September 15, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
Biosíntesis de aminoácidos
Cursos Básicos Ciencias Bioquímica – Dra. María del Pilar Navarro Navarro
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APLIQUEMOS LO APRENDIDO
Aspectos generales Los aminoácidos: •
Son moléculas orgánica que posee por lo menos un grupo carboxilo (un ácido orgánico) y un grupo amino (una base orgánica). PRECURSORES INMEDIATOS: ALFA CETO ACIDO
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DEPENDE EL GRUPO FUNCIONAL
AMINOACIDO S
AMINOACIDO S
ANILLOS AROMATICOS
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Aminoácidos CLASIFICACIÓN DE AMINOÁCIDOS SEGÚN SUS REQUERIMIENTOS
Esenciales No pueden ser sintetizados son aportados aportados por los alimentos (dieta), condicionando su esencialidad.
No esenciales Sintetizados por el en el hígado
organismo
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Clasificación de acuerdo a sus requerimientos TIPOS DE AMINOACIDOS
ARGININA
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Aminoácidos pueden pueden ser: • Glucogénicos (orman piruvao o inermediarios del ciclo de Krebs) • Ceogénicos (generan solo acetlCoA o Aceoacetl CoA) o ambos.
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Síntesis de aminoácidos Es el conjunto conjunto de procesos bioquímicos mediante los cuales se producen los disnto disntoss pos de aminoácidos a parr de otros compuestos. LOS ALFA CETO ACIDOS
LOS ALIMENTOS DAN EL GRUPO AMINO
Características • Los susraos para esas reacciones reacciones se obtenen a partr part r de la diea del organismo. • No odos los organismos son capaces de sinetzar odos los aminoácidos. • Los seres humanos, sólo son capaces de sinetzar 11 de los 20 aminoácidos que pueden
enconrarse en su organismo, ormando pare de sus proeínas o como inermediarios meabólicos. • Los oros nueve se denominan aminoácidos esenciales y deben incorporarse a la diea
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Aspectos generales
GLUCOLISIS PENTOSAS
•
•
•
biosínesis de AA requiere CADENAS CARBONADAS, generalmene α-ceoácidos (piruvao, oxoloaceao, ala ceogluarao), y NITRÓGENO REDUCIDO, NH4. Los ESQUELETOS CARBONADOS de los aminoácidos provienen de inermediarios de la glicolisis, ciclo de Krebs y de ruas de las penosas osaos.
ANILLO AROMATICO
La
PENTOSAS
El N2 esá disponible en la amósera, pero son los microorganismos del suelo los encargados de fjarlo al suelo y convertrlo en N aprovechable por los organismos superiores, NO3- para planas y NH4 para animales.
FIJACIÓN DEL AMONIO A LAS CADENAS CARBONADAS (biosíntesis de nitrógeno orgánico) 8
FIJACIÓN orgánico) DEL AMONIO A LAS CADENAS CARBONADAS (biosíntesis de nitrógeno
• Nitrógeno en forma de amoníaco es la fuente de nitrógeno para
todos los aminoácidos. • El nitrógeno de aminoácidos, purinas, pirimidinas y otras biomoléculas proviene del nitrógeno atmosf atmosférico. érico. • El proceso de biosíntesis se inicia con la reducción de N a NH por 2 3 FIJACIÓN DE NITRÓGENO EL AMONIO SE TIENE QUE REDUCIR EN AMONIACO LA MAQUINARIA ENZIMATICA LO TIENE LAS BACTERIAS ALFA CETO GLUTARATO ---------------- 5C --------- TRASNFIERE EL GRUPO AMINO ----------- AMINOACIDO PIRUVATO --------------- 3C --------- TRASNFIERE EL GRUPO AMINO ----------- AMINOACIDO OXALACETATO ------------ 4C --------- TRASNFIERE EL GRUPO AMINO ----------- AMINOACIDO
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Biosíntesis de nitrógeno orgánico •
La fjación de nirógeno es realizado por microorganismos (bacerias y arqueobacerias) diazotrócos (que fja nirógeno) para el meabolismo de los eucarioas superiores.
•
Esos microorganismos fjan 60% del nirógeno.
•
Los rayos y la radiación UV fjan un 15%.
•
El 25% resane se fja mediane procesos indusriales (abricas de ertlizanes).
NITRICAR
90%
•
SE CONSUME 2 MOLECULAS DE ATP ATP POR FIJACION SE CONSUME 2 MOLECULAS DE ATP ATP POR FIJACION
Para jar nitrógeno se necesita H2 (gaseoso), hierro (catalizador) y presión de 300 atmósfera)
NITRICAR
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Biosíntesis de nitrógeno orgánico a amoníaco El procesoCOMPLEJO biológico de jación jación de nitrógeno requiere un complejo enzimáco con múlples centros redox, NITROGENASA conocido . La transferencia electrones esta acoplado a hidrólisis de ATP POR CADA MOLECULA
FERREDOXINA DONA LOS ELECTRONES A LA REDUCTASA
Se genera por fotosíntesis o por procesos oxidativos Por cada electrón transferido se hidrolizan dos moléculas de ATP.
SE FIJA Y REDUCE EL NITROGEN A AMONIACO PERO PRIMERO SE TIENE QUE FIJAR
TRANSFIERE LOS ELECTRONES AL MOFE
Aporta electrones con elevado poder reductor
Uliza los electrones reducir el N2 a NH3 NITROGENASA MOFE PROTEINA
COMPLEJO NITROGENASA Los componentes reductasa y nitrogenasa son proteínas ferro-sulfuradas
Funcionando como transportadores de electrones
Es inactivado por O2
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El Fe se encuentra unido con el S de un residuo de Cys
Biosíntesis de nitrógeno orgánico a amoníaco Los componentes reductasa y nitrogenasa son proteínas ferro-sulfuradas
Funcionando como transportadores de electrones
Reductasa (Ferroproteína-Fe-proteína) DIMERO
Desencadena un cambio conformacional que acerca al componente nitrogenasa para transferir los electrones al centro donde ocurre la reducción del nitrógeno
Dímero de subunidades idénticas (30 kDa) unidas entre sí por agrupaciones 4Fe-4S
Su función es transferir electrones desde un donador (ferrodoxina reducida) hasta la nitrogenasa Hidroliza 2 ATP cuando cede un electrón
TRANSFIERE LOS ELECTRONES AL MOFE Y SE HIDROLIZA 2 ATP
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• •
El COMPONENTE NITROGENASA es un tetrámero de 240 kDa. En su centro presenta un molibdeno (Mo), y por ello, recibe el nombre de Molibdenoferroproteína (MoFe-proteína) CUANDO TIENE ELECTRONES EL CLUSTER P LO PASA AL CENTRO MOFE PARA QUE FIJE Y REDUCE LOS ELECTRONES
LO FIJA Y REDUCE
Electrones proveniente de la reductasa se incorporan al cluster P. (Almacena e- hasta ser ulizados por el cofactor FeMo)
SITIO DE ALMACENAMIENTO DE ELECTRONES
eAGRUPACIONES DE CISTEINA
Biosíntesis de nitrógeno orgánico a amoníaco
N2 Reducción a NH3
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INTEGREMOS LO APRENDIDO
Los elecrones (probablemene originados desde NADH o se ransferen, de uno en uno, desde la erredoxina a la reducasa y de ésa a la nirogenasa. Cuando el coacor FeMo ha capado 2 e −oxida 2 H+ generando H2; ello permie la unión del N2. Tras recibir el coacor FeMo oros 6 e− se produce la reducción del N 2 hasa 2 moléculas de NH3
2 MOLECULAS DE NADPH) AMONIACO
TRANSFIEREN ELECTRONES
REDUCTASA
NITROGENASA
1E ---- 2 ATP 2E ----- 4ATP
1 ELETRONES ------ 2 MOLECULAS DE ATPS EL ATP ES PARA FIJAR
8 ELECTRONES ---- 16 ATP ATP GASTADO ----- 2 MOLECULAS DE AMONIACO
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EL NITROGENO
Incorporación del amonio a aminoácidos
Glutamato y Glutamina TRANSAMINACION
Donadores de nitrógeno a la mayoría de los aminoácidos Proviene por transaminación de transaminación grupo α-amino del glutamato
TRANSAMINACION
Glutamina cede su átomo de nitrógeno en la biosíntesis de Trp y de Hys TRIPTOFANO HISTIDINA --- PLANTAS
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Síntesisdel deGlutamato Glutamato Síntesis
AMINOACIDO TIPO ACIDO EN SU CADENA LATERAL ENCONTRAMOS UN GRUPO CARBOXILO A PARTIR DEL GLUTAMATO SE FORMA LA GLUTAMINA ELLA TIENE UN GRUPO AMINA
ALFA CETO GLUTARATO DONA LA CADENA CARBONADA ALFA CETO GLUTARATO ----- 2 GRUPOS CARBOXILOS
• Reacción de síntesis ocurre en la
Glutamato deshidrogen deshidrogenasa asa SE DESHIDROGENA EL NAPH
EL ALFA CETO GLUTARATO SENAPH REDUCE POR LA OXIDACION DE UN
MATRIZ MITOCONDIAL. • Es inhibida por GTP y activada por ADP
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Síntesis Glutamato Síntesis delde Glutamina a partir de Glutamato AMIDA DEL GLUTAMATO ES LA GLUTAMINA
Proceso de amidación dirigida por ATP (Intermediario: Acilfosfato + Amoníaco)
GRUPO AMONIACO
FOSFORILACION DEL ATP GLUTAMINA SINTETASA MARCA EN LA CADENA LATERAL LE PEGA UN ORTOFOSFATO SUSTRATO
GLUTAMINA SINTETASA
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Síntesis del Glutamato y Glutamina
glutamato sintasa
α-cetoglutarato + glutamina+ NADPH+ H+
2 glutamato +NADP+
• Caaliza la aminación aminaci ón reducora de ala-ceogluarao ala-ceoglu arao a gluamao. • Donador de nirógeno en la reacción es la gluamina el inerior deproducir la enzima se hidroliza el grupo amida de la cadena • En laeral Gln para amoníaco
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Recordar: • Se necesita ATP y ferredoxina reducida para reducir el N2 a NH 3 por
parte del complejo Nitrogenasa (microorganismos).
• La jación de nitrógeno es necesaria para la síntesis de
aminoácidos, nucleódos y otras biomoléculas que necesitan nitrógeno.
• La incorporación del grupo amino en la síntesis de los aminoácidos
proviene del glutamato y de la glutamina.
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La cadena carbonada del resto de los aminoácidos se sinteza a parr de intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos y de otros importantes intermediarios interme diarios metabólicos, y el grupo amino se les agreg agregaa nalmente, a parr del glutamato, en una reacción de transaminación.
α-cetoácido OXALACETATO
ASPARTATO
α-cetoácido PIRUVATO
FOSFOENOLPIRUVATO … GLUCOLISIS
RIBOSA 5 FOSFATO
α-cetoácido
ERITROSA 4 FOSFATO AL A LFA - CETOGLUTARATO FENILANINA
3 – FOSFOGLICER ATO GLUCOLISIS GLUCONEOGENESIS
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Síntesis de aspartato y alanina Aspectos generales: • Se sintezan a parr de una reacción de transaminación. •
•
•
Transferencia Transferencia de un grupo alfa-amino (donador) a un alfa cetoácido (aceptor), (aceptor) , conviréndose el primero en alfa-cetoácido y el segundo en un alfaaminoácido. Las enzimas que catalizan estas reacciones son: Aminotransferasas o Transaminasas, son dependientes del piridoxal fosfato (PLP, piridoxal-5'fosfato, P5P), que es su coenzima, y además, es la forma acva de la vitamina 6. Enzimas que están presentes tanto en el citosol, como en la mitocondri mitocondriaa de las células de los seres vivos.
Los aminoácidos lisina y treonina no participan en reacciones de transaminación
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Síntesis de aspartato a partir de oxaloacetato • Se sintetizan mediante la adición de un grupo
amino al oxalacetato y/o al piruvato. ASPARTATO AMINOTRANSFERASA (AST)/PLP
Oxaloacetato + glutamato
aspartato + alfa-cetoglutarato
La AST cataliza la transferencia de un grupo amino de aminoácidos especícos (L-glutamato o Laspartato) a cetoácidos especícos (α-cetoglutarato u oxaloacetato).
• Existen dos formas de la AST la mitocondrial y la citoplasmác citoplasmáca. a. • Cada enzima está formada por dos unidades de la misma cadena polipepdica. • Los pesos moleculares de estos dímeros son 93.000 daltons para la forma soluble y 90.400
daltons para la mitocondrial. • La forma mitocondrial constuye el 12% de la acvidad sérica total.
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Síntesis de alanina a partir de piruvato Distribución de la ALT en tejidos adultos normales:
• Se sintetizan mediante la adición de un grupo amino
al oxalacetato y el piruvato.
ALANINA AMINOTRANSFERASA (ALT)/PLP
Piruvato + glutamato •
Alanina + alfa-cetoglutarato
La ALAT ALAT cataliza la transferencia de un grupo amino entre la L-alanina y L-glutamato; los cetoácidos correspondientes en este proceso son α- cetoglutarato y piruvato.
•
La ALT es un dímero cuyas subunidades pesan 50.500 daltons, en consecuencia la molécula completa tendrá 101.000 daltons.
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TRANSAMINASA (ASAT– ALAT) UTILIDAD CLÍNICA:
- Lesión hepatocelular: Hasta 10 veces o más el valor normal (≥400 U/ml) - Ictericia extrahepática: ALAT ALAT 10 veces el valor normal y ASA ASAT T en un grado equivalente o menor - Carcinoma Hepático: Incremento de ALA ALAT T de aprox. 5 veces y ASAT ASAT 7-10 veces - Cirrosis biliar primaria: Incremento ALAT de 5 veces y ASAT aprox. igual. - Hepatitis alcohólica: Incremento ALAT ALAT de 3 veces su valor y ASAT de 5-6 veces - Cirrosis alcohólica: Incremento leve de ambas: ALA ALAT T de 1-2 veces y ASA ASAT T 3-4 veces.
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TRANSAMINASA (AST– ALT) • Utilidad Clínica:
Tabla 1. Concentraciones esperadas de AST y ALT en diversas enfermedades hepácas
COCIENTE DE RITIS: AST/ ALT ALT > 2 proceso crónico < 2 proceso agudo AST/ALT > 2 Cirrosis alcohólica y alteraciones musculares severas
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Reacciones de transaminación que originan al glutamato, Oxaloacetato y Piruvato.
•
GOT
(gluamaooxalaceao ransaminasa), ambién llamado AST (amino ranerasa).
ASPARTATO
ALFA - CETOGLUTARATO
OXALACETATO
GLUTAMATO
•
ALANINA
ALFA CETOGLU TARAT TARATO O
PIRUVATO
asparao
GLUTAMATO
GPT (gluamao
piruvao ransaminasa), ambién llamado ALT (alanina amino ranserasa),
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Síntesis de Asparagina a partir de AMIDA DEL AS PARTATO
oxalocetato
SUSTRATO : ASPARTATO
Químicamente análoga a la formación de Gln. • Reacción de amidación dirigida por hidrólisis de ATP. •
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Síntesis de Asparagina a partir de El NH3 se produce por la hidrólisis de la cadena
oxalocetato
Donador de nitrógeno
Aspartato + Gln + ATP
lateral de acvado la Gln, transriendo manera directa al aspartato en el centrode acvo
Asn + AMP+ PPi + H+
GLUTAMINA
ADENILAR LA GLUTAMINA
GLUTAMATO
Aspartato: se activa por adenilación en vez de fosforilación
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Adenilación: regulación de la Asparagina sintetasa y de la glutamina sintetasa
Mecanismo de regulación de la actvidad enzimátca por la modifcación covalene de la proeína, que consise en la inroducción de un reso adenílico adeníli co aporado apora do por el ATP. ATP.
GRUPO OH ACTIVA LA ENZIMA
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Síntesis de Asparagina a partir de oxalocetato SE ADENILA EL SUSTRATO
HIDROLISIS DEL ATP
ACIL – ADENILATO ADENILATO SEDE EL GRUPO AMINO PERO SE QUITA LA ADENOSINA MONOFOSFATO
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Síntesis de Prolina y Arginina a partir de α-cetoglutarato GUANIDIL
Glutamato deshidrogen deshidrogenasa asa
o t a m a s a t l u n t a g i s
Precursor
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SE TIENE QUE ACTIVAR EL SUSTRATO
El grupo carboxilo reacciona con el ATP
Intermediario (acilfosfato) Reducción
GLUTAMATO
Pirrolina carboxilato Reducción
INTERMEDIARIO GLUTAMATO SEMIALDEHIDO
Proceso no enzimático
´PROLINA
DELTA 1, PIRROLID INA – 5 CABOXILATO …. TIENE DOBLE ENLACE
Biosíntesis de Arginina
TRANSAMINACION
REDUCCION Y HIDROLISIS DE ATP
INTERMEDIARIO
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Síntesis de Serina, Cisteína y Glicina
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Síntesis de Serina, Cisteína y Glicina
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Síntesis de Serina a partir de 3-fosfoglicerato
2
1 α-cetoácido
1. Re Reac acci ción ón de oxi oxida daci ción ón 2. Re Reac acci ción ón de tra trans nsam amin inac ació ión n 3. Hidrólisis
3
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Síntesis de Cys a partir de Ser
La conversión de Ser a Cys requiere la sustución de un átomo de azufre procedente de la Met por el átomo de O2 de la cadena lateral
Ecuación final:
Cys, el Cys, el SH SH viene viene de Hcys y el esqueleto carbonado viene de la Ser
Hcys + Ser
Cistaonina+alfa-cetoburato Cistaonina+alfa-c etoburato + Cys
Síntesis de Gly a partir de Ser
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Síntesis de Fenilalanina, Triptófano y Tirosina
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Biosíntesis de aminoácidos ar omáticos
La tetrahidrobiopterina se sintetiza a partir de la guanosina trifosfato(GTP) trifosfato(GTP) a través de tres reacciones químicas mediadas por las enzimas GTP ciclohidrolasa I (GTPCH), 6piruvoiltetrahidropterina sintasa (PTPS); y sepiapterina reductasa (SR). reductasa (SR).
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Biosíntesis de aminoácidos aromáticos
Tetrahidrobiopterina (BH4) También llamada saproperina o BH4, es un coacor coacor esencial de las res hidroxilasas hidroxilasas de aminoácidos aromátcos: • La enilalanina-4-hidroxilasa enilalanina-4-hidroxilasa (para la conversión conversión de enilalanina a trosina), • La trosina-3-hidroxilasa (para la conversión de trosina a L-dopa), y la ripóano-5hidroxilasa (para la conversión de ripóano a 5-hidroxiripóano). • También es esencial es encial para la sínesis de óxido nírico mediane la óxido nírico sinasa.
• La saproperina, bajo la marca comercial Kuvan, es un preparado sinétco de la sal dihidrocloruro de erahidrobioperina.
• Ha sido desarrollado por BioMarin y aprobado por la FDA americana el 13 de diciembre de 2007. Se vende en • •
comprimidos que contenen 100 mg. La saproperina es el único ármaco aprobado aprobado para el raamieno de la enilceonuria enilceonuria.. El Kuvan esá indicado para reducir la enilalanina en la sangre en los pacienes con hiperenilalaninemia. Suele utlizarse en conjunción con una diea resringida en enilalanina.
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Biosíntesis de aminoácidos aromáticos
Deshidratación
Oxidar
Condensación o i r a i d e m r e t n I
Carbohidrato de C7 Condensación con 2da molécula PEP
Biosíntesis de Phe, Tyr
Pierde el grupo fosforilo y forma un anillo Fosforilació n
Reducido Precursor inmediato del anillo aromático
/ n n i ó i ó c t a l a c a i r x d s h h i i r b o a e D s c d e D e s c o x a r b o i d a t x i l a i v a c i ó n
Transaminación
a t o r i ss m l a o c n a e e l o s s y d o o a r i o o á c i d m a t r m e d i a i m n n k k i i h . e m n t e a T r p ) E l s l o T s i n y y d o r y T e, T s o n e s i ss s ( ( P h b i o o s í n n t á c o s r o m
a
Mutasa
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Biosíntesis de Trp Corismato capta un de la hidrólisis de NH2 la glutamina
Antranilato se condensa con el PRPP
El C1 se une con el grupo nitrógeno de antranilato por una reacción dirigida por hidrólisis del pirofosfato Se extrae en forma
Triptofano sintasa/PLP
Por reordenam reordenamiento iento Deshidratación/ descarboxilación
Reaccionan
Triptofano sintasa/PLP Esqueleto carbonado de la Ser
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Síntesis de Histidina 1
Condensación
2 3 4 5 5-aminoimidazol-4carboxamida ribótido
6 7 8 9
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The Plant Cell, Vol. 17, 2089–2106, July 2005, www.plantcell.org
Regulación de la síntesis de aminoácidos Diferentes mecanismos de regulación: Diferentes • Retroin Retroinhibición hibición (alostérica) • Mulplicidad enzimáca • Retroinhibición Retroinhibición acumulava • Modicación covalente covalente
Retroinhibición de rutas ramificadas
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Regulación de la síntesis de aminoácidos Retroinhibición • El producto nal de la ruta regula al enzima que cataliza el paso compromedo en esa ruta • Reacción irreversible, catalizada por enzima alostérico • Ahorro energéco: sólo se produce la reacción si se necesita y si no hay disponibilidad de producto.
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Regulación de la síntesis de aminoácidos
Retroinhibición de rutas ramificadas Fosforilación de la aspartato es la etapa limitante en la biosíntesis de Tre, Met, Lys
Gln sintetasa es inhibida de forma acumulava por sus productos nales del metabolismo de la Gln, así como por Ala y Gly
por Ala y Gly 47
Regulación de la síntesis de aminoácidos
Modificación covalente AdeniltransferasaProteína reguladora, Pa (catalizan la incorporación de AMP)
(Más activa)
Menos actividad
Des-AdeniltransferasaProteína reguladora, Pd (Libera AMP del enzima adenililado)
Uridiltransferasa Pa se convierte en Pd por unión UMP La unidad UMP se desprende por hidrólisis de Pd
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Aminoácidos son precursores de biomoléculas • • • • • • • •
Purinas y pririmidinas derivan de aminoácidos. Exremo reactva de la esfngosina (inermediario de la sínesis de esfngolipidos): Procede de d e Ser S er.. Hisamina (poene vasodilaador): Procede de la His. Terayodotronina, erayodotronina, adrenalina, melanina: Proceden de d e trosina. 5-hidroxiripamina (neuroransmisor) y el anillo de nicotnamida (NAD+), se sinetzan a partr del Trp. Gluatón (ripéptdo) ormado por Glu-Cys-Gly. Oxido nírico (reacción caalizada por oxído nírico sinasa): procede de la Arg. La primera eapa de biosínesis de las porfrinas esa dicada por la condensación de glicina y succinil-CoA para ormar delaaminolevulinao por acción de la enzima delta-aminolevulinato sintasa (contene PLP y esa en miocondria).
dela-aminolevulinao 2 molécula (se condensan)
Porfobilinógeno
4 moléculas de Porfobilinógeno
Un tetrapirrol de para cadena abierta, que se cierra formar uroporrinógeno III
Oxidación y modicación de cadenas laterales, da lugar síntesis
Protoporrina IX Capta un Fe para formar grupo hemo 49
Conclusiones 1. 2. 3. 4. 5.
La fjación fjación de nirógeno nirógeno utliza utliza ATP ATP y erre erredoxi doxina na reducida reducida para para reducir reducir el N2 a amoníac amoníaco, o, por por acción del complejo nirogenasa. La incorpo incorporaci ración ón de NH4+ NH4+ en en el meabo meabolismo lismo de los aminoácidos aminoácidos es por la GLUT GLUTAMINA AMINA Y el GLUTAMATO. Los aminoácidos aminoácidos se sinetz sinetzan an a partr partr de inerm inermediar ediarios ios del del ciclo ciclo de Krebs, Krebs, glicol glicolisis isis y ruas ruas de las las penosas osaos. La biosín biosínesi esiss de aminoá aminoácidos cidos esá regulada regulada por reroinhib reroinhibición ición,, en donde donde la eapa limian limiane e se inhibe aloséricamene por el produco. Los aminoácidos aminoácidos son precurs precursores ores de purinas, purinas, pirimi pirimidinas, dinas, hisaminas hisaminas,, troxina, troxina, gluatón, gluatón, oxido oxido nírico y porfrinas.