Síntese de Aminoácidos Não Essenciais

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

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 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

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 ⁺ )

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

Glicina

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

• Catalisada pela serina hidroximetiltransferase
• Requer tetraidrofolato

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

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

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.