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49 Bioquímica Metabólica | Bárbara C. Rovaris | Prof. Liz Claudio Miletti Aminoácidos são moléculas que apresentam em sua estrutura dois grupamentos diferentes: uma carboxila e um amino. Os aminoácidos são as moléculas básicas para a formação de proteínas. Sendo assim, quando vários aminoácidos se ligam uns aos outros através de ligações peptídicas, eles formam proteínas. Existem 20 tipos de aminoácidos diferentes, e eles são separados em dois grupos: aminoácidos essenciais e aminoácidos não essenciais. são aqueles aminoácidos que o organismo não consegue produzir sozinho, e por esse motivo, precisam ser adquiridos através da alimentação dos animais. são aqueles aminoácidos que o organismo consegue produzir sozinho. Os aminoácidos são, primeiramente, absorvidos no estômago dos animais. O estômago possui vários tipos de células que participam da degradação dos alimentos: são as células responsáveis por produzir o ácido clorídrico, e manter o pH do estômago ácido, por volta de 1. são as células responsáveis por produzir pepsinogênio. O pepsinogênio é a forma inativa da enzima pepsina que é responsável por degradar as proteínas a aminoácidos. Essa enzima só se torna ativa quando entra em contato com o suco gástrico do estômago. são responsáveis por secretar gastrina. A gastrina é um hormônio que estimula a secreção de ácido clorídrico no estômago. O pâncreas é o órgão responsável por produzir zimógenos que são proteases inativas. Esses zimógenos são levados do pâncreas para o intestino, onde se tornam ativos e ajudam da degradação das proteínas. A mucosa dos intestinos absorve os aminoácidos das proteínas degradas pelas proteases. Catabolismo de Aminoácidos 50 Bioquímica Metabólica | Bárbara C. Rovaris | Prof. Liz Claudio Miletti Sendo assim, quando os aminoácidos vindos do estômago chegam no duodeno, eles fazem com que o sistema endócrino intestinal produza dois tipos de hormônios: a CCK e a secretina. A liberação desses dois hormônios ativa o pâncreas exócrino, especificamente as células acinares, que por sua vez, produzem grânulos de zimógenos, como o tripsinogênio, o quimiotripsinogênio, a proelastase e procarboxipeptidase, que são levados para o intestino. Além disso, o hormônio CCK faz com que as células da mucosa do intestino produzam a enteropeptidase. A enteropeptidase á a enzima responsável por ativar o tripsinogênio, ou seja, ela quebra a estrutura do tripsinogênio e o deixa ativo, na forma de tripsina. A tripsina, por sua vez, é a responsável por ativar os outros zimógenos produzidos no fígado e que agora se encontram no duodeno. Sendo assim, depois da ação da tripsina haverá quimiotripsinas, elastases e carboxipeptidases que atuam no intestino para realizar a degradação dos aminoácidos vindos do estômago. Primeiramente, os polipeptídeos presentes no lúmen intestinal são degradados, através da ação de pepsinas e outras enzimas, até aminoácidos livres e oligopeptídeos. Os oligopeptídeos, ainda, podem sofrer a ação de endopeptidases, aminopeptidades e dipeptidases e serem transformados em aminoácidos livres ou em dipeptídeos ou tripeptídeos. 51 Bioquímica Metabólica | Bárbara C. Rovaris | Prof. Liz Claudio Miletti Depois disso, os aminoácidos entram no enterócito através de um transportador, no qual juntamente com um aminoácido entra um íon de Na+. Para manter o equilíbrio, esses íons de Na+ saem da célula através da Bomba de Sódio e Potássio. Os dipeptídeos e os tripeptídeos, por sua vez, entram nos enterócitos através de outro transportador, no qual essas moléculas entram na célula junto a moléculas de H+. Dessa forma, dentro do enterócito estarão presentes aminoácidos livres, dipeptídeos e tripeptídeos. Esses últimos são transformados, pela ação de dipeptidases e tripeptidades em aminoácidos também. Esses aminoácidos, por sua vez, são liberados na corrente sanguínea para serem transportados até os locais onde serão utilizados. As proteínas provenientes da alimentação dos animais, são degradadas a aminoácidos através dos processos descritos acima. Além delas, existem as proteínas intracelulares. Essas proteínas sofrem um processo diário chamado de “turn over”, no qual as proteínas são degradadas e sintetizadas de acordo com a necessidade do animal em determinado momento. Sendo assim, essas proteínas são ambas degradadas a aminoácidos. Os aminoácidos, por sua vez, são quebrados em: um grupamento amino e um esqueleto carbônico. O grupamento amino é transformado em íon amônio, e o esqueleto carbônico dá origem aos α-Ceto ácidos. Esses α-Ceto ácidos fazem parte do ciclo de Krebs, no qual são produzidas moléculas de ATP e de oxaloacetato, que por sua vez, é usado como substrato da gliconeogênese para produção de glicose. Já o íon amônio pode ser usado para: síntese de aminoácidos, de nucleotídeos e das aminas biológicas; ou, ele pode entrar na forma de carbamoil fosfato no ciclo da ureia, que tem como produto final ureia. Sendo assim, os aminoácidos, vindos da alimentação ou de proteínas celulares, vão para o fígado. Lá eles reagem com o α-Cetoglutarato para formar moléculas de α-Ceto ácidos em uma reação catalisada pela enzima amino transferase. Nessa reação, o grupamento amino do aminoácido é passado para o α-Cetoglutarato, que por sua vez, vira glutamato. Já o aminoácido que perdeu o grupamento amino é transformado em α-Ceto ácido. Além disso, essa reação conta com a participação de uma coenzima, chamada de Piridoxal Fosfato (PLP), a vitamina B6. Essa coenzima é a responsável por tirar o grupamento amino do aminoácido e o 52 Bioquímica Metabólica | Bárbara C. Rovaris | Prof. Liz Claudio Miletti transferir para o α-Cetoglutarato. Dessa forma, o PLP recebe o grupamento amino e vira Piridoxamina P. Depois disso, a piridoxamina P doa o NH3 para o α- Cetoglutarato, que ao receber o NH3 vira glutamato. O glutamato, então, passa por uma outra reação, catalisada pela enzima glutamato desidrogenase. Na presença de água, uma coenzima NAD+ ou NADP+ entra na reação, e oxida o glutamato. Além disso, o grupamento amino é transformado em íon amônio, que por sua vez, é liberado. Dessa forma, o glutamato é transformado em α-Cetoglutarato. Porém, além desses aminoácidos, existem outros que estão sendo trazidos para o fígado carregando o excesso de nitrogênio dos outros órgãos. Um deles é a glutamina, ela traz o excesso de nitrogênio dos músculos e de outros tecidos. Já a alanina traz o excesso de grupamento amino dos músculos. Todos 53 Bioquímica Metabólica | Bárbara C. Rovaris | Prof. Liz Claudio Miletti esses aminoácidos, no fígado, dão origem ao íon amônio, através de reações metabólicas. A glutamina é formada nos tecidos do corpo, através de uma série de reações. Dessa forma, o glutamato presente nesses locais é transformado, primeiramente, em glutamil fosfato, através de uma fosforilação. Depois disso, o glutamil fosfato, a forma ativa do glutamato para receber o íon amônio, recebe o íon amônio. O NH4 se liga ao glutamil fosfato, exatamente no local onde antes estava ligado o grupamento fosfato, que por sua vez é liberado. Sendo assim, o glutamil fosfato vira glutamina, através da ação da enzima glutamina sintetase. A glutamina, por sua vez, quando chega no fígado, passa por uma hidrólise, na qual o íon amônio é liberado e a glutamina é transformada em glutamato, através da ação da enzima glutaminase. Sendo assim, no quadro abaixo, pode-se notar que os íons amônio, liberados pela degradação dos aminoácidos, se juntam ao aspartato para produzir ureia, através do Ciclo da Ureia. O ciclo da ureia acontece no citosol das células hepáticas. Porém, um dos seus substratosé produzido nas mitocôndrias, o carbamoil fosfato. Na mitocôndria das células hepáticas, o bicarbonato é ativado, formando o ácido carbônico fosfórico. Esse ácido carbônico fosfórico reage com o NH4 e, dessa maneira, forma-se o carbamato. O carbamato, por sua vez, sofre fosforilação, formando então o carbamoil fosfato. Dessa forma, o carbamoil fosfato é liberado no citosol da célula, para poder participar do ciclo de ureia. Sendo assim, uma molécula de ornitina pega um dos carbonos do carbamoil fosfato, o carbono que está ligado ao NH2 e a um oxigênio. Nessa reação, então, forma-se a citrulina. 54 Bioquímica Metabólica | Bárbara C. Rovaris | Prof. Liz Claudio Miletti A citrulina, por sua vez, reage com uma molécula de aspartato, e através da quebra de uma molécula de ATP em AMP+PPi, forma-se o argininossuccinato. Ou seja, a citrulina se liga ao aspartato. Depois disso, o argininossuccinato passa por uma reação, em que apenas o grupamento amino continua ligado à sua molécula. Sendo assim, o argininossuccinato vira arginina, além disso, há a saída de uma molécula de fumarato, que nada mais é do que o aspartato sem o grupamento amino. 55 Bioquímica Metabólica | Bárbara C. Rovaris | Prof. Liz Claudio Miletti Por fim, a arginina passa por uma reação na qual ocorre a entrada de uma molécula de H20. Os hidrogênios dela se ligam ao nitrogênio da arginina, e dessa forma, o oxigênio faz uma ligação dupla com o carbono, que perdeu a ligação com o nitrogênio da arginina. Sendo assim, forma-se uma molécula de ureia e uma molécula de ornitina, que por sua vez recomeça o ciclo. A ureia pode ser excretada de várias formas, por diferentes animais. Sendo assim, ela pode ser excretada na forma de: pela maioria dos animais vertebrados aquáticos e algumas larvas. pela maioria dos animais vertebrados terrestres e tubarões. pelos pássaros e répteis. Dessa forma, todos os aminoácidos presentes no organismo são degradados a α-Ceto ácidos, sendo eles: o glutamato, o α-Cetoglutarato, o Succinil-CoA, o fumarato, o oxaloacetato, o piruvato, o Acetil-CoA e o Acetoacetil-CoA. Sendo assim, esses α-Ceto ácidos têm participação importante no Ciclo da Ureia e, consequentemente, no Ciclo de Krebs também. Dessa forma, são usados 4 ATPs para produção de moléculas de ureia. Porém, como o ciclo de Krebs e o Ciclo da Ureia utilizam substratos em comum, no Ciclo de Krebs há a produção de 3 ATPs. Sendo assim, o saldo final para a produção de ureia fica de apenas 1 ATP. 56 Bioquímica Metabólica | Bárbara C. Rovaris | Prof. Liz Claudio Miletti a
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