O Glutamato libera o seu grupo amino como amônia no fígado:
Já vimos que os grupos amino são reunidos no fígado na forma do grupo amino de moléculas de glutamato. A seguir, esses grupos amino precisam de ser removidos do glutamato e preparados para a sua excreção. Nos hepatócitos, o glutamato é transportado do citosol para o interior das mitocôndrias onde sofre desaminação oxidativa numa reacção catalizada pela L-glutamato desidrogenase.
A acção combinada de uma aminotransferase e da glutamato desidrogenase é chamada de transdesaminação (figura). Os produtos de uma reacção de transdesaminação, são um a-cetoácido, o a–cetoglutarato e a amónia (NH4+). O a–cetoglutarato é um intermediário do ciclo do ácido cítrico.
A amônia é tóxica para os animais:
A amônia é muito tóxica para os tecidos animais e a sua concentração no sangue é muito bem regulada. Na maior parte dos animais, a mônia livre produzida nos diferentes tecidos por diversas reacções, é convertida em um composto não tóxico antes de ser transportada, através do sangue para o fígado e rins. Nessa função de transporte, o aminoácido fundamental é a glutamina. Esse aminoácido que serve de transportador de grupos amina, é formado durante uma reacção catalizada pela enzima glutamina sintetase. A glutamina é uma forma não tóxica de transporte de amônia e normalmente está presente no sangue humano em concentrações muito maiores do que a de outros aminoácidos. A glutamina serve também de fonte de grupos amino para uma variedade de reacções de biossíntese de diversas moléculas nitrogenadas (nucleótidos, por exemplo).
Ciclo da glicose alanina:
A alanina também desempenha um papel especial no transporte para o fígado dos grupos amino, em forma não tóxica, através do ciclo da glicose alanina (figura).
Nos músculos e em outros tecidos que degradam aminoácidos para empregá-los como combustíveis, os grupos amino são colectados por tansaminação, sob a forma de glutamato. O glutamato, pode então ser convertido em glutamina, para ser transportado até ao fígado, ou então ainda no músculo, pode transferir o seu grupo amina para o piruvato (um produto da glicólise) muscular, e regenerar alanina por acção da alanina aminotransferase. Dessa forma, a alanina passa para o sangue e viaja até ao fígado.
Figura: Transporte da alanina do músculo para o fígado: Esta forma de transporte, permite que a partir de aminoácidos do músculo, o fígado sintetise glicose, no fígado, que através do senague vai novamente para o músculo para a produção de energia.
No citosol das células dos hepatócitos (células do fígado), a alanina aminotransferase transfere o gurpo amina da alanina para o a–cetoglutarato, formando piruvato e glutamato. O piruvato pode ser transformado em glicose, que retorna aos músculos para ser usada como fonte de energia.
Os músculos consomem muita glicose e, principalmente quando em actividade aumentada (corrida rápida), produzem o ácido láctico como produto da glicólise anaeróbia (reacções que ocorrem na ausênciaa de oxigênio). O lactato derivado da glcólise, e o piruvato derivado da transaminação da alanina, sofrem um conjunto de reacçõs no fígado, que os transformam em glicose. Essa glicose é novamente transportada pelo sangue, do fígado até aos músculos, onde é utilizada como fonte de energia. O ciclo de reacções que inclui a transformação da glicose em lactato no músculo e a reconversão do lactato/piruvato em glicose, no músculo é chamado de ciclo de Cori. O nome provém do casal Carl Cori e Gerty Cori que, nas décadas de 1930 e 1940, estudou e esclareceu essa via e o seu papel no metabolismo.
Fontes de Amônia:
Os aminoácidos da dieta, são a maior fonte de da amônia formada em organismos como o nosso. Contudo, ela pode vir de várias outras fontes, a saber:
As espécies aquáticas, como a dos peixes ósseos, excretam o nitrogênio do grupo amino como amônia, directamente na água. Por isso, esses animais são chaamados de amonotélicos. Os animais terrestres eliminam a amónia ou sob a forma de ácido úrico (os pássaros e répteis) e esses se chamam de uricotélicos ou sob a forma de ureia (homem e outros vertebrados superiores), e por isso se chamam de ureotélicos.
Estequiometria geral do ciclo da ureia:
Regulação do ciclo da ureia:
IV DESTINO DA CADEIA CARBONADA DOS AMINOÁCIDOS
Como já dissemos nas aulas anteriores, o catabolismo dos aminoácidos encontrados nas proteínas envolve a remoção do grupo mino (quer para excreção quer para a síntese de novos compostos aminados), seguindo-se a quebra dos esqueletos carbonados resultantes. As vias de degradação dos esqueletos carbonado de todos os aminoácidos, convergem para formar sete produtos intermediários : 1)- Oxalacetato; 2)- a-cetoglutarato; 3)- Piruvato; 4)-Fumarato; 5)- Acetil-CoA; 6)-Succinil-CoA; 7)- Acetoacetil-CoA. Estes produtos entram diretamente nas vias do metabolismo intermediário, resultando na síntese de glicose ou lipídeos ou na sua oxidação total total, com produção de CO2 e H2O.
Aminoácidos Glicogênicos e cetogênicos:
Os aminoácidos podem ser classificados em cetogênicos e glicogênicos, em função do intermediário produzido durante o seu catabolismo (ver figura).
Fontes de Amônia:
Os aminoácidos da dieta, são a maior fonte de da amônia formada em organismos como o nosso. Contudo, ela pode vir de várias outras fontes, a saber:
Aminoácidos tecidulares – Muitos tecidos, mas principalmente o fígado, formam amónia através das reacções de transaminação seguidas de desaminação (transdesaminação).
Glutamina – Os rins produzem amônia a partir da glutamina, por acção da enzima glutaminase renal. A maior parte dessa amônia é excretada sob a forma de NH4+. Também no intestino existe uma glutaminase intestinal.
Acção bacteriana no intestino – Na luz intestinal, existe a urease bacteriana que produz amônia a partir da ureia. Essa amônia é absorvida pelo organismo, atinge a veia porta e no fígado volta a ser convertida em ureia.
Aminas – Aminas obtidas da dieta e monoamidas utilizada como hormônios, ou neurotransmissores podem produzir amônia pela acção da aminooxidase.
Purinas e pirimidinas – no catabolismo das purinas e das pirimidinas, os grupos amino ligados aos anéis, são liberados como amônia.
RESUMO: Destino metabólico dos grupos amino:
Os seres humanos obtêm do catabolismo oxidativo dos aminoácidos apenas uma pequena fracção da energia total que necessitam. Esses aminoácidos são derivados da quebra normal das proteínas celulares, da degradação das proteínas ingeridas e da quebra das proteínas corporais, quando não existem outras fontes de energia durante o jejum, ou no diabetes mellitus.
As proteínas ingeridas são degradadas por proteases no estômago e no intestino delgado, até a abtenção de aminoácidos que são depois absorvidos pelas células intestinais, passando para a circulação sangínea.
O passo inicial do catabolismo dos aminoácidos consiste na separação do grupo amino, do esqueleto carbonado. Na maioria dos casos, o grupo amino é transferido para o a–cetoglutarato para formar glutamato numa reacção denominada de transaminação. Essa reacção, requer a coenzima piridoxal fosfato.
O glutamato é transportado para a mitocôndria do fígado, onde a enzima glutamato desidrogenase libera o grupo amino sob a forma de amônia (NH4+). A amônia formada em outros tecidos é transportada para o fígado, incorporada na glutamina, ou no caso dos músculos esqueléticos, incorporada na alanina.
O piruvato produzido por desaminação da alanina, é convertido em glicose no fígado, que a seguir é transportada de volta para os músculos esqueléticos, como parte do ciclo glicose-alanina.
III- EXCREÇÃO DO NITROGÊNIO E CICLO DA UREIA
As espécies aquáticas, como a dos peixes ósseos, excretam o nitrogênio do grupo amino como amônia, directamente na água. Por isso, esses animais são chaamados de amonotélicos. Os animais terrestres eliminam a amónia ou sob a forma de ácido úrico (os pássaros e répteis) e esses se chamam de uricotélicos ou sob a forma de ureia (homem e outros vertebrados superiores), e por isso se chamam de ureotélicos.
No homem, a ureia é a principal forma de eliminação dos grupos amino oriundos dos aminoácidos e perfaz cerca de 90% dos componentes nitrogenados da urina. A ureia é formada por dois átomos de nitrogênio, proveniete de reacções de transaminação e desaminação e uma molécula de CO2. Depois de formada no fígado, a ureia é transportada pelo sangue até aos rins, para ser excretada na urina.
Reacções do Ciclo da Ureia: O ciclo da ureia foi descoberto em 1932 por Hans Krebs (que também descreveu o ciclo do ácido cítrico) e um pesquisador associado, Kurt Henseleit. O ciclo da ureia começa no interior da mitocôndria das células do fígado mas, depois continua no citoplasma. O ciclo comporta cinco reacções, a saber:
Formação do Carbamoil fosfato – A amônia livre presente no interior das mitocôdrias, proveniente maioritáriamente de reacções de desaminação oxidativa, condensa-se com o CO2, também presente na mitocôndria como produto do processo de respiração celular, para formar o carbamoil fosfato. Essa reação é catalizada pela enzima carbamoil fosfato sintetase I, presente nas mitocôndrias e requer a clivagem de duas moléculas de ATP.
Formação da Citrulina – A ornitina e citrulina, são aminoácidos básicos que não fazem parte das proteínas celulares, mas participam no ciclo da ureia. Nesta segunda reacção do ciclo da ureia, o carbamoil fosfato se condensa com a ornitina também presente na mitocôndria. Essa reacção é catalizada pela enzima ornitina transcarbamilase e tem como resultado a formação da citrulina, que passa para o citosol.
Formação do argininossucinato – No citosol a citrulina condensa-se com o aspartato para formar argininossucinato. O grupo a-amino do aspartato fornece o segundo nitrogênio que será no final, incorporado na ureia. A formação do arginossucinato requer a clivagem de uma molécula de ATP em AMP e pirofosfato (PPi), sendo essa a terceira molécula necessária para a síntese da ureia.
Clivagem do argininossucinato – O argininossucinato é clivado, produzindo arginina e fumarato. A arginina formada nessa reacção serve como precursor imediato da ureia. Essa reacção é catalizada pela enzima arginossucinase, liberando arginina e fumarato (intermediário do ciclo do ácido cítrico).
Clivagem da arginina, resultando em ornitina e ureia – A enzima arginase, cliva a arginina em ornitina e ureia. Essa enzima se encontra quase exclusivamente no fígado. Dessa forma, enquanto outros tecidos como o rim, podem sintetizar arginina, apenas o fígado pode clivar a arginina e sintetizar ureia.
Figura: Reacções do ciclo da ureia, que ocorrem na mitocôndria e no citoplasma. Também são mostradas as ligações com o ciclo do ácido cítrico.
Destino da uréia: A ureia sai do fígado por difusão e é transportada no sangue, até aos rins, onde é filtrada e excretada na urina.
Destino da uréia: A ureia sai do fígado por difusão e é transportada no sangue, até aos rins, onde é filtrada e excretada na urina.
Parte da ureia difunde no sangue para o intestino onde é clivada pela enzima urease bacteriana, formando CO2 e NH3 que em parte é excretado nas fezes e em parte é reabsorvido para o sangue. Em pacientes com insuficiência renal, os níveis de ureia no sangue aumentam, aumentando também o CO2 e NH3 formado no intestino que contribui para a hiperamoninemia freaquentemente observada nesses pacientes. A administração oral de neomicina (um antibiótico), reduz o número de bactérias intestinais responsáveis pela produção de NH3.
Estequiometria geral do ciclo da ureia:
Aspartato + NH3 + CO2 + 3ATP Uréia + Fumarato + 2ADP + AMP + 2Pi + Ppi + 3H2O
Quatro fosfatos de alta energia, são consumidos na síntese de cada molécula de ureia. Assim, a síntese da ureia é irreversível com um ΔG bastante negativo. O glutamato é o precursor imediato de ambos nitrogênios: o da amônia (por desaminação oxidativa catalisada pela glutamato desidrogenase) e do aspartato (por transaminação a partir do oxalacetato, catalisada pela enzima aspartato-aminotransferase). Assim ambos os átomos de nitrogênio da ureia originam-see efetivamente do glutamato, o qual por sua vez recolhe o nitrogênio de outros aminoácidos.
Regulação do ciclo da ureia:
O N-acetil-glutamato é um activador essencial da carbamoil-fosfato-sintetase I – o passo limitante da velocidade do ciclo da ureia. O N-acetil-glutamato é sintetizado a partir do acetil-CoA e glutamato, em reacção activada pela arginina. Assim sendo, a concentração intra-hepática de N-acetil-glutamato aumentya após a ingestão de uma refeição rica em proteína, que fornece tanto o substrato (glutamato), quanto o regulador da síntese de N-acetil-glutamato. Isso leva a um aumento de velocidade da síntese da ureia.
IV DESTINO DA CADEIA CARBONADA DOS AMINOÁCIDOS
Como já dissemos nas aulas anteriores, o catabolismo dos aminoácidos encontrados nas proteínas envolve a remoção do grupo mino (quer para excreção quer para a síntese de novos compostos aminados), seguindo-se a quebra dos esqueletos carbonados resultantes. As vias de degradação dos esqueletos carbonado de todos os aminoácidos, convergem para formar sete produtos intermediários : 1)- Oxalacetato; 2)- a-cetoglutarato; 3)- Piruvato; 4)-Fumarato; 5)- Acetil-CoA; 6)-Succinil-CoA; 7)- Acetoacetil-CoA. Estes produtos entram diretamente nas vias do metabolismo intermediário, resultando na síntese de glicose ou lipídeos ou na sua oxidação total total, com produção de CO2 e H2O.
Aminoácidos Glicogênicos e cetogênicos:
Os aminoácidos podem ser classificados em cetogênicos e glicogênicos, em função do intermediário produzido durante o seu catabolismo (ver figura).
Aminoácidos Glicogênicos:
Os aminoácidos cujo catabolismo produz piruvato ou um dos intermediários do ciclo do ácido cítrico, são denominados de glicogênicos. Esses intermediários são substratos para a gliconeogênese e pode m originar na formação de glicose(fígado) e de glicogênio (fígado e nos músculos).
Aminoácidos cetogênicos:
Os aminoácidos cujo catabolismo produz acetoacetato ou um dos seus percursores (Acetil-CoA ou Aceto-Acetil-CoA, são denominados de cetogênicos.
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