Catabolismo de Aminoácidos

Os aminoácidos (AAs) podem ser adquiridos através da degradação de proteínas intracelulares ou ingeridas na dieta. Os aminoácidos podem entrar em 3 vias metabólicas dentro do corpo. Estes podem 1) ser reciclados para sintetizar novas proteínas; 2) combinar com cofatores e substâncias para criar derivados de aminoácidos; ou 3) ser catabolizados nos seus grupos funcionais e esqueletos de carbono. Este processo liberta amónio, que entra no ciclo da ureia e produz intermediários para as vias metabólicas energéticas.

Última atualização: Nov 1, 2022

Responsibilidade editorial: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

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.
Diagrama de catabolismo de aminoácidos

Diagrama esquemático do metabolismo dos aminoácidos, incluindo as 3 principais vias: reutilização na síntese de novas proteínas, união com cofatores para produção de derivados de aminoácidos e catabolismo. O catabolismo de aminoácidos inclui a remoção de grupos funcionais e a degradação dos esqueletos de carbono.

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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.

Derivados de aminoácidos

Derivados de aminoácidos. Os aminoácidos (a azul) são combinados com certos cofatores ou outros substratos (a rosa) para produzir várias substâncias biologicamente importantes (a verde).

Imagem por Lecturio.

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.

Transaminação de aspartato e glutamato

Diagrama esquemático das reações de transaminação de aspartato e glutamato (ácido glutâmico). Os grupos amina estão destacados a vermelho, enquanto os grupos ceto estão destacados a verde.

Imagem por Lecturio.

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.

Ping pong bi bi mecanismo de transaminação

Mecanismo “bi-bi de pingue-pongue” de transaminação catalisada por enzima dependente de PLP. A reação da aminotransferase ocorre em 2 etapas que consistem em 3 etapas: transaminação, tautomerização e hidrólise. Na primeira etapa, o grupo alfa-amina do aminoácido é transferido para o PLP, produzindo um alfa cetoácido e fosfato de piridoxamina (PMP). Na segunda etapa da reação, o grupo amina de PMP é transferido para um alfa-cetoácido diferente para produzir um novo alfa-aminoácido e PLP.

Imagem por Lecturio.

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.
Desaminação oxidativa

Diagrama esquemático da reação de desaminação oxidativa do glutamato. Os grupos funcionais que contêm nitrogénio estão destacados a vermelho.

Imagem por Lecturio.

2. Desaminação hidrolítica:

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

Imagem da reação de desaminação hidrolítica

Diagrama esquemático de uma reação de desaminação hidrolítica. Os grupos funcionais que contêm nitrogénio estão destacados a vermelho.

Imagem por Lecturio.

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.
Desaminação eliminativa

Diagrama esquemático da reação de desaminação eliminativa da serina. Os grupos funcionais que contêm nitrogénio estão destacados a vermelho, enquanto a molécula de água (H 2 O) e os seus componentes estão destacados a verde.

Imagem por Lecturio.

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
Descarboxilação

Diagrama esquemático da reação de descarboxilação de histidina em histamina

Imagem por Lecturio.

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
AAs glicogénicos AAs Cetogênicos AAs Glicogénicos/Cetogénicos
  • Alanina
  • Arginina
  • Asparagina
  • Ácido aspártico
  • Cisteína
  • Ácido glutâmico
  • Glutamina
  • Glicina
  • Histidina
  • Metionina
  • Prolina
  • Serina
  • Valina
  • Lisina
  • Leucina
  • Isoleucina
  • Fenilalanina
  • Treonina
  • Triptofano
  • Tirosina

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.

Diagrama de catabolismo de aminoácidos

As 3 categorias de produtos catabólicos de aminoácidos: glicogénicos (verde), cetogénicos (vermelho) e glicogénicos e cetogénicos (azul). A via glicose-piruvato à esquerda representa a glicólise e a gliconeogénese. A via cíclica à direita representa o ciclo do ácido cítrico. Todos os aminoácidos são divididos em 1 de 6 intermediários (caixas verdes): 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 His Valentine, 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.

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