Para falar sobre os vinte aminoácidos que compõem as estruturas das proteínas e as modificadas, seria necessário descrever pelo menos doze vias metabólicas especializadas.
Mas por que as células usam tantas vias metabólicas que requerem energia (por exemplo, para regenerar os sítios catalíticos de enzimas), cada uma com um patrimônio enzimático, para catabolizar aminoácidos? De quase todos os aminoácidos é possível obter, por vias especializadas, metabólitos que são em pequena parte utilizados para a produção de energia (por exemplo, através da gliconeogênese e da via dos corpos cetônicos), mas que, acima de tudo, levam à formação de complexos moléculas, com elevado número de átomos de carbono (por exemplo, da fenilalanina e da tirosina, as hormonas são produzidas nas glândulas supra-renais especializadas para este fim); se por um lado seria simples produzir energia a partir dos aminoácidos, por outro seria complicado construir moléculas complexas a partir de pequenas moléculas: o catabolismo dos aminoácidos permite que explorem seu esqueleto para obter espécies maiores.
Dois ou três hectogramas de aminoácidos são degradados diariamente por um indivíduo saudável: 60-100 g deles derivam das proteínas introduzidas com a dieta, mas mais de 2 hectogramas são obtidos a partir do turnover normal de proteínas que são parte integrante do organismo ( aminoácidos dessas proteínas, que são danificados por processos redox, são substituídos por outros e catabolizados).
Os aminoácidos fornecem uma contribuição energética em termos de ATP: após a remoção do grupo α-amino, o esqueleto carbonáceo remanescente de aminoácidos, após transformações adequadas, pode entrar no ciclo de Krebs. Além disso, quando o suprimento de nutrientes está faltando e a quantidade de glicose diminui, a gliconeogênese é ativada: aminoácidos gliconeogenéticos são considerados aqueles que, após modificações apropriadas, podem ser introduzidos na gliconeogênese; aminoácidos gliconeogenéticos são aqueles que podem ser convertidos em piruvato ou em fumarato (fumarato pode ser convertido em malato que sai da mitocôndria e, no citoplasma, é transformado em oxaloacetato a partir do qual pode ser obtido o piruvato de fosfoenol) vinagre-acetato.
O que acabamos de descrever é um aspecto muito importante porque os aminoácidos podem remediar uma deficiência de açúcar em caso de jejum imediato; se o jejum persistir, após dois dias o metabolismo lipídico intervém (porque as estruturas das proteínas não podem ser muito atacadas) é nesta fase que, como a gliconeogênese é muito limitada, os ácidos graxos são convertidos em acetil coenzima A e corpos cetônicos. Depois de jejuar, o cérebro também se adapta para usar os corpos cetônicos.
A transferência do grupo α-amino dos aminoácidos ocorre por meio de uma reação de transaminação; as enzimas que catalisam essa reação, eles dizem, de fato, transaminases (ou aminotransferase). Essas enzimas usam um cofator enzimático denominado fosfato de piridoxal, que intervém em seu grupo aldeído. O fosfato de piridoxal é o produto da fosforilação da piridoxina, que é uma vitamina (B6) encontrada principalmente em vegetais.
As transaminases têm as seguintes propriedades:
Alta especificidade para um par cetoglutarato-glutamato α;
Eles têm o nome do segundo casal.
As enzimas transaminase sempre envolvem o par α cetoglutarato-glutamato e são diferenciadas de acordo com o segundo par envolvido.
Exemplos:
EU"aspartato transaminase ie GOT (Glutamato-Ossal acetato Transaminase): a enzima transfere o grupo α-amino do aspartato para α-cetoglutarato, obtendo oxaloacetato e glutamato.
EU"alanina transaminase ou seja, GTP (Glutamato-Piruvato Transaminase): a enzima transfere o grupo α-amino de "alanina para" α-cetoglutarato, obtendo piruvato e glutamato.
As várias transaminases usam α-cetoglurato como um aceptor do grupo amino de aminoácidos e o convertem em glutamato; enquanto os aminoácidos que são formados são usados na via dos corpos cetônicos.
Esse tipo de reação pode ocorrer em ambas as direções, uma vez que se rompem e formam ligações com o mesmo conteúdo de energia.
As transaminases estão no citoplasma e na mitocôndria (são principalmente ativas no citoplasma) e diferem em seu ponto isoelétrico.
As transaminases também são capazes de descarboxilar aminoácidos.
Deve haver uma maneira de converter o glutamato de volta em α-cetoglutarato: isso é feito por desaminação.
Lá glutamato desidrogenase é uma enzima capaz de transformar o glutamato em α-cetoglutarato e, portanto, converter os grupos amino de aminoácidos encontrados na forma de glutamato em amônia. O que ocorre é um processo redox que passa pelo α-amino glutarato intermediário: a amônia e o α-cetoglutarato são liberados e retornam à circulação.
Em seguida, o descarte dos grupos amino dos aminoácidos passa pelas transaminases (que diferem de acordo com o substrato) e pela glutamato desidrogenase, que determina a formação da amônia.
Existem dois tipos de glutamato desidrogenase: citoplasmática e mitocondrial; o co-fator, que também é o co-substrato dessa enzima, é o NAD (P) +: a glutamato desidrogenase usa o NAD + ou o NADP + como aceitador do poder redutor. A forma citoplasmática prefere, embora não exclusivamente, NADP +, enquanto a forma mitocondrial prefere NAD +. A forma mitocondrial tem como objetivo eliminar os grupos amino: leva à formação da amônia (que é substrato de uma enzima especializada na mitocôndria) e do NADH (que é enviado para a cadeia respiratória). A forma citoplasmática atua na direção oposta, ou seja, utiliza amônia e α-cetoglutarato para dar glutamato (que tem destino biossintético): essa reação é uma biossíntese redutora e o cofator utilizado é o NADPH.
A glutamato desidrogenase atua quando é necessário descartar os grupos amino de aminoácidos como a amônia (via urina) ou quando os esqueletos de aminoácidos são necessários para produzir energia: esta enzima terá, portanto, como moduladores negativos os sistemas que são uma indicação de boa disponibilidade energética (ATP, GTP e NAD (P) H) e como moduladores positivos, os sistemas que indicam necessidade de energia (AMP, ADP, GDP, NAD (P) +, aminoácidos e hormônios tireoidianos).
Os aminoácidos (principalmente a leucina) são moduladores positivos da glutamato desidrogenase: se os aminoácidos estiverem presentes no citoplasma, eles podem ser usados para a síntese de proteínas ou devem ser descartados porque não podem ser acumulados (isso explica porque os aminoácidos são moduladores positivos )
Eliminação de amônia: ciclo da ureia
Os peixes eliminam a amônia introduzindo-a na água pelas guelras; os pássaros convertem-na em ácido úrico (que é um produto de condensação) e a eliminam com as fezes. Vamos ver o que acontece nos humanos: dissemos que a glutamato desidrogenase converte o glutamato em α- cetoglutarato e amônia, mas não dissemos que isso ocorre apenas nas mitocôndrias do fígado.
Um papel fundamental do descarte de amônia, através do ciclo da ureia, é desempenhado pelas transaminases mitocondriais.
O dióxido de carbono, na forma de íon bicarbonato (HCO3-), é ativado pelo cofator de biotina formando carboxi biotina que reage com amônia para dar ácido carbâmico; a próxima reação usa ATP para transferir um fosfato para o ácido carbâmico formando carbamil fosfato e ADP (a conversão de ATP em ADP é a força motriz para a obtenção de carboxibiotina). Esta fase é catalisada por carbamil fosfato sintetase e ocorre na mitocôndria. Fosfato de carbamila e ornitina são substratos para a enzima ornitina trans carbamilase que os converte em citrulina; esta reação ocorre nas mitocôndrias (hepatócitos). A citrulina produzida sai da mitocôndria e, no citoplasma, passa pela "ação de"succinato sintetase de arginina: ocorre a fusão entre o esqueleto carbonáceo da citrulina e o de um aspartato por meio de um ataque nucleofílico e posterior eliminação da água. A enzima arginina succinato sintetase requer uma molécula de ATP para que haja um acoplamento energético: a hidrólise do ATP em AMP e pirofosfato (este último é então convertido em duas moléculas de ortofosfato) ocorre pela expulsão de uma molécula d "água do substrato e não pela ação da água do médium.
A "próxima enzima é a"arginina succinase: esta enzima é capaz de dividir o succinato de arginina em arginina e fumarato dentro do citoplasma.
O ciclo da ureia é completado pela enzima arginase: são obtidas ureia e ornitina; a uréia é eliminada pelos rins (urina) enquanto a ornitina retorna à mitocôndria e retoma o ciclo.
O ciclo da ureia está sujeito à modulação indireta pela arginina: o acúmulo de arginina indica que o ciclo da ureia deve ser acelerado; a modulação da arginina é indireta porque a arginina modula positivamente a enzima acetil glutamato sintetase. Este último é capaz de transferir um grupo acetil no nitrogênio de um glutamato: N-acetil glutamato é formado, o qual é um modulador direto da enzima carbamil-fosfo-sintetase.
A arginina se acumula como um metabólito do ciclo da ureia se a produção de fosfato de carbamila não for suficiente para eliminar a ornitina.
A uréia é produzida apenas no fígado, mas existem outros locais onde ocorrem as reações iniciais.
O cérebro e os músculos usam estratégias especiais para eliminar grupos de aminoácidos. O cérebro usa um método muito eficiente em que uma enzima é usada glutamina sintetase e uma enzima glutamase: o primeiro está presente nos neurônios, enquanto o segundo é encontrado no fígado. Este mecanismo é muito eficiente por dois motivos:
Dois grupos amino são transportados do cérebro para o fígado em um único veículo;
A glutamina é muito menos tóxica do que o glutamato (o glutamato também realiza a transferência neuronal e não deve exceder a concentração fisiológica).
Nos peixes, um mecanismo semelhante leva o grupo amino de aminoácidos para as guelras.
Do músculo (esquelético e cardíaco), os grupos amino chegam ao fígado por meio do ciclo da glicose-alanina; a enzima envolvida é a glutamina-piruvato transaminase: ela permite a transposição de grupos amino (que estão na forma de glutamato), convertendo o piruvato em alanina e, ao mesmo tempo, o glutamato em α-cetoglutarato no músculo e, catalisando o processo reverso no fígado.
As transaminases com tarefas ou posições diferentes também têm diferenças estruturais e são determináveis por eletroforese (elas têm pontos isoelétricos diferentes).
A presença de transaminases no sangue pode ser um sintoma de danos ao fígado ou coração (ou seja, danos aos tecidos do fígado ou células do coração); as transaminases estão em concentrações muito altas tanto no fígado quanto no coração: por meio da eletroforese é possível determinar se o dano ocorreu no fígado ou nas células do coração.
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