Para hablar de los veinte aminoácidos que componen las estructuras proteicas y los modificados, sería necesario describir al menos doce vías metabólicas especializadas.
Pero, ¿por qué las células utilizan tantas vías metabólicas que requieren energía (por ejemplo, para regenerar los sitios catalíticos de las enzimas), cada una con un patrimonio enzimático, para catabolizar los aminoácidos? De casi todos los aminoácidos es posible obtener, a través de vías especializadas, metabolitos que se utilizan en pequeña parte para producir energía (por ejemplo, a través de la gluconeogénesis y la vía de los cuerpos cetónicos) pero que, sobre todo, conducen a la formación de complejos moléculas, con un elevado número de átomos de carbono (por ejemplo, a partir de la fenilalanina y la tirosina, se producen hormonas en las glándulas suprarrenales especializadas para este fin); si por un lado sería sencillo producir energía a partir de aminoácidos, por otro sería complicado construir moléculas complejas a partir de moléculas pequeñas: el catabolismo de los aminoácidos les permite explotar su esqueleto para obtener especies más grandes.
Dos o tres hectogramos de aminoácidos son degradados diariamente por un individuo sano: 60-100 g de ellos provienen de las proteínas introducidas con la dieta, pero más de 2 hectogramos se obtienen del recambio normal de proteínas que son parte integrante del organismo ( los aminoácidos de estas proteínas, que son dañados por procesos redox, son reemplazados por otros y catabolizados).
Los aminoácidos aportan un aporte energético en términos de ATP: después de eliminar el grupo α-amino, el esqueleto carbonoso de aminoácidos restante, tras las transformaciones adecuadas, puede entrar en el ciclo de krebs. Además, cuando falta el aporte de nutrientes y disminuye la cantidad de glucosa, se activa la gluconeogénesis: se dice que los aminoácidos gluconeogenéticos son aquellos que, tras las oportunas modificaciones, pueden introducirse en la gluconeogénesis; los aminoácidos gluconeogenéticos son los que se pueden convertir en piruvato o en fumarato (el fumarato se puede convertir en malato que sale de la mitocondria y, en el citoplasma, se transforma en oxalacetato del que se puede obtener piruvato de fosfoenol) vinagre-acetato.
El que se acaba de describir es un aspecto muy importante porque los aminoácidos pueden remediar una deficiencia de azúcar en caso de ayuno inmediato; si el ayuno persiste, a los dos días interviene el metabolismo de los lípidos (porque las estructuras proteicas no se pueden atacar demasiado) es en esta fase en la que, dado que la gluconeogénesis es muy limitada, los ácidos grasos se convierten en acetil coenzima A y cuerpos cetónicos. Tras un mayor ayuno, el cerebro también se adapta para utilizar los cuerpos cetónicos.
La transferencia del grupo α-amino de los aminoácidos se produce mediante una reacción de transaminación; las enzimas que catalizan esta reacción, dicen, de hecho, transaminasas (o aminotransferasa). Estas enzimas utilizan un cofactor enzimático llamado fosfato de piridoxal, que interviene con su grupo aldehído. El fosfato de piridoxal es el producto de la fosforilación de la piridoxina, que es una vitamina (B6) que se encuentra principalmente en las verduras.
Las transaminasas tienen las siguientes propiedades:
Alta especificidad para un par α de cetoglutarato-glutamato;
Llevan el nombre de la segunda pareja.
Las enzimas transaminasas siempre involucran el par α cetoglutarato-glutamato y se distinguen según el segundo par involucrado.
Ejemplos:
L "aspartato transaminasa es decir, GOT (glutamato-acetato de ossal transaminasa): la enzima transfiere el grupo α-amino del aspartato al α-cetoglutarato, obteniendo oxaloacetato y glutamato.
L "alanina transaminasa es decir, GTP (glutamato-piruvato transaminasa): la enzima transfiere el grupo α-amino de "alanina" a α-cetoglutarato, obteniendo piruvato y glutamato.
Las diversas transaminasas utilizan α-cetoglurato como aceptor del grupo amino de los aminoácidos y lo convierten en glutamato, mientras que los aminoácidos que se forman se utilizan en la ruta de los cuerpos cetónicos.
Este tipo de reacción puede ocurrir en ambas direcciones ya que se rompen y forman enlaces con el mismo contenido energético.
Las transaminasas se encuentran tanto en el citoplasma como en la mitocondria (en su mayoría son activas en el citoplasma) y difieren en su punto isoeléctrico.
Las transaminasas también pueden descarboxilar aminoácidos.
Tendrá que haber una forma de convertir el glutamato de nuevo en α-cetoglutarato: esto se hace mediante desaminación.
Allí glutamato deshidrogenasa es una enzima capaz de transformar el glutamato en α-cetoglutarato y, por tanto, de convertir los grupos amino de los aminoácidos que se encuentran en forma de glutamato en amoniaco. Lo que ocurre es un proceso redox que pasa por el α-amino glutarato intermedio: el amoníaco y el α-cetoglutarato se liberan y regresan a la circulación.
Luego, la eliminación de los grupos amino de los aminoácidos pasa por las transaminasas (que se diferencian según el sustrato) y la glutamato deshidrogenasa, que determina la formación de amoniaco.
Hay dos tipos de glutamato deshidrogenasa: citoplasmática y mitocondrial; el cofactor, que también es el cosustrato de esta enzima, es NAD (P) +: la glutamato deshidrogenasa utiliza NAD + o NADP + como aceptor de poder reductor. La forma citoplásmica prefiere, aunque no exclusivamente, NADP +, mientras que la forma mitocondrial prefiere NAD +. La forma mitocondrial tiene el propósito de eliminar los grupos amino: conduce a la formación de amoníaco (que es un sustrato de una enzima especializada en la mitocondria) y NADH (que se envía a la cadena respiratoria). La forma citoplasmática funciona en sentido inverso, es decir, utiliza amoniaco y α-cetoglutarato para dar glutamato (que tiene un destino biosintético): esta reacción es una biosíntesis reductora y el cofactor utilizado es NADPH.
La glutamato deshidrogenasa actúa cuando es necesario eliminar los grupos amino de aminoácidos como el amoniaco (a través de la orina) o cuando se necesitan esqueletos de aminoácidos para producir energía: esta enzima tendrá, por tanto, como moduladores negativos los sistemas que son una indicación. de buena disponibilidad energética (ATP, GTP y NAD (P) H) y como moduladores positivos, los sistemas que indican necesidad de energía (AMP, ADP, GDP, NAD (P) +, aminoácidos y hormonas tiroideas).
Los aminoácidos (principalmente leucina) son moduladores positivos de la glutamato deshidrogenasa: si los aminoácidos están presentes en el citoplasma, pueden usarse para la síntesis de proteínas, o deben eliminarse porque no se pueden acumular (esto explica por qué los aminoácidos son moduladores positivos ).
Eliminación de amoníaco: ciclo de la urea
Los peces eliminan el amoniaco introduciéndolo en el agua por las branquias; las aves lo convierten en ácido úrico (que es un producto de condensación) y lo eliminan con las heces. Veamos qué pasa en los humanos: hemos dicho que la glutamato deshidrogenasa convierte el glutamato en α- cetoglutarato y amoníaco, pero no hemos dicho que esto ocurra solo en las mitocondrias del hígado.
Un papel fundamental en la eliminación del amoníaco, a través del ciclo de la urea, lo desempeñan las transaminasas mitocondriales.
El dióxido de carbono, en forma de ion bicarbonato (HCO3-), es activado por el cofactor de biotina formando carboxi biotina que reacciona con el amoníaco para dar ácido carbámico; la siguiente reacción usa ATP para transferir un fosfato al ácido carbámico formando carbamil fosfato y ADP. (la conversión de ATP en ADP es la fuerza impulsora para la obtención de carboxibiotina). Esta fase es catalizada por carbamil fosfato sintetasa y ocurre en la mitocondria. El fosfato de carbamilo y la ornitina son sustratos para la enzima. ornitina trans carbamilasa que los convierte en citrulina; esta reacción ocurre en las mitocondrias (hepatocitos). La citrulina producida sale de la mitocondria y, en el citoplasma, pasa por la "acción de"succinato sintetasa de arginina: se produce la fusión entre el esqueleto carbonoso de la citrulina y el de un aspartato mediante un ataque nucleofílico y posterior eliminación de agua. La enzima arginina succinato sintetasa requiere una molécula de ATP por lo que hay un acoplamiento energético: la hidrólisis del ATP a AMP y pirofosfato (este último se convierte luego en dos moléculas de ortofosfato) se produce por la expulsión de una molécula d "agua del sustrato y no por la acción del agua del medio.
La "siguiente enzima es la"succinasa de arginina: esta enzima es capaz de dividir el succinato de arginina en arginina y fumarato dentro del citoplasma.
El ciclo de la urea se completa con la enzima. arginasa: se obtienen urea y ornitina; la urea es eliminada por los riñones (orina) mientras que la ornitina regresa a la mitocondria y reanuda el ciclo.
El ciclo de la urea está sujeto a modulación indirecta por la arginina: la acumulación de arginina indica que el ciclo de la urea debe acelerarse; la modulación de la arginina es indirecta porque la arginina modula positivamente la enzima acetil glutamato sintetasa. Este último es capaz de transferir un grupo acetilo en el nitrógeno de un glutamato: se forma N-acetilglutamato, que es un modulador directo de la enzima carbamil-fosfo sintetasa.
La arginina se acumula como un metabolito del ciclo de la urea si la producción de carbamilfosfato no es suficiente para eliminar la ornitina.
La urea se produce solo en el hígado, pero hay otros sitios donde tienen lugar las reacciones iniciales.
El cerebro y los músculos utilizan estrategias especiales para eliminar los grupos amino. El cerebro utiliza un método muy eficaz en el que se utiliza una enzima. glutamina sintetasa y una enzima glutamasa: el primero está presente en las neuronas, mientras que el segundo se encuentra en el hígado. Este mecanismo es muy eficiente por dos razones:
Dos grupos amino se transportan del cerebro al hígado en un solo vehículo;
La glutamina es mucho menos tóxica que el glutamato (el glutamato también realiza la transferencia neuronal y no debe superar la concentración fisiológica).
En el pescado, un mecanismo similar lleva el grupo amino de aminoácidos a las branquias.
Desde el músculo (esquelético y cardíaco), los grupos amino llegan al hígado a través del ciclo glucosa-alanina; la enzima involucrada es la glutamina-piruvato transaminasa: permite la transposición de grupos amino (que están en forma de glutamato), convirtiendo el piruvato en alanina y, al mismo tiempo, el glutamato en α-cetoglutarato en el músculo y, catalizando la proceso inverso en el hígado.
Las transaminasas con diferentes tareas o posiciones también tienen diferencias estructurales y son determinables por electroforesis (tienen diferentes puntos isoeléctricos).
La presencia de transaminasas en la sangre puede ser un síntoma de daño hepático o cardíaco (es decir, daño tisular de las células hepáticas o cardíacas); las transaminasas se encuentran en concentraciones muy elevadas tanto en el hígado como en el corazón: mediante electroforesis es posible establecer si el daño se ha producido en las células del hígado o del corazón.
