Para falar sobre os vinte aminoácidos que compõem as estruturas proteicas e modificadas, pelo menos doze vias metabólicas especializadas devem ser descritas.
Mas por que as células usam tantas vias metabólicas que requerem energia (por exemplo, para regenerar os sítios catalíticos das enzimas), cada uma com uma herança enzimática, para catabolizar os aminoácidos? Quase todos os aminoácidos podem ser obtidos, através de rotas especializadas, dos metabólitos que são usados em pequena parte para produzir energia (por exemplo, através da gliconeogênese e o caminho dos corpos cetônicos) mas que, acima de tudo, levam à formação de moléculas complexas, com um elevado número de átomos de carbono (por exemplo, da fenilalanina e da tirosina, nas glândulas supra-renais que são especializadas para esse fim, produzem-se hormônios); Se, por um lado, seria simples produzir energia a partir de aminoácidos, por outro lado, seria difícil construir moléculas complexas a partir de moléculas pequenas: o catabolismo de aminoácidos torna possível explorar seu esqueleto para obter espécies maiores.
Dois ou três hectolitros de aminoácidos, são degradados diariamente por um indivíduo saudável: 60-100 g deles, derivam das proteínas introduzidas com a dieta, mas mais de 2 ets são obtidos a partir do turnover normal de proteínas que são parte integrante do organismo (aminoácidos) destas proteínas, que são danificadas por processos de redução da oxidação, são substituídas por outras e catabolizadas).
Os aminoácidos dão uma contribuição energética em termos de ATP: depois de ter removido o grupo α-amino, o esqueleto carbonoso remanescente dos aminoácidos, após transformações adequadas, pode entrar no ciclo de krebs. Além disso, quando falta suprimento de nutrientes e diminui a quantidade de glicose, a gliconeogênese é ativada: chamamos de aminoácidos gliconeogênicos aqueles que, após modificações apropriadas, podem ser introduzidos na gliconeogênese; Os aminoácidos gluconeogenéticos são aqueles que podem ser convertidos em piruvato ou fumarato (o fumarato pode ser convertido em um paciente deixando as mitocôndrias e, no citoplasma, é transformado em oxaloacetato a partir do qual o piruvato de fosfoenol pode ser obtido). Em vez disso, os aminoácidos cetogênicos são aqueles que podem ser convertidos em acetil-coenzima A e vinagre-acetato.
O que acabamos de descrever é um aspecto muito importante, porque os aminoácidos podem remediar a falta de açúcar em caso de jejum imediato; se o jejum persistir, após dois dias o metabolismo lipídico intervém (porque não se pode atacar demais as estruturas proteicas) é nessa fase que, sendo a gliconeogênese muito limitada, os ácidos graxos são convertidos em acetil-coenzima A e em corpos cetônicos . De um jejum adicional, até o cérebro se adapta para usar corpos cetônicos.
A transferência do grupo α-amino dos aminoácidos ocorre através de uma reação de transaminação; As enzimas que catalisam esta reação são chamadas de transaminases (ou amino transferases). Essas enzimas usam um cofator enzimático chamado fosfato de piridoxal, que intervém com o seu grupo aldeído. O fosfato de piridoxal é o produto da fosforilação da piridoxina, que é uma vitamina (B6) contida principalmente em vegetais.
As transaminases têm as seguintes propriedades:
Alta especificidade para um par de α-cetoglutarato-glutamato;
Eles pegam 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:
Aspartato transaminase ou GOT (Glutamato Oxalato Transaminase): a enzima transfere o grupo α-amino do aspartato para o α-cetoglutarato, obtendo o oxalacetato e o glutamato.
A alanina transaminase ou GTP (Glutamato-Piruvato Transaminase): a enzima transfere o grupo α-amino da alanina para α-cetoglutarato para obter piruvato e glutamato.
As várias transaminases utilizam o α-cetoglurato como aceptor do grupo amino dos aminoácidos e o convertem em glutamato; enquanto, os aminoácidos que são formados são usados no caminho dos corpos cetônicos.
Esse tipo de reação pode ocorrer em ambas as direções à medida que elas se quebram e formam ligações com o mesmo conteúdo energético.
As transaminases estão no citoplasma e na mitocôndria (são mais 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.
A glutamato desidrogenase é uma enzima capaz de transformar o glutamato em α-cetoglutarato e, portanto, converte grupos amino de aminoácidos que são encontrados na forma de glutamato em amônia. O que acontece é um processo de redução da oxidação que passa pelo α-amino glutarato intermediário: amônia e α-cetoglutarato são liberados e retornam à circulação.
Assim, o descarte de grupos amino amino passa pelas transaminases (diferentes dependendo do substrato) e pela glutamato desidrogenase, que determina a formação de 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) +: glutamato desidrogenase usado como um redutor de potência redutora, ou NAD + ou NADP +. A forma citoplasmática prefere, embora não exclusivamente, o NADP +, enquanto a forma mitocondrial prefere o NAD +. A forma mitocondrial tem como objetivo dispor de grupos amina: leva à formação de amônia (que é um substrato para uma enzima mitocondrial especializada) e NADH (que é enviado para a cadeia respiratória). A forma citoplasmática funciona na direção oposta, isto é, usa amônia e α-cetoglutarato para dar glutamato (que tem um destino biossintético): essa reação é uma biossíntese redutiva e o cofator usado é o NADPH.
A glutamato desidrogenase funciona quando é necessário dispor os grupos amino de aminoácidos como amônia (via urina) ou quando os esqueletos de aminoácidos são necessários para produzir energia: esta enzima terá, como moduladores negativos, os sistemas que são índices de boa disponibilidade de energia (ATP, GTP e NAD (P) H) e como moduladores positivos, sistemas que indicam uma necessidade de energia (AMP, ADP, GDP, NAD (P) +, aminoácidos e hormônios tireoidianos).
Aminoácidos (principalmente leucina) são moduladores positivos da glutamato desidrogenase: se os aminoácidos estão presentes no citoplasma, estes podem ser usados para a síntese de proteínas, ou devem ser eliminados porque não podem ser acumulados (isso explica porque os aminoácidos são moduladores positivos) .
Eliminação de amoníaco: ciclo da ureia
O peixe dispensa amônia colocando-o na água através das brânquias; os pássaros o convertem em ácido úrico (que é um produto de condensação) e o eliminam com fezes. Vamos ver o que acontece em humanos: dissemos que o glutamato desidrogenase converte o glutamato em α-cetoglutarato e amônia, mas não dissemos que isso só acontece na mitocôndria do fígado.
Um papel fundamental do descarte de amônia, através do ciclo da uréia, é coberto pelas transaminases mitocondriais.
o dióxido de carbono, na forma de íon bicarbonato (HCO3-), é ativado pelo cofator da biotina formando a carboxi-biotina que reage com a amônia para dar o ácido carbâmico; a reação subsequente 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 da carboxirobotina). Esta fase é catalisada pela carbamil fosfato sintase e ocorre na mitocôndria. Carbamil fosfato e ornitina são substratos para a enzima ornitina trans carbamilase que os converte em citrulina; esta reação ocorre nas mitocôndrias (dos hepatócitos). A citrulina produzida, deixa a mitocôndria e, no citoplasma, entra sob a ação da sintetase de succinato de arginina : há a fusão entre o esqueleto carbonáceo da citrulina e o de um aspartato através de um ataque nucleofílico e posterior eliminação da água. A enzima succinato de arginina sintase, requer uma molécula de ATP, portanto, tem um acoplamento energético: a hidrólise de ATP para AMP e pirofosfato (este último é então convertido em duas moléculas de ortofosfato) ocorre por ejeção de uma molécula de água do substrato e não devido à ação da água do meio.
A enzima seguinte é a arginina succinase : esta enzima é capaz de dividir o sucinato de arginina em arginina e fumarato dentro do citoplasma.
O ciclo da ureia é completado pela enzima arginase : ureia e ornitina são obtidas; a uréia é drenada pelos rins (urina) enquanto a ornitina retorna às mitocôndrias e retoma o ciclo.
O ciclo da uréia está sujeito à modulação indireta pela arginina: o acúmulo de arginina indica que é necessário acelerar o ciclo da uréia; A modulação da arginina é indireta porque a arginina modula positivamente a enzima acetil-glutamato-sintase. Este último é capaz de transferir um grupo acetila no nitrogênio de um glutamato: ele forma o N-acetil glutamato, que é um modulador direto da enzima carbamil-fosfo-sintetase.
A arginina se acumula como um metabólito do ciclo da uréia se a produção de carbamil-fosfato não for suficiente para descartar a ornitina.
A uréia é produzida apenas no fígado, mas existem outros locais onde as reações iniciais ocorrem.
O cérebro e os músculos usam estratégias particulares para eliminar os grupos amino. O cérebro usa um método muito eficiente no qual uma enzima glutamina sintase e uma enzima glutamase são usadas: a primeira está presente nos neurônios, enquanto a última é encontrada no fígado. Esse mecanismo é muito eficiente por dois motivos:
Dois grupos de aminas são transportados do cérebro para o fígado com um veículo;
A glutamina é muito menos tóxica que o glutamato (o glutamato também realiza transferência neuronal e não deve exceder a concentração fisiológica).
Nos peixes, um mecanismo semelhante leva o grupo amino de aminoácidos às brânquias.
Do músculo (esquelético e cardíaco), os grupos amino chegam ao fígado através do ciclo glicose-alanina; a enzima envolvida é a transaminase glutamina piruvato: permite a transposição de grupos amina (que estão na forma de glutamato), convertendo piruvato em alanina e, simultaneamente, glutamato em α-cetoglutarato no músculo e catalisando o processo inverso em fígado.
As transaminases com diferentes tarefas ou posições também possuem diferenças estruturais e podem ser determinadas por eletroforese (elas possuem diferentes pontos isoelétricos).
A presença de transaminases no sangue pode ser um sintoma de dano hepático ou cardiopático (isto é, dano tecidual ao fígado ou às células cardíacas); as transaminases, estão em concentração muito alta tanto no fígado como no coração: através da eletroforese pode ser estabelecido se o dano ocorreu no fígado ou nas células do coração.
