Catabolismo e aminoácidos e ciclo da uréia
Catabolismo e aminoácidos e ciclo da uréia
Catabolismo e aminoácidos e ciclo da uréia
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<strong>Catabolismo</strong> de <strong>aminoácidos</strong><br />
e <strong>ciclo</strong> <strong>da</strong> <strong>uréia</strong><br />
Prof. Jonas Contiero<br />
2006
A fração de energia metabólica deriva<strong>da</strong> dos<br />
<strong>aminoácidos</strong> varia muito com o tipo de organismo<br />
considerado e com a situaçã metabólica em que ele se<br />
encontra<br />
Carnívoros podem obter através <strong>da</strong>oxi<strong>da</strong>ção dos<br />
<strong>aminoácidos</strong> até 90% <strong>da</strong>s suas necessi<strong>da</strong>des de<br />
energia<br />
Herbívoros obtém apenas uma pequena fração de suas<br />
necessi<strong>da</strong>des energéticas<br />
Microrganismos podem retirar <strong>aminoácidos</strong> de seu<br />
ambiente, os quais podem ser oxi<strong>da</strong>dos como<br />
combustíveis quando de sua necessi<strong>da</strong>de energética<br />
Vegetais Raramente oxi<strong>da</strong>m <strong>aminoácidos</strong>
Oxi<strong>da</strong>ção dos <strong>aminoácidos</strong> nos animais<br />
Pode ocorrer em três circunstâncias:<br />
Durante síntese e degra<strong>da</strong>ção de proteínas celulares,<br />
alguns <strong>aminoácidos</strong> liberados podem sofrer oxi<strong>da</strong>ção<br />
Quando em uma dieta rica em proteínas <strong>aminoácidos</strong><br />
excedentes são catabolizado<br />
Durante jejum severo e ou diabetes melito proteínas<br />
corporais são hidroliza<strong>da</strong>s e seus <strong>aminoácidos</strong><br />
empregado como combustíveis
Uso dos <strong>aminoácidos</strong><br />
• Podem ser utilizados para síntese de<br />
proteínas<br />
• Caso não sejam utilizados para essa<br />
finali<strong>da</strong>de, devem ser degra<strong>da</strong>dos.<br />
• Em animais, proteínas e <strong>aminoácidos</strong> não<br />
são armazenados como fonte de energia<br />
semelhante ao que ocorre com<br />
carboidratos e lipídeos.<br />
• Uma parte importante <strong>da</strong> degra<strong>da</strong>ção de<br />
<strong>aminoácidos</strong> ocorre no fígado.
<strong>Catabolismo</strong> de<br />
<strong>aminoácidos</strong><br />
• Desaminação:aminoácido perde seu grupo<br />
amino e os α-cetoácidos formados podem<br />
sofrer oxi<strong>da</strong>çãpo até CO 2 e H 2 O<br />
• Metabolismo do esqueleto de Carbono<br />
normalmente fornecem uni<strong>da</strong>des de três<br />
a quatro átomos de carbonos que são<br />
converti<strong>da</strong>s a glicose
Grupos<br />
amino e o<br />
esqueleto<br />
carbônico<br />
entram em<br />
vias<br />
separa<strong>da</strong>s<br />
<strong>Catabolismo</strong> de <strong>aminoácidos</strong> nos mamíferos
Remoção de nitrogênio<br />
• Estágio 1: transaminação com αcetogluturato<br />
para formar glutamato e<br />
um novo α-ceto ácido.<br />
• Estágio 2: glutamato é desaminado<br />
através de processo oxi<strong>da</strong>tivo<br />
envolvendo NAD +<br />
• Estágio3: formação de <strong>uréia</strong> através<br />
<strong>ciclo</strong> <strong>da</strong> <strong>uréia</strong>.<br />
transaminase desaminase
Transaminações catalisa<strong>da</strong>s por enzimas<br />
PLP pirodoxal fosfato é o cofator de to<strong>da</strong>s<br />
as aminotransferase
Reação catalisa<strong>da</strong> pela glutamato desidrogenase<br />
Glutamato desidrogenase de mamíferos pode<br />
empregar tanto o NAD + como NADP + como<br />
cofator, sendo regula<strong>da</strong> por ADP ou GTP
<strong>Catabolismo</strong> do grupo amino nofígado dos vertebrados
Animais<br />
amoniotélicos:maioria<br />
dos invertebrados<br />
aquáticos,como os peixes<br />
ósseos e larvas de<br />
anfíbios<br />
Animais<br />
ureotélicos:vertebr<br />
ados e tubarões<br />
Animais<br />
uricotélicos:passáros e<br />
répteis
Entra<strong>da</strong> de alimentos→estimula<br />
a mucosa gástrica a secretar<br />
gastrina(hormônio) →estimula<br />
produção de HCl pelas<br />
glândulas gástricas e<br />
pepsinogênio pelas células<br />
principais pH (1,0 a 2,5) age<br />
como antisséptico, matando<br />
bactérias e outras células<br />
estranhas e desenovela as<br />
proteínas para ação <strong>da</strong>s<br />
enzimas hidrolíticas<br />
pepsinogênio(precursor inativo<br />
ou zimogênio) é convertido em<br />
pepsina ativa<br />
Quando o conteúdo gástrico<br />
passa para o intestino delgado,<br />
ocorre secreção de secretina,<br />
a qual estimula o pâncreas a<br />
produzir bicarbonato no<br />
intestino delgado para<br />
neutralizar o HCl, aumentando<br />
o pH para 7,0
A entra<strong>da</strong> de <strong>aminoácidos</strong> na parte superior do intestino<br />
(duodeno) libera o hormônio colecistoquinina, o qual<br />
estimula a secreção de tripsina, quimotripsina e<br />
carboxipepti<strong>da</strong>ses A e B (pH 7,0 e 8,0) [secretado<br />
pelas células exócrinas do pâncreas]<br />
Os <strong>aminoácidos</strong> são absorvidos pela mucosa intestinal
Uso de Amônia<br />
• Amônia (NH 4 + ) é tóxica.<br />
• Não deve ser acumula<strong>da</strong> na célula.<br />
• Em humanos nível elevado está<br />
associado com letargia e retar<strong>da</strong>ção<br />
mental.<br />
• Mecanismo de toxici<strong>da</strong>de não é<br />
conhecido.
A amônia antes de ser<br />
transporta<strong>da</strong> para o<br />
fígado ou para os rins<br />
através do sangue é<br />
transforma<strong>da</strong> em um<br />
composto não tóxico a Lglutamina<br />
No fígado a glutaminase<br />
libera amônia e glutamato<br />
O glutamato no fígado<br />
pode suprir mais amônia<br />
através <strong>da</strong> glutamato<br />
desidrogenase
Alanina transporta amônia dos<br />
músculos para o fígado. Aminoácidos<br />
são degra<strong>da</strong>dos no músculo pra<br />
servir como combustível. Grupos<br />
aminos são coletados por<br />
transaminação na forma de<br />
glutamato. Glutamato pode ser<br />
transformado em glutamina ou<br />
transferir seu glupo amino pra o<br />
piruvato Através ação <strong>da</strong> alanina<br />
aminotransferase produz se alanina,<br />
a qual é transporta<strong>da</strong> pelo sangue<br />
até o fígado. No citosol a alanina<br />
aminotransferase transfere o grupo<br />
amino para o α-cetoglutarato,<br />
formando piruvato e glutamato. A<br />
reação <strong>da</strong> glutamato desidrogenase<br />
libera amônia
Mecanismos que levam a produção de<br />
amônia<br />
• Peixe excreta amônia para o ambiente<br />
aquoso através <strong>da</strong>s guelras.<br />
• Pássaros e répteis convertem amônia<br />
para ácido úrico e excretam o mesmo.<br />
• Mamíferos convertem amônia para <strong>uréia</strong><br />
no fígado e excretam na urina.<br />
• Uréia é solúvel e não possui carga, sendo<br />
de fácil excreção.<br />
H 2N<br />
H 2N<br />
C<br />
O<br />
O<br />
HN<br />
Uréia Ácido úrico<br />
O<br />
N<br />
H<br />
H<br />
N<br />
N<br />
H<br />
O
Ciclo <strong>da</strong> Uréia
Ciclo <strong>da</strong> <strong>uréia</strong> e reações que<br />
introduzem grupos aminos
Passos do <strong>ciclo</strong>: <strong>ciclo</strong> começa na mitocôndria, mas três<br />
passos ocorrem no citosol<br />
1-um grupo amino entra no <strong>ciclo</strong> através do carbamil<br />
fosfato(formado na matriz)<br />
2-outro é derivado do aspartado, formato na matriz por<br />
meio <strong>da</strong> transaminação do oxaloacetato com o glutamato,<br />
reação catalisa<strong>da</strong> pela aspartato aminotransferase<br />
3-formação <strong>da</strong> citrulina a partir <strong>da</strong> ornitina e carbamil<br />
fosfato, a citrulina passa para o citosol<br />
4-formação do argininossuccinato por meio de um<br />
intermediário citrulil-AMP<br />
5-formação de arginina a partri de argininossuccinato,<br />
liberando fumarato que entra no TCA<br />
6-formação <strong>da</strong> <strong>uréia</strong>
Interação entre <strong>ciclo</strong> <strong>da</strong> <strong>uréia</strong> e <strong>ciclo</strong> do ácido<br />
cítrico
Defeitos genéticos no <strong>ciclo</strong> <strong>da</strong> <strong>uréia</strong><br />
Pessoa com defeitos genéticos em qualquer uma <strong>da</strong>s<br />
enzimas do <strong>ciclo</strong> <strong>da</strong> <strong>uréia</strong> são intolerantes a uma dieta<br />
rica em proteínas. Aminoácidos desaminados no fígado<br />
geram amônia, sendo que a~mesma não pode ser<br />
convertido em <strong>uréia</strong>, resultando em acúmulo de amônia<br />
Por outro lado o homem precisa de <strong>aminoácidos</strong>, pois<br />
não sintetiza metade dos <strong>aminoácidos</strong> padrão e os<br />
essenciais precisam ser fornecidos na dieta<br />
Terapias emprega<strong>da</strong>s: administração de ácidos<br />
aromáticos como benzoato e fenilacetato podem aju<strong>da</strong>r<br />
a baixar o nível de amônia no sangue
Ambos compostos<br />
são atóxicos e<br />
excretados na<br />
urina<br />
Benzoil-CoA combina com<br />
glicina→Hipurato. Glicina<br />
precisa ser regenera<strong>da</strong>,<br />
consome amônia Fenilacetato combina com glutamina e<br />
aju<strong>da</strong> a retirar amônia
Ciclo <strong>da</strong> Uréia<br />
• Via metabólica cíclica com 5<br />
reações.<br />
• Envolve enzimas localiza<strong>da</strong>s na<br />
mitocôndria e citosol.<br />
• Dois grupos aminos usados são<br />
derivados <strong>da</strong> amônia e aspartato.<br />
• C e O derivado do bicarbonato<br />
H 2N<br />
H 2N<br />
C<br />
O
Estágio 1: Formação de Carbamoil<br />
Fosfato<br />
• Reação cataliza<strong>da</strong> pela carbamoil fosfato sintetase I<br />
• Enzima mais abun<strong>da</strong>nte na mitocôndria do fígado (mais<br />
que 20% <strong>da</strong> matriz proteica)<br />
• Alostericamente ativa<strong>da</strong> por N-acetilglutamato<br />
(acetil-CoA + glutamato N-acetilglutamato)<br />
• 2ATP + NH 3 + Bicarbonato carbamoil-P + 2ADP
Estágio 2: Ornitina Transcarbamiolase<br />
• Reação ocorre na matriz mitocondrial.<br />
• Produto citrulina é exportado para o citosol
Estágio 3:Argininosuccinato<br />
Sintetase<br />
• Enzima Citosólica<br />
• Incorpora um segundo grupo amônia<br />
a partir do aspartato<br />
• Reação dependente de ATP
Estágio 4:Argininosuccinase<br />
• Enzima Citosólica
Estágio 5: Arginase<br />
• Enzima Citosólica<br />
• Forma <strong>uréia</strong> e ornitina.<br />
• Uréia é excreta<strong>da</strong> e ornitina é reimporta<strong>da</strong><br />
para mitocôndria
Ciclo <strong>da</strong> Uréia<br />
• Requer 3 ATPs +<br />
Amônia +<br />
Aspartato +<br />
Bicarbonato<br />
• Produz <strong>uréia</strong> +<br />
fumarato +<br />
2ADP + 2 Pi +<br />
AMP + PPi.<br />
• Esqueleto<br />
Fumarato volta<br />
para TCA.
Ciclo Glucose Alanina<br />
• Aminoácido pode ser catabolizado no tecido do<br />
músculo onde o esqueleto carbono é oxi<strong>da</strong>do para<br />
energia.<br />
• Amônia (tóxica) deve ser removi<strong>da</strong> e<br />
transporta<strong>da</strong> ao fígado onde será converti<strong>da</strong> em<br />
<strong>uréia</strong>.<br />
• GrupoAmino do Glué transferidoparapiruvato<br />
para formar alanina.<br />
• Alanina é exporta<strong>da</strong> para o fígado via corrente<br />
sanguínea onde é desamina<strong>da</strong> à piruvato<br />
• Piruvato é convertido para glicose a qual retorna<br />
ao musculo como combustível.
Ciclo Glucose-Alanina
<strong>Catabolismo</strong> <strong>da</strong> cadeia de<br />
carbono oriun<strong>da</strong> de<br />
Aminoácidos
Pontos de entra<strong>da</strong><br />
de <strong>aminoácidos</strong> no<br />
<strong>ciclo</strong> do ácido<br />
cítrico
Esquemas <strong>da</strong>s vias<br />
catabólicas dos<br />
<strong>aminoácidos</strong>
Resumo dos<br />
destinos<br />
catabólicos dos<br />
<strong>aminoácidos</strong>
Esquema <strong>da</strong>s vias<br />
catabólicas para os<br />
<strong>aminoácidos</strong>
Esquema <strong>da</strong>s vias<br />
metabólicas
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