pergunta

Embora os aminoácidos “nutricionalmente dispensáveis” possam no que refere ao esqueleto carbonado, formar-se a partir da glicose, é uma boa aproximação à realidade afirmar-se que os aminoácidos existentes no sangue e nas células resultam da hidrolise das proteínas endógenas ou das proteínas da dieta. Se pensarmos apenas na porção nitrogênio da, mesmo os aminoácidos sintetizados endogenamente têm origem nos aminoácidos formados naqueles processos de hidrolise. A maior parte dos aminoácidos libertados aquando da hidrolise das proteínas endógenas são reutilizados na síntese dessas mesmas proteínas ou de outras proteínas, mas uma parte sofre catabolismo perdendo o nitrogênio e gerando intermediários não nitrogenados que, em última análise (direta ou indiretamente), vão acabar por oxidar-se a CO2.

2- Os aminoácidos ou os intermediários a que estes dão origem no decurso do seu catabolismo podem perder os grupos nitrogenados em reações de desaminação ou desaminação em que se liberta o íon amônio. A concentração plasmática do amônio é, no individuo saudável, muito baixa (cerca de 20 M no sangue sistémico e cerca de 260 M na veia porta) um. Quando a concentração de amônio aumenta no plasma (hiperamonemia) provoca alterações neurológicas que podem culminar em coma e morte. No fígado, o amônio tóxico é contido em ureia não toxica. Uma situação clinica aguda que cursa com hiperamonemia é, por exemplo, uma hemorragia para dentro do lúmen do sistema digestivo em doentes com cirrose hepática. Outras condições clínicas mais raras que também cursam com hiperamonemia são as causadas por défices congénitos das enzimas do ciclo da ureia.

3- Numa reação catalisada pela síntese do carbamil-fosfato I, uma enzima da matriz mitocondrial, forma-se carbamil-fosfato. Na reação catalisada por esta sintetase consome-se amônio e CO2 que se liga para formar o carbamilo que é fosforilado pelo ATP; o processo também envolve a hidrolise de outra molécula de ATP. O carbamil-fosfato vai ser o dador de um dos dois nitrogênios da ureia que se vai formar. Embora, estritamente, não possa ser considerada uma enzima do ciclo da ureia, a relação da sintetase de carbamil-fosfato I com este ciclo é tão intima que é assim é considerada com muita frequência.

NH4 + + CO2 + 2 ATP + H2O à carbamil-fosfato + 2 ADP + Pi

4- No ciclo da ureia intervém uma enzima que, tal como a sintetase de carbamil-fosfato I, está na matriz mitocondrial, a transcarbamilase da ornitina; as outras três estão no citoplasma e são a sintetase do arginino-succinato, argininosuccinase e arginase. Costuma dizer-se que a ornitina [5C, 2N] desempenha, no ciclo da ureia, um papel catalítico porque se consome na primeira reação (transcarbamilase da ornitina) e, via citrulina [6C, 3N], arginino-succinato [10C, 4N] e arginina ([6C, 4N], se regenera na última (arginase). É na reação catalisada pela arginase que se dá a hidrolise da arginina formando-se a ureia e regenerando-se a ornitina, um dos substratos da transcarbamilase da ornitina. Ao longo do ciclo da ureia a estrutura da ornitina vai aceitando os componentes da ureia; como evidenciado pela reação catalisada pela arginase, a arginina [6C, 4N] pode ser entendida como sendo formada por dois resíduos: ornitina [5C, 2N] e ureia [1C, 2N]. Por ação catalítica da transcarbamilase da ornitina, a ornitina aceita o grupo carbamilo do carbamil-fosfato gerando citrulina que reage com o aspartato gerando arginino-succinato (sintetase do arginino-succinato): a formação do arginino-succinato é um processo endergônico acoplado com a hidrolise de ATP a AMP + PPi. Por ação duma liase (argininosuccinase) o arginino-succinato desdobra-se em  arginina e fumarato. Como já referido, a transcarbamilase da ornitina é uma enzima da matriz mitocondrial enquanto que todas as outras três enzimas do ciclo são citoplasmáticas: assim, o produto da transcarbamolase da ornitina, a citrulina, sai da mitocôndria, enquanto o substrato aminoacídico da mesma enzima, a ornitina, entra para a mitocôndria; os dois processos de transporte são catalisados pelo mesmo transportador.

Ornitina + carbamil-fosfato --> citrulina + Pi

Citrulina + aspartato + ATP --> arginino-succinato + AMP + PPi

arginino-succinato --> arginina + fumarato

arginina + H2O --> ureia + ornitina

5- O somatório das reações catalisadas pelas enzimas do ciclo da ureia e pela sintetase do carbamil fosfato I pode ser expresso pela seguinte soma:

CO2 + NH4+ + aspartato + 3 ATP à ureia + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi + fumarato

Na estrutura da ureia [OC (NH2)2] o carbono tem origem no CO2, um dos átomos de nitrogênio tem origem  direta no amônio e o outro origem direta no aspartato, cujo esqueleto carbonado origina fumarato  durante o processo.

6- O amônio que está na origem do carbamil-fosfato hepático tem origem nos aminoácidos que sofrem catabolismo libertando amônio. Uma parte considerável do amônio (talvez 1/3) utilizado para a síntese de carbamil-fosfato é captado pelo fígado chegando ai, através da veia porta, já como amônio. Este amônio foi formado nos enterócitos a partir da glutamina (via ação da glutaminase que catalisa a hidrolise do grupo amida) ou no lúmen do intestino por ação das batérias2

Os restantes 2/3 resultam da ação de enzimas hepáticas que provocam a perda de grupos nitrogenados de aminoácidos na forma de amônio. Exemplos deste tipo de enzimas é a enzima de clivagem da glicina a liase da cistationina, a desidratase da serina, a histidase, a asparaginase, a glutaminase e a desidrogenase do glutamato. De notar que o nitrogênio do amônio libertado pela ação da desidrogenase do glutamato poderá ter tido origem última em muitos outros aminoácidos. Nalguns casos, o processo envolve reações de transaminação onde o grupo a-amina dos aminoácidos é diretamente transferido para o a-cetoglutarato formando o glutamato (casos, por exemplo, da alanina, da cisteína, da serina, da tirosina, do aspartato e dos aminoácidos ramificados) enquanto noutros a reação de transaminação envolve intermediários da via catabólica (casos, por exemplo, da fenilalanina, triptofano e lisina). Nos casos da histidina, da prolina, da glutamina e da arginina (via ornitina) o produto formado no processo catabólica é o glutamato.

Glutamina + H2O --> glutamato + NH4 +

Glicina + H4-folato + NAD+ --> N5, N10-metileno-H4-folato + NADH + CO2 + NH4+.

Cistationina --> cisteína + a-cetobutirato + NH4+

Serina (ou treonina) --> piruvato (ou a-cetobutirato) + NH4+

Histidina --> urocanato + NH4+

Asparagina + H2O --> aspartato + NH4+

Glutamato + NAD+ --> a-cetoglutarato + NADH + NH4+

7- O “segundo nitrogênio” presente na estrutura da ureia tem origem direta no aspartato: o aspartato ao reagir com a citrulina e ao sair como fumarato deixa ficar nitrogênio no grupo guanidina da arginina que vai sofrer hidrolise e gerar a ureia. No entanto, este “segundo” nitrogênio pode, indiretamente, ter origem em todos os aminoácidos. A alanina (que é tida no sangue pelos músculos ou pelos enterócitos e é captada pelo fígado) é exemplo de um aminoácido dador de amina para a síntese de aspartato no fígado. Por ação sequenciada da transaminase da alanina e da transaminase do aspartato o grupo amina que estava na alanina pode originar o grupo amina do aspartato; a sequência envolve como intermediário aminado o glutamato. Sequências similares envolvendo disas transaminases e a transaminase do aspartato podem explicar a transferência de grupos amina de disos aminoácidos para o oxalacetato e a formação de aspartato; a  soma que descreve estes processos é a   abaixo.

Oxalacetato + a-aminoácido --> aspartato + a-cetoácido

Quando a perda de nitrogênio origina amônio (casos da desamidação) hidrolitica da glutamina ou da asparagina ou as desaminações oxidativas da glicina ou do glutamato ou a desaminação por ação de liases de disos aminoácidos; este íon inorgânico pode, por ação da desidrogenase do glutamato, originar o grupo amina do glutamato. O glutamato formado por aminação do -cetoglutarato pode, por transaminação, ser dador de amina ao oxalacetato para formar Aspartato, assim, via a-cetoglutarato/glutamato todos os aminoácidos podem contribuir para o nitrogênio que vai ser cedido diretamente pelo aspartato na síntese da ureia.

Alanina + a-cetoglutarato --> piruvato + glutamato

Glutamato + oxalacetato --> a-cetoglutarato + aspartato

a-cetoglutarato + NH4+ + NADPH --> glutamato + NADP+

8- A soma relativa ao processo de síntese de ureia mostra que se gastam 4 ligações  ricas em energia do ATP durante a síntese de uma molécula de ureia. No entanto também é possível  defender um outro ponto de vista. O oxalacetato é aceitador de grupos amina em reações de transaminação em que se forma o aspartato. Na conversão do fumarato (formado no ciclo da ureia) a oxalacetato participam a fumarase e a desidrogenase do malato e a soma correspondente a esta conversão é a que mostra que, tendo em conta os ATPs que se podem formar como consequência da oxidação do fumarato, também se pode pensar que o número de ligações ricas em energia gastas na síntese de uma molécula de ureia é de apenas 1,5 ATPs.

CO2 + NH4 + + aspartato + 3 ATP --> ureia + 2 ADP + AMP + 2 Pi + PPi + fumarato oxalacetato + a-aminoácido --> aspartato + a-cetoácido

Fumarato + NAD+ --> oxalacetato + NADH

NADH + ½ O2 + 2,5 ADP + 2,5 Pi --> NAD+ + 2,5 ATP

AMP + ATP --> 2 ADP

PPi + H2O --> 2 Pi

CO2 + NH4+ + 1,5 ATP + a-aminoácido --> ureia + 1,5 ADP + 1,5 Pi + a-cetoácido

No ciclo da ureia gastam-se 4 ligações ricas em energia do ATP, mas, porque a reconversão do fumarato em aspartato permite a formação de 2,5 ATPs (admitindo relação P: O de 2,5 para o NADH), o gasto líquido é de apenas 1,5 ATPs. De qualquer forma, independentemente dos pontos de vista, pode sempre dizer-se que a síntese de ureia a partir de amónio e aspartato é um processo endergônico.

9- A esmagadora maioria dos aminoácidos é degradada no fígado, mas uma parte importante do catabolismo dos aminoácidos ocorre no músculo e nos enterócitos. É de notar que o catabolismo de uma determinada molécula de um determinado aminoácido até CO2 e ureia pode ser feito por etapas envolvendo vários órgãos. Um bom exemplo é o caso da glutamina que (em parte) é contida, nos enterócitos, em amónio e alanina (esta coesão pode ocorrer via glutamina --> glutamato --> a- cetoglutarato --> succinil-CoA --> succinato --> fumarato --> malato --> oxalacetato --> fosfoenolpiruvato --> piruvato --> alanina). A alanina é tida na veia porta e é captada pelo fígado podendo, aqui, ser contida em glicose (gliconeogênese); se esta glicose for libertada para o sangue pode ser oxidada a CO2 em quase todas as células do organismo (a exceção são os eritrócitos). O amónio formado nos enterócitos a partir da glutamina e o nitrogênio da alanina são, no fígado, contidos em ureia.

10- O músculo é um importante local de degradação dos aminoácidos ramificados (valina, leucina e isoleucina). No processo de degradação destes aminoácidos o seu grupo amina pode acabar como nitrogênio da alanina ou da glutamina. Embora constituam apenas 10% dos aminoácidos das proteínas musculares, a alanina e a glutamina constituem, em conjunto, mais de metade dos aminoácidos libertados pelos músculos. A alanina é uma forma de transporte de nitrogênio e de carbonos do músculo para o fígado sendo este transporte um dos componentes do chamado ciclo da alanina. A alanina libertada pelo músculo resulta de reações de transaminação em que intervém o piruvato formado na glicólise muscular; esta alanina é captada pelo fígado servindo o nitrogênio para a síntese de ureia e o esqueleto carbonado para a síntese de glicose que, libertada no fígado, pode ser usada como combustível pelo músculo (ciclo da alanina). Embora não seja consensual, admite-se que o esqueleto carbonado de algumas das moléculas da glutamina libertada pelo músculo tenha origem na valina e na isoleucina No seu catabolismo estes dois aminoácidos geram succinil CoA; no ciclo de Krebs o succinil-CoA pode formar a-cetoglutarato que, aceitando um grupo amina em reações de transaminação, gera glutamato e (via sintetase da glutamina) glutamina. Na origem dos grupos nitrogenados da glutamina estariam quer os aminoácidos ramificados (que podem ceder o grupo amina para formar o grupo a-amina da glutamina) quer outros aminoácidos que possam sofrer desaminação no músculo e ceder o NH4

+ (que é substrato da sintetase da glutamina) para formar o grupo 5-amida da glutamina. A glutamina, libertada pelo músculo, pode ser, direta ou indiretamente (via alanina e amónio formados nos enterócitos a partir da glutamina), captada pelo fígado onde os carbonos podem gerar glicose e os nitrogênios ureia.

11- Para além da ureia, um importante composto azotado da urina é o íon amónio (NH4+). A maior parte do amónio excretado na urina forma-se nas células tubulares renais por ação da glutaminase e da desidrogenase do glutamato: o rim capta glutamina do plasma (com origem no músculo e, em situações de acidose, também no fígado) e usa os seus nitrogênios para formar o amónio que excreta na urina. O valor do pKa do íon amónio é de cerca de 9,3 encontrando-se por isso na forma protonada em pHs fisiológicos. O íon amónio formado é segregado para o lúmen tubular representando uma forma de excreção de prótons. Em situações de acidose como, por exemplo, quando há síntese aumentada de corpos cetônicos num jejum que dura há vários dias, a maior parte do nitrogênio urinário é eliminado na forma de amónio e não de ureia. A síntese e secreção de amónio pelo rim têm um papel homeostático na regulação do pH do meio interno. Para se compreender esta última afirmação é útil descrever o somatório dos processos que levam à oxidação completa da glutamina (C5H11O3N2) com geração de amónia de forma a pôr em evidência que se gastam prótons durante o processo. De notar que a oxidação da glutamina com geração de ureia não tem as mesmas consequências no que se refere ao consumo de prótons.

C5H11O3N2 + 4,75 O2 + 2H+ --> 2 NH4++ 5 CO2 + 2,5 H2O

C5H11O3N2 + 4,75 O2 --> CON2H4 + 4 CO2 + 3,5 H2O

12- Para além da ureia e do amónio urinários existem outras formas de eliminar o nitrogênio que foi obtido através da ingestão de proteínas. Essas outras formas são a eliminação urinária de creatinina (formada com nitrogênio da arginina e da glicina) e de ácido úrico (formado com nitrogênio das purinas que por sua vez veio da glicina, do aspartato e da glutamina) e a eliminação de proteínas inteiras e outros produtos nitrogenados nas fezes, tegumentos, suor e secreções genitais e nasais. No adulto, com 70 kg de peso e com uma dieta equilibrada do ponto de vista calórico, mesmo na ausência de ingestão de proteínas, um mínimo de cerca de25g de aminoácidos são diariamente perdidos (“perdas obrigatórias de aminoácidos”). Porque o catabolismo dos aminoácidos fica acelerado quando se ingerem proteínas, para manter balanço azotado nulo, há que ingerir mais aminoácidos do que aqueles que são obrigatoriamente perdidos no contexto de uma dieta proteica nula. As estimativas atuais apontam para valores na ordem dos 0,66 g kg-1 dia-1 (46 g/dia num adulto de 70 kg) como correspondendo ao valor de ingestão proteica que supre as necessidades em 50% dos indivíduos adultos. No seu conjunto cerca de 16% da massa das proteínas é nitrogênio e, se admitirmos equilíbrio azotado e uma ingestão de 50 g/dia de proteínas, a massa total de nitrogênio perdida na urina, nas fezes, nos tegumentos e nas secreções nasais e genitais perfaz 8 g/dia (50 g/dia x 0,16 = 8 g/dia).

13- Em geral, recomenda-se uma ingestão diária de, pelo menos, 0,83 g de proteínas por kg de peso (58 g num indivíduo adulto de 70 kg). Pelo menos no sentido que damos à palavra “reserva” quando falamos do glicogénio e da gordura dos adipócitos, os mamíferos não fazem reservas de aminoácidos nem de proteínas. Embora em resposta ao aumento da insulina no período pós-prandial haja um aumento da síntese proteica e diminuição da degradação (acontecendo o contrário quando a insulina desce) esta variação cíclica diária na massa proteica é muito pequena (0,3%) e, além disso, as proteínas têm papeis biológicos que ficam comprometidos se a massa de proteínas do organismo descer de forma apreciável. Em geral a morte sobrevém quando, em consequência de jejum ou má nutrição, se perdem cerca de 50% das proteínas endógenas [4]. No caso do glicogénio hepático 24 horas sem ingestão de glicídios são suficientes para que este praticamente se esgote. No caso da gordura do tecido adiposo existem patologias congénitas compatíveis com a vida (lipodistrofias) em que este tecido está praticamente ausente. Um adulto saudável que não faz musculação, não está a recuperar de uma situação em que perdeu proteínas endógenas, nem está a engordar, está em equilíbrio azotado (tem um balanço azotado nulo) e em resposta a um aumento da ingestão de proteínas aumenta o catabolismo dos aminoácidos. Para o total do nitrogênio eliminado também contribui o nitrogênio das proteínas das células da pele ou das mucosas que no seu processo de renovação cíclica descamam assim como as proteínas da dieta cuja digestão e absorção é incompleta. A digestão incompleta de proteínas é mais marcada no caso das proteínas dos alimentos vegetais. Dependendo da dieta as perdas nas fezes podem constituir cerca de 20% do total do nitrogênio eliminado diariamente sendo que o restante é quase todo6, eliminado na urina. A percentagem de nitrogênio eliminado como ureia varia com a quantidade de proteínas ingeridas aumentando quando aumenta a quantidade de proteínas na dieta. Nas dietas “típicas” do ocidente cerca de 85% do nitrogênio urinário é nitrogênio uréico sendo o restante componente de disos compostos nitrogenados da urina (ácido úrico, creatinina, amónia, hipurato, fenil-acetil-glutamina, etc.). Assim, se admitirmos que à ingestão de 100 g/dia de proteínas (a ingestão média nos EUA) corresponde uma absorção de 80 g/dia a eliminação de ureia poderia ser de cerca de 23g/dia (80g x 0,16 x 60/28 x 0,85).

14- A velocidade com que o nitrogênio dos aminoácidos é contido em ureia depende da velocidade de desaminação e oxidação dos aminoácidos (catabolismo dos aminoácidos) e da atividade das enzimas do ciclo da ureia. Muitas das enzimas envolvidas no catabolismo dos aminoácidos têm Kms superiores às concentrações em que estes existem nas células, admitindo-se, por este motivo, que são sensíveis a variações na sua concentração. Em todas as células do organismo, mas particularmente no fígado que recebe diretamente os aminoácidos libertados aquando da digestão intestinal, o aumento de aminoácidos livres pode ser uma consequência de aumento da ingestão de proteínas na dieta. A velocidade de síntese de ureia é mínima quando a dieta não contém proteínas, mas contém glicídios e é, em termos calóricos, capaz de colmatar a despesa energética. Comparativamente com esta situação, o catabolismo dos aminoácidos e a síntese de ureia são maiores quando a ingestão alimentar é nula (apenas água). Neste último caso, porque a insulina está baixa (a insulina tem uma ação anabólica nas proteínas musculares), a proteólise endógena está aumentada fornecendo aminoácidos como substratos da gliconeogênese. Por outro lado a descida da secreção de insulina e a subida da de glicagina estimulam a captação de aminoácidos para o fígado, o seu catabolismo e a gliconeogênese. Se o tempo de jejum se prolonga por vários dias, parte da despesa energética do cérebro pode passar a ser colmatada pelos corpos cetônicos. No entanto, mesmo nesta situação, cerca de metade da despesa energética do cérebro deriva da oxidação da glicose e a gliconeogênese é essencial para formar a glicose que é consumida pelo cérebro.

Embora esta adaptação ao jejum (síntese de corpos cetônicos) permita que a degradação das proteínas endógenas diminua à medida que o tempo de jejum total se prolonga, a síntese de glicose no jejum total está em grande parte dependente da degradação das proteínas endógenas e da conversão dos aminoácidos glicogênicos em glicose. Acompanhando o aumento da síntese de corpos cetônicos, durante o jejum prolongado diminui a formação de T3 (hormônio tiroides) e esta diminuição provoca diminuição da degradação das proteínas endógenas.

15- Um outro fator que pode influenciar a velocidade de oxidação e catabolismo dos aminoácidos é a composição aminoacídico da dieta. Se uma dieta é deficiente num aminoácido essencial a síntese proteica está prejudicada e aumenta a concentração de aminoácidos livres. Existem aminoácidos que, em condições normais, seriam usados na síntese proteica e que, nestas circunstâncias, vão sofrer catabolismo. Uma dieta deficiente num aminoácido essencial provoca aumento do catabolismo dos outros aminoácidos. 16- A conversão dos aminoácidos em glicose ou a sua oxidação direta (via acetil-CoA) é acompanhada da formação de ureia. As condições que levam ao aumento do catabolismo dos aminoácidos também levam ao aumento da síntese de ureia. A ativação das enzimas do ciclo da ureia é, em geral, causada por aumento da sua síntese. No caso da sintetase de carbamil-fosfato I, a atividade depende estritamente da presença de um ativador alostérico: o N-acetil-glutamato. A enzima responsável pela síntese deste composto denomina-se sintase do N-acetil-glutamato e está também ativada (aumento da sua síntese), provocando ativação da sintetase de carbamil-fosfato I, quando a dieta é rica em proteínas. Acetil-CoA + glutamato --> N-acetil-glutamato + CoA

É encontrado abundantemente na urina e matéria fecal. É o principal produto terminal do metabolismo de proteínas em humanos e em outros mamíferos. A urina humana contém cerca de 20 g por litro, um adulto elimina 25 a 39 g por dia. É um dos poucos compostos orgânicos que não possuem ligações CC ou CH. Em quantidades menores, ocorre no sangue, no fígado, na linfa e nos fluidos serosos, e também nos excrementos de peixe e muitos outros animais. Também é encontrado no coração, nos pulmões, nos ossos e nos órgãos reprodutivos, bem como no sêmen.

A ureia é formada principalmente no fígado como produto final do metabolismo. O nitrogênio da ureia, que constitui 80% do nitrogênio na urina, vem da degradação dos vários compostos com nitrogênio, especialmente os aminoácidos das proteínas.na comida. Nos mamíferos, a ureia é formada em um ciclo metabólico chamado ciclo da ureia.

A ureia também está presente nos fungos, bem como nas folhas e sementes de numerosas leguminosas e cereais. Devido ao seu momento de dipolo, a ureia é solúvel em água e álcool e ligeiramente solúvel em éter.

É encontrado abundantemente na urina e matéria fecal. É o principal produto terminal do metabolismo de proteínas em humanos e em outros mamíferos. A urina humana contém cerca de 20 g por litro, um adulto elimina 25 a 39 g por dia. É um dos poucos compostos orgânicos que não possuem ligações CC ou CH. Em quantidades menores, ocorre no sangue, no fígado, na linfa e nos fluidos serosos, e também nos excrementos de peixe e muitos outros animais. Também é encontrado no coração, nos pulmões, nos ossos e nos órgãos reprodutivos, bem como no sêmen.

A ureia é formada principalmente no fígado como produto final do metabolismo. O nitrogênio da ureia, que constitui 80% do nitrogênio na urina, vem da degradação dos vários compostos com nitrogênio, especialmente os aminoácidos das proteínas.na comida. Nos mamíferos, a ureia é formada em um ciclo metabólico chamado ciclo da ureia.

A ureia também está presente nos fungos, bem como nas folhas e sementes de numerosas leguminosas e cereais. Devido ao seu momento de dipolo, a ureia é solúvel em água e álcool e ligeiramente solúvel em éter.