METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS - síntese e degradação do heme, purinas e pirimidinas.

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METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS
Aminoácidos se diferem de carboidratos e lipídeos por possuírem o grupamento amino. 
Uma proteína/peptídeo é constituída por aminoácidos unidos por ligação peptídica, a partir da qual temos uma extremidade amino-terminal e outra carboxi-terminal. A sequência de aminoácidos (AA) é a estrutura primária. A interação de AA vizinhos via ligação de hidrogênio é a estrutura secundária (tendo as estruturas alfa e beta). Quando a secundária se dobra sobre si mesma, forma a estrutura terciária, estabilizada por ligações de sulfeto e hidrogênio e interações hidrofóbicas (no interior) e iônicas. Na estrutura quaternária tem-se a associação de mais de uma subunidade polipeptídica. O número de cadeias polipeptídicas varia em cada proteína. 
A degradação de proteínas faz parte do catabolismo humano. O inverso também é possível no anabolismo, por consumo de ATP e de transportador de elétron reduzido. 
Oxidação de aminoácidos
A degradação oxidativa de AA acontece em 3 circunstâncias metabólicas:
· Síntese e degradação normais de proteínas celulares;
· Dieta rica em proteínas;
· Jejum ou diabetes melito não controlado (organismo não tem a sinalização do estado alimentado > deficiência de insulina). 
Proteínas da dieta:
1) Proteínas no estomago estimulam a secreção de gastrina (mucosa gástrica) > HCl (células parietais) e pepsinogênio (células principais).
O HCl é um agente desnaturante > desnaturas as proteínas, ou seja, as desestrutura até o nível primário, mas sem romper ligações peptídicas; Leva o pH estomacal a 2.
O pepsinogênio (zimogênio – percursor inativo) é ativado a pepsina, enzima que hidrolisa as ligações peptídicas das proteínas.
2) O baixo pH estimula secreção de secretina na corrente sanguínea, que por sua vez, estimula o pâncreas a secretar bicarbonato no ID para aumentar o pH;
3) AA no duodeno determina liberação de CCK no sangue, que estimula secreção de zimogênios pelo pâncreas no ID:
· Tripsinogênio > tripsina (catalisado por enteropeptidases); 
· Quimotripsinogenio > quimotripsina;
· Procarboxipeptidases A e B > carboxipeptidases A e B.
[ocorre a secreção na forma de zimogênios porque caso não fosse assim, haveria degradação das próprias proteínas celulares] 
4) A tripsina e a quimotripsina continuam a hidrólise dos peptídeos produzidos pela pepsina no estômago e as carboxipeptidases A e B completam a degradação dos peptídeos até aminoácidos livres;
5) Os aminoácidos livres são absorvidos pelas células epiteliais do intestino delgado, caem na corrente sanguínea e são transportados até o fígado, onde o grupo amino dos aminoácidos é removido em reações de transaminação.
“bicicleta de Krebs”
Situações de jejum.
Excesso de aminoácidos da dieta também vira estoque de gordura.
Transaminação: passagem de um grupo amino do aminoácido para uma outra molécula;
Desaminação: retirada do grupo amino de uma molécula.
A amônia retirada dos aminoácidos precisa ser metabolizada, pois é tóxica, principalmente, ao SNC. Vai ser convertida a carbamoil-fosfato, que entra no ciclo da ureia no fígado, para ser eliminada na urina. 
Catabolismo dos grupos amino: fígado é o local onde ocorre o ciclo da ureia e reações de transminação e desaminação. 4 aminoácidos desempenham papeis centrais no metabolismo do nitrogênio: glutamato, glutamina, alanina e aspartato. 
AA vindos da digestão e depois de absorvidos ou alanina ou glutamina provindos do músculo chegam ao fígado > sofrem transminação, transferindo o amino para o alfa-ceto-glutarato, convertendo-se a glutamato > o AA é convertido a alfa-cetoácido > o glutamato é desaminado, voltando a ser alfa-ceto-glutarato [a enzima que faz essa desaminação é a glutamato-desaminase; a glutamina é o glutamato com um grupo amino a mais, podendo sofrer ação dessa enzima também] 
A alanina, quando perde um amino, vira piruvato. 
Duas transaminases hepáticas são relevantes: TGO/AST; TGP/ALT; dosadas em exames bioquímicos para avaliar danos hepáticos. A segunda é a transaminase pirúvica/alanina aminotransferase, faz a transminação do piruvato; a primeira é transaminase oxalacética > forma oxalacetato a partir do aspartato. 
Desaminação oxidativa do glutamato:
Transporte de amônia na corrente sanguínea > glutamina: na célula em que está ocorrendo a degradação de proteínas, a glutamina-sintase converte o L-glutamato em gama-glutamil-fosfato (consumindo ATP); A própria enzima, depois, adiciona o grupo amino, formando a glutamina > carrega a amônia pela corrente. 
A alanina também é forma de transporte de amônia advinda do músculo para o fígado. O TGP/ALT transfere o grupo amino do glutamato para o piruvato, formando a alanina. No fígado, a reação ocorre no sentido contrário. 
Excreção de nitrogênio - ciclo de ureia: o ciclo da ureia inicia dentro da mitocôndria hepática, mas 3 de suas etapas seguintes ocorrem no citosol. 
Parte mitocondrial:
condensação
A ureia precisa de duas amônias/grupos amino: uma do carbamoil-fosfato e outra do aspartato (por ação da aspartato-aminotransferase (TGO) / citoplasma). Esse aspartato doa amino pro ciclo da ureia.
Parte citosólica:
Na reação total tenho gasto de 3 ATPs para uma molécula de ureia.
O fumarato liberado faz parte do ciclo de Krebs. A interconexão entre essas vias reduz o custo energético da síntese de ureia. 
Se a mitocôndria oxida aquele NADH, produz-se 2,5 ATP. Logo, essa conexão entre ciclos faz o gasto ser de apenas 0,5 ATP. 
Regulação do ciclo da ureia:
· Curto prazo: regulação da carbamoil-fosfato-sintetase I. essa enzima é ativada alostéricamente por N-acetilglutamato, produzida pela catalise da N-acetilglutamato sintase, que, por sua vez, é ativada por glutamato e acetil-CoA. Excesso desses últimos dois no hepatócito significa liberação de amino para o ciclo de ureia. 
· Médio a longo prazo: todas as enzimas são reguladas positivamente, devido à momento de proteína da dieta ou jejum prolongado, que gera bastante degradação de AA. Tem-se estimulação da síntese de todas as enzimas do ciclo. 
A degradação de AA durante o jejum serve para, por meio da gliconeogênese, manter o nível de glicemia em momentos de jejum. Mas nem todos os aminoácidos são glicogênicos, podendo ser convertidos em corpos cetonicos > são cetogênicos. 
Os aminoácidos cetogênicos geram acetil-CoA quando degradados. O acetil-CoA não pode ser convertido em glicose porque não há uma via bioquímica para essa conversão. O oxaloacetato é um precursor da gliconeogênese, porém o acetil-CoA não pode ser convertido em oxaloacetato, porque os dois carbonos do acetil-CoA são eliminados no ciclo do ácido cítrico na forma de CO2. Um oxaloacetato é necessário para iniciar o ciclo do ácido cítrico e um oxaloacetato é formado no final do ciclo. Dessa forma não há conversão líquida de acetil-CoA em oxaloacetato.
Alguns AA são tanto glicogenicos quanto cetogenicos, a exemplo da isoleucina. A metionina pé exclusivamente glicogenica, ao passo que a lisina é estritamente cetogenica. 
Durante o jejum nós degradamos AA para síntese de glicose, porque gordura não pode ser convertida em glicose uma vez que a beta-oxidação (degradação dos ácidos graxos) gera acetil-CoA, que não pode ser convertido em oxaloacetato (como já visto acima). 
A excreção de ureia aumenta consideravelmente entre período alimentado e um período de jejum de 12h por conta de degradação de AA muscular, já que o cérebro precisa de glicose para manter sua atividade. À medida que aumento o período de jejum, a quantidade de ureia excretado diminui por já ter exaurido as reservas proteicas musculares. 
Cofatores enzimáticos importantes: biotina, folato e S-adenosil-metionina. Relevantes para reações de transferência de um carbono. 
No metabolismo da fenilalanina vou produzir fumarato e acetoacetil-CoA e tem ação de diversas enzimas. Deficiência de fenilalanina-hidroxilase > fenilcetonúria. A cada déficit de uma enzima eu tenho acúmulo do intermediário anterior, gerando uma doença de toxicidade de AA no SN. Essas deficiências são analisadas no “teste do pezinho”. 
Degradação deaminoácidos:
· Treonina, glicina, serina, triptofano, serina, alanina e cisteína > piruvato;
· Triptofano, lisina, fenilalanina, tirosina, leucina e isoleucina > acetil-CoA;
· Fenilalanina e tirosina > acetoacetil-CoA;
· Arginina, prolina, histidina, glutamato e glutamina > alfa-cetoglutarato;
· Metionina, treonina, valina e isoleucina > succinil-CoA;
· Asparagina e aspartato > oxaloacetato.
Aminoácidos de cadeia lateral/ramificados antes sofrem ação da aminotransferase dos aminoácidos de cadeia ramificada e isso acontece em tecidos extra-hepáticos pois a enzima é ausente no fígado. Depois. Passam pelo complexo da desidrogenase dos alfa-cetoácidos de cadeia ramificada, cuja deficiência gera a “doença do xarope de bordo” (urina fica com cheiro característico), chegando a seus respectivos produtos. 
Metabolismo de AA no estado alimentado:
Metabolismo de AA no estado de jejum:
Biossíntese de aminoácidos
Nesse processo eu preciso dos grupos aminos, obtidos dos AA e outros compostos carbonados contendo nitrogênio reduzido através da alimentação. Esses AA em questão são sintetizados por plantas e o grupo amino deles provém da amônia fixada no solo (ciclo do nitrogênio). 
Incorporação da amônia em biomoléculas:
1) Via glutamato-sintase: a glutamato-sintase adiciona amônia ao alfa-cetoglutarato, formando glutamato.
2) Via glutamina-sintetase: adiciona amônia ao glutamato formando a glutamina. AMP, CTP, Triptofano, Histidina, Carbamoil-fosfato e Glicosamina-6-fosfato modulam alostericamente por feedback negativo essa síntese > em excesso, todos inibem a enzima. 
Outra forma de regulação dessa segunda via é por modificações covalentes > adenililação (inativa – com AMP) e desadenililação (ativa – sem AMP) – ação da adenili-transferase. 
Todos os AA são derivados de intermediários da glicólise, do ciclo do ácido cítrico ou da via das pentoses fosfatos. O nitrogênio entra nessas vias de síntese de AA por meio do glutamato ou da glutamina. Esses dois doam N nessas vias biossintéticas através de reações de transminação. Nós humanos não sintetizamos (são os essenciais) todos os 20 AA:
A regulação da biossíntese de AA se dá por inibição sequencial por retroalimentação.
Biossíntese do heme
Heme é o grupo prostético de algumas proteínas, como por exemplo a hemoglobina. É sintetizado a partir do succinil-CoA e da glicina, pela ação da enzima delta-aminolevulinato-sintase, ocorrendo em 2 etapas. Posteriormente, há uma cadeia de reações suscetivas. Todas as reações podem ser observadas abaixo:
A deficiência de Ferro pode levar à anemia, pois inviabiliza a formação do heme e, consequentemente, formação de hemoglobina. 
A deficiência de cada uma das enzimas leva a doenças chamadas porfirias: 
Além da inviabilização da síntese do heme, há o acúmulo do intermediário anterior à enzima faltante. 
· Coproporfirinogenio-oxidase > coproporfirina hereditária;
· Protoporfirinogenio-oxidase > porfiria variegata;
· Ferroquelatase > proporfiria eritopotética.
· Porfobilinogenio-sintase > porfiria de Doss;
· Uroporfirinogenio-sintase > porfiria intermitente aguda;
· Uroporfirinogenio III-sintase > porfiria eritopoiética congênita;
· Uroporfirinogenio-descarboxilase > porfiria cutânea tardia;
Degradação do heme: A enzima glicuronil-bilirrubina-transferase ainda não está no seu auge de capacidade de funcionamento em neonatos. Gera icterícia neonatal.
A estercobilina dá a coloração característica das fezes, enquanto a urobilina o faz na urina. 
Eritrócitos senescentes são a 
 Glicuronil-bilirrubina-transferase
Biliverdina-redutase
hemeoxigenase
principal fonte de hemeproteínas (hemoglobina).
Aumento da bilirrubina indireta (não conjugada) significa que há maior degradação da quantidade de hemácias, provavelmente, devido a hemólise aumentada de hemácias, podendo acusar anemia hemolítica. É normal acontecer em recém-nascidos por aquela deficiência enzimática comentada acima. Gera icterícia hemolítica.
Aumento da bilirrubina direta (conjugada), sem aumento evidente da bilirrubina indireta, pode significar uma obstrução da liberação da bile do fígado ao intestino, pode ser um tumor, por exemplo. 
Biossíntese e degradação de purinas
As bases púricas são a adenina e a guanina. Estão presentes nos nucleotídeos. A estrutura dinucleica de uma purina é a seguinte:
A síntese ocorre a partir de um açúcar PRPP e cada uma das partes ao lado é adicionada em uma reação subsequente a outra. 
O formil-tetrahidro-folato está presente na síntese em dois momentos e é decorrente do folato vitamínico. 
Após 11 reações há a formação do inosinato (IMP), e a partir delem forma-se o guanilato (GMP) e o adenilato (AMP), que originam as bases púricas. Todo esse processo ocorre com consumo de 6ATP, 1 GTP e 1 NAD+. 
É possível interferir nas reações que usam o formil-tetrahidro-folato. Antibióticos como a sulfonamida e a trimetropina inibe a síntese do formil e fármacos antineoplásicos como o metrotrexato também o inibem. Como consequência, há inibição da síntese de purinas e de DNA, inibindo divisão celular. 
Os antibióticos só atingem as bactérias e não as células humanas porque agem no ácido fólico produzido pelas células bacterianas. Já os humanos não realizam essa produção, só obtendo o ácido fólico pela dieta e, portanto, não sofrendo a ação antibiótica.
 E no caso do metrotrexato, inibe a ação enzimática da dihidro-folato-redutase, impedindo a formação do ácido tetrahidro-folato, importante percursor no organismo. Ambos os mecanismos podem ser melhores visualizados abaixo:
A degradação das duas purinas, AMP e GMP, geram hipoxantina > xantina > ácido úrico eliminado na urina. Excesso de ácido úrico está relacionado com a gota, que é o deposita do ácido nas articulações. Fármacos como a probenicida e sulfinpirazona (urisúricos) atuam nos rins aumentando a excreção de ácido úrico na urina. 
A gota também pode ser causada pelo aumento da síntese de uratos, ácido úrico. O alopurinol é um medicamento que age inibindo a enzima xantina-oxidase que causa a conversão de hipoxantina em xantina e dessa em ácido úrico. Portanto, age impedindo a formação do ácido no organismo. 
Além disso, invés de degradar as purinas, pode haver reaproveitamento para síntese de novas purinas, é a via de salvamento de purinas. A hipoxantina é reconvertida a IMP, a guanina a GMP e a adenina a AMP. Nos dois primeiros há ação da enzima hipoxantil-guanina-fosforibosil-transferase, cuja deficiência causa a síndrome de Lesch-Nyhan, cujos sintomas são retardo mental, auto mutilação e hiperuricemia (aumento de ácido úrico).
Biossíntese e degradação de pirimidinas 
Na síntese das pirimidinas há a construção da base nitrogenada separada e só posteriormente é anexada ao PRPP, açúcar. Inicia com aspartato, passa por 2 reações e chega ao oratato, que então é ligado ao PRPP, gerando orotidialto. A descarboxilação do orotidilado já gera o uridilato (UMP)/uridina. Mais 2 reações a partir do UMP chega ao CTP citosina. Nesse processo todo há consumo de 3 ATP e 1 NAD+. 
O UTP pode ser convertido em CTP por ação da CTP-sintase, processo que ocorre com transformação da glutamina em glutamato. 
Ela só existe na forma desóxi porque está presente unicamente no DNA (ácido desoxirribonucleico). 
Além disso, há a síntese da timina. O nucleotídeo de timina (dTMP) só ocorre na forma desóxi e é sintetizado assim:
A timidilato-sintase, que converte o dUMP em dTMP pode ser inibida por fluorouracil, agente antineoplásico, reduzindo a síntese do nucleotídeo e da divisão celular. E o metrotrexato inibe a dihidro-folato-redutase, inibindo a síntese do tetra-hidro-folato. 
Durante a gravidez pode ser feita suplementação de ácido fólico, já que se faz necessário uma grande quantidade de material genético. 
As pirimidinas são degradadas para liberação de amônia, que vai ser convertida em ureia no ciclo da ureia.