O nitrogênio molecular ( N abundante na atmosfera - iq.usp.br · Regulação do ciclo da uréia...
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O nitrogênio molecular ( N2)abundante na atmosfera
• Para ser utilizado pelos animais, ele precisa ser fixado
• reduzido de N2 para NH3 (amônia)
• (microorganismos, plantas, descargas elétricas)
Fixação de nitrogênio
• Somente algumas poucas bactérias de solo ou que vivem associadas a raízes de plantas podem converter N2 a NH3 -> Fixação de nitrogênio
• N2 + 8e-+ 8H+ + 16 ATP +16 H2O 2NH3 + 16ADP + 16Pi + H2
As rotas de biossíntese de aminoácidos e nucleotídeos necessitam de nitrogênio na forma
solúvelAmônia, aminoácidos e nucleotídeos são utilizados de forma econômica pela maioria dos organismos
• Reciclagem e Reutilização
Reciclagem
• Aminoácidos em excesso não sãoarmazenados.
• Indivíduo saudável, com dieta adequada, elimina nitrogênio correspondente a cercade 100g/proteína/dia.
• 400 g de proteínas devem ser renovadas/dia.• Portanto 100 g devem ser repostos pela
alimentação
Aminoácidos
Proteínas da dieta Proteínas endógenas
Compostos nitrogenadosnão-proteicos
Grupo amino
uréia
Gástrica• HCl do suco gástrico – mata microorganismos e
desnatura proteínas.• A mucosa gástrica é recoberta por uma camada de
muco, que a protege da agressão do suco gástrico, bastante corrosivo
• A denaturação torna as proteínas mais susceptíveis àhidrólise de proteases gástricas (família da pepsina).
• Pepsinas são enzimas que são ativas em pH ácido.• Pepsina ativa é gerada a partir da pró-enzima
pepsinogênio (remoção de 46 aminiácidos do NH2terminal), em pH abaixo de 2.
• Pepsina corta proteínas em peptídeos menores e aminoácidos livres
Fase Pancreática e Intestinal
• O suco pancreático é rico em pró-enzimasque só são ativadas ao chegarem ao lúmendo intestino delgado
Intestino Delgado
À medida que o conteúdo ácido do estômago chega ao intestino estimula a secreção de secretina.
A secretina estimula o pâncreas a secretar bicarbonato de sódio. O pH aumenta para 7.
A entrada dos peptídeos na parte superior do intestino libera o hormônio colecistoquina.
A colecistoquina estimula a secreção de enzimas pancreáticas (tripsina, quimiotripsina, carboxipeptidase).
Uma protease produzida pelo duodeno (enteropepdidase) ativa o tripsinogênio a tripsina.
Tripsina ativa as outras pró-enzimas.Os aa livres entram nos capilares sanguíneos das
vilosidades e são transportados até o fígado.
Estômago:A entrada das proteínasno estômago estimula amucosa gástrica a secretar gastrina ->estimula secreção deHCl e pepsinogênio.
As proteínasdenaturamEm pH baixo->ligaçõesacessíveis ahidrólise enzimática.Pepsinogênioé convertido empepsina.A pepsina hidrolisa as proteínasEm peptídeos
O grupo amino e o esqueleto de carbono seguem vias separadas mas conectadas
• A maioria dos amino ácidos é metabolizada no fígado. Leucina, isoleucina e valina são oxidados principalmente como combustível no músculo, tecido adiposo, rim e cérebro). Esses tecidos têm uma aminotransferase, ausente no fígado, que age nesses aminoácidos ramificados.
O nitrogênio é abundante na atmosfera mas muito inerte para ser usado na maioria dos processos bioquímicos.
• A amônia gerada é reciclada é usada nas sínteses .• O excesso de amônia é excretado.
A amônia é tóxica para os animais• As bases moleculares não são totalmente
esclarecidas• Em humanos, estágios finais de intoxicação-leva
ao coma.• Mudanças de pH celular e diminuição de
intermediários de ciclo de Krebs• Excesso de NH3 leva a alcalinização de fluidos
celulares• Um deslocamento do equilíbrio na reação da
glutamina sintetase pode depletar alfa-cetoglutarato no cérebro reduzindo ATP
O papel do glutamato e da glutamina
• O glutamato e a glutamina desempenham papel crucial no metabolismo do nitrogênio.
• No citossol de hepatócitos, amino grupos da maioria de amino ácidos são transferidos para o alfa-cetoglutarato formando glutamato.
• O excesso de amônia gerado na maioria dos outros tecidos é convertida no grupo amino da glutamina.
O grupo amino da maioria dos aa é coletado como glutamatoReação catalisada por aminotrasferases (transaminases)
Aminotransferases = transaminases
Reservatório temporário de grupos amino
As células têm várias aminotransferases uma para cada amino ácido
O nome da enzima está relacionado com o amino ácido doador do amino grupo para o
alfa-cetoglutarato, por exemplo: Alanina aminotransferase; aspartato
aminotransferaseAs reações das aminotransferases são
reversíveis
Os amino grupos são coletados no fígado na forma de glutamato
Nos hepatócitos, glutamato étransportado do citossol para a
mitocôndria onde sofre desaminação oxidativa ou transaminação
Em uma segunda etapa, os amino grupos originam aspartato e/ou amônia
A glutamato desidrogenase utiliza tanto NAD+ como NADP+
O glutamato pode ser desaminado e o grupo amino liberado comoamônia (NH4
+) em pH fisiológico
Glutamato desidrogenasemitocondrial
O glutamato também tem outro destino. Transaminação formando aspartato (o segundo depositário de grupo amino dos aminoácidos).
aspartato aminotransferase
Alguns aminoácidos sãodesaminados por reações especiais
• Glicina, histidina, lisina, metionina, prolina, serina e treonina
Não participam de reações de transaminação
Ao longo da via de degradação o grupo amino é liberadoComo NH4
+ ou forma glutamato . Mesmos produtos dosOutros aminoácidos
• A ação combinada da aminotransferase e glutamato desidrogenase resulta naconvergência do grupo amino da maioriados aa em 2 compostos:
• NH4+ e aspartato
Glutamina e Alanina são transportadores de amônia para o
Fígado
Como a amônia é tóxica e a sua conversão em uréia ocorre no fígado, o NH4
+ produzido em outros tecidos é incorporado em compostos não
tóxicos que atravessam membranas com facilidade:
Alanina no músculoGlutamina na maioria dos tecidos extra-hepáticos
A alanina transporta amônia do músculo para o fígado
• Ciclo alanina-glicose• O gasto energético da gliconeogênese é
imposto ao fígado e não ao músculo que precisa de todo ATP para a contração muscular.
Átonos de nitrogênio da uréia
amônia aspartato
O ciclo da uréia e o TCA foi descoberto por Sir Hans Krebs e colaboradores
Hans KrebsThe Nobel Prize in Physiology or Medicine 1953
O Ciclo da uréia
• O excesso de amônia é excretado como uréia pelos organismos ureotélicos.
• A produção de uréia ocorre no fígado.• A uréia produzida passa para a corrente
sanguínea e vai para o rim onde é excretada pela urina.
Formação de carbamoil fosfato
Carbamoil fosfato sintetase INH4
+ formado na mitocôndria hepática + CO2 produzido pela
respiração
Amônia (primeiro nitrogênio da uréia) entra no ciclo após
condensação com bicarbonato paraformar carbamoil fosfato
Formação da citrulina na matrizmitocondrial
• Ornitina transcarbamoilase
Ornitina + carbamoil fosfato citrulina
Citrulina é transportada para for a da mitocôndria , onde as outrasReações do ciclo da uréia acontece,
Soma das reações
Aspartato + NH4+ + HCO3
- + 3ATP + H2O
Uréia + fumarato + 2ADP + 2Pi + AMP + PPi + 4H+
Consumo de 4 ligações fosfato ricas em energia
oxaloacetato
O destino do fumarato
• O fumarato pode ser convertido a oxaloacetato, por reações analógas aoKrebs, só que as enzimas envolvidas sãocitossólicas.
• O Oxaloacetato por transaminação forma aspartato.
Esquema geral da síntese da uréia Balanço energético do processo
CICLO DE
KREBS
CICLO DA
URÉIA
Glicose
Toxicidade da Amônia• Encefalopatia Hepática• Lesões severas no fígado ou deficiências
genéticas• ↓ atividade do Ciclo da Uréia• Hiperamonemia
PODE
contrib uir
α-cetoglutarato Glutamato+ NH3
NAD(P)H
NAD(P)+
Glutamina
GABA
ATPNH3
ADP
Regulação do ciclo da uréia
• O fluxo de nitrogênio varia com a dieta.• Todas as enzimas do ciclo da uréia e a a
carbomoilfosfato sintase são sintetizadas em velocidade maior em animais com dietas ricas em proteínas.
• Existe também regulação alostérica da carbomoilfosfato sintase.
•O fluxo de nitrogêniovaria com a dieta.
•Todas as enzimas do ciclo da uréia e a carbomoilfosfato sintasesão sintetizadas em maiorquantidade em animaiscom dieta rica em proteínas.
•Existe também regulaçãoalostérica (+) da carbomoilfosfato sintasepelo N-acetil-glutamato
Regulação do ciclo da uréia
Quandoaumentadegradação de aminoácidos
Degradação da cadeia carbônica
• Piruvato (glicogênicos)• Intermediários do ciclo de Krebs
(glicogênicos)• Acetil-CoA (cetogênicos)
Fenilcetonúria
Defeito hereditário frequente no metabolismode aminoácido causada por aumento de fenilalanina hidroxilase
Deficiência da fenilalanina hidroxilase = fenilcetonúria
Defeito hereditário mais frequente do metabolismo de aminoácidos é a fenilcetonúria. Ocorre acúmulo de fenialanina, que gera fenilpiruvato em reação de transaminação com α-cetoglutarato.
Deficiência da fenilalanina hidroxilase = fenilcetonúria
Na fenilcetonúria ocorre acúmulo de fenialanina, que gera fenilpiruvato em reação de transaminação com α-cetoglutarato.
Fenilpiruvato compete com piruvato pela piruvatotranslocase, restringindo a entrada de piruvato na mitocôndria e portanto a produção de ATP a partir de glicose.
Indivíduos afetados apresentam retardamento mental, pigmentação deficiente da pele e cabelo.
Mais de 100 doenças hereditárias devido a deficiências no metabolismo de aminoácidos já foram descritas
AspartameN-L-alfa-aspartil-L-fenilalanina 1-metilester
Essenciais Não Essenciais A partir de essenciais
Fenilalanina Alanina tirosinaHistidina Arginina CisteínaIsoleucina AsparaginaLeucina AspartatoLisina CisteínaMetionina GlutamatoTreonina GlutaminaTriptofano GlicinaValina Prolina
SerinaTirosina
Transaminases de Importância em Diagnóstico
TGP (ALT)-Transaminase
Glutâmico-Pirúvica
TGO (AST)- TransaminaseGlutâmico-oxalacético