receber o grupamento amino se torna um glutamato. O Glutamato no fígado pode através da reação de transaminação do oxaloacetato, doar o seu grupamento amino para o oxaloacetato (que é um αcetoácido) formando o aspartato. O glutamato, por sua vez, ao doar o seu grupamento amino se torna um αcetoglutarato. Agora veja no Detalhe... Como já vimos o glutamato nos tecidos periféricos é formado após a reação de transaminação com um aminoácido, pela ação de uma transaminase (T) No fígado, esse glutamato formado, irá sofrer novamente uma nova reação de transaminação, só que desta vez com o Oxaloacetato (como acabamos de ver). Esse oxaloacetato vai se transformar no aspartato e o Glutamato volta a ser um αcetoglutarato. Com isso, ele está disponível de novo para receber de novo um grupamento amino de um outro aminoácido. Além disso, o Glutamato pode sofrer a ação de uma outra enzima chamado glutamanto desidrogenase (GD). Ela é uma enzima NAD/NADP dependente, ou seja, ela utiliza uma dessas duas coenzimas. Essa enzima é responsável por retirar um grupamento amino diretamente do glutamato, liberando esse grupamento amino sob forma de NH4+ (amônio). Então, recapitulando... OU o glutamato doa seu grupamento amino para o oxaloacetato, formando aspartato. OU o glutamato é desaminado pela Glutamato desidrogenase, liberando o grupamento amino na forma de amônio (NH4). Porém, tanto o Aspartato quanto o amônio serão transportados para o ciclo da ureia. Com isso, eles vão passar por reações sucessivas para formar, no final, ureia para ser eliminada. Lembrando também que isso vai acontecer no fígado, já que ele é capaz de introduzir o grupamento amino (na forma de ureia) e o aspartato no ciclo da ureia. Desaminação Direta Todos esses aminoácidos (da alanina a Valina no quadrinho ao lado) são capazes de transaminar com o αcetoglutarato para formar glutamato. Outros aminoácidos (como a Lisina, prolina, histidina, glicina, e por aí vai...) por caminhos diferentes vão formar o amônio ou o aspartato. Ou eles podem liberar o seu grupamento amino diretamente na forma de amônio (como é o caso do grupo da glicina). Ou ainda, no caso da histidina, além de liberar grupamento amino na forma de amônio, pode ainda ser levado indiretamente a formação de glutamato. Então, resumindo, os aminoácidos podem: liberar o seu grupamento amino diretamente na forma de amônio (como é o caso do grupo da glicina e histidina). sofrer transaminação direta com o αcetoglutarato para formar glutamato (como é o caso do grupo da alanina). ser levados indiretamente a formação de glutamato (como é o caso do grupo da lisina e da histidina). IMPORTANTE: Através dessas reações, esses aminoácidos vão conseguir liberar seu grupamento amino, para que as suas cadeias carbônicas possam ser utilizados como precursoras de outras moléculas ou para que possam ser oxidadas, formando energia para a célula. Porém, se eles forem precursores de moléculas proteicas, eles não precisarão ser desaminados, porque na estrutura proteica está incluído esse grupamento. Reação da Glutamato desidrogenase (GD) Essa glutamato desidrogenase catalisa tanto a entrada do grupamento amino no αcetoglutarato, formando o glutamato, quanto a reação inversa. Essa enzima precisa tanto da coenzima NAD quanto da NADP (tanto faz, ela utiliza a que estiver disponível). Se ela for adicionar um grupamento amino no αcetoglutarato, essa enzima vai estar então reduzindo o seu substrato (αcetoglutarato) e oxidando a sua coenzima (NADP + H NADP), formando o glutamato. Se ela retirar o grupamento amino do glutamato, ela vai estar oxidando o seu substrato (glutamato), então ela vai estar reduzindo a sua coenzima (NAD NADH + H). Essa reação catalisada pela glutamato desidrogenase é importante, pois em casos de proteólise muito intesa, essa reação precisa ser controlada, para que não sejam liberados grandes quantidades de NH3, pois grandes quantidades não conseguem entrar no ciclo da ureia. (Lembrando que isso pode aumentar os níveis de amônia no sangue e, como já vimos, isso não é bom para o organismo). Então adivinhem... Existe um controle da ação dessa glutamato desidrogenase por regulação alostérica O ATP e GTP vão estimular a transformação do αcetoglutarato em glutamato. Então vai ter a incorporação do grupamento amino no αcetoglutarato para formar glutamato, diminuindo os níveis de amônio no sangue. Agora, níveis aumentados de GDP e ADP estimulam a catálise do grupamento amino do glutamato, formando αcetoglutarato e liberando amônio. Isso vai aumentar, consequentemente, a velocidade do ciclo da ureia, porque vai ter mais amônio sendo introduzida no ciclo (e mais ureia sendo formada ao final do ciclo). Então, isso vai acontecer em condições de baixa energia. O que faz muito sentido, pois nessas condições é muito mais interessante haver grandes quantidades de αcetoglutarato disponíveis para receber o grupamento amino dos aminoácidos que vieram da proteólise muscular. Com isso, esse αcetoglutarato vai estar realizando detoxificação (não deixando grupamento amino em grandes quantidades no sangue). Quando há níveis altos de ATP e GTP, não vai ter muita proteólise, então é mais interessante ter menos amônio livre, isto é, grupamento amino incorporado no αcetoglutarato formando glutamato. Formação da Glutamato e Glutamina Então, em geral, no tecido periférico, o αcetoglutarato capta o grupamento amino dos aminoácidos (que não estão sendo utilizados para a síntese proteica), ficando na forma de glutamato, como já vimos ao decorrer dessa matéria. O glutamato, por sua vez, no tecido periférico, receberá mais um grupamento amino pela ação da glutamina sintetase. Essa enzima é responsável então por introduzir mais um grupamento amino no glutamato, transformando-o em glutamina. Esse grupamento amino é geralmente proveniente da liberação direta desse grupamento (na forma de amônio) por alguns aminoácidos (como é o caso da Glicina, vimos anteriormente na parte de desaminação direta). A glutamina é um transportador desses grupamentos amino dos tecidos periféricos para o fígado. Então nos tecidos periféricos, nós temos a ação da glutamina sintase incorporando mais um grupamento amino (NH2) no glutamato para formar glutamina. Essa glutamina vai para o fígado, onde irá sofrer a ação de uma glutaminase. Essa enzima vai retirar o primeiro grupamento amino da glutamina. Esse grupamento amino vai, então, para o ciclo da ureia. O glutamato formado no fígado pode sofrer a ação da glutamato desidrogenase e, assim, irá eliminar o outro grupamento amino para o ciclo da ureia, ou ele pode ainda transaminar com o oxaloacetato para formar o aspartato, que também segue para o ciclo da ureia. De qualquer forma, nós vamos ter grupamentos amino e aspartato sendo liberado para o ciclo da ureia. Lembrando que o único órgão que faz ciclo da ureia é o fígado, então é ele quem vai receber o grupamento amino de todos os aminoácidos oxidados nos tecidos periféricos. Lembrando também que ele recebe esse grupamento amino pela glutamina. Fixando mais uma vez... O aspartato e o amônio entram no ciclo da ureia como precursores da ureia. Síntese de Asparagina Outro exemplo de síntese de aminoácidos. A glutamina pode reagir com o aspartato e doar o seu grupamento amino para formar asparagina e glutamato. Reação catalisada pela Asparaginase A asparaginase é uma enzima que utiliza a asparagina como substrato, retirando um grupamento amino, formando aspartato novamente. Principais vias de Transporte de Nitrogênio entre órgãos após proteólise muscular Em estado de jejum prolongado, o músculo vai sofrer proteólise. Logo, as proteínas serão mobilizadas para formar aminoácidos. Esses aminoácidos por reação de transaminação vão doar o seu grupamento amino para o αcetoglutarato (se tornando glutamato) e os aminoácidos vão originar um αcetoácido correspondente (lembrando que na reação de Ivan Realce Ivan Realce Ivan Realce transaminação um AA se torna um αcetoácido, e vice versa). Esses αcetoácidos no jejum prolongado podem ser oxidados, pois a maior parte deles vão originar intermediários do ciclo de Krebs, podendo assim seguir o processo de oxidação para formar os equivalentes de redução (NADH e FADH na forma reduzida) que vão acabar formando ATP, no final, e energia útil para as células do tecido muscular. Em condição de jejum, o glutamato pode transaminar com o piruvato (produto da metabolização da via glicolítica). Ao perder o seu grupamento amino, o glutamato, se torna um αcetoglutarato, enquanto o piruvato ao receber o grupamento amino do glutamano, forma uma alanina. A alanina cai, então, na corrente sanguínea e é então captada pelo fígado. Nesse órgão, a alanina sofre transaminação com o αcetoglutarato (que está lá no fígado). Esse αcetoglutarato ao receber o grupamento amino se torna glutamato, enquanto a alanina ao perder o seu grupamento amino se torna o seu αcetoácido correspondente que é o piruvato. O piruvato formando segue então na via da gliconeogênese. O glutamato pode ainda transaminar com o Oxaloacetato, formando Aspartato que segue para o ciclo da ureia. Além disso, ele pode ainda receber um outro grupamento amino e formar glutamina. Essa glutamina formada segue para o fígado e lá os seus grupamentos amino são retirados foramndo glutamato e amônio (que segue para o ciclo da ureia). Ou seja, os grupamentos amino na forma de amônio (NH4), assim como o aparato, serão precursores da Ureia. Ivan Realce Ivan Realce Ivan Realce Ivan Realce Ciclo da Ureia A ureia é eliminada pelas mamíferos terrestres. Já as aves e répteis eliminam o grupamento amino na forma de ácido úrico e os peixes eliminam esse grupamento na forma de amônia pelas guelras. O que nós vamos aprender é como a ureia irá ser formada e eliminada pelos mamíferos terrestres. O ciclo da ureia acontece parcialmente nas mitocôndrias e parcialmente no citossol. Para que o ciclo da ureia possa começar, nós temos que ter uma estrutura chamada de carbamoil fosfato. Essa molécula vai incorporar o grupamento amino dos aminoácidos liberados pela reação do glutamato. Então, primeiramente, é formado, nas mitocôndrias, um intermediário (o carbamoil fosfato) por ação da enzima chamada carbamoil-fosfato sintetase. Essa enzima incorpora uma carboxila da molécula de bicarbonato (HCO3-) a partir da hidrólise (quebra) de uma molécula de ATP. Com isso, a enzima incorpora essa carboxila a um dos fosfatos (P) dessa moeda energética, liberando ADP (que restoudo ATP). Além disso, há depois a entrada de um grupamento amino nesse estrutura carboxila-fosfato, às custas de mais um ATP. Ivan Realce Portanto, de forma geral, a carbamoil-fosfato sintetase é responsável pela formação de do primeiro substrato do ciclo da ureia, o carbamoil-fosfato, a partir de bicarbonato e amônio (NH4), às custas de 2 ATPs. P.s: A professora não quer que a gente grave todos os nomes das enzimas. Ela quer que entendamos o processo. O carbamoil-fosfato se funde a ornitina para formar citrulina, através da ação de uma enzima. A ornitina também é um tipo de aminoácido. A citrulina formada, vai para o citossol se junta com o aspartato, formando o aginino- succinato, a partir de uma enzima específica. O arginino succinato é quebrado, por ação enzimática específica, formando o fumarato e arginina. A arginina vai sofrer hidrólise, formando novamente a ornitina e a ureia. A ureia é então eliminada e a ornitina volta para as mitocôndrias, se tornando disponível para um outro ciclo, a partir da entrada de carbamoil fosfato. Importante: Como vimos anteriormente, o aspartato e a amônio, entram no ciclo da ureia como precursores da ureia. Então, os grupamentos que foram eliminados dos aminoácidos entram no ciclo tanto na forma de aspartato quanto na forma de amônio. O aspartato entra no ciclo e já reage com a citrulina, formando o aginino-succinato e o amônio entra na formação do carbamoil-fosfato. Agora, voltando ao esquema do ciclo, observe o fumarato sendo formado a partir da argininosuccinato. Esse fumarato é intermediário do ciclo de Krebs. Logo existe um inter-relação entre o Ciclo de Krebs e o Ciclo da Ureia. Como vimos, no ínicio do ciclo da Ureia foram utilizados 2 ATPs para formar o carbamoil fosfato. O fumarato formado seguirá para o Ciclo de Krebs, formando equivalente de redução (NADH + H) que depois da cadeia de transporte de elétrons e da fosforilação oxidativa, vai resultar na formação de 3 ATPs. (Lembrar é viver: Balanço energético Cada NAD resulta na formação de 3 ATPs e o FAD resulta na formação de apenas 2 ATPs, aproximadamente). Então no final das contas, a cada ciclo, são utilizados 2 ATPs e formados 3 ATPs, dando um saldo energético de 1 ATP. Logo, esse ciclo é energeticamente favorável. (No livro essa infomação não bate. Lá, é dito que o ciclo consome na verdade 4 ATPs, porque 2 Pi também são gastos e entram na conta. Então o ciclo gastaria 4 ATPs e usava 3 ATP gerados a partir do fumarato, havendo apenas 1 ATP gasto em cada ciclo). Além do fumarato ser fonte de energia, ele também é fonte de glicose e também de aspartato. Ivan Realce O glutamato, ao transaminar com o Oxaloacetato, forma o Aspartato que entra no ciclo da ureia. Esse aspartato forma a agininossuccinato que forma o fumarato. O fumarato ao ser formado pelo ciclo da ureia, ele entra no ciclo de Krebs, formando malato. A reação que forma oxaloacetato a partir de malato, acaba resultando na formação de 3 ATP. O oxaloacetato pode transaminar novamente como glutamato, formando mais aspartato, e assim por diante... Ou o oxaloacetato pode entrar na via da gliconeogênese e formar glicose. Degradação dos esqueletos carbônicos dos Aminoácidos Os esqueletos carbônicos dos Aminoácidos além de serem utilizados para formar novas moléculas, esses esqueletos podem ser intermediários do ciclo de Krebs. Ao entrar nesse ciclo eles poderão, ainda, formar energia ao serem oxidados ou poderão ser precursores da glicose na gliconeogênese. Alguns aminoácidos são chamados de cetogênicos, ou seja, são aminoácido que não podem ser precursores da glicose na gliconeogênese. Os aminoácidos cetogênicos vão gerar Acetil-CoA. (Obs: Nunca se pode gerar glicose a partir de Acetil-CoA, o que explica esses AAs não conseguirem ser precursores de glicose). Apesar do Acetil-CoA não conseguir formar glicose, ao ser oxidado, ele também é capaz de fornecer energia para a célula (Como nós vimos em cetogênese). Por outro lado, os aminoácidos que podem formar glicose pela gliconeogênse são chamados de glicogênicos. A leucina (leu) é o único aminoácido exclusivamente cetogênico. Ela produz o Acetil- Coa, mas esse produto formado não consegue formar (sozinho) a glicose no fígado (é cetogênico). Existem alguns aminoácidos que têm parte de sua cadeia carbônica convertida em Acetil-CoA (parte cetogênica) e parte convertida em intermediários do ciclo de Krebs, como o oxaloacetato, fumarato, succinil-CoA e αcetoglutarato (parte glicogênica). É o caso da isoleucina, fenilalanina, tirosina, treonina e triptofanto. Esses aminoácidos que são tantos para glicogênicos quanto para cetogênicos são chamados de glicogênicos. A maioria dos aminoácidos produz piruvato ou algum intermediário do ciclo de Krebs, precursores da gliconeogênese e são por isso, glicogênicos. Obs: A prof não quer que gravemos os nomes de todos esses aminoácidos, mas ela pode cobrar a diferença entre eles (principalmente entre aa glicogênicos e cetogênicos). Então, a degradação dos esqueletos carbônicos será utilizada com objetivo de gerar energia ou para a gliconeogênese hepática. Para o fígado, é muito importante os aminoácidos glicogênicos, já que estes podem ser utilizado em uma condição de jejum para formar glicose. Quando se tem a desaminação da amônia para formação do esqueleto carbonara, significa que o corpo precisa de enegia. Ou seja, ele está em estado de jejum-jejum prolongado. Fenilcetonúria Uma das doenças avaliadas pelo teste do pezinho é a fenilcetonúria. Os pacientes que apresentam a fenilcetonúria possuem uma falha genética na enzima fenilalanina hidroxilase. Essa enzima metaboliza a fenilalanina e a transforma em tirosina. A fenilalanina é um aminoácido essencial que forma a tirosina no nosso organismo. A fenilalanina hidroxilase utiliza como coenzima a tetraidrobiopterina para converter a fenilalanina em tirosina. Como esses indivíduos não conseguem metabolizar fenilalanina e a tranformá-la em tirosina, a fenilalanina será utilizada por vias pouco significativas. A fenilalanina transaminase vai metabolizar fenilalanina em fenilpiruvato. O acúmulo desse fenilpiruvato causa nas crianças lesões neuronais permanentes. De onde vem o grupamento amino dos AAs? Esquema A O nitrogênio do ar (N2) é metabolizado por bactérias formando amônia (NH3). Outras bactérias, muito abundantes no solo, transformam a maior parte da amônia em nitritos (NO2-) e depois em nitratos (NO3-). A maioria das plantas e bactérias é capaz de converter estes compostos novamente a amônia que é precursora do grupo amino dos aminoácidos, que se tornam, então, disponíveis para o consumo pelos animais. Esquema B Na morte de alguns microoganismos, bactérias da decomposição vão formar amônia, que é revertida para nitritos, nitratos e finalmente vão repor o nitrogênio gasoso para a atmosfera. Fecha-se então o ciclo do nitrogênio. Estruturas importantes formadas a partir da estrutura dos aminoácidos Exemplo de como as estrutura dos aminoácidos formam componentes importantes para o nosso organismo. O GABA é um neurotransmissor inibitório importante que é formado a partir do Glutamato, por uma reação de descarboxilação do glutamato formando o ácido gama- minobutirato (GABA). Uma outra substância importante que tem atividades anti-hipertensivas é a Agmatina que é formada a partir da descarboxilação da arginina no cérebro. Esses exemplos mostram que os aminoácidos formam estruturas importantespara o organismo e que não somente as proteínas. As catecolaminas (adrenalina e noradrenalina) são formadas a partir da estrutura da tirosina. Na reação, a tirosina é metabolizada a DOPA. Essa DOPA é descarboxilada a Dopamina. Esta é, então, hidroxilada, formando a norepinefrina (noradrenalina) que pode ser metilada, formando a epinefrina (adrenalina). Deste modo, as catecolaminas são formadas. A glutationa é importante para evitar a oxidação de proteínas e na detoxificação de radicais livres. Ela é formada pela fusão de 3 aminoácidos: Glutamato se funde com a cisteína e depois com a glicina, resultando na estrutura da glutationa.
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