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Síntese de Aminoácidos Não Essenciais

Um aminoácido essencial é um aminoácido que tem de ter origem na dieta. Alternativamente, um aminoácido não essencial pode ser produzido pelas células e não requer ingestão dietética. Os vários substratos passam por uma série de processos para produzir aminoácidos. Existem 11 aminoácidos que podem ser completamente sintetizados; os outros 9 são considerados essenciais e devem ser incluídos na dieta do indivíduo. Os aminoácidos não essenciais são alanina, arginina, asparagina, ácido aspártico, cisteína, ácido glutâmico, glutamina, glicina, prolina, serina e tirosina. A deficiência nas enzimas necessárias para o metabolismo de aminoácidos leva a condições graves que geralmente se apresentam no início da vida, como "maple syrup urine disease" e fenilcetonúria.

Última atualização: Jun 24, 2022

Responsibilidade editorial: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

Descrição Geral

Os aminoácidos são blocos de construção para proteínas e intermediários metabólicos para reações. Os aminoácidos são classificados como essenciais ou não essenciais. Os aminoácidos essenciais devem ser incorporados à dieta porque o corpo não pode produzi-los em níveis suficientes para as necessidades fisiológicas; aminoácidos não essenciais podem ser produzidos pelo corpo.

  • Os aminoácidos essenciais incluem:
    • Fenilalanina
    • Valina
    • Treonina
    • Triptofano
    • Metionina
    • Leucina
    • Isoleucina
    • Lisina
    • Histidina
  • Os aminoácidos não essenciais incluem:
    • Alanina
    • Arginina
    • Asparagina
    • Ácido aspártico (aspartato)
    • Cisteína
    • Glutamina
    • Ácido glutâmico (glutamato)
    • Glicina
    • Prolina
    • Serina
    • Tirosina
  • As reações de síntese de aminoácidos podem ser agrupadas por famílias biossintéticas, nomeadas de acordo com o seu metabolito inicial comum.

Famílias biossintéticas

Tabela: Comparação de famílias biossintéticas
Família biossintética Aminoácido Produto catabólico
α-Cetoglutarato Glutamato AA glicogénico
Glutamina AA glicogénico
Prolina AA glicogénico
Arginina AA glicogénico
3-Fosfoglicerato Serina AA glicogénico
Glicina AA glicogénico
Cisteína AA glicogénico
Oxaloacetato Aspartato AA glicogénico
Asparagina AA glicogénico
Metionina* AA glicogénico
Treonina* AA cetogénico ou glicogénico
Lisina* AA Cetogénico
Isoleucina* AA cetogénico ou glicogénico
Piruvato Alanina AA glicogénico
Valina* AA glicogénico
Leucina* AA Cetogénico
Fosfoenolpiruvato e eritrose 4-fosfato Triptofano* AA cetogénico ou glicogénico
Fenilalanina* AA cetogénico ou glicogénico
Tirosina AA cetogénico ou glicogénico
*Aminoácidos essenciais que devem ser incorporados na dieta. A produção destes aminoácidos ocorre frequentemente em organismos procarióticos e plantas.
AA: aminoácido
Biossíntese de aminoácidos síntese de aminoácidos não essenciais

Descrição geral da biossíntese de aminoácidos
CoA: coenzima A

Imagem por Lecturio. Licença: CC BY-NC-SA 4.0

Família Biossintética de α-Cetoglutarato

Descrição Geral

  • Glutamato, glutamina, prolina e arginina são sintetizados a partir de α-cetoácidos, que são produzidos pelo ciclo do ácido cítrico.
    • A transaminação é uma reação essencial na produção destes aminoácidos.
    • A enzima envolvida nesta reação é uma aminotransferase.
  • O glutamato serve como precursor para a produção de muitos aminoácidos, como glutamina, prolina e arginina.
    • α-cetoácido + glutamato ⇄ aminoácido + α-cetoglutarato
    • O próprio glutamato é formado por aminação de α-cetoglutarato: α-cetoglutarato + NH 4+ ⇄ glutamato

Síntese de glutamato

O glutamato é produzido a partir de α-cetoglutarato através do processo de aminação.

  • α-cetoglutarato + NH 4+ ⇄ glutamato
  • O glutamato serve como o precursor primário da glutamina, prolina e arginina.

Síntese de glutamina

O glutamato serve como precursor da glutamina.

  • O glutamato é convertido em glutamina pela glutamina sintetase.
  • Glutamina sintetase usa:
    • ATP
    • NH 4+ : ajuda a prevenir a acumulação de amónia
  • Inibidores da glutamina sintetase:
    • Aminoácidos: glicina, alanina, serina, histidina, triptofano
    • Nucleotídeos: AMP, trifosfato de citidina (CTP)
    • Outros: carbamoil fosfato, glucosamina-6-fosfato
    • Estes inibidores dependem da glutamina para a produção, fornecendo feedback negativo quando os níveis de glutamina estão altos.
  • Ativação da glutamina sintetase:
    • A glutamina sintetase é ativa na forma desadenilada.
    • A adenililtransferase é responsável pela adenilação e desadenilação.
Síntese de glutamina

A síntese de glutamina é mediada pela glutamina sintetase:
Esta reação requer ATP.

Imagem por Lecturio. Licença: CC BY-NC-SA 4.0

Síntese de prolina

O glutamato também serve como precursor da prolina.

3 passos para produzir prolina a partir de glutamato:

  1. Fosforilação:
    • Catalisado por glutamato-5-quinase e glutamato-5-seminaldeído desidrogenase
    • Requer ATP e nicotinamida adenina dinucleotídeo (NADH)
    • Produz glutamato-5-seminaldeído
  2. Oxidação e desfosforilação:
    • Reação de ciclização espontânea
    • Produz ácido 1-pirrolina-5-carboxílico
  3. Redução:
    • Catalisada pela pirrolina-5-carboxilato redutase
    • Requer NADH
    • Gera prolina
Reações que contribuem para a síntese de prolina

Reações de ciclização e redução que contribuem para a síntese de prolina:
Estas etapas requerem ATP, NADH e um intermediário de ciclização.

Imagem por Lecturio. Licença: CC BY-NC-SA 4.0

Síntese de arginina

A arginina também é derivada do glutamato.

4 vias para a síntese da arginina:

  1. Reação reversível em 2 etapas
    • A partir de citrulina, aspartato e ATP
    • O argininosuccinato serve como um composto intermediário.
  2. Desmetilação reversível de dimetilarginina assimétrica (ADMA, pela sigla em inglês)
  3. Reação reversível de ornitina e ureia
  4. Reação reversível da citrulina, óxido nítrico e nicotinamida adenina dinucleotídeo (NADP + )
As 4 maneiras de produzir arginina

As 4 maneiras de produzir arginina
ADMA: dimetilarginina assimétrica
NADPH e NADP + : dinucleotídeo de nicotinamida adenina
P i : fosfato inorgânico

Imagem por Lecturio. Licença: CC BY-NC-SA 4.0

Família Biossintética de 3-Fosfoglicerato

A serina, glicina e cisteína são aminoácidos incluídos na família biossintética do 3-fosfoglicerato (3-PG). A serina é o primeiro aminoácido produzido neste grupo e, posteriormente, contribui para a produção de glicina e cisteína.

Serina

Produzido por uma via de 3 etapas:

  1. Oxidação de 3-fosfoglicerato
    • Catalisado pela fosfoglicerato desidrogenase
    • Produz 3-fosfohidroxipiruvato
    • Inibido por altas concentrações de serina
  2. Transaminação de 3-fosfohidroxipiruvato
    • Catalisado pela fosfoserina transaminase
    • Produz O-fosfoserina
  3. Hidrólise da O-fosfoserina
    • Catalisado pela Fosfoserina Fosfatase
    • Produz serina
A serina é feita através de 3 reações

A serina é feita através de 3 reações, começando com 3-fosfoglicerato (PG) e nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD + )

Imagem por Lecturio. Licença: CC BY-NC-SA 4.0

Glicina

A glicina é produzida a partir da serina com a remoção de um grupo hidroximetil.

  • Catalisada pela serina hidroximetiltransferase
  • Requer tetraidrofolato
A glicina é produzida a partir da serina

A glicina é produzida a partir da serina:
Esta reação de 1 etapa depende da remoção de um grupo hidroximetil.

Imagem por Lecturio. Licença: CC BY-NC-SA 4.0

Cisteína

A cisteína é produzida a partir de serina e homocisteína através de uma via de 2 etapas:

  1. Homocisteína e serina combinam-se para formar cistationina
    • Catalisada pela cistationina beta-sintase
    • A homocisteína contribui com o grupo de enxofre
  2. Cistationina convertida em cisteína
    • Catalisada por cistationina gama-liase
    • Também produz α-cetobutirato
Formação de cisteína a partir de serina e homocisteína

A formação de cisteína a partir de serina e homocisteína

Imagem: “Cysteine biosynthesis” por David E. Licença: Public Domain

Família Biossintética de Oxaloacetato

Descrição Geral

Aspartato, lisina, treonina, asparagina, metionina e isoleucina são aminoácidos que têm o oxaloacetato como precursor comum.

  • O aspartato e a asparagina são os únicos aminoácidos não essenciais nesta família.
  • Oxaloacetato é primeiro convertido em aspartato.
  • O aspartato é então convertido em asparagina.

Aspartato

O aspartato é produzido por uma reação de transaminação.

  • Catalisado por uma aminotransferase: transfere um grupo amina de outro aminoácido
  • Produz aspartato a partir do oxaloacetato

Asparagina

A asparagina também é produzida por uma reação de transaminação.

  • Catalisada pela asparagina sintetase
  • Produz asparagina a partir do aspartato

Família Biossintética de Piruvato

Descrição Geral

Alanina, valina e leucina compartilham piruvato como um precursor comum. A alanina é o único aminoácido da família biossintética do piruvato que pode ser produzido por humanos.

  • O piruvato é um produto final da glicólise.
  • A inibição por feedback é fornecida pelo produto final (por exemplo, alanina).

Alanina

A alanina é produzida através de uma reação de 2 etapas.

  1. α-cetoglutarato é convertido em glutamato:
    • Catalisado pela glutamato desidrogenase
    • Requer amónia e NADH
  2. Glutamato transfere um grupo amino para piruvato para formar alanina:
    • Catalisada por uma enzima aminotransferase
    • Requer piruvato pré-formado da glicólise

Família Biossintética de Fosfoenolpiruvato

Descrição Geral

Os aminoácidos aromáticos fenilalanina, triptofano e tirosina estão incluídos na família dos fosfoenolpiruvatos. A fenilalanina e o triptofano são aminoácidos essenciais; a tirosina é um aminoácido não essencial.

Tirosina

A fenilalanina serve como precursor da tirosina

  • A reação é catalisada pela fenilalanina hidroxilase dependente de biopterina.
  • A deficiência de fenilalanina hidroxilase resulta em fenilcetonúria.
  • A tirosina é o precursor de importantes neurotransmissores:
    • Dopamina
    • Noradrenalina
    • Adrenalina
A conversão de l-fenilalanina em l-tirosina

A conversão de L-fenilalanina em L-tirosina é o 1º passo no canto superior esquerdo.
A tirosina e a fenilalanina são precursoras de vários neurotransmissores e hormonas cruciais.

Imagem por Lecturio. Licença: CC BY-NC-SA 4.0

Relevância Clínica

  • Fenilcetonúria (PKU, pela sigla em inglês): defeito da fenilalanina hidroxilase que resulta em comprometimento da conversão de fenilalanina em tirosina e posterior acumulação de fenilalanina. Os indivíduos apresentaram atraso psicomotor e convulsões, e o seu suor terá classicamente um odor “mousy”. É fundamental que estes indivíduos evitem a ingestão de fenilalanina.
  • “Maple syrup urine disease”: defeito no complexo α-cetoácido desidrogenase de cadeia ramificada que resulta na acumulação de aminoácidos de cadeia ramificada. Os indivíduos apresentam défices cognitivos, urina com cheiro adocicado e distonia. O tratamento primário é evitar aminoácidos de cadeia ramificada. Os casos graves podem exigir um transplante de fígado.
  • Homocistinúria: defeito na enzima cistationina β-sintase, que leva à acumulação de homocisteína. Os indivíduos apresentam rubor, atraso no desenvolvimento, deslocamento do cristalino para baixo, doença vascular e osteoporose. Recomenda-se que estes indivíduos mantenham uma dieta pobre em enxofre.
  • Alcaptonúria: deficiência da dioxigenase do ácido homogentísico, que afeta a degradação normal da tirosina em fumarato. Os indivíduos apresentam uma descoloração preto-azulada dos tecidos conjuntivos, artrite e calcificações de vários tecidos. Atualmente, não há tratamento para a alcaptonúria, mas a esperança média de vida permanece normal nestes indivíduos.

Referências

  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. In: 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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