Bioquímica (Patrícia) - Aula 4/P2: Metabolismo de Aminoácidos

Prévia do material em texto

1 
 
BIOQUÍMICA – P2 
Prof
a
. Patrícia Damasceno 
 
Aula 4: Metabolismo de Aminoácidos 
 
Hoje vamos ver o metabolismo de aminoácidos e focar no ciclo da ureia, degradação e síntese de 
aminoácido. 
O aminoácido será degradado nas seguintes condições metabólicas: 1) dieta rica em proteínas; 2) quando a 
proteína não for mais útil para o nosso organismo (essas proteínas vão ser degradadas em aminoácidos, os quais 
também serão degradados); e 3) períodos de jejum, pois quando a reserva de carboidratos termina e até começar a 
degradação de lipídeos, as proteínas vão sendo degradas também, apesar das proteínas não produzirem grande 
quantidade de energia quando comparado aos lipídeos. 
Então, nestas 3 condições metabólicas dieta rica em proteínas, jejum (aqui se enquadra aquela pessoa 
diabética que não está controlando a doença) e no turn over de proteínas que é quando a proteína não está mais 
sendo necessária ao nosso organismo e será degrada. 
Portanto, nestas 3 condições vamos começar a degradar os aminoácidos. 
Nos animais o aminoácido proveniente quer seja de uma proteína intracelular quer seja da dieta, os 
aminoácidos serão degradados da mesma maneira. 
A estrutura geral do aminoácido é a seguinte: carbono, hidrogênio, cadeia lateral ou radical, grupamento 
amino e grupamento carboxila. Ao todo são 21 aa diferentes, aa padrão, ou seja, proteicos. 
Portanto, quando falamos de degradação de proteínas, falamos na perda desse grupamento amino e o que 
sobra é o esqueleto de carbonos que é chamado de alfa-cetoácido. Então, o grupamento amino terá um destino e o 
esqueleto de carbono (alfa-cetoácido) terá outro. 
O grupamento amino em humanos vai para o ciclo da ureia e o alfa-cetoácido vai para o ciclo do ácido cítrico 
ou ciclo de Krebs. A partir da degradação do alfa-cetoácido no ciclo de Krebs teremos como produto: CO2 (fruto das 
descarboxilações), H2O e ATP. Na verdade no ciclo de Krebs não forma apenas energia na forma de ATP, mas 
também NADH+H
+
, FADH2 que vão todos para a cadeia respiratória e virar ATP. 
 
Hoje vamos nos concentrar nesta parte do grupamento amino. Quando o grupamento amino é retirado, ele 
forma amônia, só que esta amônia não pode ficar no nosso organismo porque ele é extremamente tóxica. Para 
eliminá-la precisaríamos de muita água o que alteraria o equilíbrio osmótico. O problema da amônia é que ela 
consegue romper a barreira hematoencefálica e interfere na síntese de neurotransmissores no cérebro e a pessoa 
ficaria teoricamente mais lerda (é como na dieta de proteínas ou suplemento proteico e não malha), pode apresentar 
enjoo, dor de cabeça, etc. 
Isso porque ao ingerir grande quantidade de aminoácidos, é gerada muita amônia o que pode saturar o ciclo 
da ureia. O ciclo da ureia tira a amônia e a transforma em ureia como produto final. Essa ureia é que será excretada 
pelos rins. Ao se ingerir muito aminoácido, além do necessário para produzir energia e sintetizar as proteínas 
necessárias, vai ser produzida uma quantidade de amônia muito grande que o ciclo da ureia que ultrapassa a 
capacidade do ciclo da ureia em processar essa amônia e transformá-la em ureia. A amônia vai ser transformada em 
ureia, mas ele vai ficar mais tempo na corrente sanguínea e ocorre o desequilíbrio osmótico e também pode 
ultrapassar a barreira hematoencefálica. 
 
2 
 
Então, a primeira coisa que vai acontecer com o aminoácido proveniente de várias fontes ou da degradação 
de proteínas intracelulares ou pela ingestão, é perder o grupamento amino. Esse grupamento amino que é a amônia, 
se necessário será utilizada para a biossíntese de aminoácidos, de nucleotídeos ou de aminas biológicas. Mas o 
excesso de grupamento amino nos humanos e em alguns animais, precisa ser rapidamente transformado em ureia 
que é o produto de expressão desse excesso de nitrogênio. 
 
Como nosso organismo transforma amônia em ureia? 
Através de um ciclo de reações chamado de ciclo da ureia. 
A parte carbonada (esqueleto de carbonos) do aminoácido que chamamos de alfa-cetoácido cai para o ciclo 
de Krebs onde ele será altamente degradado. 
 
Em que condições metabólicas a degradação de aminoácidos acontece? 
Dieta rica em proteínas, jejum, paciente diabético não controlado. 
 
O que acontece no jejum? Baixa concentração de glicose no sangue. No diabético descontrolado até tem 
glicose, mas a célula não consegue utilizar essa glicose e vai continuar a se comportar como uma célula em jejum. 
 
Quais sã as primeiras via metabólicas em que a célula ativa para suprir órgãos mais exigentes como coração 
cérebro? 
O cérebro até consegue utilizar os corpos cetônicos, mas na baixa concentração de glicose ocorre a 
GLICONEOGÊNESE. Então, a célula a partir daí começa a sintetizar glicose através da gliconeogênese que é a via 
de síntese de glicose a partir dos seguintes precursores: piruvato, glicerol, aminoácidos glicogênicos e intermediários 
do ciclo de Krebs. 
 
Voltando aqui. Estamos nesta condição metabólica de jejum prolongado, está ocorrendo a degradação de 
aminoácidos e eles vão para o ciclo de Krebs, só que vamos precisar sintetizar glicose para alguns órgãos, então 
uma das formas é pelos intermediários do ciclo de Krebs, em especial o oxaloacetato, que podem ser desviado para 
a gliconeogênese, ou seja, para a síntese de glicose em condições de jejum. 
 
E o que acontece se não estivermos na situação de jejum? 
Os intermediários do ciclo de Krebs não vão ser desviados para a gliconeogênese. E sim, vamos ativar o 
ciclo da ureia porque estamos degradando aminoácidos e vamos mandar o alfa-cetoácido para o ciclo de Krebs. 
Então, no estado bem alimentado não vamos precisar da gliconeogênese. 
 
Já deu para perceber que os ciclos estão integrados. O clico da ureia também está integrado com outras 
vias. Vamos ver com mais detalhes daqui a pouco que o ciclo da ureia está diretamente conectado com o ciclo de 
Krebs, porque há intermediários que participam desta dobradinha que é conhecido como bicicleta de Krebs. 
 
O grupamento amino tem que ser transformado em ureia para ser excretado na urina pelo fato da ureia ser 
muito menos tóxica e vai precisar de uma quantidade de água muito pequena para ser excretada e além do mais não 
tem esse problema de atravessar a barreira hematoencefálica. 
 
 
3 
 
Qual é o mecanismo geral da degradação de um aminoácido? 
Vamos começar pela degradação e depois a síntese. 
Temos o aminoácido que primeiro vai perder o grupamento amino, o qual vai ser entregue ao alfa-
cetoglutarato (no ciclo de Krebs). Quando o alfa-cetoglutarato ganha esse grupamento amino, a gente vê que o 
grupamento amino substitui a carbonila. Alfa-cetoglutarato ganha o grupamento amino e se transforma em glutamato. 
Se for necessário o glutamato vai perder novamente o grupamento amino. Olha bem, se o alfa-cetoglutarato quando 
ganha o grupamento amino se transforma em glutamina, então, quando a glutamina perder o grupamento amino, ele 
vai retornar a ser alfa-cetoglutarato. 
Então, a diferença na estrutura do alfa-cetoglutarato para o glutamato é unicamente o grupamento amino. 
 
Por que precisamos de glutamato? Porque é a concentração de glutamato que vai regular a velocidade do 
ciclo. 
Por que formamos glutamato e depois desfazemos a reação? Isso é necessário porque é o glutamato a 
molécula regulatória da velocidade do ciclo da ureia. E também vamos ver que é uma das formas de transportar o 
excesso de grupamento amino dos outros tecidos extra-hepáticos para o fígado. 
 
Então, esse grupamento amino que é retirado do glutamato é que vai para o ciclo da ureia. 
E para onde vai o alfa-cetoácido? Ele vai para o ciclo de Krebs. 
 
A gente vê que a glutaminaé a principal forma de transporte do excesso de grupamento amino dos tecidos 
extra-hepáticos para o fígado. Então, todo tecido que tem excesso de grupamento amino, vai ser transportado 
através da correte sanguínea até ao fígado na forma de glutamina. 
Isso é para entendermos que a glutamina é o ponto chave da regulação, porque quando a glutamina chega 
até ao fígado – lembrando que na estrutura da glutamina existem 2 grupamentos amino (1 da estrutura geral e 1 da 
cadeia lateral a qual tem uma amida C=ONH2). 
Então, assim que a glutamina chega ao fígado ela primeiro vai perder esse grupamento amino da cadeia 
lateral que sai na forma de amônia a qual entra no ciclo da ureia e vai ser excretado através da urina como ureia. 
Quando retiramos o grupamento amino da glutamina, vamos formar o glutamato mais uma vez. Nessa 
dobradinha de glutamato para alfa-cetoglutarato, ele vai perder esse segundo grupamento amino. Ao primeiro 
instante parece ser redundante, mas a partir do momento que vamos entendendo as outras conexões, a gente vê 
que ele é o elemento chave “intermediário”. 
Na verdade, uma molécula de glutamina vai fornecer 2 grupamentos amino para o ciclo da ureia. Um da 
cadeia lateral e um da estrutura geral. 
A glutamina nada mais é que o glutamato com o grupamento amino. O glutamato tem na sua cadeia lateral, 
uma carboxila C=OOH. Já a glutamina ao invés da carboxila tem uma amida C=ONH2. 
O músculo em especial, prefere fazer este transporte de grupamento amino excedente, não por meio da 
glutamina, mas sim por meio da alanina que é outro aminoácido. A alanina tem na cadeia lateral um grupo metil, logo 
só tem 1 grupamento amino. Esse grupamento amino ao chegar no fígado vai ser perdido e com isso a alanina vai 
virar piruvato. Outra conexão que a gente pode fazer aqui. Quando no jejum ou diabetes não controlado é necessário 
sintetizar a glicose pela via da gliconeogênese, então esse piruvato daqui nessas condições vai poder ser desviado 
para a gliconeogênese. Se estivermos no estado bem alimentado com alta concentração de glicose, esse piruvato 
não vai ser utilizado na gliconeogênese e o piruvato vai para o ciclo de Krebs onde ele vai ser mais degradado e 
produzir mais energia. 
4 
 
 
O metabolismo de aminoácidos tem uma parte que acontece no citosol da célula e uma outra parte que 
acontece na matriz mitocondrial. O próprio ciclo da ureia que consiste nestas 4 reações sendo que a 1° acontece na 
matriz mitocondrial e as outras 3 acontecem no citoplasma da célula. 
Tanto uma via metabólica se integra a outra como elas acontecem em compartimentos diferentes. Parte 
acontece num compartimento e parte em outro de maneira que estes precursores (especialmente os que são 
utilizados tanto na síntese quanto na degradação) não se encontrem permitindo que a regulação metabólica possa 
acontecer de maneira criteriosa, coordenada. 
 
Passo a passo das reações 
 
Podemos ter aminoácidos provenientes da dieta, podemos ter o excesso de grupamento amino que está 
vindo do músculo na forma de alanina e também podemos ter o excesso de grupamento animo dos demais tecidos 
extra-hepáticos que vem na forma de glutamina. 
Vamos acompanhar cada um deles. 
Vamos pegar a glutamina que vem dos tecidos extra-hepáticos que vem pela corrente sanguínea e chega lá 
no hepatócito e vai entrar na célula (citoplasma). A glutamina vai entrar na matriz mitocondrial e quando entra na 
matriz mitocondrial ela vai perder o grupamento amino que sai na forma de amônia que vai para o ciclo da ureia. A 
glutamina perdeu o grupamento amino e o que sobrou é o glutamato. 
Lembra da dobradinha que vimos? Para a glutamina formar glutamato, ela perdeu o grupamento amino da 
cadeia lateral, mas ficou o grupamento amino da estrutura geral. Então, quando o glutamato perde esse grupamento 
amino aqui, ele vai liberar mais um grupamento amino na forma de amônia que vai para o ciclo da ureia e o 
glutamato quando perde esse grupamento amino se transforma em alfa-cetoglutarato. 
Essa é uma das possíveis entradas de grupamento amino na matriz mitocondrial para entrar no ciclo da 
ureia. 
A outra via que conhecemos é através da dieta. Chegou o aminoácido da dieta, ele perde o grupamento 
amino, alfa-cetoglutarato ganhou o grupamento amino e se transformou em glutamato. Esse glutamato pode entrar 
na matriz mitocondrial e perder novamente o grupamento amino para o ao ciclo da ureia. 
E a última vai é a alanina que transporta o excesso de grupamento amino do músculo. Quando a alanina 
perde seu grupamento amino, gera piruvato que dependendo das condições metabólicas e de oxigenação vai ter 
diferentes destinos. Esse grupamento amino que foi perdido pela alanina é a mesma história, vai se juntar com o alfa-
cetoglutarato e formar glutamato que entra na matriz mitocondrial. 
Ou seja, independente da via: quer seja da alimentação, quer seja do músculo ou dos demais tecidos extra-
hepáticos, no final da história vamos ter na matriz mitocondrial NH4 que vai par o ciclo da ureia. 
 
 
Etapas do ciclo da ureia que vão transformar o grupamento amino 
 
A primeira etapa é sintetizada por uma enzima que é regulatória chamada carbamoil-fosfato-sintetase 1. Uma 
sintetaze faz síntese, então, se ela é uma carbamolil-fosfato, ela sintetiza carbamoil-fosfato, ou seja, vamos partir de 
NH4 e vamos chegar a essa estrutura aqui que é o carbamoil-fosfato. 
Olhando para essa estrutura, além do grupamento amino que já sabemos de onde veio, eu preciso ganhar 
essa carbonila e precisamos ganhar o grupamento fosfato. Quem vai doar este carbono aqui é o bicarbonato e quem 
5 
 
vai doar o fosfato é a molécula de ATP. Então, nessa reação aqui temos NH4 + bicarbonato + ATP (na verdade são 
necessárias 2 moléculas de ATP) que vai gerar o carbamoil fosfato através da ação da carbamoil-fosfato-sintetase 1. 
Bem, precisamos dessa energia proveniente da quebra de 2 moléculas de ATP para sintetizar o carbamoil-
fosfato. Quando o ATP é clivado são gerados 2 moléculas de ADP e apenas uma molécula de Pi, porque uma vai se 
ligar ao carbamoil e a outra vai ser liberada. 
É a carbamoil-fosfato-sintetase 1 que é a enzima regulatória, pois é ela que vai determinar a velocidade na 
qual esse grupamento amino vão entrar no ciclo da ureia para serem transformados em ureia e depois excretados. 
Essa carbamoil-fosfato-sintetase 1 sofre o efeito diretamente da molécula de glutamato. Mais uma vez o 
glutamato com função importante. 
A primeira reação do ciclo vai ser a do carbamoil-fosfato ainda na matriz mitocondrial. Essa carbamoil-fosfato 
vai se condensar com a ornitina e formar a chamada citrulina. 
Atenção: estudamos na aula de estrutura e função de proteínas e aminoácidos que existiam aminoácidos 
proteicos (que fazem parte da constituição das proteínas) e também existiam os aminoácidos não proteicos (que não 
participam da síntese de proteínas, mas desempenha outras funções). No ciclo da ureia a gente vai ver 2 
aminoácidos não proteicos que são a ornitina e a citrulina. 
 
Olhem bem, aqui temos a estrutura da ornitina e aqui a estrutura do carbamoil fosfato. Aqui temos a citrulina. 
Vamos olhar para estrutura. Temos esta parte aqui proveniente da carbamoil-fosfato. Temos esta estrutura daqui 
proveniente da ornitina. Ou seja, houve uma condensação catalisada pela ornitina transcarbamoilase. Trans de 
transferência, então, houve a transcarbamoilase, ou seja, houve a transferência da parte de carbamoil que foi doado 
pela carbamoil-fosfato para a ornitina. Daí vem o nome ornitina transcarbamoilase. 
 
A citrulina vai sofrer ação da arginino-succinato-sintetase. Pelo nome vemos que o produto formado será 
arginino-succinato. Como a arginino-succinato vai ser sintetizado? Aqui temos a citrulinacom essa estrutura aqui – a 
citrulina vai se condensar com o aspartato que está representado pelos carbonos em vermelho e o grupamento 
amino em verde. Então, a citrulina vai se condensar ao aspartato sofrendo ação da enzima arginino-succinato-
sintetase e com isso vai gerar o produto arginino-succinato. Essa reação também requer uma energia adicional. Ela 
também está acoplada à clivagem de ATP. 
 
A terceira reação consiste na arginino-succinato sendo transformado em fumarato (intermediário do ciclo de 
Krebs). Mais uma conexão entre o ciclo da ureia e o ciclo de Krebs. A arginino siccinato, na verdade, é quebrado 
pela arginino-succinase. Ele é clivado nesse ponto aqui gerando 2 produtos que são o fumarato e a arginina que vai 
seguir para a última reação do ciclo da ureia que é catalisada pela enzima arginase. 
A arginase realiza uma reação de hidrólise que é uma reação de quebra pela adição de água. Devido à 
presença de água no meio e devido a ação da enzima arginase, a ureia é formada porque há quebra da arginina 
nesse ponto de maneira que a ornitina (aminoácido não proteico) vai ser resintetizada e com isso vai poder voltar 
para a matriz mitocondrial fechando o ciclo e por isso o nome – ciclo da ureia. E finalmente os 2 grupamentos amino 
sendo liberados e excretado a partir da ureia na urina. 
A ornitina é usada e resintetizada. Usada e resintetizada. 
 
Então, o ciclo de Krebs e o ciclo da ureia têm vários pontos de conexão. O ciclo da ureia está conectado 
diretamente ao ciclo de Krebs. 
6 
 
No slide anterior eu chamei a atenção para o fumarato que é um produto do ciclo da ureia que pode entrar no 
ciclo de Krebs. Só que no ciclo da ureia o fumarato é produzido no citosol e o ciclo de Krebs está acontecendo na 
matriz mitocondrial o que significa que o fumarato de alguma maneira tem que parar lá na matriz mitocondrial para 
ser utilizado como intermediário do ciclo. 
Então, essa conexão entre o ciclo da ureia e o ciclo de Krebs foi apelidado de bicicleta de Krebs. 
Vamos ver agora então, em que ponto o ciclo da ureia vai se conectar com o ciclo de Krebs em cada uma 
das etapas. 
 
Resumão: 
Entramos no ciclo da ureia, na primeira etapa ainda na matriz mitocondrial condensamos a carbamoil com a 
ornitina formando citrulina. Citrulina sai da matriz e vai a arginino-succinato a qual é quebrada e forma arginino e 
fumarato. Fumarato é o intermediário do ciclo de Krebs. Então, pelo ciclo da ureia ele é formado no citosol, mas o 
fumarato pode adentrar na matriz mitocondrial e como é um intermediário do ciclo de Krebs dá continuidade ao ciclo. 
O fumarato também ou ele entra diretamente na matriz ou é convertido a malato que também é intermediário 
do ciclo de Krebs e também pode dar continuidade ao ciclo. 
A arginina, no final, vimos que ela é quebrada por hidrólise liberando ureia e resintetisando a ornitina. Esse é 
um dos pontos de conexão. O contrário também é verdadeiro, porque o ciclo do ácido cítrico ganha não só do ciclo 
da ureia, ele também pode contribuir com o ciclo da ureia. O ciclo de Krebs ganha do ciclo da ureia o fumarato (que é 
intermediário do ciclo da ureia). Por outro lado, o ciclo de Krebs pode contribuir com o ciclo da ureia também, e essa 
contribuição vem por meio do aspartato que precisa condensar com a citrulina para formar o succinato. 
De que maneira este aspartato é produzido no ciclo de Krebs? Esse aspartato é produzido no ciclo de Krebs 
porque – quando observamos no oxaloacetato, temos glutamato sendo convertido à alfa-cetoglutarato. Para o 
glutamato ser convertido à alfa-cetoglutarato, ele tem que perder o grupamento amino. Quando o glutamato perde 
esse grupamento amino e entrega ao oxaloacetato (que é o intermediário do ciclo de Krebs), o oxaloacetato + 
grupamento amino forma aspartato. É esse aspartato que vai ser direcionado para o citosol da célula para ser 
acoplado com a citrulina e formar arginina succinato no ciclo da ureia. 
Resumindo, ciclo da ureia e ciclo de Krebs. 
Se eu perguntar: qual é a contribuição do ciclo da ureia para o ciclo de krebs? 
R: fumarato - que é formado a partir da clivagem do arginino succinato lá no ciclo da ureia. 
 
Outra pergunta: qual é a contribuição do ciclo de Krebs para o ciclo da ureia? 
R: aspartato - que é produzido no ciclo de Krebs. O glutamato dá o grupamento amino para o oxaloacetato e 
ele se transforma em aspartato. 
 
 
 
Daniele