Unidad 7 Metabolismo del Nitrógeno Parte II

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UNIDAD 7: Metabolismo del Nitrógeno. Parte II
Metabolismo de los aminoácidos
Clasificación de los Aminoácidos
• AMINOACIDOS HIDROFOBICOS
Glicina (G), Prolina (P),Alanina (A), Leucina (L),Isoleucina (I), 
Fenilalanina (F), Triptófano (W), Metionina (M), Valina (V).
• AMINOACIDOS HIDROFILICOS O POLARES
Sin carga: Serina (S), Treonina (T), Asparagina (N), 
Glutamina (Q), Tirosina (Y), Cisteína ( C)
Con Carga – ACIDOS: Ac. Glutámico (E), Ac. Aspártico (D)
Con Carga – BASICOS: Lisina (K), Arginina (R), Histidina (H)
• AMINOACIDOS AROMATICOS
Fenilalanina (F), Tirosina (Y),Triptófano (W)
Degradación de los aminoácidos
1) Reacción Deaminasa
A. Oxidativa (NAD+ o FAD, FMN dependientes)
a. Deshidrogenasas reversibles (NAD+ dependientes)
Ejm. alanina, acido glutámico.
b. Oxidasas irreversibles (FAD, FMN dependientes D-L específicas)
Ejm. metionina, fenilalanina, tirosina, leucina, isoleucina, valina, alanina,
triptofano, cisteina, prolina, hidroxiprolina, citrulina, histidina y arginina.
B. No Oxidativa (específicas)
a. Aspartasa. Reversible, sin cofactor conocido, importante en la asimilación de 
amonio
Aspartato ↔ Fumarato + NH3
Reacciones del Metabolismo Degradativo de 
los Aminoácidos
c. Serina y Treonina desaminasa. Acción deshidratasa, irreversible, 
requiere piridoxal fosfato
Serina → Aminoácido → Piruvato + NH3 
ó α - cetobutirato 
Reacción sensible a represión catabólica; inducida en anaerobiosis
d. Cisteína desulfidrasa. Irreversible
COOH COOH
C – NH2 + H2O → C=0 + H2S + NH3
H2C – SH CH3 
Fenilalanina deaminasa (levaduras, hongos filamentosos, 
bacterias)
CH2 CHNH2COOH CH=CHCOOH + NH3
2. Reacción Descarboxilasa. Irreversible.
Para varios aminoácidos: aspartato, glutamato, ornitina, lisina, 
arginina, tirosina, fenilalaina, DAP, hidroxifenilserina, histidina, 
triptofano y otros.
Cofactor: Piridoxal fosfato
R-CHNH2COOH R-CH2NH2 + CO2
3. Reacción Aminotransferasa. Reversible. Requiere Piridoxal 
fosfato. Ejm. Glutamato, aspartato, alanina
Aspartato + α cetoglutarato ↔ oxaloacetato + glutamato
aa1 + cetoacido2 ↔ cetoacido1 + aa2
4. Reacción racemasa. Reversible. Requiere Piridoxal fosfato
COOH COOH
H - C – NH2 H2N – C - H
R R
Sìntesis de Aminoàcidos
Asimilación del Amonio
• Aunque existen 20 o más aminoácidos que forman las 
proteínas, sólo unos cuantos pueden ser producidos 
directamente mediante la asimilación de amonio. El 
aminoácido mas comúnmente producido mediante 
asimilación de amonio es el glutamato.
• Dos sistemas enzimáticos están involucrados en la 
conversión de -cetoglutarato a glutamato. El de la 
glutamato deshidrogenasa (GDH) y el de la glutamina 
sintetasa-glutamato sintasa (GOGAT).
• La alanina deshidrogenasa y aspartasa pueden también 
jugar un rol importante en la asimilación de amonio en 
algunos organismos
Asimilación del Nitrógeno Inorgánico
A) En alta concentración de Amonio: 
-cetoglutarato + NH4+ + NADPH glutamato + NADP
glutamato deshidrogenasa
B) En baja concentración de Amonio*:
Glutamato + NH4+ + ATP Glutamina + ADP + Pi
glutamina sintetasa
-cetoglutarato + Glutamina + NADPH 2 glutamato + NADP
glutamato sintasa
*Requiere ATP y dos enzimas
• Algunos microorganismos contienen ambos sistemas, en otros casos, sólo cuentan con uno de ellos 
siendo más común el sistema GOGAT. En Bacillus polymixa la actividad de GDH es varias veces más 
alta que la de GOGAT. Streptococcus sanguis, S. bovis, S. mutans y S. salivarius utilizan sólo GDH 
cualquiera que sea la concentración externa de amonio. 
Otras formas de Asimilación de Amonio
Observado en algunos Bacillus. Presente en algunos rizobios 
que exportan el nitrógeno fijado en forma de alanina 
La aspartasa es activa en Klebsiella aerogenes para la asimilación 
de amonio
Familias 
Biosintéticas 
de los 
Aminoácidos 
de acuerdo al 
precursor 
común
Familia de aminoácidos del Glutamato
En la síntesis de arginina….
• Las 8 enzimas involucradas en la vía de la arginina se 
encuentran en E. coli, S. enterica, Proteus, 
Pseudomonas, B. licheniformis, B. subtilis, B. sphaericus, 
S. bovis, N. gonorrhoeae, N. crassa, A. niger, S. 
cerevisiae, y C. albicans.
• El Carbamil fosfato es un precursor común en la 
biosíntesis de arginina y de pirimidinas En E. coli y S. 
enterica una carbamil fosfato sintetasa cataliza la 
reacción:
2ATP + HCO3 + L-glutamina + H2O → NH2COOPO3H2 +
Pi + 2ADP + glutamato
Regulación de la síntesis de arginina
• Dependiendo de la via, la regulación por feedback es 
ejercida por la arginina sobre la acetilglutamato sintasa
(ArgA) o la acetilglutamato kinasa (ArgB). 
• El abastecimiento de carbamilfosfato puede estar
regulado bajo el control alostérico de la carbamilfosfato
sintetasa mediante UMP y ornitina.
Catabolismo de la 
Arginina
Pseudomonas graveolens
Arginine catabolic pathways 
in P. aeruginosa PAO1. Only 
relevant intermediates and 
genes are shown. ADI, 
arginine deiminase pathway; 
AST, arginine 
succinyltransferase pathway; 
ADC, arginine decarboxylase 
pathway; ADH, arginine 
dehydrogenase
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC135087/figure/f1/
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC135087/figure/f1/
Distribución del Catabolismo de la Arginina
Catabolismo de la L-Arginina en microorganismos
Poliaminas
• Las poliaminas putrescina, espermidina y espermina son 
compuestos nitrogenados alifáticos que actualmente se 
consideran como reguladores del crecimiento y 
desarrollo por su efecto demostrado sobre el 
crecimiento, la división y la diferenciación celular a bajas 
concentraciones.
• Por su carácter policatiónico pueden unirse a moléculas 
cargadas negativamente tales como ácidos nucleicos, 
proteínas o fosfolípidos, alterando la expresión génica y 
la actividad de ciertas enzimas, así como variando la 
fluidez y la permeabilidad de las membranas biológicas.
Síntesis de Lisina en Hongos
Familia de aminoácidos del Aspartato
Síntesis de Lisina en bacterias
Regulación
• La leucina ejerce retroalimentación en la primera enzima 
de su síntesis.
• La isoleucina ejerce retroalimentación en la treonina 
desaminasa dirigiendo la vía hacia la síntesis de valina , 
leucina y pantotenato cuando la isoleucina esta en 
exceso.
• Los 3 aminoácidos de cadena ramificada, valina, leucina 
e isoleucina son los más hidrófobos dentro de los 
aminoácidos y juegan un rol crucial en la determinación 
de la estabilidad en las proteínas globulares así como en 
la interacción de los dominios transmembranas de las 
proteínas intrínsecas con la bicapa lipídica.
Familia de aminoácidos de la Serina
3-P Glicerato
Familia de la Serina: Serina, Glicina, Cisteína
• Tres vías de síntesis de Serina:
– Vía Fosfoglicerato.
– Via glicina derivada del glioxilato por 
transaminación.
– Desaminación de treonina y ruptura del 
alfa cetobutirato en glicina y acetil CoA.
Formas C-1 ligadas al Tetrahidrofolato
Síntesis de 
Aminoácidos Aromáticos
en E.coli
Triptófano
fenilalanina
Importancia del 
Corismato como 
intermediario de 
síntesis
Importancia del 
Corismato como 
intermediario de 
síntesis
Importancia del 
Corismato como 
intermediario de 
síntesis
Importancia del 
Corismato como 
intermediario de 
síntesis
Biosíntesis de algunos antibióticos
Reacciones en la síntesis de Histidina
…simplificando la síntesis de Histidina
4. Metabolismo de los Nucleótidos
Síntesis de los Nucleótidos de Purina
OH
H
H
CH2
OH OH
H H
O

O
2-
O3P
-D-Ribose-5-Phosphate (R5P)
O
H
H
CH2
OH OH
H H
O 
O
2-
O3P
5-Phosphoribosyl--pyrophosphate (PRPP)
P
O
O
O P
O
O
O
ATP
AMP
Ribose
Phosphate
Pyrophosphokinase
H
NH2
H
CH2
OH OH
H H
O

O
2-
O3P
-5-Phosphoribosylamine(PRA)
Amidophosphoribosyl
Transferase
Glutamine 
+ H2O
Glutamate 
+ PPi
H
NH
H
CH2
OH OH
H H
O
O
2-
O3P
CO
H2C NH2
Glycinamide Ribotide (GAR)
GAR Synthetase
Glycine 
+ ATP
ADP
+ Pi
H2C
C
NH
O
CH
H
N
O
Ribose-5-Phosphate
Formylglycinamide ribotide (FGAR)
H2C
C
NH
O
CH
H
N
HN
Ribose-5-Phosphate
Formylglycinamidine ribotide (FGAM)
THFN
10
-Formyl-THF
GAR Transformylase
ATP +
Glutamine +
H2O
ADP +
Glutamate + Pi
FGAM 
Synthetase
HC
C
N
CH
N
H2N
Ribose-5-Phosphate
4
5
5-Aminoimidazole Ribotide (AIR)
ATP
ADP + Pi
AIR 
Synthetase
C
C
N
CH
N
H2N
OOC
Ribose-5-Phosphate
4
5
Carboxyamidoimidazole Ribotide (CAIR)
ATP
+HCO3
ADP + Pi
AIR 
Car boxylase
Aspartate
+ ATP
ADP
+ Pi
SAICAR Synthetase
Adenylosuccinate
Lyase
Fumarate
C
C
N
CH
N
NH
Ribose-5-Phosphate
4
5
5-Formaminoimidazole-4-carboxamide
ribotide (FAICAR)
C
H2N
O
C
H
O
C
C
N
CH
N
H2N
Ribose-5-Phosphate
4
5
5-Aminoimidazole-4-carboxamide
ribotide (AICAR)
C
H2N
O
C
C
N
CH
N
H2N
C
N
H
O
HC
COO
CH2
COO
Ribose-5-Phosphate
4
5
5-Aminoimidazole-4-(N-succinylocarboxamide)
ribotide (SAICAR)
THF
AICAR 
Transformylase
N
10
-Formyl-
THF
Inosine Monophosphate (IMP)
HN
HC
N
C
C
C
N
CH
N
O
4
5
HH
CH2
OH OH
H H
O
O
2-
O3P
IMP
Cyclohydrolase
H2O
Síntesis de AMP y GMP a partir de IMP
Regulación de la síntesis de Nucleótidos de purina
Origen de los átomos del anillo pirimidínico
Aspartato
carbamiltransferasa
CTP (-)
ATP (+)
Orotato fosforibosil 
transferasa
Orotidina monofosfato 
descarboxilasa
(-)
GTP (+)OMP
Degradación de los nucleótidos de purina
Degradación de 
pirimidinas por 
Clostridium oroticum
Degradación de la cafeína por Pseudomonas putida
Pseudomonas, 
Alcaligenes, 
Aspergillus, 
Serratia,
Penicillium, 
Klebsiella, 
Stemphylium, 
Rhizopus, 
Rhodococcus, 
Brevibacterium, 
Bacillus sp., 
Phanerochaete 
Catabolismo microbiano de la cafeína