Metabolismo de Proteínas

Instituto de Química de São Carlos – IQSC

Universidade de São Paulo

Disciplina: Bioquímica II

Docente: Profa. Dra. Fernanda Canduri

Digestão de proteínas da dieta

Absorção e transporte dos aminoácidos às células

Desaminação dos aminoácidos

Transaminação

Desaminação oxidativa

Ciclo da uréia

As reações do ciclo

Regulação do ciclo da uréia

Origem dos aminoácidos

Outros compostos nitrogenados

Conteúdo

Visão geral do metabolismo

Digestão de proteínas da dieta

A maior parte do nitrogênio da dieta é consumido na forma de proteína (vegetal ou animal) – cerca de 70 a 100g ao dia

As proteínas são muito grandes para serem absorvidas pelo intestino e, sendo assim, devem ser hidrolisadas até seus aminoácidos, os quais serão absorvidos

As enzimas proteolíticas são produzidas por três órgãos: estômago, pâncreas e intestino delgado

O estômago secreta o suco gástrico, que contém o ácido clorídrico e a proenzima pepsinogênio: o ácido desnatura proteínas da dieta e ativa o pepsinogênio, formando pepsina

O pepsinogênio é ativado também por outras moléculas de pepsina já ativas

A pepsina libera peptídeos e alguns aminoácidos livres das proteínas da dieta

Digestão de proteínas da dieta

Digestão e absorção dos aminoácidos

Ao entrar no intestino delgado, os polipeptídeos grandes

produzidos no estômago pela ação da pepsina são

subsequentemente clivados a oligopeptídeos e aminoácidos por

um grupo de proteases pancreáticas: tripsina, quimotripsina,

elastase e carboxipeptidases, todas secretadas na forma de

proenzimas e ativadas pela tripsina

A liberação e ativação das proenzimas pancreáticas é mediada

pela secreção de colecistocinina e secretina

Aminoácidos livres e dipeptídeos são absorvidos pelas células

epiteliais intestinais, onde os dipeptídeos são hidrolisados antes

de entrarem na corrente sanguínea

Os aminoácidos são metabolizados pelo fígado

Transporte dos aminoácidos às células

A concentração de aminoácidos livres nos líquidos extracelulares é significativamente menor do que no meio intracelular

Sistemas de transporte ativo são necessários para o movimento de aminoácidos do meio extra para o meio intracelular, sendo que há diferentes sistemas de transporte para diferentes aminoácidos

Via catabólica de peptídeos endógenos e exógenos pelas peptidases

peptídeos

aminoácidos

cetoácidos

peptidases

Destinos dos aminoácidos

Transaminação

Transferência de grupo amino de um aminoácido para outro, através de um cetoácido

Os aminoácidos são desaminados por transaminação: transferência do seu grupo amino a um cetoácido para produzir o cetoácido do aminoácido original e um novo aminoácido

O grupo aceptor predominante é o cetoglutarato, produzindo glutamato e o novo cetoácido

O grupo amino do glutamato pode ser transferido ao oxaloacetato em uma segunda reação de transaminação, produzindo aspartato, formando novamente cetoglutarato

As enzimas que catalisam a transaminação são designadas aminotransferases ou transaminases, que necessitam da coenzima piridoxal-fosfato (PLP – derivado da vitamina B6)

Reações de transaminação

Em reações do anabolismo dos aminoácidos o grupo a-amino

do glutamato e o grupo amino da cadeia lateral da glutamina são

transferidos para outros compostos, na presença da PLP

Transaminação Aminoácido 1

Aminoácido 2

Cetoácido 1

Cetoácido 2

No músculo, a alanina é produzida a partir do piruvato por

transaminação, e no fígado a alanina, por nova transaminação, é

convertida a piruvato novamente

Relação entre o metabolismo de carboidratos e de

aminoácidos

Desaminação

O glutamato produzido por transaminação pode ser

oxidativamente desaminado, que resulta no cetoglutarato e na

liberação do grupo amino como amônia livre

São reações que ocorrem predominantemente no fígado e rins,

e fornecem a-cetoácidos e amônia, que é uma fonte de

nitrogênio na síntese de uréia

A glutamato desidrogenase catalisa a desaminação oxidativa do

glutamato, único aminoácido que sofre desaminação rápida

A glutamato desidrogenase usa NAD+ ou NADP+ como

coenzima

A ação sequencial de transaminação e subsequente

desaminação do glutamato provê uma rota através da qual os

grupos amino da maioria dos aminoácidos podem ser liberados

como amônia

A desaminação pela glutamato desidrogenase

Reguladores alostéricos da

glutamato desidrogenase

O ATP e o GTP são

inibidores alostéricos,

enquanto o GDP e o ADP

são ativadores da enzima

Quando os níveis de

energia estão baixos, a

degradação dos

aminoácidos pela

glutamato desidrogenase é

elevada, fornecendo a-

cetoglutarato como

substrato para o ciclo de

Krebs

Metabolismo dos compostos nitrogenados

Quando em excesso, a amônia é utilizada na conversão de glutamato a

glutamina, reação catalisada pela glutamina-sintase em uma reação que

requer ATP

NH4 + glutamato + ATP glutamina + ADP + Pi

Ao contrário, quando o nitrogênio é limitante, a conversão de glutamato à

glutamina é o modo preferencial de assimilação de nitrogênio

O ciclo da uréia

As reações:

As duas primeiras reações

ocorrem na mitocôndria,

enquanto todas as

enzimas restantes do ciclo

estão localizadas no

citosol

1. Formação do carbamoil

fosfato: ação da carbamoil

fosfato sintase I

dependente da clivagem

de duas moléculas de

ATP. A amônia

incorporada ao carbamoil

fosfato é proveniente da

desaminação do

glutamato. O átomo de N

derivado desta amônia

torna-se um dos N da

uréia.

2. Formação de citrulina: a

ornitina e citrulina são

aminoácidos básicos que

participam no ciclo da uréia

mas não são incorporados

nas proteínas. A ornitina é

regenerada em cada volta do

ciclo da uréia. A liberação do

fosfato do carbamoil fosfato

em forma de Pi direciona a

reação. A citrulina, o produto,

é transportado ao citosol.

3. No citosol, a citrulina

condensa-se ao aspartato

para formar

argininosuccinato. O

aspartato fornece o segundo

N que é incorporado à uréia.

O terceiro ATP é consumido.

O ciclo da uréia

As reações do ciclo da uréia

Assim, enquanto outros

tecidos podem sintetizar a

arginina, somente o fígado

pode clivar a arginina e

sintetizar uréia.

A uréia difunde-se a partir do

fígado e é transportada no

sangue até os rins, onde é

filtrada e excretada na urina.

A ornitina entra novamente

na mitocôndria para

continuar o ciclo.

4. O argininosuccinato é clivado para originar arginina e fumarato. A

arginina formada por esta reação serve como precursor imediato da uréia

5. A arginase cliva a arginina em ornitina e uréia. A arginase ocorre quase

exclusivamente no fígado.

Regulação do ciclo da uréia

Quando há excesso de amônia, esta será diretamente convertida a

uréia pelo ciclo da uréia, ou direcionada para formação do

glutamato e glutamina, e aspartato

O N-acetilglutamato é um ativador essencial da carbamoil fosfato sintase I, a etapa limitante da velocidade no ciclo da uréia.

Ele é sintetizado a partir de NADH e glutamato, quando estes estão

em excesso

Sua concentração hepática aumenta após a ingestão de uma

refeição rica em proteínas, levando a um aumento da

velocidade da síntese de uréia

Regulação do ciclo da uréia

Quando há excesso do

aminoácido aspartato, este

por transaminação gera

glutamato, que por sua vez,

sofre desaminação e a

amônia formada leva a

formação do carbamoil

fosfato, que alimenta o ciclo

da uréia

O aspartato em excesso

pode também entrar

diretamente no ciclo da

uréia

As famílias dos aminoácidos baseadas em suas rotas

catabólicas

Aminoácidos glicogênicos são

aqueles que dão origem ao

piruvato ou intermediários do

ciclo de Krebs, pela

transaminação e desaminação

(quadro amarelo)

Aminoácidos cetogênicos são

aqueles que dão origem ao

acetoacetato e/ou acetil CoA

(quadro rosa)

Alguns possuem vias

alternativas, como isoleucina,

treonina, fenilalanina, triptofano e

tirosina

Origem dos 20 aminoácidos

• Quase a metade dos aminoácidos devem ser adquiridos na dieta: são os

aminoácidos essenciais.

• A fenilalanina e o triptofano são sintetizados por microrganismos e plantas, e

geralmente envolvem mais etapas do que os aminoácidos não-essenciais

Transaminação de aminoácidos não-essenciais

Os aminoácidos são precursores de hormônios e/ou neurotransmissores

Listas de exercícios

1. Explique onde e como ocorre a digestão de proteínas da dieta. Como a

proteína intracelular é degradada?

2. Fale sobre as diferentes funções dos aminoácidos nos organismos. Quais

suas possíveis rotas?

3. Qual a importância do aminoácido alanina? E do aminoácido glutamato?

4. Em que órgão ocorre a síntese de uréia? Em que parte da célula ocorre?

Qual seu destino?

5. Explique como o ciclo da uréia é regulado quando há excesso de amônia.

6. Como podemos separar os aminoácidos segundo as rotas catabólicas?

7. Quais são os aminoácidos essenciais?

8. Os aminoácidos não-essenciais são sintetizados a partir de intermediários

metabólicos comuns. Quem são eles?

9. Dê um exemplo da importância de alguns aminoácidos na síntese de

outros compostos.