Aula 06 Bioq II 2014-01 - Oxidação AAs Ciclo Uréia

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Lembrando a última aula:
Metabolismo de glicogênio
Glicogênio: reserva energética em animais
A glicogênio sintase adiciona a glicose para a 
ponta não redutora de uma cadeia molde (primer) 
contendo não menos que 5 glicoses.
Glicogênio é degradado por fosforólise:
(Pi)
Glicogênio sintase e glicogênio fosforilase são reguladas reciprocamente
Síntese de 
glicogênio 
favorecida
Quebra de 
glicogênio 
favorecida
fosforilase
quinase
fosforilase
fosfatase
fosfoproteína
fosfatase
fosfoproteína
quinase
UENF, CBB, LQFPP
Prof. Gustavo Rezende
Bioquímica II – Metabolismo
6ª aula: Oxidação de aminoácidos e ciclo da uréia
Na aula de hoje focaremos no metabolismo de aminoácidos.
A princípio, parece que estamos deixando de falar de metabolismo de 
açúcares. 
Mas não é bem assim... Aguardem a parte final da aula!
Antes de falar da oxidação dos aminoácidos (AAs), vamos 
falar da fixação de nitrogênio e síntese de AAs...
Aminoácidos (AAs) e o Nitrogênio:
Composição da 
atmosfera terrestre:
Estrutura geral dos 
aminoácidos:
N2: 78%
O2: 21%
Outros gases: ~ 1%
Ciclo do nitrogênio
Mais de 1011 kg de nitrogênio é fixado anualmente na biosfera!
Setas vermelhas: ocorrem em ambientes anaeróbicos.
síntese
degradação
Ciclo do nitrogênio
Setas vermelhas: ocorrem em ambientes anaeróbicos.
síntese
degradação
Amônia tem papel central 
tanto no anabolismo quanto 
no catabolismo do 
Nitrogênio nos seres vivos!
Mais de 1011 kg de nitrogênio é fixado anualmente na biosfera!
Amônia é incorporada nas biomoléculas através de glutamato, 
em plantas e bactérias:
glutamina sintetase
e 
glutamato sintase
α-cetoglutarato + NH+4 + NADPH + ATP
glutamato + NADP+ + ADP + Pi
A mesma estrutura com distintos graus de aminação:
Glutamato e glutamina possuem papeis importantes no metabolismo dos AAs. 
A mesma estrutura com distintos graus de aminação:
Glutamato e glutamina possuem papeis importantes no metabolismo dos AAs. 
Intermediário do 
ciclo de Krebs Aminoácido
Aminoácido
Síntese de AAs em plantas e bactérias:
Alguns AAs não são sintetizados por humanos:
Catabolismo dos grupos amino:
Já que poucos microorganismos fixam nitrogênio, os grupos amino são usados de 
forma muito econômica nos sistemas biológicos.
Parte da amônia gerada é reciclada e usada para vias biossintéticas, o excesso é
excretado diretamente ou convertido em uréia ou ácido úrico, dependendo do 
animal:
Formas de excreção de grupos amino:
A maioria dos AAs são metabolizados no fígado.
O fígado (1) processa aminoácidos da dieta absorvidos no intestino delgado, (2) 
recebe o excesso de amônia na forma de glutamina vinda do músculo e dos 
outros tecidos extra-hepáticos ou (3) na forma de alanina vinda do músculo.
A excreção ocorre na forma de uréia:
convertido em
Catabolismo de grupos amino no fígado de vertebrados:
fígado
músculo esquelético
veia porta
intestino delgado
sistema 
linfático
tecido 
adiposo
cérebro
pâncreas
Catabolismo de grupos amino no fígado de vertebrados:
Ureia
Excesso 
de amônia 
chega no 
fígado 
como:
1
2
3
(1) Proteínas da dieta são enzimaticamente degradadas em AAs:
Em humanos a degradação de proteínas 
digeridas em seus AAs constituintes ocorre no 
trato digestório.
No estômago ocorre a liberação de ácido 
hidroclorídrico e a ação da pepsina, que 
quebra proteínas em pequenos peptídeos.
Pâncreas secreta bicarbonato e eleva o pH 
para 7,0 e no intestino delgado os peptídeos 
são quebrados em AAs pela ação de outras 
proteases e peptidases.
A mucosa intestinal absorve os AAs livres, que 
entram nos capilares sanguíneos e são 
transportados para o fígado...
As aminotransferases (também chamadas 
transaminases) transferem grupos amino
de diversos AAs para o α-cetoglutarato, 
formando glutamato, que por sua vez doa 
grupos amino para vias biossintéticas ou de 
excreção.
Existem diversas aminotransferase, por 
exemplo: alanina aminotransferase, 
aspartato aminotransferase, etc.
ΔG’O da reação: ~ 0 kJ/mol
(1) AAs da dieta são convertidos em glutamato no fígado:
(1) AAs da dieta são convertidos em glutamato no fígado:
Todas as aminotransferases possuem o 
mesmo mecanismo de reação e o mesmo 
grupo prostético, o piridoxal fosfato (PLP), 
que funciona como um carreador 
intermediário de grupos amino no sítio 
catlítico da enzima...
Piridoxal fosfato, o grupo prostético das 
aminotransferases: 
PLP na sua forma aminada chama-se Piridoxamina fosfato
Piridoxal fosfato, o grupo prostético das 
aminotransferases: 
Aspartato aminotransferase, um homodímero com PLP em vermelho
Catabolismo de grupos amino no fígado de vertebrados:
Ureia
Excesso 
de amônia 
chega no 
fígado 
como:
1
2
3
(2) Amônia do músculo é levada pelo 
sangue para o fígado como alanina
O músculo em exercício severo produz piruvato e 
amônia, devido a quebra das proteínas 
musculares.
Piruvato pode ser transformado em lactato, ou 
pode se juntar à amônia formando alanina.
(2) Amônia do músculo é levada pelo 
sangue para o fígado como alanina
veremos 
daqui a pouco
O músculo em exercício severo produz piruvato e 
amônia, devido a quebra das proteínas 
musculares.
Piruvato pode ser transformado em lactato, ou 
pode se juntar à amônia formando alanina.
Essa alanina é levada para o fígado, vira piruvato
que vai para a gliconeogênese e glutamato que vai 
para o ciclo da uréia.
Esse é o ciclo glicose-alanina entre músculo e 
fígado.
(2) Amônia do músculo é levada pelo 
sangue para o fígado como alanina
Transformação de piruvato em alanina:
Ocorre pela ação da alanina 
aminotransferase, de acordo com a 
reação genérica que vimos antes:
Alanina Piruvato
O
Catabolismo de grupos amino no fígado de vertebrados:
Ureia
Excesso 
de amônia 
chega no 
fígado 
como:
1
2
3
(3) Amônia de muitos tecidos é levada pelo sangue para 
o fígado como glutamina
Em muitos tecidos (inclusive o 
cérebro) a amônia é produzida em 
processos como a degradação de 
nucleotídeos. 
Sendo tóxica, a amônia mais glutamato
é convertida em glutamina (glutamato
com um grupo amino) nos tecidos, que 
vai pra corrente sangüínea, chegando 
ao figado.
Uma enzima realiza esse processo, em 
duas etapas e com gasto de ATP.
Continua no próximo slide...
Na mitocôndria do fígado, a glutamina que chegou dos outros tecidos é
convertida em glutamato e NH+4 pela glutaminase.
(3) Amônia de muitos tecidos é levada pelo sangue para 
o fígado como glutamina
Na mitocôndria do fígado, a glutamina que chegou dos outros tecidos é
convertida em glutamato e NH+4 pela glutaminase.
Ciclo da uréia (veremos 
em seguida)
(3) Amônia de muitos tecidos é levada pelo sangue para 
o fígado como glutamina
Catabolismo de grupos amino no fígado de vertebrados:
Ureia
Excesso 
de amônia 
chega no 
fígado 
como:
1
2
3
Catabolismo de grupos amino no fígado de vertebrados:
Ureia
Excesso 
de amônia 
chega no 
fígado 
como:
1
2
3
E como a amônia é liberada 
do glutamato para seguir 
no ciclo da uréia?
Glutamato libera amônia na mitocôndria do fígado
Nos hepatócitos o glutamato é transportado do citosol para a mitocôndria, 
onde sofre uma desaminação oxidativa pela glutamato desidrogenase:
glutamato desidrogenase
O α-cetoglutarato segue para o Ciclo de Krebs e o NH+4 segue para o Ciclo da Uréia
Ciclo da uréia
No ciclo da uréia o NH+4 será convertido em uréia em 1 etapa preparatória e 
4 etapas enzimáticas cíclicas.
A etapa preparatória ocorre na matriz mitocondrial. A primeira etapa do 
ciclo ocorre na matrizmitocondrial e as três últimas ocorrem no citosol.
Utiliza 2 ATPs e Bicarbonato (oriundo do 
CO2 da respiração mitocondrial), gerando 
carbamil fosfato e Pi
Catalisada pela enzima carbamil fosfato 
sintetase l.
Essa enzima é ativada por N-
acetilglutamato...
Etapa preparatória: formação de carbamil fosfato
N-acetilglutamato é sintetizado no 
fígado pela enzima N-
acetilglutamato sintase, a partir 
de acetil-CoA e glutamato.
O ciclo da uréia é ativado em 
animais com dietas ricas em 
proteína ou desnutridos.
Ativação da carbamil fosfato sintetase l:
1ª etapa do ciclo da ureia: formação de citrulina
Reação realizada pela enzima ornitina transcarbamilase, utiliza ornitina
e carbamil fosfato formando citrulina e Pi.
A citrulina passa para o citosol, onde o ciclo da uréia segue.
Matriz mitocondrial
2ª etapa do ciclo da ureia: formação de argininosuccinato
Reação realizada pela enzima argininosuccinato sintetase, utilizando ATP, 
citrulina e aspartato. Forma PPi, AMP e argininosuccinato.
Essa reação utiliza um intermediário citrulil-AMP.
Nessa etapa o segundo grupo amino é introduzindo, proveniente do 
aspartato (voltaremos a esse aspartato mais tarde).
3ª etapa do ciclo da ureia: formação de fumarato e arginina
O argininosuccinato é clivado pela argininosuccinato liase, formando fumarato e 
arginina
Fumarato entra na mitocôndria para participar do Ciclo de Krebs.
4ª etapa do ciclo de ureia: formação de uréia e ornitina
A enzima arginase cliva arginina 
formando uréia e ornitina.
Ornitina entra na mitocôndria e 
reinicia-se o ciclo da uréia. A 
uréia segue para o sangue e daí
para os rins, para ser excretada 
na urina.
Olhando a etapa preparatório e as 4 etapas do ciclo:
Olhando essas etapas com os metabólitos doadores de 
grupos amino:
1 2
3
da dieta
1 2
3
da dieta
Origem dos dois 
grupos amino que 
darão origem a uréia!
1 2
3
da dieta
Asparato é formado a partir 
de Oxaloacetato e Glutamato. 
Como o aspartato sai da 
mitocôndria?
Lançadeira malato-aspartato
Fígado
Rim 
Coração
aspartato
aminotransferase
aspartato
aminotransferase
malato
desidrogenase
malato
desidrogenase
1 2
3
da dieta
O αααα-cetoglutarato segue 
para o Ciclo de Krebs...
Catabolismo de AAs nos mamíferos:
No catabolismo de 
AAs o grupo amino
e o esqueleto de 
carbono tomam 
vias metabólicas 
separadas, mas 
interconectadas.
Catabolismo de AAs nos mamíferos:
A amônia é tóxica 
para o organismo 
(especialmente o 
cérebro) e tem 
que ser excretada.
Catabolismo de AAs nos mamíferos:
O ciclo da uréia e o ciclo de Krebs podem ser conectados
Enzimas citosólicas podem levar fumarato à malato, que pode voltar para a mitocôndria, 
podendo participar do ciclo de Krebs.
O ciclo da uréia e o ciclo de Krebs podem ser conectados
Enzimas citosólicas podem levar fumarato à malato, que pode voltar para a mitocôndria, 
podendo participar do ciclo de Krebs.
do ciclo 
de krebs
do ciclo 
da uréia
Lançadeira malato-aspartato
Fígado
Rim 
Coração
aspartato
aminotransferase
aspartato
aminotransferase
malato
desidrogenase
malato
desidrogenase
Pontos de entrada dos aminoácidos no ciclo de Krebs
Vias catabólicas para a fenilalanina e tirosina e doenças genéticas:
(Fenilcetonúria)
Vias alternativas para o catabolismo da fenilalanina em 
pessoas com fenilcetonúria
Excesso de fenilalanina e seus metabólitos 
são tóxicos, especialmente para o cérebro 
de recém-nascidos.
Aspartame: Dipeptídeo do éster metílico 
de fenilalanina e aspartato.
Alanina, glicina, serina, cisteína, triptofano e treonina:
Levam a acetil-CoA e 
piruvato
Tripofano, lisina, fenilalanina, tirosina, leucina e isoleucina: 
Levam a acetil-CoA
via acetoacetil-CoA, 
levam a fumarato e 
succinil-CoA
Arginina, histidina, glutamato, glutamina e prolina:
Levam a α-cetoglutarato
Metionina, isoleucina, treonina e valina:
Levam a 
succinil-CoA
Os três aminoácidos de cadeia ramificada: valina, isoleucina e leucina:
Catabolizados não no 
fígado, mas no músculo, 
tecido adiposo, rins e 
cérebro.
α-cetoglutarato é
transformado em 
glutamato
Asparagina e aspartato:
Levam a 
oxaloacetato
Algumas doenças genéticas que afetam o catabolismo 
dos aminoácidos:
Pontos de entrada dos aminoácidos no ciclo de Krebs
Capítulos do Lehninger (3ª Edição) para a aula de hoje:
Capítulo 22: Parte de ciclo do nitrogênio, e visão geral da 
biossíntese de aminoácidos (apenas o texto relacionado com Figs
22-1 e 22-9 e o tópico “A amônia é incorporada nas biomoléculas 
por meio da glutamina e do glutamato”).
Capítulo 18: Oxidação de aminoácidos e ciclo da uréia.
ATENÇÃO: A FIGURA 18-8 DO LEHNINGER 3ª EDIÇÃO ESTÁ
ERRADA. A FIGURA CORRETA DO CICLO GLICOSE-ALANINA 
É A QUE FOI MOSTRADA NA AULA DE HOJE.