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Catabolismo de Aminoácidos

Los aminoácidos se pueden adquirir a través de la descomposición de proteínas intracelulares o ingeridas en la dieta. Los aminoácidos pueden ingresar a 3 rutas metabólicas dentro del cuerpo. Ellos pueden 1) reciclarse para sintetizar nuevas proteínas; 2) combinarse con cofactores y sustancias para crear derivados de aminoácidos; o 3) catabolizarse en sus grupos funcionales y esqueletos de carbono. Este proceso libera amonio, que pasa al ciclo de la urea y produce intermediarios para las rutas metabólicas energéticas.

Última actualización: Mar 1, 2022

Responsabilidad editorial: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

Descripción General

Los aminoácidos siguen 3 vías metabólicas principales para su metabolismo:

  1. Síntesis de nuevas proteínas.
  2. Formación de derivados de aminoácidos
  3. Catabolismo de aminoácidos
    • El catabolismo consiste en la descomposición de moléculas complejas en unidades más pequeñas para producir energía o para ser utilizadas en reacciones anabólicas.
    • Eliminación o intercambio de grupos funcionales
      • Implica la transaminación, desaminación y descarboxilación.
      • Libera el exceso de nitrógeno en forma de amonio (NH4+), que luego ingresa al ciclo de la urea, se convierte en urea y se excreta a través de la orina.
    • Catabolismo del esqueleto de carbono restante
      • En general, los 20 aminoácidos se pueden descomponer en 1 de 6 intermedios: piruvato, acetil-CoA, oxaloacetato, alfa-cetoglutarato, succinil-CoA y fumarato.
      • Los aminoácidos cetogénicos se metabolizan a acetil-CoA, que luego se emplea en el ciclo del ácido cítrico, la cetogénesis o la síntesis de ácidos grasos.
      • Los aminoácidos glucogénicos se convierten en glucosa a través de la gluconeogénesis.
      • Algunos aminoácidos son tanto glucogénicos como cetogénicos.
Diagrama de catabolismo de aminoácidos

Diagrama esquemático del metabolismo de los aminoácidos, incluidas las 3 vías principales: reutilización en la síntesis de nuevas proteínas, unión con cofactores para producir derivados de aminoácidos y catabolismo. El catabolismo de los aminoácidos incluye la eliminación de grupos funcionales y la descomposición de los esqueletos de carbono.

Videos relevantes

Derivados de los Aminoácidos

Los aminoácidos se pueden utilizar para ensamblar muchas sustancias. La siguiente imagen muestra las sustancias derivadas de AA más importantes en humanos.

Derivados de aminoácidos

Derivados de aminoácidos. Los aminoácidos (en azul) se combinan con ciertos cofactores u otros sustratos (en rosa) para producir varias sustancias biológicamente importantes (en verde).

Imagen por Lecturio.

Transaminación

La transaminación es la transferencia de un grupo amino de un alfa-aminoácido a un alfa-cetoácido, que es un aminoácido con un grupo alfa-ceto (=O) en lugar de un grupo alfa-amino (NH2).

  • El aminoácido original pierde un grupo amino y gana un grupo ceto, convirtiéndose en un alfa-cetoácido.
  • El alfa-cetoácido original pierde su grupo ceto y gana un amino, convirtiéndose en un aminoácido no esencial.
  • La reacción es catalizada por enzimas aminotransferasas.
    • Puede ser específico para un par de aminoácidos en particular o un grupo con composiciones químicas similares
    • Requiere a la coenzima piridoxal fosfato (la forma activa de la vitamina B6)
    • Se encuentra en altas concentraciones en el hígado

Este proceso depende de la necesidad. Si hay un exceso de un tipo de aminoácido, el grupo amino de ese tipo se puede transferir para producir otros tipos de aminoácidos que el cuerpo necesita actualmente.

Todos los aminoácidos comunes participan en la transaminación, excepto la lisina, la treonina, la prolina y la hidroxiprolina, que se catabolizan a través de una deshidrogenasa.

Transaminación de aspartato y glutamato

Diagrama esquemático de las reacciones de transaminación de aspartato y glutamato (ácido glutámico). Los grupos amino están resaltados en rojo, mientras que los grupos ceto están resaltados en verde.

Imagen por Lecturio.

Transaminasas

  • Alanina transaminasa (ALT o ALAT) transfiere un grupo amino de la alanina al alfa-cetoglutarato, formando piruvato y glutamato.
  • Aspartato transaminasa (AST o ASAT) transfiere un grupo amino del aspartato al alfa-cetoglutarato, formando oxaloacetato y glutamato.

Ambas enzimas catabolizan reacciones reversibles, que son esenciales para el transporte de nitrógeno de los tejidos al hígado y al ciclo de la urea.

Ping pong bi bi mecanismo de transaminación

Mecanismo bi-bi de ping pong de transaminación catalizada por la enzima dependiente de fosfato de piridoxal. La reacción de la aminotransferasa ocurre en 2 etapas que consisten en 3 pasos: transaminación, tautomerización e hidrólisis. En la primera etapa, el grupo alfa-amino del aminoácido se transfiere a fosfato de piridoxal, produciendo un alfa-cetoácido y fosfato de piridoxamina. En la segunda etapa de la reacción, el grupo amino de fosfato de piridoxamina se transfiere a un alfa-cetoácido diferente para producir un nuevo alfa-aminoácido y fosfato de piridoxal.

Imagen por Lecturio.

Pasos:

  1. El fosfato de piridoxal reacciona con el grupo amino del aminoácido liberando H2O.
  2. Se forma una base de Schiff, desestabilizando el aminoácido.
  3. Los átomos de hidrógeno migran, los cambios de doble enlace y la aldimina → cetimina.
  4. Se agrega H2O, lo que produce fosfato de piridoxamina y un alfa-cetoácido.
  5. A la inversa, el fosfato de piridoxamina reacciona con un alfa-cetoácido, generando un AA y reconstituyendo el fosfato de piridoxal.

Desaminación

La desaminación es el proceso a través del cual se eliminan los grupos amino de los aminoácidos, liberando amoníaco citotóxico libre: amoníaco → amonio → urea o ácido úrico a través del ciclo de la urea en el hígado.

Tres tipos de desaminación

1. Desaminación oxidativa

  • La oxidación convierte el grupo amino en un grupo imino.
  • NAD+ o NADP+ se reduce a NADH/H o NADPH/H, respectivamente.
  • Se agrega agua al grupo amino, convirtiéndolo en un grupo alfa-ceto, liberando amoníaco.
Desaminación oxidativa

Diagrama esquemático de la reacción de desaminación oxidativa del glutamato. Los grupos funcionales que contienen nitrógeno están resaltados en rojo.

Imagen por Lecturio.

2. Desaminación hidrolítica

El agua reacciona con el grupo amino, uniendo irreversiblemente un grupo OH y eliminando el grupo amino en forma de amoníaco.

Imagen de reacción de desaminación hidrolítica

Diagrama esquemático de una reacción de desaminación hidrolítica. Los grupos funcionales que contienen nitrógeno están resaltados en rojo.

Imagen por Lecturio.

3. Desaminación eliminativa:

  • Los aminoácidos pequeños (serina o cisteína) liberan agua (o sulfuro de hidrógeno para los aminoácidos sulfurosos).
    • El fosfato de piridoxal es una coenzima necesaria.
  • A través de la hidrólisis, el grupo amino se escinde, dando como resultado el piruvato.
Desaminación eliminativa

Diagrama esquemático de la reacción de desaminación eliminativa de la serina. Los grupos funcionales que contienen nitrógeno están resaltados en rojo, mientras que la molécula de agua (H 2 O) y sus componentes están resaltados en verde.

Imagen por Lecturio.

Descarboxilación

  • Escisión de un grupo carboxilo de un aminoácido, liberando CO2
  • Catalizada por la enzima descarboxilasa
  • Utiliza fosfato de piridoxal como coenzima
  • Las aminas resultantes cumplen funciones importantes en el cuerpo = aminas biogénicas
    • La histamina se forma a través de la descarboxilación de la histidina y juega un papel vital en las reacciones de hipersensibilidad inmediata.
    • Otros ejemplos: ácido gamma-aminobutírico a partir de ácido glutamínico y dopamina (a partir de la 3,4-dihidroxifenilalanina).
Descarboxilación

Diagrama esquemático de la reacción de descarboxilación de histidina a histamina

Imagen por Lecturio.

Catabolismo del Esqueleto de Carbono

El catabolismo de los aminoácidos involucra reacciones anapleróticas (reacciones químicas que forman intermediarios de las rutas metabólicas).

La descomposición del esqueleto de carbono de los aminoácidos se puede clasificar por las vías metabólicas a las que sus productos catabólicos servirán como intermediarios.

  • Aminoácidos glucogénicos → intermediarios de la gluconeogénesis
  • Aminoácidos cetogénicos → intermedios de cetogénesis
  • Aminoácidos glucogénicos y cetogénicos → ambas vías
Aminoácidos glucogénicos Aminoácidos cetogénicos Aminoácidos glucogénicos/cetogénicos
  • Alanina
  • Arginina
  • Asparagina
  • Ácido aspártico
  • Cisteína
  • Ácido glutamico
  • Glutamina
  • Glicina
  • Histidina
  • Metionina
  • Prolina
  • Serina
  • Valina
  • Lisina
  • Leucina
  • Isoleucina
  • Fenilalanina
  • Treonina
  • Triptófano
  • Tirosina

Todos los aminoácidos se dividen en 1 de 6 intermedios (ver cuadros verdes en las imágenes a continuación): piruvato, acetil-CoA, oxaloacetato, alfa-cetoglutarato, succinil-CoA y fumarato.

Diagrama del catabolismo de los aminoácidos

Las 3 categorías de productos catabólicos de aminoácidos: glucogénico (verde), cetogénico (rojo), y tanto glucogénico como cetogénico (azul). La ruta de glucosa-piruvato de la izquierda representa la glucólisis y la gluconeogénesis. La vía cíclica de la derecha representa el ciclo del ácido cítrico. Todos los aminoácidos se dividen en 1 de 6 intermedios (recuadros verdes): piruvato, acetil-CoA, oxaloacetato, alfa-cetoglutarato, succinil-CoA y fumarato.

Aminoácidos glucogénicos

Metabolizados a piruvato o a metabolitos del ciclo del ácido cítrico:

  • Piruvato (de serina, cisteína, glicina, alanina y treonina)
    • Treonina primero → glicina → serina → piruvato
  • Succinil-CoA (de metionina, isoleucina, valina y treonina a través de propionil-Coa y metilmalonil-CoA
  • Propionil-CoA (intermedio de la vía succinil-CoA)
  • Oxaloacetato (de asparagina a través de aspartato)
  • α-cetoglutarato (de glutamina, arginina, histidina, prolina a través de glutamato)
  • Fumarato

Los productos catabólicos se mueven hacia el ciclo del ácido cítrico para producir energía o se usan como sustratos para la gluconeogénesis.

Aminoácidos cetogénicos

Se metabolizan directamente a acetil-CoA, luego ingresan en 1 de 3 vías metabólicas:

  • Ingreso al ciclo del ácido cítrico para producir ATP/energía
  • Cetogénesis (producción de cuerpos cetónicos)
  • Síntesis de ácidos grasos o colesterol

Aminoácidos glucogénicos y cetogénicos

Metabolizados a intermediarios de vías lipídicas y glucogénicas:

  • Isoleucina → propionil-CoA (→ metilmalonil-CoA → succinil-CoA) y acetil-CoA
  • Fenilalanina → tirosina → fumarato y acetil-CoA
  • Treonina → propionil-CoA y piruvato, así como acetil-CoA (a través de glicina + acetaldehído)
  • Triptófano → alanina y acetil-CoA

Dispositivo mnemotécnico

Para recordar las rutas metabólicas de los esqueletos de carbono de los aminoácidos, recuerde:

  • Glucogénica: «I Met His Valentine, she is so sweet» (Conocí a su San Valentin, ella es tan dulce)».
    • Met ionina
    • His tidina
    • Val ina
  • Cetogénica: “The onLy pureLy ketogenic amino acids.” (Los únicos aminoácidos puramente cetogenicos).
    • Leucina
    • Lisina

Relevancia Clínica

Las siguientes condiciones son trastornos del metabolismo de los aminoácidos. Según el país y el estado específico de EE. UU., los recién nacidos pueden someterse a exámenes de tamizaje de estos trastornos de forma rutinaria (excepto alcaptonuria).

  • Fenilcetonuria: un defecto de la fenilalanina hidroxilasa que da como resultado el deterioro de la conversión de fenilalanina en tirosina y a la posterior acumulación de fenilalanina. Se presenta como retraso psicomotor y convulsiones.
  • Enfermedad de la orina con jarabe de arce: un defecto en la deshidrogenasa que da como resultado la acumulación de aminoácidos de cadena ramificada. Se presenta como discapacidad cognitiva, orina de olor dulce y distonía.
  • Homocistinuria: un defecto en la enzima cistationina β-sintasa, que conduce a una acumulación de homocisteína. Se presenta como enrojecimiento, retraso en el desarrollo, dislocación del cristalino, enfermedad vascular y osteoporosis.
  • Tirosinemia: deficiencia de fumarilacetoacetato hidrolasa, la última enzima en el catabolismo de la tirosina. Se presenta como enfermedad hepática, aumento de peso deficiente, enfermedad de los nervios periféricos y defectos renales.
  • Alcaptonuria: una deficiencia de ácido homogentísico dioxigenasa, que altera la degradación normal de tirosina a fumarato. Se presenta como una decoloración negro azulada de los tejidos conectivos, artritis y calcificaciones de varios tejidos.

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