METABOLISMO DOS AMINOÁCIDOS E CICLO DA URÉIA

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METABOLISMO DOS AMINOÁCIDOS E
CICLO DA URÉIA
-As proteínas compõem cerca de 18% do peso corporal dos animais e podem ter diferentes
funções como: reguladoras do metabolismo (enzimas e hormônios), elementos estruturais
(membranas, músculos e tecido conjuntivo), substâncias de transporte (O2 pela
hemoglobina e elétrons pelo citocromo c) osmorreguladores (albumina), componentes de
ácido nucleico (nucleoproteínas) e defensores do organismo (imunoglobulinas e os
interferons);
-As proteínas vindas da dieta são hidrolisadas na luz intestinal pela ação das muitas enzimas
proteases e peptidases, resultando na produção de aminoácidos livres, que em sua maioria
são transportados para o fígado via sangue portal. Além da proteína da dieta outra fonte de
aminoácidos é o catabolismo das proteínas tissulares que devem ser constantemente
repostas;
-contribui significativamente para a produção de energia metabólica;
-fração de energia metabólica obtida a partir de aminoácidos, sejam eles provenientes de
proteínas da dieta ou de proteínas teciduais, varia muito de acordo com o tipo de
organismo e com as condições metabólicas;
-Carnívoros obtêm (imediatamente após uma refeição) até 90% de suas necessidades
energéticas da oxidação de aminoácidos, enquanto herbívoros obtêm apenas uma pequena
fração de suas necessidades energéticas a partir dessa via;
-A maior parte dos microrganismos obtêm aminoácidos a partir do ambiente e os utilizam
como combustível quando suas condições metabólicas assim o determinarem;
-Plantas, no entanto, nunca ou quase nunca oxidam aminoácidos para produzir energia; em
geral, os carboidratos produzidos a partir de CO2 e H2O na fotossíntese são sua única fonte
de energia.
As concentrações de aminoácidos nos tecidos vegetais são cuidadosamente reguladas para
satisfazer as necessidades de biossíntese de proteínas, ácidos nucleicos e outras moléculas
necessárias para o crescimento;
-catabolismo dos aminoácidos não ocorre nas plantas, mas seu propósito é a produção de
metabólitos para outras vias biossintéticas.
➔ Nos animais, os aminoácidos sofrem degradação oxidativa em 3 circunstâncias
metabólicas diferentes:
1. Durante a síntese e a degradação normais de proteínas celulares (renovação
proteica), alguns aminoácidos liberados pela hidrólise de proteínas não são
necessários para a biossíntese de novas proteínas, sofrendo degradação oxidativa;
2. Quando uma dieta é rica em proteínas e os aminoácidos ingeridos excedem as
necessidades do organismo para a síntese proteica, o excesso é catabolizado;
aminoácidos não podem ser armazenados
3. Durante o jejum ou no diabetes melito não controlado, quando os carboidratos estão
indisponíveis ou são utilizados de modo inadequado, as proteínas celulares são
utilizadas como combustível;
-os aminoácidos perdem seu grupo amino para formar a-cetoácidos, os “esqueletos de
carbono” dos aminoácidos. Os a-cetoácidos sofrem oxidação a CO2 e H2O ou, geralmente
mais importante, fornecem unidades de três e quatro carbonos que podem ser convertidas,
pela gliconeogênese, em glicose, o combustível para o cérebro, para o músculo esquelético e
para outros tecidos.
-As vias do catabolismo dos aminoácidos são bastante semelhantes na maioria dos
organismos.
-Assim como no catabolismo dos carboidratos e dos ácidos graxos, os processos de
degradação de aminoácidos convergem para vias catabólicas centrais, com os esqueletos de
carbono da maioria dos aminoácidos encontrando uma via para o ciclo do ácido cítrico;
-Em alguns casos, as reações das vias de degradação dos aminoácidos representam etapas
paralelas ao catabolismo dos ácidos graxos;
-característica importante distingue a degradação dos aminoácidos de outros processos
catabólicos descritos até aqui: todos os aminoácidos contêm um grupo amino, e as vias para
a degradação dos aminoácidos incluem uma etapa fundamental, na qual o grupo a-amino é
separado do esqueleto de carbono e desviado para as vias do metabolismo do grupo amino;
➔ Quando a gente degrada aminoácidos?
-Degradação de aminoácidos em excesso na alimentação;
-Degradação espontânea de proteínas (meia vida)
-Neoglicogênese;
-Sintetizar compostos à base de Nitrogênio
➔ Destinos metabólicos dos grupos amino
-O nitrogênio, N2, é abundante na atmosfera, mas é inerte para a utilização na maioria dos
processos bioquímicos.
-Pelo fato de que apenas poucos organismos conseguem converter o N2 em formas
biologicamente úteis, como NH3 (amônia), os grupos amino (NH2) são cuidadosamente
gerenciados nos sistemas biológicos;
-aminoácidos derivados das proteínas da dieta são a origem da maioria dos grupos amino.
-maior parte dos aminoácidos é metabolizada no fígado;
-Parte da amônia gerada nesse processo é reciclada e utilizada em uma variedade de vias
biossintéticas;
o excesso é excretado diretamente ou convertido em ureia ou ácido úrico para excreção,
dependendo do organismo;
● As aves e os répteis eliminam o ácido úrico também;
O embrião que se desenvolve no interior da casca de ovo dessas classes,
produzem ácido úrico - morreriam intoxicados se produzissem amônia ou
uréia. São chamados de uricotélicos;
● animais ureotélicos >> A partir da amônia, a uréia, menos tóxica, é
produzida no fígado dos mamíferos, peixes cartilaginosos, alguns anfíbios e
alguns répteis, e é eliminada via urina.
● animais amoniotélicos (peixes ósseos e girinos) excretam o nitrogênio do
grupo amino através de suas guelras como amônia, obtida pela hidrólise da
glutamina
-O excesso de amônia produzido em outros tecidos (extra-hepáticos) é enviado ao fígado (na
forma de grupos amino) para conversão em sua forma de excreção;
-Quatro aminoácidos desempenham papéis centrais no metabolismo do nitrogênio:
glutamato, glutamina, alanina e aspartato.
Esses aminoácidos em especial são aqueles mais facilmente convertidos em intermediários
do ciclo do ácido cítrico: glutamato e glutamina são convertidos em a-cetoglutarato, alanina
em piruvato e aspartato em oxaloacetato;
-Glutamato e glutamina são especialmente importantes, atuando como uma espécie de
ponto de encontro para os grupos amino;
-No citosol das células do fígado (hepatócitos), os grupos amino da maior parte dos
aminoácidos são transferidos para o a-cetoglutarato, formando glutamato, que entra na
mitocôndria e perde seu grupo amino para formar NH4 (íon amônio);
-O excesso de amônia produzido na maior parte dos demais tecidos é convertido no
nitrogênio amídico da glutamina, que circula até chegar ao fígado, entrando na mitocôndria
hepática. Glutamina, glutamato ou ambos estão presentes na maior parte dos tecidos em
concentrações mais elevadas que os demais aminoácidos. No músculo esquelético, os
grupos amino que excedem as necessidades geralmente são transferidos ao piruvato para
formar alanina, outra molécula importante para o transporte de grupos amino até o fígado.
-aspartato participa dos processos metabólicos que ocorrem tão logo os grupos amino sejam
entregues no fígado.
➔ Digestão Das Proteínas
-acontece no trato gastrintestinal;
-A chegada de proteínas da dieta ao estômago estimula a mucosa gástrica a secretar o
hormônio gastrina, que, por sua vez, estimula a secreção de ácido clorídrico pelas células
parietais e de pepsinogênio pelas células principais das glândulas gástricas. A acidez do suco
gástrico (pH 1,0 a 2,5) lhe permite funcionar tanto como antisséptico, matando a maior
parte das bactérias e de outras células estranhas ao organismo, quanto como agente
desnaturante, desenovelando proteínas globulares e tornando suas ligações peptídicas
internas mais suscetíveis à hidrólise enzimática. O pepsinogênio (precursor inativo ou
zimogênio) é convertido na pepsina ativa por meio de uma clivagem autocatalisada
(clivagem mediada pelo próprio pepsinogênio) que ocorre apenas em pH baixo.
No estômago, a pepsina hidrolisa as proteínas ingeridas, atuando em ligações peptídicas em
que o resíduo de aminoácido localizado na porção aminoterminalprovém dos aminoácidos
aromáticos Phe, Trp e Tyr, clivando cadeias polipeptídicas longas em uma mistura de
peptídeos menores.
À medida que o conteúdo ácido do estômago passa para o intestino delgado, o pH baixo
desencadeia a secreção do hormônio secretina na corrente sanguínea. A secretina estimula
o pâncreas a secretar bicarbonato no intestino delgado, para neutralizar o HCl gástrico,
aumentando abruptamente o pH, que fica próximo a 7. (Todas as secreções pancreáticas
chegam ao intestino delgado pelo ducto pancreático.)
A digestão das proteínas prossegue agora no intestino delgado. A chegada de aminoácidos
na parte superior do intestino delgado (duodeno) determina a liberação para o sangue do
hormônio colecistocinina, que estimula a secreção de diversas enzimas pancreáticas com
atividades ótimas em pH 7 a 8.
O tripsinogênio, o quimotripsinogênio e as procarboxipeptidases A e B – os zimogênios da
tripsina, da quimotripsina e das carboxipeptidases A e B – são sintetizados e secretados
pelas células exócrinas do pâncreas. O tripsinogênio é convertido em sua forma ativa, a
tripsina, pela enteropeptidase1. A tripsina livre catalisa então a conversão de moléculas
adicionais de tripsinogênio em tripsina e também ativa o quimotripsinogênio, as
procarboxipeptidases e a proelastase;
*Qual a razão para esse mecanismo elaborado ativar enzimas digestivas dentro do trato
gastrintestinal?
A síntese dessas enzimas como precursores inativos protege as células exócrinas do ataque
proteolítico destrutivo. O pâncreas se protege ainda mais da autodigestão por meio da
síntese de um inibidor específico (proteína inibidor pancreático da tripsina) que previne
efetivamente a produção prematura de enzimas proteolíticas ativas dentro das células
pancreáticas;
A tripsina e a quimotripsina continuam a hidrólise dos peptídeos produzidos pela pepsina no
estômago. Esse estágio da digestão proteica é realizado com grande eficiência, pois a
1 uma enzima proteolítica secretada pelas células intestinais.
pepsina, a tripsina e a quimotripsina apresentam especificidades distintas quanto aos
aminoácidos sobre os quais atuam.
A degradação de pequenos peptídeos no intestino delgado é então completada por outras
peptidases intestinais. Estas incluem as carboxipeptidases A e B (duas enzimas que contêm
zinco), as quais removem resíduos sucessivos da extremidade carboxiterminal dos peptídeos
e uma aminopeptidase, que hidrolisa resíduos sucessivos da extremidade aminoterminal de
peptídeos pequenos;
A mistura resultante de aminoácidos livres é transportada para dentro das células epiteliais
que revestem o intestino delgado, através dos quais os aminoácidos entram nos capilares
sanguíneos nas vilosidades e são transportados até o fígado;
*Nos humanos, a maior parte das proteínas globulares obtidas a partir de animais é
hidrolisada quase completamente até aminoácidos no trato gastrintestinal, mas algumas
proteínas fibrosas, como a queratina, são digeridas apenas parcialmente. Além disso, o
conteúdo proteico de alguns alimentos obtidos a partir de vegetais está protegido contra a
degradação por envoltórios não digeríveis de celulose;
Pancreatite Aguda: é uma doença causada por obstrução da via normal pela qual as
secreções pancreáticas chegam ao intestino. Os zimogênios das enzimas proteolíticas são
prematuramente convertidos em suas formas cataliticamente ativas dentro das células
pancreáticas e atacam o próprio tecido pancreático. Isso causa dores intensas e lesão ao
órgão, o que pode ser fatal.
-Chegando ao fígado, a primeira etapa no catabolismo da maioria dos L-aminoácidos é a
remoção de seus grupos a-amino, realizada por enzimas aminotransferases ou
transaminases >> Nessas reações de transaminação, o grupo a-amino é transferido para o
carbono alfa do a-cetoglutarato, liberando o correspondente a-cetoácido, análogo do
aminoácido. Não ocorre desaminação (perda de grupos amino) efetiva nessas reações, pois
o a-cetoglutarato torna-se aminado enquanto o a-aminoácido é desaminado.
O efeito das reações de transaminação é coletar grupos amino de diferentes aminoácidos,
na forma de L-glutamato;
O glutamato então funciona como doador de grupos amino para vias biossintéticas ou para
vias de excreção, que levam à eliminação de produtos de excreção nitrogenados;
As células contêm tipos diferentes de aminotransferases >> Muitas são específicas para o
a-cetoglutarato como aceptor do grupo amino, mas diferem em sua especificidade para o
L-aminoácido;
Essas enzimas são denominadas em função do doador do grupo amino (p. ex.,
alanina-aminotransferase, aspartato-aminotransferase).
As reações catalisadas pelas aminotransferases são livremente reversíveis, tendo uma
constante de equilíbrio de cerca de 1,0 (ΔG9 < 0 kJ/mol).
Todas as aminotransferases apresentam o mesmo grupo prostético e o mesmo mecanismo
de reação;
O grupo prostético é o piridoxal-fosfato2 (PLP), a forma de coenzima da piridoxina ou
vitamina B6; Seu principal papel nas células é o metabolismo de moléculas com grupos
amino, pois funciona como carreador intermediário de grupos amino, no sítio ativo das
aminotransferases; Ele sofre transformações reversíveis entre sua forma aldeídica, o
piridoxal-fosfato, que pode aceitar um grupo amino, e sua forma aminada, a
piridoxamina-fosfato, que pode doar seu grupo amino para um a-cetoácido ;
Geralmente, o piridoxal-fosfato encontra-se ligado covalentemente ao sítio ativo da enzima
por meio de uma ligação aldimina (base de Schiff) com o grupo «-amino de um resíduo de
Lys;
2 também como coenzima na reação da glicogênio- -fosforilase, mas seu papel naquela reação
não é representativo de sua função usual como coenzima;
-O piridoxal-fosfato participa de uma variedade de reações nos carbonos a, b e g (C-2 a C-4)
de aminoácidos. Reações no carbono a incluem racemizações (interconvertendo L- e
D-aminoácidos) e descarboxilações, assim como transaminações;
O piridoxal-fosfato desempenha o mesmo papel químico em cada uma dessas reações. Uma
ligação com o carbono a do substrato é rompida, removendo um próton ou um grupo
carboxila. O par de elétrons que permanece no carbono a produziria um carbânion
altamente instável, mas o piridoxal-fosfato fornece estabilização desse intermediário por
ressonância. A estrutura altamente conjugada do PLP (escoadouro de elétrons) permite o
deslocamento da carga negativa.
-As aminotransferases são exemplos clássicos de enzimas que catalisam reações
bimoleculares de pingue-pongue, nas quais o primeiro substrato reage e o produto deve
deixar o sítio ativo antes que o segundo substrato possa se ligar. Assim, o aminoácido liga-se
ao sítio ativo, doa seu grupo amino ao piridoxal-fosfato e deixa o sítio ativo na forma de um
a-cetoácido. O outro a-cetoácido, que funciona como substrato, se liga então ao sítio ativo,
aceita o grupo amino da piridoxamina-fosfato e deixa o sítio ativo na forma de um
aminoácido.
- os grupos amino de muitos a-aminoácidos são coletados, no fígado, na forma do grupo
amino de moléculas de L-glutamato >> Esses grupos amino devem ser removidos do
glutamato e preparados para excreção. Nos hepatócitos, o glutamato é transportado do
citosol para a mitocôndria, onde sofre desaminação oxidativa, catalisada pela
L-glutamato-desidrogenase (presente na matriz mitocondrial; única enzima que utiliza
NAD+ ou NADP+ como aceptor de equivalentes redutores);
-ação combinada de uma aminotransferase e da glutamato-desidrogenase=
transdesaminação.
*Uns poucos aminoácidos contornam a via de transdesaminação e sofrem diretamente
desaminação oxidativa.
-O a-cetoglutarato formado a partir da desaminação do glutamato pode ser utilizado no ciclo
do ácido cítrico e para a síntese de glicose;
-A glutamato-desidrogenase opera em uma importante intersecção do metabolismo do
carbono e do nitrogênio; enzima alostérica com seis subunidades idênticas tem sua
atividade influenciada por um arranjo complicado de moduladores alostéricos,como o
modulador positivo ADP e o modulador negativo GTP;
Mutações que alterem o sítio alostérico para a ligação do GTP ou que causem ativação
permanente da glutamato-desidrogenase levam a uma doença genética humana,
denominada síndrome do hiperinsulinismo com hiperamonemia, caracterizada por níveis
elevados de amônia na corrente sanguínea e hipoglicemia
- O destino do NH4+ (amônia) produzido por qualquer desses processos de desaminação é
discutido em detalhe adiante;
-A amônia é bastante tóxica para os tecidos animais e seus níveis no sangue são regulados.
Em muitos tecidos, incluindo o cérebro, alguns processos, como a degradação de
nucleotídeos, geram amônia livre;
Na maioria dos animais, a maior parte dessa amônia livre é convertida em um composto não
tóxico antes de ser exportada dos tecidos extra-hepáticos para o sangue e transportada até
o fígado ou até os rins.
Para essa função de transporte, o glutamato, essencial para o metabolismo intracelular do
grupo amino, é substituído pela L-glutamina.
-A amônia livre produzida nos tecidos combina-se com o glutamato, produzindo glutamina,
pela ação da glutamina-sintetase. Essa reação requer ATP e ocorre em duas etapas.
Inicialmente, o glutamato e o ATP reagem para formar ADP e um intermediário
g-glutamil-fosfato, que então reage com a amônia, produzindo glutamina e fosfato
inorgânico.
-glutamina: é uma forma de transporte não tóxico para a amônia; ela normalmente está
presente no sangue em concentrações muito maiores que os demais aminoácidos; também
serve como fonte de grupos amino em várias reações biossintéticas;
-A glutamina-sintetase: é encontrada em todos os organismos, sempre desempenhando um
papel metabólico central; Nos microrganismos, essa enzima serve como via de entrada
essencial do nitrogênio fixado em sistemas biológicos; Na maioria dos animais terrestres, a
glutamina que excede as necessidades de biossíntese é transportada pelo sangue para o
intestino, o fígado e os rins, para ser processada; Nesses tecidos, o nitrogênio amídico é
liberado como íon amônio na mitocôndria, onde a enzima glutaminase converte glutamina
em glutamato e NH4+;
-NH4+ do intestino e dos rins é transportado no sangue para o fígado;
-No fígado >> a amônia de todas essas fontes é utilizada na síntese da ureia; Parte do
glutamato produzido na reação da glutaminase pode ser adicionalmente processada no
fígado pela glutamato-desidrogenase, liberando mais amônia e produzindo esqueletos de
carbono para utilização como combustível; Contudo, a maior parte do glutamato entra em
reações de transaminação necessárias para a biossíntese de aminoácidos e para outros
processos;
Acidose metabólica: há um aumento do processamento da glutamina pelos rins, então
tem se excesso de NH4+; Porém, nem todo o excesso de NH4+ assim produzido é liberado
para a corrente sanguínea ou convertido em ureia; parte é excretado diretamente na
urina. No rim, o NH4+ forma sais com ácidos metabólicos, facilitando sua remoção na
urina. O bicarbonato produzido pela descarboxilação do a-cetoglutarato no ciclo do ácido
cítrico também pode funcionar como tampão no plasma sanguíneo. Tomados em
conjunto, esses efeitos do metabolismo da glutamina no rim tendem a contrabalançar a
acidose;
★ Alanina transporta a amônia dos músculos esqueléticos para o fígado
-por meio de uma via ciclo da glicose-alanina
-No músculo e em alguns outros tecidos que degradam aminoácidos como combustível, os
grupos amino são coletados na forma de glutamato, por transaminação. O glutamato pode
ser convertido em glutamina para transporte ao fígado, como descrito anteriormente, ou
pode transferir seu grupo a-amino para o piruvato, produto da glicólise muscular facilmente
disponível, pela ação da alanina-aminotransferase, formando a alanina. A alanina assim
produzida passa para o sangue e segue para o fígado. No citosol dos hepatócitos, a alanina-
-aminotransferase transfere o grupo amino da alanina para o a-cetoglutarato, formando
piruvato e glutamato. O glutamato então entra na mitocôndria, onde a reação da
glutamato-desidrogenase libera NH4+, ou sofre transaminação com o oxaloacetato para
formar aspartato, outro doador de nitrogênio para a síntese de ureia;
-A utilização de alanina para o transporte da amônia dos músculos esqueléticos para o
fígado é outro exemplo da economia intrínseca dos organismos vivos >> Os músculos
esqueléticos em contração vigorosa operam anaerobiamente, produzindo piruvato e lactato
pela glicólise, assim como amônia pela degradação proteica. De algum modo, esses
produtos devem chegar ao fígado, onde o piruvato e o lactato são incorporados na glicose,
que volta aos músculos, e a amônia é convertida em ureia para excreção;
-O ciclo da glicose-alanina, em conjunto com o ciclo de Cori realiza essa operação;
-O custo energético da gliconeogênese é assim imposto ao fígado e não ao músculo, e todo
o ATP disponível no músculo é destinado à contração muscular;
➔ Toxicidade da amônia
-produção catabólica de amônia impõe um sério problema bioquímico, por ser muito tóxica.
-A base molecular para essa toxicidade não é completamente compreendida;
-Os estágios finais da intoxicação por amônia em humanos são caracterizados por indução
de um estado de coma, acompanhado por edema cerebral (aumento no conteúdo de água
do cérebro) e aumento da pressão intracraniana, de modo que pesquisas e especulações em
torno da intoxicação por amônia têm sido focalizadas nesse tecido;
-As especulações centralizam-se em uma possível depleção do ATP nas células do cérebro.
-A amônia facilmente cruza a barreira hematoencefálica, de modo que qualquer condição
que aumente os níveis de amônia na circulação sanguínea também pode expor o cérebro a
altas concentrações.
-O cérebro em desenvolvimento é mais suscetível aos efeitos deletérios do íon amônio que o
cérebro adulto >> incluem perda de neurônios, alteração na formação de sinapses e
deficiência geral no metabolismo energético celular;
-A remoção do excesso de amônia presente no citosol requer a aminação redutora do
a-cetoglutarato a glutamato pela glutamato-desidrogenase e a conversão de glutamato em
glutamina pela glutamina-sintetase;
-Ambas as enzimas estão presentes em níveis altos no cérebro, embora a reação da
glutamina-sintetase seja quase certamente a via mais importante para a remoção da
amônia;
-Altos níveis de NH4+ levam a um aumento nos níveis de glutamina, que atua como soluto
osmoticamente ativo (osmólito) nos astrócitos do cérebro, os quais são células do sistema
nervoso em forma de estrela, que fornecem nutrientes, suporte e isolamento elétrico para
os neurônios.
* Isso desencadeia um aumento na captação de água, que entra nos astrócitos para manter
o equilíbrio osmótico, levando ao edema das células e do cérebro e ao coma.
-A depleção de glutamato pela reação da glutamina-sintetase pode ter efeitos adicionais no
cérebro. O glutamato e seu derivado g-aminobutirato, são importantes neurotransmissores;
a sensibilidade do cérebro à amônia pode refletir uma depleção de neurotransmissores,
assim como alterações no balanço osmótico celular.
➔ Excreção de nitrogênio e ciclo da ureia
-Se não forem reutilizados para a síntese de novos aminoácidos ou de outros produtos
nitrogenados, os grupos amino são canalizados em um único produto final de excreção;
-A maioria das espécies aquáticas, como os peixes ósseos, é amoniotélica e excreta o
nitrogênio amínico como amônia;
A amônia tóxica é simplesmente diluída na água do ambiente;
-Os animais terrestres necessitam de vias para a excreção do nitrogênio que minimizem a
toxicidade e a perda de água;
A maior parte dos animais terrestres é ureotélica e excreta o nitrogênio amínico na forma de
ureia;
-aves e répteis são uricotélicos, excretando o nitrogênio amínico como ácido úrico.
-As plantas reciclam praticamente todos os grupos amino, e a excreção de nitrogênio ocorre
apenas em circunstâncias muito incomuns;
-Nos organismosureotélicos, a amônia depositada na mitocôndria dos hepatócitos é
convertida em ureia no ciclo da ureia.
-A produção de ureia ocorre quase exclusivamente no fígado, sendo o destino da maior
parte da amônia canalizada para esse órgão. A ureia passa para a circulação sanguínea e
chega aos rins, sendo excretada na urina.
★ Ciclo da Uréia
- inicia dentro da mitocôndria hepática, mas 3 de suas etapas seguintes ocorrem no citosol
(ciclo abrange dois compartimentos celulares);
- O primeiro grupo amino que entra no ciclo da ureia é derivado da amônia na matriz
mitocondrial – a maior parte desse NH4+ é fornecida pelas vias descritas anteriormente;
-O fígado também recebe parte da amônia pela veia porta, sendo essa amônia produzida no
intestino pela oxidação bacteriana de aminoácidos;
-Qualquer que seja sua fonte, o NH4+ presente na mitocôndria hepática é utilizado
imediatamente, juntamente com o CO2 (como HCO32) produzido pela respiração
mitocondrial, para formar carbamoil-fosfato na matriz;
-Essa reação é dependente de ATP, sendo catalisada pela carbamoil-fosfato-sintetase I,
enzima regulatória;
A forma mitocondrial da enzima é diferente da forma citosólica (II), a qual tem uma função
distinta na biossíntese das pirimidinas;
-O carbamoil-fosfato, que funciona como doador ativado de grupos carbamoila, entra no
ciclo da ureia.
-tem apenas quatro etapas enzimáticas;
1. Primeiro, o carbamoil-fosfato doa seu grupo carbamoila para a ornitina, formando
citrulina, com a liberação de Pi, por meio da enzima ornitina-transcarbamoilase. A
ornitina não é um dos 20 aminoácidos encontrados nas proteínas, mas é um
intermediário-chave no metabolismo do nitrogênio; é sintetizada a partir do
glutamato, em uma via com cinco etapas; desempenha um papel que se assemelha
àquele do oxaloacetato no ciclo do ácido cítrico, aceitando material a cada volta do
ciclo da ureia. A citrulina produzida no primeiro passo do ciclo da ureia passa da
mitocôndria para o citosol, com gasto de ATP no transporte.
2. Os próximos dois passos trazem o segundo grupo amino. A fonte é o aspartato
produzido na mitocôndria por transaminação e transportado para o citosol;
3. A reação de condensação entre o grupo amino do aspartato e o grupo ureido
(carbonila) da citrulina forma arginino-succinato; catalisada pela
arginino-succinato-sintetase, requer ATP e ocorre via um intermediário citrulil-AMP;
O arginino-succinato é então clivado pela arginino-succinase, formando arginina e
fumarato >> este último é convertido em malato e a seguir entra na mitocôndria para
unir-se aos intermediários do ciclo do ácido cítrico. >> é a única reação reversível do
ciclo da uréia;
4. a enzima citosólica arginase cliva a arginina, produzindo uréia e ornitina. A ornitina é
transportada para a mitocôndria para iniciar outra volta do ciclo da ureia.
-as enzimas de muitas vias metabólicas encontram-se agrupadas, com o produto de uma
reação enzimática sendo canalizado diretamente para a próxima enzima da via; No ciclo da
ureia, as enzimas mitocondriais e citosólicas parecem estar agrupadas dessa forma; A
citrulina transportada para fora da mitocôndria não é diluída no conjunto geral de
metabólitos no citosol, mas passa diretamente para o sítio ativo da
arginino-succinato-sintetase. Essa canalização entre enzimas continua para o
arginino-succinato, a arginina e a ornitina. Apenas a uréia é liberada para o conjunto geral de
metabólitos no citosol.
➔ Ciclo do ácido cítrico e Ciclo da uréia - BICICLETA DE KREBS
-o fumarato produzido na reação da arginino- succinase também é um intermediário do ciclo
do ácido cítrico, os ciclos estão, a princípio, interconectados – em processo apelidado de
“bicicleta de Krebs”;
- cada ciclo opera independentemente e a comunicação entre eles depende do transporte
de intermediários-chave entre a mitocôndria e o citosol;
-Os principais transportadores na membrana interna da mitocôndria incluem o
transportador malato-a-cetoglutarato, o transportador glutamato-aspartato e o
transportador glutamato-OH- >> juntos facilitam o movimento do malato e do glutamato
para dentro da matriz mitocondrial e o movimento do aspartato e do a-cetoglutarato para
fora da mitocôndria, rumo ao citosol;
-Diversas enzimas do ciclo do ácido cítrico, incluindo a fumarase (fumarato-hidratase) e a
malato-desidrogenase, também estão presentes como isoenzimas no citosol.
-Não há um transportador para levar diretamente o fumarato gerado na síntese de arginina
no citosol para a matriz mitocondrial. Contudo, o fumarato pode ser convertido em malato
no citosol, e depois esses intermediários podem ser metabolizados no citosol ou o malato
pode ser transportado para o interior da mitocôndria, para utilização no ciclo do ácido
cítrico;
-O aspartato formado na mitocôndria por transaminação entre o oxaloacetato e o glutamato
pode ser transportado para o citosol, onde atua como doador de nitrogênio na reação do
ciclo da ureia catalisada pela arginino-succinato-sintetase. Essas reações, que constituem a
lançadeira aspartato-arginino-succinato, fornecem elos metabólicos entre essas vias
separadas, pelos quais os grupos amino e os esqueletos de carbono dos aminoácidos são
processados;
-O uso do aspartato como doador de nitrogênio no ciclo da ureia pode parecer uma forma
relativamente complicada de introduzir o segundo grupo amino na ureia. Contudo, essa via
para a incorporação do nitrogênio é uma das duas formas mais comuns de introduzir grupos
amino na biossíntese de moléculas que os contenham. -No ciclo da ureia, outras
interconexões entre vias podem ajudar a explicar a razão pela qual o aspartato é utilizado
como doador de nitrogênio.
-estão fortemente unidos a um processo adicional, que traz o NADH na forma de
equivalentes redutores para dentro da mitocôndria >> o NADH produzido pela glicólise, pela
oxidação de ácidos graxos e em outros processos não pode ser transportado através da
membrana mitocondrial interna. Contudo, equivalentes redutores podem entrar na
mitocôndria pela conversão de aspartato em oxaloacetato no citosol e utilizando o NADH
para reduzir o oxaloacetato a malato, o qual é então transportado para a matriz mitocondrial
via transportador malato-a- -cetoglutarato. Uma vez dentro da mitocôndria, o malato pode
ser convertido novamente em oxaloacetato, ao mesmo tempo em que gera NADH.
O oxaloacetato é convertido em aspartato na matriz e transportado para fora da mitocôndria
pelo transportador aspartato-glutamato.
-Essa lançadeira de elétrons malato-aspartato completa novo ciclo, que funciona mantendo
a mitocôndria com suprimento de NADH;
-Esses processos exigem que as concentrações de glutamato e aspartato sejam mantidas em
equilíbrio no citosol; A enzima que transfere grupos amino entre esses dois
aminoácidos-chave é a aspartato-aminotransferase, AST (também chamada transaminase
glutâmico-oxalacética, TGO) >> Essa enzima está entre as mais ativas enzimas nos
hepatócitos e em outros tecidos.
*Quando ocorre lesão tecidual, essa enzima (cuja atividade é facilmente mensurável) e
outras vazam para a circulação sanguínea. Assim, a avaliação dos níveis sanguíneos de
enzimas hepáticas é importante para o diagnóstico de várias condições médicas
➔ REGULAÇÃO
-fluxo de nitrogênio no ciclo da ureia em determinado animal varia com a dieta;
-Quando a ingestão dietética é basicamente proteica, os esqueletos de carbono dos
aminoácidos são utilizados como combustível, produzindo muita uréia a partir dos grupos
amino excedentes;
-Durante o jejum prolongado, quando a degradação de proteína muscular começa a suprir
boa parte da energia metabólica do organismo, a produção de ureia também aumenta
significativamente;
-Essas alterações de demanda com relação à atividade do ciclo da ureia são realizadas, a
longo prazo, pela regulação das velocidades de síntese das quatro enzimas do ciclo da ureia
e da carbamoil-fosfato-sintetase I, no fígado >> são sintetizadas em taxas mais altas em
animaisem jejum e em animais com dietas de alto conteúdo proteico, em comparação a
animais alimentados cujas dietas contenham principalmente carboidratos e gorduras;
-Animais com dietas desprovidas de proteínas produzem níveis mais baixos das enzimas do
ciclo da ureia;
-Em uma escala de tempo mais curta, a regulação alostérica de pelo menos uma
enzima-chave ajusta o fluxo pelo ciclo da ureia;
A primeira enzima da via, a carbamoil-fosfato-sintetase I, é ativada alostericamente por
N-acetil-glutamato, sintetizado a partir de acetil-CoA e glutamato pela
N-acetil-glutamato-sintase.
-Em vegetais e microrganismos, essa enzima catalisa a primeira etapa na síntese de novo de
arginina a partir do glutamato, mas, nos mamíferos, a atividade da N-
-acetil-glutamato-sintase no fígado exerce função puramente reguladora (os mamíferos não
têm as demais enzimas necessárias para a conversão de glutamato em arginina);
-Os níveis estacionários de N-acetil-glutamato são determinados pelas concentrações de
glutamato e acetil-CoA (os substratos da N-acetil-glutamato-sintase) e arginina (ativador da
N-acetil-glutamato-sintase e, portanto, ativador do ciclo da ureia);
equação geral do ciclo da ureia:
2 NH4+ + HCO3- + 3ATP4- + H2O → ureia + 2ADP3- + 4 Pi2- + AMP2- + 2 H+
➔ Defeitos genéticos do ciclo da ureia
-Pessoas com defeitos genéticos em qualquer das enzimas envolvidas na formação de ureia
não toleram dietas ricas em proteína >> no entanto, embora a degradação dos aminoácidos
possa apresentar sérios problemas para a saúde das pessoas com deficiências no ciclo da
ureia, uma dieta desprovida de proteínas não é uma opção de tratamento. Humanos são
incapazes de sintetizar metade dos vinte aminoácidos proteicos, e esses aminoácidos
essenciais devem estar presentes na dieta.
-aminoácidos ingeridos em excesso, além das necessidades mínimas diárias para a síntese
proteica, são desaminados no fígado, produzindo amônia livre, que não pode ser convertida
em uréia para ser exportada para a corrente sanguínea e a amônia é altamente tóxica. A
ausência de uma enzima do ciclo da ureia pode resultar em hiperamonemia ou no aumento
de um ou mais intermediários do ciclo da ureia, dependendo da enzima que estiver
faltando.
-Uma vez que a maioria das etapas do ciclo da ureia é irreversível, a ausência de uma
atividade enzimática frequentemente pode ser identificada pela determinação de qual
intermediário do ciclo está presente em concentrações especialmente altas no sangue e/ou
na urina.
-variedade de tratamentos é disponibilizada;
exemplo: administração cuidadosa na dieta dos ácidos aromáticos benzoato ou fenilbutirato
pode ajudar a diminuir os níveis de amônia no sangue. O benzoato é convertido em
benzoil-CoA, que se combina com a glicina, formando o hipurato. A glicina utilizada nessa
reação deve ser regenerada, e a amônia é captada pela reação da glicina-sintase. O
fenilbutirato é convertido em fenilacetato pela b-oxidação. O fenilacetato é então convertido
em fenilacetil-CoA, que se combina com a glutamina, formando fenilacetilglutamina. A
resultante remoção de glutamina desencadeia um aumento em sua síntese pela glutamina-
-sintetase, em uma reação que capta amônia. Tanto o hipurato quanto a fenilacetilglutamina
são compostos não tóxicos e são excretados na urina.