Un aminoácido esencial es un aminoácido que debe proceder de la dieta. En cambio, un aminoácido no esencial puede ser producido por las células y no requiere ingerirlo a través de la dieta. Diversos sustratos se someten a una serie de procesos para producir aminoácidos. Hay 11 aminoácidos que pueden sintetizarse completamente; los otros 9, se consideran esenciales y deben incluirse a través de la dieta. Los aminoácidos no esenciales son la alanina, la arginina, la asparagina, el ácido aspártico, la cisteína, el ácido glutámico, la glutamina, la glicina, la prolina, la serina y la tirosina. La deficiencia de las enzimas necesarias para el metabolismo de los aminoácidos da lugar a condiciones graves que suelen presentarse en una etapa temprana de la vida, como la enfermedad de la orina con olor a jarabe de arce y la fenilcetonuria.
Los aminoácidos son bloques de construcción para las proteínas e intermediarios metabólicos para las reacciones. Los aminoácidos se clasifican como esenciales o no esenciales. Los aminoácidos esenciales deben incorporarse a la dieta porque el cuerpo no puede producirlos en niveles suficientes para satisfacer las demandas fisiológicas; los aminoácidos no esenciales pueden ser producidos por el cuerpo.
Los aminoácidos esenciales son:
Fenilalanina
Valina
Treonina
Triptófano
Metionina
Leucina
Isoleucina
Lisina
Histidina
Los aminoácidos no esenciales incluyen:
Alanina
Arginina
Asparagina
Ácido aspártico (aspartato)
Cisteína
Glutamina
Ácido glutámico (glutamato)
Glicina
Prolina
Serina
Tirosina
Las reacciones de síntesis de aminoácidos pueden agruparse por familias biosintéticas, denominadas según su metabolito de partida común.
Familias biosintéticas
Tabla: Comparación de las familias biosintéticas
Familia biosintética
Aminoácidos
Producto catabólico
α-Cetoglutarato
Glutamato
Aminoácido glucogénico
Glutamina
Aminoácido glucogénico
Prolina
Aminoácido glucogénico
Arginina
Aminoácido glucogénico
3-Fosfoglicerato
Serina
Aminoácido glucogénico
Glicina
Aminoácido glucogénico
Cisteína
Aminoácido glucogénico
Oxaloacetato
Aspartato
Aminoácido glucogénico
Asparagina
Aminoácido glucogénico
Metionina*
Aminoácido glucogénico
Treonina*
Aminoácido cetogénico o glucogénico
Lisina*
Aminoácido cetogénico
Isoleucina*
Aminoácido cetogénico o glucogénico
Piruvato
Alanina
Aminoácido glucogénico
Valina*
Aminoácido glucogénico
Leucina*
Aminoácido cetogénico
Fosfoenolpiruvato y eritrosa 4-fosfato
Triptófano*
Aminoácido cetogénico o glucogénico
Fenilalanina*
Aminoácido cetogénico o glucogénico
Tirosina
Aminoácido cetogénico o glucogénico
*Aminoácidos esenciales que deben incorporarse a la dieta. La producción de estos aminoácidos es habitual en los organismos procariotas y en las plantas. AA: aminoácido
Resumen de la biosíntesis de aminoácidos CoA: coenzima A
Otros: fosfato de carbamoilo, glucosamina-6-fosfato
Estos inhibidores dependen de la glutamina para su producción, proporcionando una retroalimentación negativa cuando los niveles de glutamina son altos.
Activación de la glutamina sintetasa:
La glutamina sintetasa es activa en la forma deadenilada.
La adenil transferasa es responsable de la adenilación y la deadenilación.
La síntesis de glutamina está mediada por la glutamina sintetasa: Esta reacción requiere adenosín trifosfato.
El glutamato también sirve como precursor de la prolina.
3 pasos para producir prolina a partir de glutamato:
Fosforilación:
Catalizada por la glutamato-5-cinasa y la glutamato-5-semialdehído deshidrogenasa
Requiere adenosín trifosfato y nicotinamida adenina dinucleótido
Produce glutamato-5-semialdehído
Oxidación y desfosforilación:
Reacción de ciclación espontánea
Produce ácido 1-pirrolina-5-carboxílico
Reducción:
Catalizada por la pirrolina-5-carboxilato reductasa
Requiere nicotinamida adenina dinucleótido
Genera prolina
Reacciones de ciclación y reducción que contribuyen a la síntesis de la prolina: Estos pasos requieren adenosín trifosfato, nicotinamida adenina dinucleótido y un intermediario de ciclación.
La serina, la glicina y la cisteína son aminoácidos incluidos en la familia biosintética del 3-fosfoglicerato. La serina es el primer aminoácido producido en este grupo, y posteriormente contribuye a la producción de glicina y cisteína.
Serina
Producida por una vía de 3 pasos:
Oxidación del 3-fosfoglicerato
Catalizada por la fosfoglicerato deshidrogenasa
Produce 3-fosfohidroxipiruvato
Inhibido por altas concentraciones de serina
Transaminación del 3-fosfohidroxipiruvato
Catalizada por la fosfoserina transaminasa
Produce O-fosfoserina
Hidrólisis de la O-fosfoserina
Catalizada por la fosfoserina fosfatasa
Produce serina
La serina se produce a través de 3 reacciones, empezando por el 3-fosfoglicerato y el dinucleótido de nicotinamida y adenina
La alanina, la valina y la leucina comparten el piruvato como precursor común. La alanina es el único aminoácido de la familia biosintética del piruvato que puede producir el ser humano.
El piruvato es un producto final de la glucólisis.
La inhibición por retroalimentación la proporciona el producto final (e.g., la alanina).
Alanina
La alanina se produce mediante una reacción de dos pasos.
El α-cetoglutarato se convierte en glutamato:
Catalizada por la glutamato deshidrogenasa
Requiere amoníaco y nicotinamida adenina dinucleótido
El glutamato transfiere un grupo amino al piruvato para formar alanina:
Catalizada por una enzima aminotransferasa
Requiere piruvato preformado de la glucólisis
Familia Biosintética del Fosfoenolpiruvato
Descripción General
Los aminoácidos aromáticos fenilalanina, triptófano y tirosina están incluidos en la familia del fosfoenolpiruvato. La fenilalanina y el triptófano son aminoácidos esenciales; la tirosina es un aminoácido no esencial.
Tirosina
La fenilalanina es el precursor de la tirosina
La reacción es catalizada por la fenilalanina hidroxilasa dependiente de la biopterina.
La deficiencia de fenilalanina hidroxilasa da lugar a la fenilcetonuria.
La tirosina es el precursor de importantes neurotransmisores, como:
Dopamina
Noradrenalina
Adrenalina
La conversión de L-fenilalanina en L-tirosina es el primer paso y se observa en la parte superior izquierda de la imagen. La tirosina y la fenilalanina son precursoras de una serie de neurotransmisores y hormonas cruciales.
Fenilcetonuria: defecto de la fenilalanina hidroxilasa que provoca una alteración de la conversión de fenilalanina en tirosina y la consiguiente acumulación de fenilalanina. Los individuos presentarán retraso psicomotor y convulsiones, y su sudor tendrá clásicamente un olor «a ratón». Es fundamental que estas personas eviten la ingestión de fenilalanina.
Enfermedad de la orina con olor a jarabe de arce: defecto en el complejo α-cetoácido deshidrogenasa de cadena ramificada que da lugar a la acumulación de aminoácidos de cadena ramificada. Los individuos presentan discapacidades cognitivas, orina con olor dulce y distonía. El tratamiento principal es evitar los aminoácidos de cadena ramificada. Los casos graves pueden requerir trasplante de hígado.
Homocistinuria: defecto de la enzima cistationina β-sintasa, que provoca una acumulación de homocisteína. Los individuos presentan enrojecimiento, retraso en el desarrollo, dislocación del cristalino hacia abajo, enfermedad vascular y osteoporosis. Se recomienda que estas personas mantengan una dieta baja en azufre.
Alcaptonuria: deficiencia de la dioxigenasa del ácido homogentísico, que impide la degradación normal de la tirosina en fumarato. Los individuos presentan una decoloración negro-azulada de los tejidos conectivos, artritis y calcificaciones de varios tejidos. Actualmente, no existe ningún tratamiento para la alcaptonuria, pero la esperanza de vida sigue siendo normal en estos individuos.
Referencias
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