Catabolismo de Aminoácidos

Descrição Geral

Os aminoácidos (AAs) seguem 3 vias metabólicas principais para o seu metabolismo:

1. Síntese de novas proteínas
2. Formação de derivados de aminoácidos
3. Catabolismo de AAs:
   • O catabolismo consiste na degradação de moléculas complexas em unidades menores para produzir energia ou para serem usadas em reações anabólicas.
   • Remoção ou troca de grupos funcionais:
     • Envolve transaminação, desaminação e descarboxilação
     • Liberta o excesso de nitrogénio na forma de amónio (NH4⁺), que entra no ciclo da ureia, é convertido em ureia e excretado pela urina
   • Catabolismo do esqueleto de carbono remanescente:
     • Em geral, todos os 20 AAs podem ser divididos em 1 de 6 intermediários: piruvato, acetil-CoA, oxaloacetato, alfa-cetoglutarato, succinil-CoA ou fumarato.
     • Os AAs cetogénicos metabolizam em acetil-CoA, posteriormente usado no ciclo do ácido cítrico, cetogénese ou síntese de ácidos gordos.
     • Os AAs glicogénicos são convertidos em glicose através da gliconeogénese.
     • Alguns AAs são glicogénicos e cetogénicos.

Derivados de Aminoácidos

Os aminoácidos podem ser usados para agrupar muitas substâncias. A imagem abaixo mostra as substâncias derivadas de AA mais importantes em humanos.

Transaminação

A transaminação é a transferência de um grupo amina de um alfa-AA para um alfa-cetoácido, um AA com um grupo alfa-ceto (=O) em vez de um grupo alfa-amina (NH ₂ ).

• O AA original perde um grupo amina e ganha um grupo ceto, tornando-se um alfa-cetoácido.
• O alfa-cetoácido original perde o seu grupo ceto e ganha um amina, tornando-se um AA não essencial.
• A reação é catalisada por enzimas aminotransferases:
  • Podem ser específicas para um determinado par de AA ou um grupo com composições químicas semelhantes
  • Requerem coenzima piridoxal fosfato (PLP, a forma ativa da vitamina B6)
  • Encontradas em altas concentrações no fígado

Este processo depende da necessidade. Se houver excesso de um tipo de AA, o grupo amina deste tipo pode ser transferido para fazer outros tipos de AA que o corpo necessita.

Todos os AAs comuns participam da transaminação, exceto lisina, treonina, prolina e hidroxiprolina, que catabolizam via desidrogenase.

Transaminases

• A alanina transaminase (ALT ou ALAT) transfere um grupo amina da alanina para o alfa-cetoglutarato, formando piruvato e glutamato.
• A aspartato transaminase (AST ou ASAT) transfere um grupo amina de aspartato para alfa-cetoglutarato, formando oxaloacetato e glutamato.

Ambas as enzimas catabolizam reações reversíveis, que são essenciais para o transporte de nitrogénio dos tecidos para o fígado e para o ciclo da ureia.

Etapas :

1. PLP reage com o grupo amina do AA, libertando H ₂ O.
2. É formada uma base Schiff, desestabilizando o AA.
3. Os átomos de hidrogénio migram, as ligações duplas mudam e a aldimina → cetimina.
4. É adicionada H₂O, produzindo PMP e um alfa-cetoácido.
5. Ao contrário, o PMP reage com um alfa-cetoácido, gerando um AA e reconstituindo o PLP.

Desaminação

A desaminação é o processo pelo qual os grupos amino são retirados dos AAs, libertando amónia citotóxica livre: amónia → amónio → ureia ou ácido úrico através do ciclo da ureia no fígado.

Três tipos de desaminação

1. Desaminação oxidativa:

• A oxidação transforma o grupo amina num grupo imina.
• NAD ⁺ ou NADP ⁺ é reduzido a NADH/H ou NADPH/H, respectivamente.
• É adicionada água ao grupo amina, convertendo-o em um grupo alfa-ceto, libertando amónia.

2. Desaminação hidrolítica:

A água reage com o grupo amina, ligando irreversivelmente um grupo OH e eliminando o grupo amina na forma de amónia.

3. Desaminação eliminativa:

• Pequenos AAs (serina ou cisteína) libertam água (ou sulfeto de hidrogénio para aminoácidos sulfurosos).
  • A PLP é uma coenzima necessária.
• Através da hidrólise, o grupo amino é clivado, resultando em piruvato.

Descarboxilação

• Clivagem de um grupo carboxila de um AA, libertando CO ₂
• Catalisado pela enzima descarboxilase
• Usa PLP como uma coenzima
• Aminas resultantes cumprem funções importantes no corpo = aminas biogénicas
  • A histamina é formada através da descarboxilação da histidina e desempenha um papel vital nas reações de hipersensibilidade imediata.
  • Outros exemplos:
    • Acido gama-aminobutírico do ácido glutamina
    • Dopamina de 3,4-dihidroxifenilalanina

Catabolismo do Esqueleto de Carbono

O catabolismo dos AAs envolve reações anapleróticas (reações químicas que formam intermediários das vias metabólicas).

A degradação do esqueleto de carbono dos AAs pode ser classificada pelas vias metabólicas para as quais os seus produtos catabólicos servem como intermediários:

• AAs glicogénicos → intermediários da gliconeogénese
• AAs cetogénicos → intermediários da cetogénese
• AAs glicogénicos e cetogénicos → ambas as vias

Todos os AAs são divididos em 1 de 6 intermediários (ver as caixas verdes nas imagens abaixo): piruvato, acetil-CoA, oxaloacetato, alfa-cetoglutarato, succinil-CoA ou fumarato.

AAs glicogénicos

Metabolizados em piruvato ou metabolitos do ciclo do ácido cítrico (CAC):

• Piruvato (de serina, cisteína, glicina, alanina e treonina)
• Succinil-CoA (de metionina, isoleucina, valina e treonina via propionil-Coa e metilmalonil-CoA
• Propionil-CoA (intermediário da via succinil-CoA)
• Oxaloacetato (da asparagina via aspartato)
• α-cetoglutarato (de glutamina, arginina, histidina, prolina via glutamato)
• Fumarato

Os produtos catabólicos movem-se para o CAC para produzir energia ou são usados como substratos para a gliconeogénese.

AAs cetogénicos

Metabolizados diretamente em acetil-CoA, então entra em 1 de 3 vias metabólicas:

• Entram no CAC para produzir ATP/energia
• Cetogénese (produção de corpos cetónicos)
• Síntese de ácidos gordos ou colesterol

AAs glicogénicos e cetogénicos

Metabolizados em intermediários das vias lipídicas e glicogénicas:

• Isoleucina → propionil-CoA (→ metilmalonil-CoA → succinil-CoA) e acetil-CoA
• Fenilalanina → tirosina → fumarato e acetil-CoA
• Treonina → propionil-CoA e piruvato, bem como acetil-CoA (via glicina + acetaldeído)
• Triptofano → alanina e acetil-CoA

Mnemónica

Para relembrar as vias metabólicas dos esqueletos de carbono dos aminoácidos, lembrar:

• Glucogénico: “I Met HisValentine, she is so sweet.”
  • Metionina
  • Histidina
  • Valina
• Cetogénico: “The onLy pureLy ketogenic aminoacids.”
  • Leucina
  • Lisina

Relevância Clínica

As seguintes condições são doenças do metabolismo de aminoácidos . Dependendo do país e do estado dos EUA, os recém-nascidos podem ser examinados rotineiramente para estas doenças (exceto para alcaptonúria).

• Fenilcetonúria: defeito da fenilalanina hidroxilase que resulta no comprometimento da conversão de fenilalanina em tirosina e subsequente acumulação de fenilalanina. Apresenta-se como atraso psicomotor e convulsões
• “Maple syrup urine disease”: defeito na desidrogenase que resulta na acumulação de AAs de cadeia ramificada. Apresenta-se como deficiência cognitiva, urina com cheiro adocicado e distonia
• Homocistinúria: defeito na enzima cistationina β-sintase, que leva à acumulação de homocisteína. Apresenta-se como rubor, atraso no desenvolvimento, luxação do cristalino, doença vascular e osteoporose
• Tirosinemia: deficiência de fumarilacetoacetato hidrolase, a última enzima do catabolismo da tirosina. Apresenta-se como doença hepática, ganho de peso insuficiente, doença dos nervos periféricos e defeitos renais
• Alcaptonúria: deficiência da dioxigenase do ácido homogentísico, que afeta a degradação normal da tirosina em fumarato. Apresenta-se como uma descoloração preto-azulada dos tecidos conjuntivos, artrite e calcificações de vários tecidos.