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PORTAL BIOQUÍMICA 04

Metabolismo de aminoácidos

1- O ciclo do nitrogênio

   O nitrogênio (N2), presente na atmosfera, é reduzido a amônia (NH3) antes de ser incorporado aos compostos orgânicos presentes em sistemas biológicos. Esse processo depende da energia  gerada através da hidrólise do ATP:

   Esse processo pode ser efetuado por apenas algumas bactérias e algas azuis. Considerando a quantidade de nitrogênio fixado, as bactérias simbióticas se destacam entre as várias classes de organismos fixadores de nitrogênio. A mais comum das bactérias fixadoras de nitrogênio é Rhizobium, que é um tipo de bactéria que invade as raízes de leguminosas (angiospermas da família Fabaceae ou Leguminosae), tais como trevo, ervilha, feijão, ervilhaca e alfafa.

   A figura a seguir apresenta um resumo da entrada de nitrogênio atmosférico na dieta animal:

   No ser humano a maioria dos aminoácidos são obtidos da dieta. A relação entre a quantidade de nitrogênio ingerida diariamente e a quantidade que é excretada expressa o balanço diário de nitrogênio. Quando a quantidade de nitrogênio excretada é maior do que a quantidade ingerida diz-se que o balanço é negativo. O balanço positivo de nitrogênio ocorre com mais freqüência na criança em crescimento, mas pode ocorrer na senescência ou em indivíduos com uma dieta deficiente em um aminoácido essencial.

   O ser humano pode sintetizar apenas 11 dos 20 aminoácidos necessários para a síntese de proteínas. Aqueles aminoácidos que não podem ser sintetizados são considerados aminoácidos essenciais(Histidina,Isoleucina, Leucina,Metionina, Fenilalanina, Treonina; são exemplos de aminoácidos essenciais).

2- Proteínas como fonte de aminoácidos

   A cada dia, proteínas da dieta (cerca de 70-100g) e proteínas endógenas (cerca de 35-200g) sofrem a ação de peptidases e são degradadas às suas unidades fundamentais, os aminoácidos. As proteínas endógenas são decorrentes da constante modificação que ocorre com os componentes celulares e apresentam um tempo de meia-vida que varia de poucos minutos até meses.

3- Digestão e absorção de proteínas

   No estômago, a presença de HCl desnatura as proteínas favorecendo a hidrólise. A pepsina, uma protease que age preferencialmente sobre ligações peptídicas formadas pelo aminogrupo de aminoácidos aromáticos (Phe, Tyr), é gerada a partir do zimogênio pepsinogênio através da remoção de 44 aminoácidos da extremidade NH2 terminal. Os produtos principais da ação da pepsina são peptídeos grandes e um pouco de aminoácidos. A presença destes produtos estimulam a liberação de colecistocinina no duodeno. Colecistocinina e secretina estimulam a secreção do suco pancreático, rico em peptidases na forma de zimogênios. Os polipeptídeos que chegam ao duodeno são degradados por essas enzimas (tripsina, quimiotripsina, carboxipeptidades A e B, elastase), que são ativas em pH neutro e por isso dependem de NaHCO3, também presente no suco pancreático.

   Os produtos finais da digestão, na superfície celular, são aminoácidos livres, di- e tri-peptídeos, que são absorvidos por sistemas específicos de transporte de aminoácidos e peptídeos. Estes últimos são hidrolisados no compartimento citoplasmático, uma vez que, após uma refeição, o sangue portal não contem peptídeos.

   Sistemas de transporte estéreo-específicos para aminoácidos:

Especificidade para aminoácidos: Exemplo Doença
Pequenos e neutros Al, Ser, Tre  
Grandes neutros e aromáticos Ile, Leu, Val, Tyr, Trp, Phe Doença de Hartnup
Básicos Arg, Lys, His Cistinúria
Prolina, Glicina   Glicinúria
Ácidos Asp, Glu  

   O transporte dos outros aminoácidos na borda em escova envolve o co-transporte de 2 íons Na+ e o transporte no sentido contrário de 1 íon K+.

   O ciclo do gama-glutamil:

   De acordo com Alton Meister, os aminoácidos são transportados como dipeptídeos do ácido glutâmico. Nesse sistema de transporte, o glutation (GSH) se presta como doador do grupo gama-glutamil. A formação do dipeptídeo é catalisada pela enzima gama-glutamil transpeptidase (CGT), uma enzima da membrana celular, presente, principalmente, no fígado, ducto biliar e rim. A determinação dos níveis da enzima no sangue é usada na identificação de doenças nesses órgãos.

   Degradação intracelular de proteínas:

   Degradação lisossomal - Os lisossomos contêm cerca de 50 enzimas hidrolíticas, incluindo uma variedade de proteases. Estas enzimas agem em pH próximo de 5, que é o pH interno dos lisossomos e são inativas no pH do citosol.

   Ubiquitinação de proteínas - A degradação de proteínas em células eucarióticas também ocorre através de um processo dependente de ATP envolvendo a ubiquitina, uma proteína manomérica com 76 resíduos de aminoácidos. Esse processo não depende dos lisossomos.

4- Destino dos aminoácidos

   A maioria dos aminoácidos usados pelo organismo para a síntese de proteínas, ou como precursores para outros aminoácidos são obtidos da dieta ou da renovação das proteínas endógenas:

   Dependendo do destino destes aminoácidos, eles podem ser classificados como aminoácidos glicogênicos (quando participam da gliconeogênese), cetogênicos (quando geram corpos cetônicos) e glico-cetogênicos (quando a rota metabólica leva à formação de glicose e de corpos cetônicos)

   Aminotransferases:

   Quando necessário, pode ocorrer a transferência do grupo amino de um aminoácido para um alfa-cetoácido gerando um outro aminoácido e o alfa-cetoácido correspondente. Essa reação é catalisada pelas aminotransferases, também conhecidas como transaminases. Para cada aminoácido existe uma aminotransferase correspondente. A determinação dos níveis séricos das transaminases glutâmico pirúvica (TGP) e glutâmico oxaloacética (TGO) é um dado diagnóstico utilizado rotineiramente na confirmação de problemas cardíacos ou hepáticos. A concentração dessas enzimas no plasma é baixo. No entanto, quando ocorre rompimento de tecido - no enfarto do miocárdio, p.e. - a concentração plasmática aumenta, denunciando a lesão.

   Estas enzimas têm como coenzima o piridoxal fosfato e transferem o grupamento amino de um aminoácido (alanina, na figura) para o alfa-cetoglutarato gerando glutamato e o alfa-cetoácido (piruvato, na figura) derivado do aminoácido que perdeu o grupamento amino. Essa reação é necessária uma vez que a amônia não pode participar do ciclo da uréia diretamente a partir de qualquer aminoácido, mas pode ser doada pelo glutamato. A reação inversa ocorre quando há necessidade de um determinado aminoácido para a síntese de proteina.

   O piridoxal fosfato liga-se às transaminases através de uma ligação aldimina com um resíduo de lisina da cadeia polipeptídica da enzima.

   Glutamato desidrogenase:

   No fígado, essa enzima está localizada na mitocôndria, onde têm início as reações do ciclo da uréia. A enzima catalisa a incorporação de amônia, como grupo amino, no alfa-cetoglutarato gerando glutamato e utiliza NADPH como coenzima, envolvendo consumo de ATP. A reação reversa é catalisada pela mesma enzima utilizando NAD como coenzima.

   Glutamina sintetase e glutaminase:

   Amônia livre é tóxica e é, prefencialmente, transportada no sangue, na forma de grupos amino ou amida, incorporados em aminoácidos. Glutamina representa cinqüenta por cento desses aminoácidos circulantes.A produção de glutamina é catalisada pela glutamina sintetase utiliza glutamato e amônia como substrato. A remoção da amônia - na reação reversa - é feita pela glutaminase.

   L-Aminoácido oxidase:

   Muitos aminoácidos sofrem a ação da L-aminoácido oxidase. A enzima tem flavina mononucleotídeo (FMN) como coenzima e gera, além de amônia e alfa-cetoácido, peróxido de hidrogênio.

5- Ciclo da Uréia

   A uréia é a forma de excreção de amônia em mamíferos terrestres. A enzima carbamoilfosfato sintetase I (presente na micotôndria e sua atividade depende de N-acetil glutamato) catalisa a condensação da amônia com bicarbonato, para formar carbamoilfosfato. O ciclo da uréia tem início, na mitocôndria, com a condensação da ornitina e do carbamoilfosfato gerando citrulina, que sai da mitocôndria e reage com aspartato gerando argininosuccinato e fumarato. A formação da citrulina é catalisada pela transcarbamoilase, enquanto a argininosuccinato sintetase gera argininosuccinato, que sofre a ação da argininosuccinato liase e produz arginina. Finalmente a arginase transforma arginina em uréia e ornitina. Este último composto volta para a mitocôndria, dando continuidade ao ciclo. Este ciclo requer 4 ATP para excretar duas moléculas de amônia na forma de uréia, através dos rins.

   O ciclo da uréia é o principal mecanismo de eliminação de amônia. Defeito na atividade de enzimas do ciclo causam aumento nos níveis de amônia circulante (hiperamonemia), que gera coma e morte. Deficiência parcial dessas enzimas causam retardamento mental, letargia e vômitos episódicos. Uma explicação para esses distúrbios talvez seja porque níveis altos de amônia favorecem a transformação de alfa-cetoglutarato em glutamato. Isso deve comprometer as reações do ciclo do ácido cítrico gerando uma redução na produção de ATP. Já foram identificados pacientes com deficiência de cada uma das enzimas do ciclo da uréia. O tratamento pode ser feito pela redução na ingestão de aminoácidos, substituindo-os, se necessário, pelos alfa-cetoácidos equivalentes; ou pela remoção do excesso de amônia, através da administração de fármacos que se ligam covalentemente aos aminoácidos e que são excretados através da urina.

   Benzoato e fenilacetato são exemplos de fármacos utilizados na eliminação de amônia. Benzoato se liga com a glicina e forma hipurato, enquanto fenilacetato liga-se com a glutamina gerando fenilacetilglutamina. Esses produtos são excretados através da urina.

6- Metabolismo de alguns aminoácidos

   Fenilalanina e Tirosina:

   A transformação de fenilalanina em tirosina é catalisada pela fenilalanina hidroxilase. A ausência dessa enzima ou de sua coenzima, a tetraidrobiopterina, gera retardo mental devido ao aumento nos níveis de fenilalanina e seus derivados (fenilpiruvato, fenillactato e fenilacetato - que da à urina um odor de rato) na circulação sangüínea. Este defeito genético é conhecido como fenilcetonúria.

   A maior parte da tirosina não incorporada às proteínas é metabolizada a acetoacetato e fumarato. Parte é usada na síntese de catecolaminas, cujo processo tem início com a tirosina hidroxilase, enzima dependente de tetraidrobiopterina. O produto dessa reação é a diidroxifenilalanina (DOPA). Dopamina - produto de descarboxilação da DOPA - é convertida, na medula adrenal, em norepinefrina e epinefrina (ou adrenalina).

   A tirosinase, uma proteína que contém cobre, está envolvida com a conversão de tirosina em melanina. Nessa reação DOPA é usada como cofator interno e produz dopaquinona. A perda da atividade da tirosinase gera albinismo. Existem vários tipos de melanina. Todas são quinonas aromáticas e o sistema conjugado de ligação dá origem à cor.

   Serotonina e melatonina são derivadas do triptófano. A serotonina é um neurotransmissor presente no cérebro e causa contração da musculatura lisa de arteríolas e bronquíolos. Como a melatonina, a serotonina também é uma indutora do sono.

   Níveis elevados na urina de produtos do metabolismo de catecolaminas, como o ácido vanililmandélico (VMA) e do metabolismo da serotonina podem indicar a presença de tumores.

   Metionina e Cisteína

   Metionina, ao reagir com ATP, gera o composto S-adenosilmetionina (AdoMet).

   S-adenosilmetionina é utilizada em algumas reações como doador de grupamento metil (CH3), transformando-se em S-adenosil-homocisteína. Este composto é metabolizado e pode gerar o aminoácido cisteína.