Metabolismo Nitrogenado

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Metabolismo Nitrogenado
Liz Schettini e Nathália Oliveira
Bioquímica
 Para avaliar a função excretora do rim é importante falar da capacidade de excretar os compostos nitrogenados, que são produtos finais do metabolismo celular e substâncias estranhas. Os compostos nitrogenados fazem parte de uma relação importante do nosso metabolismo já que não somos capazes de fixar nitrogênio livre: ele vai então virar amônia (importante que ela não esteja livre em excesso) vai ser importante para a relação de tamponamento (porque ela é capaz de se ligar ao H+), mas o excesso pode ser tóxico. A detoxificação dos produtos nitrogenados é importante.
 Os três principais são: ureia, creatinina e ácido úrico (menos importante em termos de excreta de H+). A ureia vem do metabolismo de aminoácidos. Existe a necessidade de manter o balanço nitrogenado, que é o equilíbrio entre o nitrogênio adquirido da ingesta de aminoácidos, a degradação desses aminoácidos da dieta e degradação das proteínas teciduais. Tem que haver um equilíbrio com a taxa de excreta dos compostos nitrogenados. Alguns estados fisiológicos durante a vida podem alterar esse balanço nitrogenado, como na gravidez, o crescimento/desenvolvimento infantil, eles têm um balanço nitrogenado positivo, estados fisiológicos. Em estágios de desnutrição pode haver um balanço nitrogenado negativo (condições patológicas). O melhor mesmo é que haja um equilíbrio.
 Há um fluxo de nitrogênio vindo dos aminoácidos, que é o composto produzido em maior quantidade pelo nosso organismo. Esse fluxo é dado pela necessidade enzimática: algumas enzimas são exclusivas para aminoácidos específicos, o que permite reações sequenciais. Uma das reações é a da transaminação, outra é de desaminação. A transaminação tem dois objetivos: promover a síntese de aminoácidos não essenciais (aqueles que conseguem ser produzidos por nós mesmos, não precisamos da dieta). Vamos sintetizar a partir de reações de transaminações – que são intermediadas por enzimas chamadas transaminases OU aminotransferases, conhecidas como AST (TGO) e ALT (TGP). O outro objetivo é preparar para a desaminação. O próprio nome da reação e nome das enzimas fala o que ela faz: a transferência de grupamento amina de um aminoácido para outro qualquer. 
 Aqui a gente tem uma molécula sem nitrogênio, conhecida como cetoácido ou esqueleto carbônico. São moléculas que podem ser intermediários dos ciclos bioquímicos energéticos, pode ser um cetoácido (mas também podem ser outros tipos de moléculas, como um piruvato) que tem oxigênio, hidrogênio e poucas unidades de carbono, ou seja, moléculas aproveitadas dos ciclos energéticos são chamadas de cetoácidos. Um cetoácido (alfa-cetoglutarato nesse caso específico) + qualquer aminoácido + a reação das transaminases = transformação dele em glutamato + outro cetoácido qualquer. Resumindo: a partir de qualquer aminoácido as transaminases conseguem retirar o grupo amina e transferir para outro cetoácido, aqui é o alfa-cetoglutarato que recebe esse grupamento, virando um glutamato. Se for o oxaloacetato, com a reação das transaminases com um aminoácido qualquer, forma o aspartato. Se for o piruvato, com a reação das transaminases com um aminoácido qualquer, forma a alanina. 
 A degradação de aminoácido tem uma relação íntima com o fornecimento de energia para o nosso organismo. O aminoácido que acabou de perder o grupo amina vira energia, por exemplo: se o aminoácido utilizado for a alanina, que quando transaminada e forma o glutamato (a partir do alfa-cetoglutamato) e libera o piruvato, que vai servir como fornecimento de energia no ciclo de Krebs. Todo aminoácido tem o esqueleto carbônico e o grupamento nitrogenado, quando acontece a transaminação (liberação do grupamento nitrogenado) esse nitrogênio pode participar do ciclo da ureia, enquanto o esqueleto carbônico vai participar do ciclo de Krebs. O ciclo da ureia acontece de forma concomitante com o ciclo de Krebs, formando a “bicicleta de Krebs”. 
 OBS.: o que diferencia as moléculas de aminoácidos é o seu radical, fora isso todos têm uma estrutura igual, por isso que a reação pode ser feita por qualquer aminoácido, não fazendo muita diferença.
 A transaminação está transferindo grupamento amina – nessa, não há a formação de amônia, porque eu estou tirando de uma molécula e colocando, imediatamente, em outra molécula. Por isso as enzimas estão amplamente distribuídas, mas se caracterizam mais por sua função hepática. Na reação de desaminação ocorre a retirada do grupamento amina. Ela só pode acontecer no local onde há a possibilidade de transformação de amônia em ureia (se não estaríamos formando amônia no nosso corpo o tempo inteiro, mexendo no equilíbrio nitrogenado). A desaminação acontece então por ação de uma enzima específica, que é a glutamato-desidrogenase (GDH), que só age no glutamato.
 Preparação para a desaminação -> no fígado, todos os aminoácidos são transaminados em glutamato, para o glutamato ser desaminado pela GDH. Toda desaminação é precedida de uma transaminação. Uma vez que a gente tira o grupamento amina, imediatamente ele se liga a hidrogênio e forma amônia. Na formação da ureia, temos dois grupamentos nitrogenados: um que veio da conjugação do aspartato (que pode vir de uma transaminação do glutamato, ou pode vir diretamente do ciclo de Krebs) e outro que veio da amônia (que foi desaminada a partir do glutamato, que foi transaminado anteriormente). 
 OBS.: aspartato + amônia = ureia (reação reversível)
 Essa reação de desaminação só acontece no fígado. A GDH, como toda desidrogenase pode fazer reação de ida e de volta, só que nos tecidos extra-hepáticos, a GDH seria capaz apenas de formar glutamato, mas é no fígado que a desaminação ocorre. Então como os tecidos extra-hepáticos se protegem do excesso de amônia? Temos a glutamina-sintetase, que pega o glutamato e coloca mais um grupamento nitrogenado no glutamato formando glutamina (ela é uma capacidade que achamos para reservar a amônia) para que não haja a ação da amônia nos tecidos periféricos. No fígado temos a glutaminase (que tira o componente nitrogenado da glutamina) e a GDH (que promove a desaminação, formando amônia e também glutamato).
 Resumindo: a GDH tem ação protetiva nos TECIDOS PERIFÉRICOS, porque forma glutamato. Já no fígado, a GDH tem ação de desaminação, porque ela retira o grupamento nitrogenado do glutamato, e o deixa livre, para que haja a formação da amônia.
 A glutamina-sintetase tem ação catalítica limitada, o glutamato tem outras funções bioquímicas, inclusive atuando como neurotransmissor excitatório, se eu só faço desaminação no fígado, se essa enzima tivesse catálise acentuada, não teríamos glutamato para desempenhar outras funções. A ação dessa enzima é importante, porque no tecido nervoso, por exemplo, a gente não tem transportador de glutamato, mas temos transportador de glutamina. Então lá ela transforma o glutamato em glutamina e depois ele será exocitado. Por isso é chamado de neurotransmissor: porque sua transformação em glutamina ocorre no tecido nervoso. A ingesta de glutamina é importante porque ela é um dos únicos aminoácidos utilizados como fonte de energia nos próprios enterócitos, então o transporte dela não acontece lá, ela é absorvida e utilizada já no enterócito. Isso também é perigoso, foi constatado que em Salvador, um hospital que tornou protocolo a presença de mais glutamina na dieta dos pacientes foi observado o aumento da taxa de pacientes com Ca gastrointestinal. Isso não quer dizer que a glutamina causa câncer, mas uma vez que o paciente já tem uma célula neoplásica no TGI, ela acelera seu processo neoplásico. Caso o paciente não tenha nenhuma célula neoplásica, ela é uma substância funcional que melhora o desempenho intestinal.
 As transaminases são amplamente distribuídas, se caracterizam como enzimas hepáticas porque requerem um cofator essencial: (uma molécula que coordena a atividade bioquímica) o piridoxal fosfato, um metabólito ativo da vitamina B6. O reservatório de vitaminas docomplexo B é o fígado, então a atividade dessas enzimas está acentuada em tecido hepático. Por isso usamos a dosagem dessas enzimas para determinar a saúde dos hepatócitos. É importante saber que elas são enzimas amplamente distribuídas no corpo todo, mas elas atuam muito mais no fígado. 
 A desaminação, glutamato produzido por transaminação, será desaminado, forma alfa-cetoglutarato e libera a amônia livre. Essa reação pode acontecer no rim também (como exceção), mas na prática a gente não vê o rim formando ureia, pelo contrário, paciente renal tem diminuição da ureia e aumento de amônia, então se essa capacidade renal fosse significativa, isso não ocorreria com o paciente.
 O nitrogênio tá com qualquer aminoácido, quando é transaminado pelo alfa-cetoglutarato forma glutamato e qualquer cetoácido. O glutamato é desaminado, formando NADH e NH4+ (amônia), essa amônia é um dos compostos nitrogenados da ureia, o outro vem da conjugação com aspartato.
 Se existe uma correlação, se cada desaminação vai formar um cetoácido, tem correlação com o ciclo energético: eu não vou pegar os aminoácidos pra formar ureia se eu não estiver precisando de energia. A formação da ureia tem relação íntima com o ciclo energético. Então por isso a GDH é uma enzima alostérica (que pode mudar sua conformação positivamente ou negativamente por efetores halostéricos positivos e negativos), sendo a falta de energia um fator halostérico positivo para a GDH, se tem ATP, não há a necessidade da GDH e a enzima é inibida (fator halostérico negativo).
 Ciclo da Ureia
 Acontece nos hepatócitos sendo uma parte mitocondrial e uma parte citoplasmática. Na mitocôndria há a desaminação (pela ação da GDH liberando o grupamento amina), com aumento da concentração de amônia. Na presença de ATP, há a ativação da enzima CPS1 (apenas mitocondrial), que é a única enzima que consegue agregar compostos nitrogenados no nosso organismo. Ela está envolvida na síntese das bases nitrogenadas e no ciclo da ureia. Quem não tem essa enzima consegue desenvolvimento primário, nasce, mas com mutilações e não chega a vida adulta, porque se a gente não tem essa CPS a gente não sintetiza ureia e fica com excesso de amônia. A amônia livre é agregada pela CPS1 no ciclo da ureia, mas existem outras isoformas que atuam em outros locais. Resumindo: CPS1 é uma enzima que foi ativada pela presença de ATP e amônia na mitocôndria.
 Formou um produto, que vai ser conjugado com a Ornitina (molécula que inicia e termina o ciclo da ureia, também chamado de ciclo da ornitina -> NÃO PRECISA SABER) forma citrulina que é transportada para fora da mitocôndria que se conjuga com o aspartato. Esse aspartato estava no citoplasma, ele vai ser conjugado com a molécula que acabou de sair da mitocôndria (a citrulina), formando o arginosuccinato (precisa saber). O arginossucinato é o eixo da bicicleta, ou seja, está tanto no ciclo da ureia quanto no ciclo de Krebs. Arginosuccinato é clivado e dá origem a uma molécula que fica no ciclo da ureia (arginina) e outro que vai para o ciclo de Krebs (que é o malato). A arginina é clivada em ureia e ornitina, e aí o ciclo está pronto pra começar de novo. 
 Ciclo de Krebs -> esse ciclo é intermediário. Ele não produz produtos que são relevantes, a não ser redução de NAD e FAD, mas temos isso o tempo inteiro com a ação das desidrogenases e p450, a importância do ciclo são justamente os seus intermediários. Ele é o único ciclo bioquímico que pode começar de qualquer lugar. O ciclo de Krebs começa de qualquer parte dele, os seus intermediários servem para o próprio ciclo e para outros ciclos bioquímicos. O ciclo de Krebs tem duas propriedades que a gente não pode esquecer: ele é anfibólico e é anaplerótico. 
· Anfibólico: os seus intermediários vêm e servem a outros ciclos bioquímicos.
· Anaplerótico: possui pontos de parada, eu posso parar aqui e começar de outros lugares. 
 (Ela sugeriu o livro Devlin pra estudar esse assunto, porque ele relaciona vários pontos de deficiências do ciclo da ureia com patologias. Pra prova não precisa saber, mas pra vida é bacana)
 Síntese de Creatinina
 A creatinina vem de uma molécula nitrogenada não proteica doadora de energia (porque os aminoácidos não são ligados por ligações peptídicas) que é a fosfocreatina. Nós temos a creatina que foi formada pela união de arginina e glicina. Ela passa pela ação da creatina quinase, que liga e tira fosfato da creatina dependendo da necessidade. Ela é nosso principal reservatório muscular para a síntese de ATP, já que não podemos reservar o ATP em sí, ele ou está sendo utilizado ou não existe. 
 O que acontece de fato é que a creatina quinase perde a capacidade de reagir sobre a creatina, ou ela não consegue colocar fosfato da creatina, ou ela não consegue retirar da creatina. Quando a creatina fica sem ser reagida como creatina ou creatina-fosfato, ela passa por uma desidratação espontânea (não é enzimática!) e irreversível, formando creatinina. A desidratação da fosfocreatina/creatina é que forma a creatinina. A fosfocreatina perde fosfato antes de ser desidratada. Essa desidratação é espontânea porque não há a ação de enzimas. Esse processo acontece no fígado.
 OBS.: creatina não é uma proteína, ela é a união de 2 aminoácidos com ligações não peptídicas.
 A creatinina tem uma taxa de produção constante, a ureia tem taxa de produção variável, o que faz com que a creatinina seja um marcador de função renal mais fidedigno. A síntese de ureia é alterada pelo valor do catabolismo de proteínas, já a creatinina é regulada por valores mais constantes (idade, sexo, raça, drogas etc). Se eu estou usando energia, e essa energia vem de aminoácidos, vou ter mais ureia. Então o aumento da ureia está relacionado ao catabolismo proteico.