TP Metabolismo aminoácidos y proteínas (1)

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 TRABAJO PRACTICO 
ACTIVIDAD 9: Metabolismo de aminoácidos y proteínas. 
 
A) Objetivos generales: Conocer los principales procesos de transformación metabólica de 
aminoácidos y proteínas, y su incumbencia en biomedicina. Los objetivos específicos se 
detallan en los alcances y contenidos del temario general. 
B) OBJETIVOS ESPECÍFICOS - TEMARIO GENERAL. 
(1) Aspectos nutricionales del metabolismo proteico. 
1.1 Necesidad proteínica del organismo humano. Fuentes de aminoácidos esenciales. 
Clasificación de los aminoácidos en ceto- y glucogénicos. 
1.2 Digestión de proteínas y péptidos (exo- y endopeptidasas, carboxi- y aminopeptidasas, 
función del HCl estomacal). 
1.3 Absorción intestinal de aminoácidos: descripción del modelo de transporte transepitelial 
en intestino y túbulo renal. 
1.4 Destinos metabólicos de los aminoácidos (función calorigénica, proteogénica, balance 
nitrogenado). 
1.5 Transporte inter-celular de aminoácidos (ciclo del γ -glutamilo). 
(2) Principales transformaciones bioquímicas de los aminoácidos. 
2.1 Transaminaciones: mecanismo, ejemplos de importancia en el diagnóstico y pronóstico 
de patologías humanas. 
2.2 Desaminaciones: mecanismo, ejemplos y clasificación. Requerimientos de coenzimas en 
cada caso. 
2.3 Decarboxilaciones: formación de aminas de interés biológico (espermina, histamina, 
serotonina, etc.). 
(3) Destino metabólico del amonio. 
3.1 Síntesis de glutamato y glutamina: importancia biológica. 
3.2 Ciclo de la urea: función biológica, intermediarios, enzimas y cofactores intervinientes. 
Regulación del ciclo. 
(4) Síntesis de creatina y creatinina: importancia clínica, enzimas que intervienen. 
Síntesis de glutatión, neurotransmisores: catecolaminas, serotonina, GABA, histamina, 
Síntesis de NO. 
(5) El metabolismo de aminoácidos y proteínas en diferentes patologías humanas. 
5.1 Efectos metabólicos de la hiperamoniemia. Mecanismos de toxicidad del amonio. 
5.2 Principales alteraciones bioquímicas en el albinismo, la oligofrenia fenilpirúvica, la 
cistinuria, alcaptonuria y otras enfermedades congénitas del transporte o por deficiencias 
enzimáticas. 
5.3 Enfermedad celiaca. 
(C) FUENTES DE INFORMACION: 
- Contenidos de los cursos de Introducción a la Medicina, Áreas Ciencias Biológicas y 
Ciencias Exactas. 
- Bibliografía de consulta: 
- Biología Molecular de la célula. 
Alberts y Colab. Ed. Omega S.A., Barcelona. 
- Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations. 
T.N. Devlin (4ta. ed.). J. Wiley & Sons, New York. 
- Bioquímica Médica. 
Montgomery y Colab. Ed. Salvat S.A., Barcelona. 
-Bioquímica de Harper. 
Murray y Colab. 13nd. ed. El Manual Moderno. 
- Principios de Bioquímica. 
Lehninger, Nelson y Cox. Segunda Edición. Ed.. Omega. 
- Bioquímica. 
Stryer (última ed.). 
- Bioquímica Humana. 
Orthen & Neuhaus. 10ma. ed. Ed. Médica Panamericana. 
- Enfermedades metabólicas. 
Duncan y Colab. Ed. Salvat, Barcelona. 
- Bioquímica. 
Friedman. Ed. Salvat. 
- Bioquímica. 
Voet & Voet. Ed. 1990,Ed. Omega, Barcelona. 
 
EJERCICIOS DE RESOLUCIÓN PREVIA A LA CLASE 
1) Aspectos nutricionales del metabolismo proteico. 
a) ¿Qué es y cómo se calcula el balance nitrogenado? Describa situaciones metabólicas 
en las que el balance nitrogenado sea negativo. 
b) ¿Qué es un aminoácido esencial? Indique fuentes nutricionales. 
c) A qué se denomina “valor biológico” de una proteína. Mencione proteínas con alto y bajo valor 
biológico 
d) Esquematice el proceso de digestión de proteínas. Para cada etapa indique las funciones de 
las enzimas y secreciones. 
e) Esquematice la absorción intestinal de aminoácidos. Indique las características de los 
mecanismos de transporte. 
f) Los aminoácidos pueden ser utilizados como fuente de energía. Indique en que situaciones 
metabólicas y cuál es el destino del grupo amino y de la cadena carbonada. 
g) Defina aminoácidos ceto- y glucogénicos. Clasifique los 20 aminoácidos según la definición. 
 
2) Excreción de amonio 
Describir los pasos necesarios para que el grupo amino sea excretado del organismo: 
transaminaciones, desaminación oxidativa y ciclo de la urea. Importancia del hígado en estos 
procesos. ¿Cómo se transporta el amonio desde los otros órganos al hígado? 
 
3) Síntesis de compuestos no proteicos a partir de aminoácidos 
Los siguientes son compuestos no proteicos que se sintetizan a partir de aminoácidos. Elabore 
un cuadro sinóptico donde resuma los aminoácidos precursores, el/los tejido/s donde la 
biosíntesis es más activa, y los principales efectos fisiológicos de las siguientes sustancias: 
1) Adrenalina 
2) Histamina 
3) Serotonina 
4) Acido gamma-aminobutírtico 
5) Purinas y pirimidinas 
4) Creatina y creatinina 
a) Esquematice la vía de síntesis de creatina indicando sus precursores y distribución tisular. 
b) Describa la reacción catalizada por la creatin-fosfo-quinasa (CPK). ¿Qué función cumple el 
producto de esta reacción?. Indique la importancia clínica de la determinación de su actividad 
enzimática en plasma. 
c) Describa la síntesis de creatinina indicando cual es la utilidad de su determinación en orina. 
5) Metabolismo de aminoácidos y proteínas en diferentes patologías humanas. Indique en 
qué situaciones podría producirse un aumento de los niveles de NH4+ en plasma. ¿Por qué 
concentraciones elevadas de amonio en plasma son tóxicas? 
EJERCICIOS DE RESOLUCIÓN EN CLASE. 
1) En un caso de alcoholismo, la malnutrición crónica subyacente provocó que el paciente perdiera 
18 kg de peso, un 6 % de los cuales fueron a expensas de la proteína corporal. 
a) Exprese esta pérdida en términos de Kcal. 
b) Analice el estado de su balance nitrogenado. 
c) ¿Cómo se modificarán en el tiempo los niveles de aminoácidos circulantes gluconeogénicos? 
d) ¿Por qué la administración endovenosa de Ala provoca disminución del β-hidroxibutirato en 
sangre y, en cambio, no causa este efecto la infusión de Leu? 
e) En los pacientes malnutrido-proteicos se suele recurrir a la administración de aminoácidos libres 
(o como sales) directamente en el torrente circulatorio. ¿Por qué no es conveniente administrar 
oralmente alimentos completos? 
2) Principales transformaciones bioquímicas de los aminoácidos. 
a) Esquematizar las reacciones que están involucradas en la eliminación del grupo α-amino de los 
aminoácidos. 
b) ¿Cuáles son los posibles destinos de los productos de desaminación de los aminoácidos? 
c) Describa una reacción de transaminación indicando su importancia metabólica. Explique por qué 
estas reacciones tienen valores de Keq cercanas a 1. Ejemplifique. 
d) Describa una reacción de desaminación, detallando el mecanismo y cofactores intervinientes. 
Indique qué requisito estructural diferencia a los aminoácidos que sufren desaminación oxidativa 
de la no oxidativa. Mencione ejemplos. 
e) Explique por qué la glutamato-deshidrogenasa es la desaminasa de mayor importancia biológica. 
e-1) ¿En qué órganos se expresa? ¿Por qué? 
e-2) Escriba la reacción que cataliza. 
e-3) ¿Cómo es su regulación? Explíquela mediante un esquema. 
f) Describa una reacción de decarboxilación. Mencione ejemplos de interés biológico. 
3) Destino metabólico del amonio. 
a) Los 20 aminoácidos necesarios para la síntesis de proteínas están presentes en el plasma en 
diferentes concentraciones. Explique por qué la alanina y la glutamina se encuentran en mayor 
proporción que el resto. 
b) Esquematice el ciclo de la glucosa-alanina. ¿Qué función cumple? Explique por qué la síntesis 
de glutamina no es la vía preferencial del transporte de amonio del músculo al hígado 
c) Describa la reacción catalizada por la glutamina sintasa, la utilidad de la glutamina y la función 
de la glutaminasa. Indique distribución tisular e importancia biológica de ambas enzimas. 
d) Describa en detalle el ciclo de la urea esquematizando sus etapas. Indique: 
d-1) Función. 
d-2) En que órgano y compartimiento intracelular tiene lugar. 
d-3) Escriba la fórmula de la urea identificando en la vía metabólica elorigen de cada uno de sus 
átomos. 
d-4) Describa en detalle la regulación. 
d-5) ¿Cuál es la importancia del N-acetil glutamato para esta vía metabólica? 
d-6) ¿Cuál es el costo energético para sintetizar una molécula de urea? ¿De qué manera se 
compensa? 
d-7) Realice un diagrama que relacione el ciclo de la urea con el ciclo de Krebs e identifique el 
metabolito que relaciona ambos ciclos. 
e) Indique la importancia del riñón en el metabolismo del nitrógeno. 
4) Un animal en ayuno es alimentado con alanina uniformemente marcada [14C]. 
Al cabo de unas horas, el análisis de sangre muestra la presencia de glucosa [14C]. 
a) Explique esta observación esquematizando las reacciones que le permiten justificarla. 
b) Indique si se detectaría síntesis neta de glucosa [14C] en sangre si bajo las mismas condiciones 
se suministrara: 
b-1) Fenilalanina [14C] 
b-2) Cisteína [14C] 
b-3) Leucina [14C]. 
c) En uno de los casos anteriores se detectan grandes cantidades de acetoacetato en 
orina, ¿En cuál? 
5) Reacciones de transaminación. 
a) Escriba las reacciones de transaminación de cada uno de los siguientes aminoácidos 
utilizando al α -cetoglutarato como aceptor nombrando las enzimas correspondientes: 
a-1) Alanina 
a-2) Aspartato 
a-3) Leucina 
a-4) Fenilalanina 
a-5) Tirosina. 
b) Explique por que la Aspartato aminotransferasa tiene la actividad específica más alta de todas 
las aminotransferasas hepáticas en mamíferos. 
 
6) Si se adiciona ácido glutámico marcado con 14C en el carbono 2 y con 15N en el grupo 
amino a un homogenato de hígado. ¿Dónde aparecerán los isótopos en las siguientes 
moléculas?: 
a-1) Urea 
a-2) Succinato 
a-3) Arginina 
a-4) Citrulina 
a-5) Ornitina 
a-6) Aspartato 
b) Cuando se añade 15NH4+ a un homogenato de hígado se detecta urea marcada con 15N en un 
solo átomo de N a los pocos minutos. A tiempos más largos aparecen marcados los dos átomos 
de N. Escriba las reacciones que explican por qué no aparecen los dos átomos de N marcados 
desde el principio. 
7) Ayuno. En un estudio se hizo ayunar a ratas de corta edad y luego se les suministró una 
sola comida completa en aminoácidos pero sin arginina. A las 2 h los niveles de amonio 
sanguíneo aumentaron desde un nivel normal de 18 g/L a 140 g/L y las ratas mostraron los 
síntomas clínicos de toxicidad del amonio. Un grupo control alimentado con una dieta 
completa en aminoácidos o una dieta completa en aminoácidos en la que se había sustituido 
la arginina por ornitina no mostraron sintomatología. 
a) ¿Cuál era el objetivo del ayuno en el experimento? 
b) ¿Qué es lo que hizo aumentar los niveles de amonio? ¿Es la arginina un aminoácido esencial 
para las ratas? Justifique 
c) ¿Por qué se puede sustituir arginina por ornitina? 
8) Los 3 carbonos del lactato y de la alanina presentan el mismo estado de oxidación y los 
animales pueden usar uno u otro como fuente de energía, indistintamente. Compare el 
rendimiento en moles de ATP/ mol de sustrato para la oxidación completa a CO2 y H2O del 
lactato y de la alanina teniendo en cuenta el gasto energético producido por la excreción del 
NH4. 
9) En un paciente con insuficiencia hepática: 
a) ¿Qué espera que suceda con el ciclo de la urea? 
b) ¿Qué formas alternativas emplea el organismo para controlar el incremento de amonio en 
sangre? 
c) ¿Cuál es el nivel aceptable de urea en sangre humana? ¿De qué manera influirá la dieta en este 
valor? 
10) Caso clínico 6: Fenilcetonuria como una de las patologías que forman parte del screening 
neonatal. 
Sol, lactante de 4 meses de edad recién llegada de la Unión Soviética, de padre ruso y madre 
argentina, fue normal en su nacimiento. Sin embargo, en las últimas semanas ha estado menos 
atenta que lo normal al medio que la rodea, presentando además un retraso aparente de madurez 
psicomotriz y temblor en sus extremidades. Cuando su madre la encontró en la cuna realizando 
fuertes movimientos espasmódicos la llevó al servicio de urgencias del hospital. Un pediatra la 
examinó e inmediatamente notó un olor rancio en el pañal húmedo de Sol. Se le tomó una muestra 
de sangre del talón que dio positiva para un exceso de fenilalanina (Phe) en sangre. 
1) ¿Qué patología puede tener Sol? Fundamente su respuesta. 
 Para corroborar el diagnostico se evaluó la actividad enzimática de la fenilalanina hidroxilasa (PHA) 
obtenida de muestra del paciente y se la comparó contra una muestra control. 
b) ¿Qué reacción cataliza esta enzima? 
 
c) Interprete el gráfico de actividad enzimática y saque conclusiones respecto del diagnóstico. 
Mencione posibles causas que justifiquen la diferencia de actividad en ambas muestras. Teniendo 
en cuenta este resultado, indique la base molecular de la PKU. 
 
d) Justifique la incorporación de la Fenilcetonuria dentro del screening neonatal analizando: 
d.1.¿Cuál es su prevalencia? 
d.2.Considerando que se trata de una enfermedad metabólica, ¿qué metabolito se acumula? 
¿Existen vías metabólicas alternativas para su utilización? 
d.3.¿Cómo se diagnostica la enfermedad? 
d.4.¿Cuáles son los signos clínicos? 
d.5.¿Cuál es el tratamiento?