1 Unidad Metabolismo Del Nitrogeno

 

Bioquímica del Nitrógeno y regulación genética. > genética. >

1. Metabolismo del nitrógeno

1.1 Metabolismo del nitrógeno.  Los seres humanos son totalmente dependientes de otros organismos para convertir el nitrógeno atmosférico en las formas disponibles para el cuerpo. La fijación de nitrógeno es realizada por las nitrogenasas bacterianas que forman nitrógeno reducido, NH4 el cu!l puede ser entonces utilizado por todos los organismos para formar los amino!cidos.   "l nitrógeno reducido ingresa al cuerpo humano como amino!cidos libres dietéticos, prote#na, $ amon#aco producido por las bacterias del tracto intestinal. %n par de enzimas principales, la glutamato deshidrogenasa $ la glutamina sintasa, se encuentran en todos los organismos $ efect&an la conversión de amon#aco en los amino!cidos glutamato $ glutamina, respectivamente. Los grupos amino $ amido de estas ' substancias son libremente transferidos a otros esqueletos de carbono por reacciones de transaminación $ transamidación.  

1.2 Degradación de aminoácidos.

 Aminoácidos que se degradan a acetil-CoA

Los esqueletos de () a.a. forman acetil*+o que entra directamente en el ciclo del !cido c#trico. -e los (),  se degradan a acetil*+o v#a piruvato. Los otros  se convierten en acetil*+o $/o acetoacetil*+o, que se rompe seguidamente para formar acetil*+o. Los  a.a. que entran v#a piruvato son alanina, glicina, serina, ciste#na $ triptófano. La treonina se degrada en el hombre a succinil*+o. La alanina da piruvato directamente el transaminarse con a *cetoglutarato, al igual que la cadena lateral del triptófano, que al cortarse da alanina $, por tanto, piruvato. La ciste#na se convierte piruvato en ' pasos, para el en !tomo de azufre, siendo el otroen una transaminación. Launo serina seeliminar convierte piruvato

 

mediante la serina deshidratasa. La glicina tiene ' rutas. 0e puede convertir en serina por adición enzim!tica de un grupo hidro1imetilo. La segunda ruta, que predomina en animales, implica una rotura o1idativa en +2 ', NH4 $ un grupo metileno. "l cofactor tetrahidrofolato es el portador de unidades monocarbonadas en ambas reacciones. 3orciones del esqueleto carbonado de  a.a.* triptófano, lisina, fenilalanina, tirosina, leucina e isoleucina 5 producen acetil* +o $/o acetoacetil*+o. La deshidratación del triptófano constitu$e la ruta m!s compleja de todas las v#as catabólicas de a.a. en tejidos animales6 parte del triptófano produce acetil*+o por rutas diferentes7 v#a piruvato $ v#a acetoacetil*+o. lgunos intermediarios del catabolismo del triptófano son precursores necesarios para la bios#ntesis de otras moleculas importantes7 niacina 8precursor del N- $ N-39 $ del neurotransmisor serotonina. La degradación de fenilalanina, $ su producto de o1idación tirosina se degradan dando ' fragmentos, que pueden entrar en el ciclo del !cido c#trico, pero en puntos diferentes del mismo7 4 de los : !tomos de + de la fenilalanina z de la tirosina dan acetoacetato libre, que se convierte en acetil*+o, mientras que un segundo fragmento se recupera en forma de fumarato. s# ; de los : !tomos de + de estos a.a. entran en el ciclo del !cido c#trico 8el + restante se pierde en forma de +2'9. La fenilalanina, después de su hidro1ilación, seconvierte en tirosina, es también precursor de las hormonas adrenalina $ noradrenalina, secretadas por la médula adrenal.

 Aminoácidos que s  Aminoácidos se e conviert convierten en en a -ceto -cetoglutarato glutarato Los esqueletos carbonados de  a.a. 8arginina, histidina, glutamato, glutamina $ prolina9 entran en el ciclo del< !cido c#trico v#a a cetoglutarato. 3rolina, glutamato -

$ glutamina tienen esqueletos pentacarbonados. La transaminación o desaminación del glutamato produce el intermediario del ciclo del !cido c#trico a * cetoglutarato. La arginina e histidina se convierten también en glutamato.  

 Aminoácidos  Aminoá cidos que s se e conviert convierten en en succi succinil-CoA  nil-CoA  Los esqueletos carbonados de metionina, isoleucina, treonina $ valina se degradan a través de rutas que dan succinil*+o, que es un intermediario del ciclo del !cido c#trico. La metionina dona su grupo metilo a través de la 0* adenosilmetionina a uno de los diversos aceptores posibles. La isoleucina, valina $ treonina también se convierten primero en propionil*+o, el cual luego se

 

transforma en succinil*+o.  

Degradación de los aminoácidos ramificados  unque la ma$or parte del del metabolismo metabolismo de los los a.a. transcurre transcurre en el h#gado, h#gado, los los = a.a. con cadenas ramificadas 8leucina, isoleucina $ valina9 se o1idan como combustibles principalmente en el m&sculo, tej. adiposo, ri *>3 3 el cual cual es desp de splaz lazad ado o por por el amino amino del del aspar aspartat tato. o. "n el argin arginosu osucc ccina inato, to, est!n est!n $a los componentes de la urea, producto final de e1creción.

"rginosuccinasa "l grupo amino del aspartato est! unido al esqueleto del aspartato, la arginosuccinasa cataliza la eliminación de arginina del esqueleto del aspartato formando fumarato que puede ser reconvertido a aspartato para ser  utilizado en esta misma reacción 8v#a fumarasa $ malato deshidrogenasa para formar o1aloacetato de solamente una transaminación. "stas sondelas mismas enzimas del cicloseguido de Brebs, que citopl!smicas, hecho

 

esta malato deshidrogenasa utiliza N-9 

 Arginasa La reacción final del ciclo conlleva a la hidrólisis de la arginina para producir urea $ ornitina, que vuelve a entrar a la mitocondria para repetir el ciclo.  

"l costo energético del proceso son = ?3, pero el ciclo genera un N-H en la remoción del amino en la desaminación o1idativa catalizada por  la glutamato deshidrogenasa $ otro en la transformación del fumarato v#a o1aloacetato a aspartato. La reo1idación de estos N-Hs en la mitocondria dar!  ?3. 

1.# l ciclo del nitrógeno.

 

 

-escripción del flujo de nitrógeno en la biosfera. "l nitrógeno, los nitritos $ los nitratos son utilizados por las bacterias 8fijación de nitrógeno9 $ las plantas $ nosotros asimilamos estos compuestos como prote#na en nuestra dieta. La incorporación del amon#aco en los animales ocurre a través de acciones de la glutamato deshidrogenasa $ de la glutamina sintasa. "l glutamato desempeediante la glutamina sintetasa se realiza una segunda reacción de aminación sobre el glutamato obteniendo la glutamina. Flutamato  NH4  ?3 ?3 G glutamina  -3  3i  H La glutamina es uno de los principales sustratos utilizados por las transaminasas o aminotransferasas, para incorporar los grupos amino sobre los esqueletos carbonados.

+utas biosintéticas de los aminoacidos Las rutas biosintéticas son mu$ variadas, algunas requieren una &nica reacción $ otras son de una gran complejidad. Los amino!cidos no esenciales tienen v#as biosintéticas relativamente simples, mientras que las rutas sintéticas de los esenciales son bastante complejas.

 

-entro de las m!s sencillas estar#an las que invirtiendo las reacciones de transaminación, estudiadas en las rutas catabólicas, permiten obtener, en una &nica reacción, los siguientes amino!cidos7 3iruvato  glutamato G lanina  D*cetoglutarato 21alacetato  glutamato G spartato  D*cetoglutarato 0i el donador de grupos amino es la glutamina, el proceso es catalizado por una enzima mu$ ubicua, la asparraginasa $ se realiza con coste energético,  spartato  sparta to  glutamina glutamina  ?3 G sparragi sparragina na  glutamato glutamato  -3 -3  3i 3i @ncluso utilizando un amino!cido esencial como la fenilalanina en una &nica reacción puede obtenerse un amino!cido no esencial como la tirosina7 Aenilalanina  2'  N-3H  H G ?irosina ?irosina  N-3  H'2 0in embargo, las rutas pueden ser m!s complejas, $ para clasificarlas se agrupa a los amino!cidos por familias, dependiendo del metabolito precursor.

Derivados del ,-cetoglut ,-cetoglutarato arato "l D*cetoglutarato, metabolito intermediario del ciclo del !cido c#trico, da origen al glutamato $ a partir de éste se forman, glutamina, arginina $ prolina. La glutamilna se sintetiza a través de la reacción de aminación directa, tal como se ha comentado previamente.

 

La arginina se obtiene en el ciclo de la urea, $ aunque la ma$or parte de ella se rompe, por acción de la arginasa, en ornitina $ urea, puede proporcionar la suficiente cantidad de amino!cido para el recambio proteico de un individuo adulto, no as# en los individuos jóvenes que precisan cantidades elevadas para el crecimiento.

Derivados del &-fosfoglicerato "ste metabolito es un intermediario de la glucólisis $ a través de reacciones de transaminación $ reducción da lugar a serina.  partir de la serina, se obtienen dos amino!cidos7 la glicina por eliminación de un !tomo de carbono a través de un transportador, el tetrahidrofolato que mueve unidades activadas de un !tomo de carbono. La s#ntesis de ciste#na requiere la participación, adem!s de serina que proporciona el esqueleto carbonado, de otro amino!cido, la metionina, que le suministra el !tomo de azufre. "n una primera reacción la metionina se convierte en 0*adenosil*metionina, pierde un grupo metilo $ reacciona con la serina para dar el amino!cido ciste#na.

+egulación de la sntesis de los aminoácidos La regulación de las v#as biosintéticas aminoac#dicas se lleva a cabo mediante diversos mecanismos. "l eje de la regulación en la célula parte de la determinación de las necesidades. 0e ha de considerar que una parte de los amino!cidos necesarios para la s#ntesis proteica 8alrededor de las =/4 partes9 se recuperan de los formados en la degradación de prote#nas, $ tan sólo el resto deben incorporarse con la dieta o en <imo e1tremo, ser sintetizados de nuevo. La retro regulación o regulación feed*bac es un sistema com&n en las v#as biosintéticas de los amino!cidos, de tal forma que el producto final bloquea la enzima inicial de la ruta, deteniéndose el proceso cuando la demanda del producto disminu$e $ su concentración aumenta. "n rutas divergentes, se requiere el aumento de concentración de todos los productos finales para bloquear la primera enzima, en un tipo de regulación denominado inhibición concertada. "n rutas compartidas, la regulación ha de estar mu$ bien coordinada para evitar la detención de la s#ntesis de un amino!cido escaso debido a la sobreproducción de otro. 3ara evitar estas situaciones, la célula dispone de varias estrategias de inhibición concertada que aseguran la perfecta coordinación de las s#ntesis necesarias.