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Síntesis de Aminoácidos no Esenciales

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.

Última actualización: 1 Mar, 2022

Responsabilidad editorial: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

Descripción General

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
Biosíntesis de aminoácidos síntesis de aminoácidos no esenciales

Resumen de la biosíntesis de aminoácidos
CoA: coenzima A

Imagen por Lecturio. Licencia: CC BY-NC-SA 4.0

Familia Biosintética del α-cetoglutarato

Descripción General

  • El glutamato, la glutamina, la prolina y la arginina se sintetizan a partir de los α-cetoácidos, que se producen en el ciclo del ácido cítrico.
    • La transaminación es una reacción esencial en la producción de estos aminoácidos.
    • La enzima que participa en esta reacción es una aminotransferasa.
  • El glutamato sirve de precursor para la producción de muchos aminoácidos, como la glutamina, la prolina y la arginina.
    • α-cetoácido + glutamato ⇄ aminoácido + α-cetoglutarato
    • El glutamato se forma por aminación del α-cetoglutarato: α-cetoglutarato + NH4+ ⇄ glutamato

Síntesis de glutamato

El glutamato se produce a partir del α-cetoglutarato mediante el proceso de aminación.

  • α-cetoglutarato + NH4+ ⇄ glutamato
  • El glutamato es el principal precursor de la glutamina, la prolina y la arginina.

Síntesis de glutamina

El glutamato es el precursor de la glutamina.

  • El glutamato se convierte en glutamina mediante la glutamina sintetasa.
  • Usos de la glutamina sintetasa:
    • Adenosín trifosfato
    • NH4+: ayuda a evitar la acumulación de amoníaco
  • Inhibidores de la glutamina sintetasa:
    • Aminoácidos: glicina, alanina, serina, histidina, triptófano
    • Nucleótidos: Adenosín monofosfato, citidina trifosfato (CTP)
    • 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.
Síntesis de glutamina

La síntesis de glutamina está mediada por la glutamina sintetasa:
Esta reacción requiere adenosín trifosfato.

Imagen por Lecturio. Licencia: CC BY-NC-SA 4.0

Síntesis de prolina

El glutamato también sirve como precursor de la prolina.

3 pasos para producir prolina a partir de glutamato:

  1. Fosforilación:
    • Catalizada por la glutamato-5-cinasa y la glutamato-5-semialdehído deshidrogenasa
    • Requiere adenosín trifosfato y nicotinamida adenina dinucleótido
    • Produce glutamato-5-semialdehído
  2. Oxidación y desfosforilación:
    • Reacción de ciclación espontánea
    • Produce ácido 1-pirrolina-5-carboxílico
  3. Reducción:
    • Catalizada por la pirrolina-5-carboxilato reductasa
    • Requiere nicotinamida adenina dinucleótido
    • Genera prolina
Reacciones que contribuyen a la síntesis de la 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.

Imagen por Lecturio. Licencia: CC BY-NC-SA 4.0

Síntesis de la arginina

La arginina también se deriva del glutamato.

Las 4 vías para producir arginina:

  1. Reacción reversible en 2 pasos
    • De la citrulina, el aspartato y el adenosín trifosfato
    • El argininosuccinato sirve como compuesto intermedio.
  2. Desmetilación reversible de la dimetilarginina asimétrica
  3. Reacción reversible de la ornitina y la urea
  4. Reacción reversible a partir de citrulina, óxido nítrico y nicotinamida adenina dinucleótido
Las 4 formas de producir arginina

Las 4 formas de producir arginina
ADMA: dimetilarginina asimétrica
NADPH y NADP+: nicotinamida adenina dinucleótido
Pi: fosfato inorgánico

Imagen por Lecturio. Licencia: CC BY-NC-SA 4.0

Familia Biosintética del 3-Fosfoglicerato

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:

  1. Oxidación del 3-fosfoglicerato
    • Catalizada por la fosfoglicerato deshidrogenasa
    • Produce 3-fosfohidroxipiruvato
    • Inhibido por altas concentraciones de serina
  2. Transaminación del 3-fosfohidroxipiruvato
    • Catalizada por la fosfoserina transaminasa
    • Produce O-fosfoserina
  3. Hidrólisis de la O-fosfoserina
    • Catalizada por la fosfoserina fosfatasa
    • Produce serina
La serina se produce mediante 3 reacciones

La serina se produce a través de 3 reacciones, empezando por el 3-fosfoglicerato y el dinucleótido de nicotinamida y adenina

Imagen por Lecturio. Licencia: CC BY-NC-SA 4.0

Glicina

La glicina se produce a partir de la serina con la eliminación de un grupo hidroximetilo.

  • Catalizada por la serina hidroximetiltransferasa
  • Requiere tetrahidrofolato
La glicina se produce a partir de la serina

La glicina se produce a partir de la serina:
Esta reacción de 1 paso depende de la eliminación de un grupo hidroximetilo.

Imagen por Lecturio. Licencia: CC BY-NC-SA 4.0

Cisteína

La cisteína se produce a partir de la serina y la homocisteína a través de una vía de dos pasos:

  1. La homocisteína y la serina se combinan para formar cistationina
    • Catalizada por la cistationina beta-sintasa
    • La homocisteína aporta el grupo de azufre
  2. La cistationina se convierte en cisteína
    • Catalizada por la cistationina gamma-liasa
    • También produce α-cetobutirato
Formación de cisteína a partir de serina y homocisteína

La formación de cisteína a partir de serina y homocisteína

Imagen: “Cysteine biosynthesis” por David E. Licencia: Dominio Público

Familia Biosintética del Oxaloacetato

Descripción General

El aspartato, la lisina, la treonina, la asparagina, la metionina y la isoleucina son aminoácidos que tienen el oxaloacetato como precursor común.

  • El aspartato y la asparagina son los únicos aminoácidos no esenciales de esta familia.
  • El oxaloacetato se convierte primero en aspartato.
  • El aspartato se convierte entonces en asparagina.

Aspartato

El aspartato se produce por una reacción de transaminación.

  • Catalizada por una aminotransferasa: transfiere un grupo amino de otro aminoácido
  • Produce aspartato a partir de oxaloacetato

Asparagina

La asparagina también se produce mediante una reacción de transaminación.

  • Catalizada por la asparagina sintetasa
  • Produce asparagina a partir de aspartato

Familia Biosintética del Piruvato

Descripción General

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.

  1. El α-cetoglutarato se convierte en glutamato:
    • Catalizada por la glutamato deshidrogenasa
    • Requiere amoníaco y nicotinamida adenina dinucleótido
  2. 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

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.

Imagen por Lecturio. Licencia: CC BY-NC-SA 4.0

Relevancia Clínica

  • 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

  1. Reitzer, L. (2009). Amino acid synthesis. In: Encyclopedia of Microbiology, 3rd ed. Academic Press, pp. 1-17. https://doi.org/10.1016/B978-012373944-5.00063-8.
  2. Rose A. J. (2019). Amino acid nutrition and metabolism in health and disease. Nutrients 11:2623. https://doi.org/10.3390/nu11112623.
  3. Young V.R. (2000). Protein and amino acids. En: Gershwin M.E., German J.B., Keen C.L. (Eds.), Nutrition and Immunology. Totowa, NJ: Humana Press. https://doi.org/10.1007/978-1-59259-709-3_5.
  4. Hou, Y., Wu, G. (2018). Nutritionally essential amino acids. Advances in Nutrition 9:849-851. https://doi.org/10.1093/advances/nmy054.

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