METABOLISMO DE PROTEINAS VIRTUAL

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METABOLISMO DE LAS PROTEÍNAS
Cátedra Virtual de Bioquímica Humana
Introducción:
. La ingesta de proteínas es necesaria para proveer nitrógeno y aminoácidos al organismo humano.
. Con ellos, se realiza la síntesis de proteínas propias.
. Aportan entre el 11 al 15% del valor calórico total de una dieta normal.
2
. Las proteínas contienen un 16% de nitrógeno
100 g de proteínas contienen 16 g de N
1 g de N está contenido en 6.25 g de proteínas.
Introducción:
3
Fuentes biológicas de proteínas naturales:
4
PROTEÍNAS
ANIMALES
TISULARES
Colágeno; miosina;
Fibrinógeno; queratina;
Nucleoproteínas
EXTRACELULARES
Caseína; albúmina; globulinas
VEGETALES
Gluteninas;
Gluten
Prolaminas
Las proteínas pueden ser clasificadas teniendo en cuenta su valor nutricional:
. Proteínas de alto valor biológico:
. Son aquellas que tienen la dotación completa de aminoácidos esenciales.
Son, generalmente, las proteínas de origen animal: carne, huevo, leche.
. Proteínas de bajo valor biológico:
. Son la mayoría, proteínas vegetales.
Clasificación:
5
 . Aminoácidos esenciales:
	. Valina, Leucina, Isoleucina, Triptofano, 	Metionina, Treonina, Lisina, Fenilalanina.
+
. Aminoácidos semiesenciales:
. Histidina y Arginina 
 Proteínas de alto valor biológico
Aminoácidos esenciales
6
 
Metabolismo de las proteínas:
PROTEÍNA CORPORAL
AMINOÁCIDOS
UREA (15-25%)
Degradación diaria de 2 %:
(230 a 250gr.)
Reutilización para la síntesis de proteína nueva (75-85%)
7
 INGRESOS
EGRESOS
 NITRÓGENO
Orina
Heces
Sudor 
Ingesta
Balance nitrogenado:
8
. BALANCE NITROGENADO (BN)
. BN = INGESTA DE N - ELIMINACIÓN 
. INGESTA DE NITROGENO (g/día):
 INGESTA DE PROTEÍNAS EN g/24 HORAS/6.25
. EXCRECIÓN DE NITRÓGENO (g/día): 
UREA URINARIA (g/día) + 4 g de nitrógeno
Metabolismo de las proteínas:
9
. BALANCE NITROGENADO POSITIVO:
. Niños en crecimiento;
. Embarazo;
. Lactancia;
. Desarrollo muscular en atletas;
. Recuperación de lesiones, cirugía y desnutrición.
Metabolismo de las proteínas:
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. BALANCE NITROGENADO NEGATIVO:
. Ancianos;
. Estrés emocional y quirúrgico;
. Insuficientes renales;
. Desnutrición calórico-proteica;
. Inválidos postrados;
. Programas para reducción de peso.
Metabolismo de las proteínas:
11
 DIGESTIÓN DE LAS PROTEÍNAS:
. ETAPAS:
-Física;
- Química;
. Digestión enzimática:
 - Luminal;
 - Superficie;
 - Intracitosólica.
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. PEPSINA:
. Síntesis: CÉLULAS PRINCIPALES GÁSTRICAS;
. Sustratos: PROTEÍNAS DE LA DIETA;
. Productos: PÉPTIDOS Y DIPÉPTIDOS;
. Carácter: ENDOPEPTIDASA (ASP- Enz);
. Enlace susceptible: AA AROMÁTICOS;
. pH óptimo: 1 – 3;
. Zimógeno: PEPSINÓGENO;
. Activación: pH BAJO; AUTOCATÁLISIS.
Digestión de proteínas:
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. TRIPSINA:
. Síntesis: PÁNCREAS EXÓCRINO;
. Sustratos: PROTEÍNAS Y POLIPÉPTIDOS;
. Productos: PÉPTIDOS Y DIPÉPTIDOS;
. Carácter: ENDOPEPTIDASA;
. Enlace susceptible: AA BÁSICOS;
. pH óptimo: 8;
. Zimógeno: TRIPSINÓGENO;
. Activación: ENTEROQUINASA (pH 5-6); 
 AUTOCATÁLISIS (pH=8).
Digestión de proteínas:
Actúa en el intestino delgado
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. QUIMOTRIPSINA:
. Síntesis: PÁNCREAS EXÓCRINO;
. Sustratos: PROTEÍNAS Y POLIPÉPTIDOS;
. Productos: PÉPTIDOS Y DIPÉPTIDOS;
. Carácter: ENDOPEPTIDASA;
. Enlace susceptible: AA AROMÁTICOS;
. pH óptimo: 8;
. Zimógeno: QUIMOTRIPSINÓGENO;
. Activación: TRIPSINA.
Digestión de proteínas:
15
. ELASTASA:
. Síntesis: PÁNCREAS EXÓCRINO;
. Sustratos: PROTEÍNAS Y POLIPÉPTIDOS;
. Productos: PÉPTIDOS Y DIPÉPTIDOS;
. Carácter: ENDOPEPTIDASA;
. Enlace susceptible: AA PEQUEÑOS;
. pH óptimo: 8;
. Zimógeno: PROELASTASA;
. Activación: TRIPSINA.
Digestión de proteínas:
16
. CARBOXIPEPTIDASAS:
. Sustratos: POLIPÉPTIDOS EN EL EXTREMO CARBOXILO LIBRE;
. Productos: AMINOÁCIDOS LIBRES;
. Carácter: EXOPEPTIDASAS;
. Enlace susceptible: . A: AROMÁTICOS;
 . B: BÁSICOS;
. pH óptimo: 8;
. Zimógeno: PROCARBOXIPEPTIDASAS;
. Activación: TRIPSINA.
Digestión de proteínas:
17
. AMINOPEPTIDASAS:
. Sustratos: POLIPÉPTIDOS EN EXTREMO AMINO LIBRE;
. Productos: AMINOÁCIDOS LIBRES;
. Carácter: EXOPEPTIDASAS;
. Enlace susceptible: LEUCINA; 
. pH óptimo: 8;
. Zimógeno: PROAMINOPEPTIDASAS;
. Activación: TRIPSINA.
Digestión de proteínas:
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. Las hormonas digestivas son péptidos gastrointestinales que pueden actuar como hormonas endócrinas, parácrinas y autócrinas.
. Se clasifican en 3 grandes grupos:
A. Familia Gastrina;
B. Familia Secretina;
C. Péptidos y moduladores.
Hormonas gastrointestinales:
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- A. Familia Gastrina:
. Actúan por sus péptidos terminales:
. Gastrina; CCK-PZ
- B. Familia Secretina:
. Actúan por toda su molécula: 
. Secretina; Enteroglucagon; VIP; GIP
- C. Péptidos y moduladores:
. Sustancia P; Serotonina; Histamina; Somatostatina
. No poseen semejanza con otros péptidos gastrointestinales. 
Hormonas gastrointestinales:
20
. Síntesis: células G;
. Estímulos: distensión mecánica del antro gástrico, actividad vagal, comidas proteicas, elevación del pH de la mucosa;
. Acción: aumento de la secreción de ácido clorhídrico, acción trófica gástrica;
. Tipos: G17: pequeña gastrina. G34: gran gastrina.
Gastrina:
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Luz
Plasma
Formación de HCl gástrico:
CO2 + H2O CO3H2 CO3H- + H+
CO3H-
 Cl- K+
Cl-
ClK
ClK
ClK
ClK
ClK
ClK
H+
K+
CO3H-
 GASTRINA, ACETILCOLINA, HISTAMINA
Ca++
 Ca++
Ca++
Ca++
Anhidrasa carbónica
Célula parietal
Túbulo-vesículas
CK
Cl-
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. Síntesis: 
. Células endócrinas del intestino delgado, íleon, colon y SNC . Actúa por octapéptido terminal.
. Estímulo:
. Grasas y proteínas
. Acciones fisiológicas:
. Contracción de la vesícula biliar;
. Aumento de la secreción enzimática pancreática;
. Inhibición de la evacuación gástrica.
Colecistoquinina-pancreozimina (CCK-PZ):
23
. Síntesis: 
. Células S (intestino delgado);
. Actúa por toda su molécula;
. Estímulo: 
. Descenso del pH intraduodenal;
. Acciones fisiológicas:
. Aumenta la secreción de CO3H-;
. Inhibición de la secreción gástrica.
Secretina:
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. Síntesis:
. Desde esófago a recto, incluyendo células D1 en páncreas;
. Estímulo mecánico de mucosa intestinal.
. Acciones fisiológicas:
. Liberación de insulina;
. Inhibir secreción ácida gástrica;
. Estímulo de la secreción hidroelectrolítica del intestino y páncreas(vasodilatación);
. Inhibición motora de estómago, colon y vesícula.
 
Polipéptido vasointestinal activo (VIP):
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. La ghrelina es una hormona sintetizada fundamentalmente por el estómago que es ligando natural del receptor de secretagogos de la hormona de crecimiento (GHS-R).
. Además de estimular la secreción de (GH) en la hipófisis, la ghrelina favorece el aumento del apetito, a nivel hipotalámico y la adiposidad. 
Ghrelina:
Absorción intestinal:
. Tras la digestión los dipéptidos, tripéptidos y los aminoácidos libres resultantes se absorben a través de las membranas luminales de los enterocitos;
. El principal mecanismo es el de cotransporte con sodio, al igual que sucede con la glucosa;
. Algunos tipos de aminoácidos son transportados por proteínas específicas de la membrana del enterocito por difusión facilitada de manera similar a la fructosa.
Cotransporte con el Sodio:
Na+ 
Na+
CARRIER
CARRIER
. En un primer momento, el carrier fija Na+ y AA de la luz intestinal:
AA
AA
. En un segundo momento, el carrier rota y libera el Na+ y la AA en el citosol del enterocito.
Bicapa lipídica
Bicapa lipídica
Na+
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Cotransporte con el Sodio: 
LUZ INTESTINAL
 
ENTEROCITO
SANGRE
AA
AA
AA
Na+
Na+
Na+
Na+
Bomba Na+-K+ATPasa.
Na+
Na+
ENTEROCITO
ENTEROCITO
AMINOÁCIDOS ABSORBIDOS
1. BIOSÍNTESIS DE PROTEÍNAS
2. BIOSÍNTESIS DE AMINAS BIÓGENAS O . NEUROTRANSMISORES
3. TRANSDESAMINACIÓN
Destino de los aminoácidos absorbidos:
30
Aminoácidos:
. ¿CÓMO SE LOS DEFINE?: 
 
. Son sustancias orgánicas. Poseen: un grupo amino, un grupo carboxilo, un radical en el carbono α*.
Estructura general de un aminoácido
 CO.OH
 H2N C* H
 R
31
Degradación de aminoácidos:
. DESTINO DEL GRUPO AMINO: 
NH4+:
32
Carbamoil-Fosfato
Síntesis de urea
Pirimidinas
L-Glutamato
Síntesis de aminoácidos
y proteínas
L-Glutamina
Síntesis de proteínas	• Hexosaminas
L-Alanina
Síntesis de proteínas
Glucosa
NAD			• Purinas
ALFA-CETO-ÁCIDO:
. Gluconeogénesis;
. Cetogénesis;
 . Incorporación al Ciclo de Krebs,
CK
Destino del esqueleto carbonado de AA
33
. Enzimas que metabolizan el grupo amino
A. Transaminasas;
B. Desaminación oxidativa: Aminoácido oxidasas. Glutámico deshidrogenasa;
C. Desaminación no oxidativa: Dehidrasas; Desulfhidrasas;
D. Transdesaminación. 
Metabolismo de aminoácidos:
. CARACTERÍSTICAS GENERALES:
1. Redistribuyen el grupo amino de los aminoácidos de la dieta para adecuarlos a las necesidades del organismo.
Transaminasas:
35
2. Inclinan los grupos aminos hacia el glutamato, que es el único aminoácido que se puede desaminar oxidativamente.
Transaminasas:
36
3. Tienen una Keq = 1;
4. Son inducidas por los córticoesteroides;
5. Están presentes en todos los tejidos, pero principalmente en el hígado.
Transaminasas:
37
6. Requieren como cofactor vitamina B6 (fosfato de piridoxal).
Transaminasas:
38
. Participación del fosfato de piridoxal en las reacciones de transaminación:
Transaminasas:
39
 CO.O-
+H3N C H
 CH2
 CH2
	 CO.O-
Transaminasas:
ALANINA AMINOTRANSFERASA (GPT)
(ALAT) (citosol)
 L-alanina
 Piruvato
Alfa-ceto-glutarato
L-glutamato
+
PAL
CO.O-
C O
CH2
CH2
CO.O-
 CO.O-
+H3N C H
 CH3
CO.O-
C O
CH3
+
glucocorticoides
40
Transaminasas:
ASPARTATO AMINOTRANSFERASA
(ASAT o GOAT) (mitocondria y citosol)
L-aspartato
Oxalacetato
Alfa-ceto-glutarato
L-glutamato
 CO.O-
+H3N C H
	CH2 	 
	CO.O-
CO.O-
C O
CH2
CH2
CO.O-
CO.O-
C O
CH2
CO.O-
 CO.O-
+H3N C H
 CH2
 CH2
	 CO.O-
PAL
glucocorticoides
41
Desaminación oxidativa:
Glutamato deshidrogenasa
 H2O NH4+
NAD(P)+ NAD(P)H2
Mod --: GTP
Mitocondria
Alfa-ceto-glutarato
CO.O-
C O
CH2
CH2
CO.O-
 CO.O-
+H3N C H
 CH2
 CH2
	 CO.O-
L-glutamato
HÍGADO
Glucocorticoides
42
Metabolismo de aminoácidos:
. Procesos de fijación del amoníaco producido en los tejidos por desaminación de los aminoácidos:
A. Síntesis de glutamato (glutamato deshidrogenasa);
B. Síntesis de carbamoil P y ciclo de la urea;
C. Síntesis e hidrólisis de la glutamina (glutamina sintetasa y glutaminasa).
Síntesis de carbamoil fosfato y ciclo de la urea:
 CO2 + 2 ATP + NH4+ 	 CO.OP + 2 ADP + 2Pi
 	 NH2
. CARBAMOIL FOSFATO SINTETASA 1 (CPS 1)
Transdesaminación
CK
Carbamoil P
Mitocondria hepática
N-acetilglutamato
44
DIFERENCIAS CON LA CARBAMOIL P SINTETASA 2:
. La síntesis de novo de bases pirimídicas comienza en citoplasma por la carbamoil P sintetasa 2 (CPS 2), enzima análoga a la 1 (CPS 1), pero con algunas diferencias a saber: 
		 CPS 1	 CPS 2
	Localización:	Mitocondria	 Citoplasma
	Síntesis de:	Urea	 Pirimidinas
	Dador de aminos:	NH4+	 Glutamina
	Regulación:	N-acetilglutamato +	UMP -
45
Ciclo de la urea:
CARBAMOIL P
CITRULINA
L-ORNITINA
Pi
Ornitín transcarbamilasa
CITRULINA
CITOSOL
Mitocondria
46
CITRULINA + ASPARTATO
ARGININSUCCINATO
L-ARGININA + FUMARATO
UREA + L-ORNITINA
Arginínsuccinato sintetasa
 Arginínsuccinasa
 Arginasa
 H2O
CK
 ATP
 AMP + PPi
H2O
Ciclo de la urea:
CITOSOL
47
 
. BALANCE ENERGÉTICO
2 NH4+ + CO2 + 3 ATP + 2 H2O 
UREA + 2 ADP + 2 Pi + AMP + PPi
Síntesis de la urea:
O C NH2
NH2
48
TRANSDESAMINACIÓN
UREA EN SANGRE: 20 – 40 mg/dl
UREA EN ORINA: 20 – 40 g/día
Urea: Origen de sus átomos
O C NH2
NH2
CO2 del Krebs
ASPARTATO
49
 CO.O-
+H3N C H
 CH2
 CH2
	 CO.NH2
 CO.O-
+H3N C H
 CH2
 CH2
	 CO.O-
 
ATP	 ADP+Pi
NH4+
Glutamina sintetasa:
L-glutamato
L-glutamina
Mitocondria
CEREBRO (astrocitos); HÍGADO; RIÑÓN
50
Regulación de la glutamina sintetasa:
GLUTAMINA SINTETASA 
ADENILADA (menos activa)
 Pi PPi
 AMP ATP
GLUTAMINA SINTETASA DESADENILADA (más activa)
Adenilil transferasa
L-glutaminasa:
 
H2O		NH4+
 CO.O-
+H3N C H
 CH2
 CH2
	 CO.NH2
L-glutamina
 CO.O-
+H3N C H
 CH2
 CH2
	 CO.O-
L-glutamato
Mitocondria
52
Mecanismo renal de regulación del equilibrio ácido-base: 
CO2 + H2O
CO3H2
CO3H- + H+
 NH3 NH4+
 Cl- + NH4+ ClNH4 
Luz tubular
CO3H-
Cl-
Sangre
Célula tubular
Anhidrasa
carbónica
 Glutaminasa
ClNH4
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Metabolismo de aminoácidos:
. Las bacterias intestinales sufren un proceso de desaminación que aumenta el aporte de nitrógeno al hígado para la síntesis de urea.
. Este proceso puede provocar acumulación anormal de amoníaco si existe una insuficiencia hepática que lleva a daño cerebral (coma hepático).
. DECARBOXILACIÓN DE AMINOÁCIDOS:
		. Glutamato		 Gaba
		. Histidina		Histamina
		. Triptofano		Triptamina
Cofactor: PAL
CO2
Metabolismo de aminoácidos:
Destino del esqueleto carbonado de los aminoácidos
ACETO-ACETILCoA
FEN, TIR, LEU, LIS, TRIP
ALA, CIS, GLI, SER, TREO
LEU, ILEU, TRIP
CICLO DE 
KREBS
ACETILCoA
PIRUVATO
56
 CITRATO
ISOCITRATO
ALFA-CETO GLUTARATO
SUCCINIL COA
SUCCINATO
 FUMARATO
MALATO
OXALACETATO
CICLO DE KREBS
ASP, ASPn
GLUT
ARG, HIS, GLUTm, PRO
VAL, ILEU, MET
FEN, TIR
 Acetil CoA
57
Destino del oxalacetato:
 OXALACETATO
 ASPARTATO PEP
 . PROTEÍNAS
 . UREA FRUCTOSA 1-6 di P
 . PIRIMIDINAS 
 GLUCOSA
Intermediarios del CTC
ASP, ASPn
Gluconeogénesis
58
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