BIOQUÍMICA.

METABOLISMO DE PROTEINAS

INTRODUCCIÓN

Las proteínas desempeñan un papel fundamental para la vida y son las biomoléculas más versátiles y más diversas. Son
imprescindibles para el crecimiento del organismo. Realizan una enorme cantidad de funciones diferentes, entre las que destacan:

 Estructural. Esta es la función más importante de una proteína (Ej: colágeno),

 Inmunológica (anticuerpos),

 Enzimática (Ej: sacarasa y pepsina),

 Contráctil (actina y miosina).

 Homeostática: colaboran en el mantenimiento del pH (ya que actúan como un tampón químico),

 Transducción de señales (Ej: rodopsina)

 Protectora o defensiva (Ej: trombina y fibrinógeno)

Las proteínas están formadas por aminoácidos. Cada aa tiene un átomo de carbono central, un átomo de hidrógeno, un grupo α-
carboxilo y un grupo α-amino. Cada aa contiene también una de las 20 cadenas laterales distintivas unidas al átomo de carbono α.
La naturaleza química de esta cadena lateral determina la función de los aa en una proteína. Algunos aa son esenciales para nuestro
organismo; es decir, que necesariamente han de ser ingeridos junto con la dieta y son: Isoleucina (Ilu), Leucina (Leu), Lisina (Lys),
Metionina (Met), Fenilalanina (Fhe), Treonina (Thr), Triptofano (Trp), Valina (Val) e Histidina (His); esta His solo en niños. A los
restantes aa, en contraposición, se les llama no esenciales, pq nuestro organismo tiene las enzimas requeridas para su biosíntesis.

LA DEGRADACIÓN DE PROTEÍNAS
Las proteínas EXÓGENAS  se degradan en el tubo digestivo, por la acción de potentes enzimas hidroliticas, para que se transformen
en oligopéptidos y aminoácidos libres, estos atraviesan el epitelio intestinal (utilizando distintos sistemas de transporte activo) y a
través de la sangre se distribuyen a las células del organismo. Por otro lado las proteínas ENDÓGENAS sufren constante procesos de
de destrucción para liberar aminoácidos constituyentes.

La degradación de las proteínas debe estudiarse fundamentalmente a dos niveles dependiendo de la localización del proceso:

1.- En el tracto digestivo, donde se procesan las proteínas exógenas o ingeridas de la dieta, es la denominada digestión de
proteínas. Este proceso digestivo permite obtener los aminoácidos en forma libre, necesarios para sintetizar las proteínas propias,
así como otras biomoléculas que se forman a partir de ellos.

2.- En el interior de la célula, donde se procesan las proteínas endógenas, lo que se suele conocer bajo la denominación de
recambio proteico. Este recambio proteico es de gran utilidad para reciclar los aa de proteínas que ya no son útiles para el
organismo y generar nuevas proteínas a otras biomoléculas a partir de aminoácidos preexistentes. Además, también sirve para la
eliminación de proteínas dañadas.
En cualquier organismo existe, en un momento dado, una reserva de aminoácidos corporales (pool de aminoacidos) que debe
mantenerse constante. En el caso del hombre, dicha reserva de aa corporales disminuye entre 70 y 100 g diariamente por
degradación y eliminación a través de la vía urinaria y fecal o bien por conversión metabólica de los aa a otros compuestos Por este
motivo se hace necesario ingerir una cantidad diaria aproximada de proteínas que oscile entre 70-100 gramos para reponer dicha
pérdida. Además, diariamente se procesan entre 300 y 500 g de proteínas tisulares hasta rendir aa libres, mientras se genera
aproximadamente 300 – 400 g/día (+ 100 ingeridos) “Es un proceso eficiente ya que solo se pierden 1-2 gramos de nitrógeno en las
heces/día, lo que equivale a 6-12 gramos de proteínas al día”.

La degradación de proteínas depende:

- Las proteínas están sujetas a lesiones ambientales tales como oxidación, proteólisis o desnaturalización.
- Las proteínas tienen un tiempo de vida finito que varía según la proteína.
- Así, la proteólisis reduce inicialmente las proteínas a péptidos y finalmente a aminoácidos.
RECAMBIO PROTEICO

El recambio proteico o digestión celular hace referencia a la degradación intracelular de las proteínas con la finalidad de reciclar o
degradar los aa de las mismas. Esta proteólisis puede darse en los lisosomas o en el citoplasma.

Proteólisis lisosómica: Ocurre en vesículas intracelulares especializadas, los lisosomas. El interior de estos orgánulos se encuentra a
un pH de 5,5 y contiene proteasas e hidrolasas, principalmente de la familia de la catepsinas, encargadas de la digestión de las
proteínas. Dicha digestión puede ser:

 Autofágica, si procesa proteínas intracelular como, por ej. proteínas de membrana, receptores hormonales o de ribosomas
 Heterofágica, si actúa sobre proteínas extracelulares capturadas por endocitosis como por ej. las procedentes de las
lipoproteínas, sobre todo las LDL.

Proteólisis citoplásmica o no lisosómica: Esta degradación de proteínas tiene lugar bien a partir de proteasas dependientes de Ca +2
que presentan actividad proteolítica a pH neutro. O bien, mediante una estructura especializada denominada proteosoma (vía
ubiquitina). El proteosoma es un complejo multienzimático con diversas actividades catalíticas, presenta una estructura con aspecto
de barril en el cual solo entran y se digieren las proteínas que han sido previamente marcadas por la unión de pequeñas moléculas
de ubiquitina.

BALANCE NITROGENADO

- El hombre adquiere el nitrógeno mayoritariamente de las proteínas de la dieta.

- Es la relación entre la cantidad de proteínas consumida y la cantidad de proteínas excretadas.
- En los adultos sanos la síntesis y la degradación de proteínas son equivalentes por lo que se mantiene el balance
nitrogenado (ingreso+/-= a la excreción).
- Niños en crecimiento, embarazadas o adultos en recuperación (Balance nitrogenado positivo)
- Adultos con enfermedades graves, quemados, deficiencia en la ingesta, hipercatabolismo (Balance nitrogenado negativo)

DIGESTIÓN DE LAS PROTEÍNAS EXÓGENAS

Las proteínas son hidrolizadas por PROTEASAS (peptidasas) ESPECÍFICAS para cada enlace peptídico:

a) Endopeptidasas (enlaces internos---- fragmentos peptídicos grandes)

b) Exopeptidasas (enlaces terminales---- aminoácidos libres---- Carboxipeptidasas y aminopeptidasas)

Para fines prácticos, se puede dividir en:

1. Fase cefálica
2. Fase gástrica
3. Fase intestinal

1) Fase cefálica

Antes que la comida sea ingerida, el estómago es preparado para recibir el bolo alimenticio por centros cerebrales que responden a
estímulos visuales, olores, sabores e incluso pensamientos.

Por vía vagal (nervio vago) se activan neuronas entéricas que liberan acetil colina (actúa directamente sobre la célula parietal) y
péptido liberador de gastrina (se libera gastrina por las células G que por vía sanguínea activa células parietales, principales y
mucosas, además Aumenta la secreción de ácido clorhídrico y de pepsinógeno).

2) Fase gástrica
La digestión de las proteínas prácticamente comienza en el estómago. La presencia de alimento en el lumen gástrico estimula
receptores químicos y mecánicos------- Aumenta la secreción de gastrina, factor intrínseco, histamina y pepsinógeno)

Funciones del jugo gástrico:

- Desnaturalización de las proteínas (mas vulnerables a la acción de las proteasas)

- Estimula a nivel del duodeno la secreción del flujo pancreático
- Antiséptico, desinfectante
- Activa el precursor inactivo Pepsinógeno:
o Medio ácido (pH 1.5) para acción de la pepsina

Los productos de la pepsina son péptidos y

aas
Libres --Estimulan la secreción de
enterohormonas--

3) Fase gástrica

La presencia del alimento en el intestino delgado actúa como estímulo mecánico y químico para la liberación de secretina, CCK y
péptido inhibidor de gastrina. Además disminuye la motilidad y secreción gástrica y se estimula la liberación de bicarbonato y
enzimas por parte del páncreas exocrino.

Activación de la CCK y la Secretina

Zimógenos Pancreáticos

- Son precursores inactivos de las enzimas.

- La síntesis de enzimas en forma de zimógenos es uno de los “mecanismos de seguridad” con el que cuenta el organismo
para su supervivencia.
- Son activados en el lugar específico de acción.
-  De acción corta. 
- Son los siguientes:
 Tripsinógenos
 Quimiotripsinógeno
 Proelastasa
  Procarboxipeptidasa A
 Procarboxipeptidasa B

La enteropeptidasa, una proteasa producida por células epiteliales del duodeno, activa al tripsinógeno pancreático a tripsina
mediante la escisión de un hexapéptido del extremo amino terminal.

La tripsina tiene capacidad autoproteolítica, es decir, puede actuar sobre su propio zimógeno y además, también puede atacar a
otros zimógenos como proelastasas, procarboxipeptidasas y quimotripsinógenos, originando elastasas (hidroliza Gly, Ala, Ser),
carboxipeptidasa A (hidroliza todos los aa, excepto básicos), carboxipeptidasa B (hidroliza aa básicos) y quimiotripsinas (hidroliza
Tyr, Phe, Trp, Met, Leu). Respectivamente.

Las proteasas digestivas se clasifican en

endopeptidasa (tripsina, quimiotripsina,
elastasa) o exopeptidasas (carboxipeptidasas)
según el enlace peptídico que hidrolicen.

Se obtienen oligopéptidos, tripéptidos

dipéptidos y aminoácidos libres que
finalmente se absorben por las células
intestinales, normalmente al nivel del yeyuno,
mediante transportadores específicos
dependientes de Na+, en el proceso conocido
como absorción intestinal. Los péptidos
absorbidos se hidrolizan completamente
dentro del enterocito gracias a las dipeptidasas
y tripeptidasas, que dejan aa libres disponibles
para ser aprovechados por las células
intestinales. Los aa pueden pasar a la sangre
directamente y de esta forma, transportarse
por todo el organismo. También pueden
emplearse para sintetizar proteínas,
normalmente apoproteínas de las
lipoproteínas, así que dichas lipoproteínas
sirven igualmente para el transporte de los aa
por la sangre.
ABSORCIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS

Los aa libres, los dipépticos y los tripéptidos resultantes de la digestión luminal son transportados al interior de los enterocitos
mediante unas proteínas de transporte específicas en un sistema co-transporte de Na+ al igual que se transporta glucosa,
galactosa, ácidos biliares y vit como la tiamina.

Se han distinguido en el borde luminal del enterocito por lo

menos 7 tipos diferentes de transportadores de aa:

1) aminoácidos neutros con cadenas laterales polares o

cortas (ASCT-1)
2) aminoácidos neutros con cadenas laterales aromáticas
o hidrofóbicas
3) Iminoácidos
4) b-aminoácidos
5) aminoácidos básicos
6) aminoácidos ácidos (EAAT)
7) Di- y tri péptidos (PepT1)

Parte de los aminoácidos absorbidos son usados en el enterocito (síntesis de lipoproteínas, proteínas de la célula) y el resto pasa por
vía portal al hígado.

En el hígado, parte serán usados en diferentes rutas y el resto entra a la circulación sistémica hacia el resto de los tejidos junto con
los provenientes del recambio (“Pool de aminoácidos”).

DESTINO DE LOS AMINOÁCIDOS

1) Síntesis de Proteínas corporales

a. Proteínas Estructurales
b. Proteínas Plasmáticas
c. Proteínas Enzimáticas
d. Proteínas Hormonales
2) Síntesis de compuestos Nitrogenados no proteicos
a. Hormonas, colina, creatina, purinas y pirimidinas, coenzimas, glutatión, melanina
3) Producción de Energía
4) Síntesis de Glúcidos a partir de aminoácidos glucogénicos (generan piruvato o intermediarios del ciclo de Krebs (α-
cetoglutarato, oxalacetato). Ligados a la neoglucogénesis.)

a. Aa  αcetoglutarato/piruvato/fumarato/oxalacetato  fosfoenolpiruvato  glucosa

b. Hys/Arg/Pro/Hpro  ácido gluttamico  αcetoglutarato  fosfoenolpiruvato  glucosa
c. Val, isoleucina  á. propiónico á. succínico  glucosa
d. Á. aspártico  á oxalacético  glucosa
e. Gly/treonina  alanina/ cys/ser  á. pirúvico  glucosa

5) Síntesis de cuerpos cetónicos a partir de aminoácidos cetogénicos (generan acetil-CoA o acetoacetil- CoA. Ligados a la
lipogénesis o la cetogénesis)
 6) Síntesis de Urea y Glutamina donde el aminoácido aporta el grupo amino
7) Productos nitrogenados de eliminación: Ácido Úrico y Creatinina

En resumen:

PRINCIPALES REACCIONES DE DEGRADACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS

1. Transaminación
2. Desaminación oxidativa
3. Transdesaminación
4. Desaminación directa
5. Descarboxilación oxidativa

1-Transaminacion

Todos los aa excepto lisina y treonina, participan en reacciones de

“transaminacion”.

- Son reacciones implicadas en remover el nitrógeno de los

aminoácidos.
- Implica transferir un grupo α-amino desde un α-aminoácido donador,
al carbono ceto de un α-cetoácido receptor.
- Son reacciones reversibles catalizadas por las aminotransferasas.
- Los compuestos comúnmente implicados como pares
donantes/receptores en las reacciones del transaminación son el
glutamato y el α-cetoglutarato.

Las transaminasas o aminotransferasas son enzimas muy importantes en la degradación y también en

la síntesis de aminoácidos. Existe una gran variedad de transaminasas prácticamente una por cada
aminoácido. Las transaminasas usan como cofactor o grupo prostético al fosfato de piridoxal unido
covalentemente a una Lys del centro activo. El mecanismo involucrado en la transaminación es
denominado Ping-Pong.

Mecanismo de transaminación (ping-Pong):

a) En la primera etapa de la reacción de transaminación un α-aminoácido que actuará como donador,

transfiere el grupo α -amino a la enzima transaminasa específicamente al piridoxal fosfato de la enzima
(formando un enlace denominado base de schiff, que es C-N) , produciendo el correspondiente α-
cetoácido y la enzima quedará aminada.
b) En una segunda etapa de la reacción de transaminación, el grupo amino se transfiere al α-cetoácido aceptor (α-cetoglutarato)
formando un nuevo aminoácido y regenerando la enzima.

Hay dos transaminasas importantes:

1. Glutamato-piruvato aminotranferasa/ alanina transaminasa (SGPT o ALT)

Está presente en concentraciones más elevadas en el hígado que en los demás tejidos. En citosol.

“La ALT es importante ya que entrega los esqueletos carbonados y el nitrógeno de la alanina muscular al hígado.
Aprovechamiento del esqueleto carbonado de la alanina, en el hígado, vía neoglucogénesis para la síntesis de glucosa
Ruta adicional del transporte del NH3 del músculo al hígado”. (ciclo glucosa-alanina)

2. Glutamato-oxalacetato aminotranferasa/ aspartato transaminasa (SGOT o AST)

Está en hígado, miocardio, riñón, encéfalo, músculo esquelético, eritrocitos, páncreas, pulmón y leucocitos. En citosol y en
mitocondria

“Para que la neoglucogénesis prosiga, el OAA producido por la PC necesita ser transportado desde la mitocondria al citosol. No
existe un mecanismo de transporte para su transferencia directa y el OAA no se difunde libremente. El OAA mitocondrial puede
llegar al citosol por transaminación a aspartato o reducción a malato”. (lanzadera malato-aspartato)

Importancia del glutamato:

- El glutamato es un intermediario importante en la eliminación del amonio.

- El glutamato es el eslabón entre el amonio libre y el grupo amino de los aas.
- Puede ser desaminado en el hígado o transformado en glutamina
- Casi todo el nitrógeno amínico proveniente de los aminoácidos se puede concentrar en el glutamato.

2-Desaminación oxidativa

El grupo amino del glutamato formado por la transaminación, puede

ser separado por desaminación oxidativa hacia la urea, es catalizada por
la glutamato deshidrogenasa, utilizando NAD+ y NADP+ como
coenzimas, Se forma α-cetoglutarato y NH4+, La mayoría del NH3+
producido en el organismo se genera por esta reacción.

La glutamato deshidrogenasa INHIBIDA alostéricamente POR ATP, GTP

y ESTIMULADA POR ADP, GDP

Características de interés de la glutamato deshidrogenasa (GDH)

 Se encuentra en la matriz mitocondrial del hígado

 Enzima alostérica que tiene 6 subunidades.
 Puede usar NAD+ o NADP+
 Es una reacción anaplerótica ( proporcionan intermediarios del ciclo de Krebs)
 El ADP y GDP son moduladores alostérico positivo y el ATP y GTP la inhiben alostericamente.
 Mutaciones en el sitio alostérico producen el síndrome de hiperinsulinismo e hiperamonemia

3-Transdesaminación

Es la acción combinada de una Aminotransferasa (Transaminasa) y la Glutamato deshidroghenasa

4-Desaminación directa

5-Descarboxilación oxidativa

Se descarboxila los aminoácidos y forman Aminas correspondientes. La reacción la realiza la enzima Aminoacido Descarboxilasa
usando como cofactor el Fosfato de Piridoxal.

¿POR QUÉ DEBE SER ELIMINADO EL AMONIO?

Si el amoníaco se acumula se altera:

- El pH sanguíneo.
- Atraviesa fácilmente la barrera hematoencefálica y en el cerebro es convertido a glutamato por vía de la glutamato
deshidrogenasa, agotando al cerebro de α-cetoglutarato.
- Mientras que la α-cetoglutarato se agota, el oxalacetato cae correspondientemente, y la actividad del Ciclo de Krebs y de la
Fosforilación Oxidativa disminuye.
- Además, el incremento de glutamato conduce a la formación de glutamina. Cae los niveles de glutamato que es un
neurotransmisor y un precursor para la síntesis de γ-aminobutirato: GABA, otro neurotransmisor.
- Aumentan los niveles de glutamina, que es osmóticamente activa, atrae agua a las células gliales produciendo edema
cerebral.

¿CÓMO SE PUEDE EXCRETAR EL AMONIO?

Existen varias estrategias de eliminación del nitrógeno entare los animales que permite clasificarlos en tres grupos:

- Amoniotélicos: animales acuáticos en los que el amoníaco difunde de la sangre al aparato excretor, como es el caso de los
peces teleósteros.
- Uricotélicos: animales que forman una purina oxidada que dará ácido úrico que precipita excretándose. Ej. Gasterópodos,
aves, reptiles e insectos
 - Ureotélicos: animales que concentran el nitrógeno en un compuesto menos ácido y altamente soluble: LA UREA. El tejido
donde se produce la transformaciónn del grupo ammonio en urea es el hígado, de ahí se transporta a los riñones para
eliminarse en forma de odrina. Es el caso de los elasmobranquios, anfibios, quelonios y mamíferos

DESTINO DEL GRUPO AMINO DE LOS AMINOÁCID

El ión amonio debe ser transportado al hígado o al riñón en forma inocua para ser eliminado

La glutamina posee dos átomos de nitrógeno a diferencia de la mayoría de los aa que poseen uno solo. Esta característica convierte
a la glutamina en una molécula ideal para colaborar en el transporte de nitrógeno a través del cuerpo.

La glutamina es un aminoácido
encargado de transportar el
amonio en forma de amida sin
ionizar y no tóxica (forma inocua),
de los tejidos periféricos al hígado y
riñon para finalmente ser eliminado
en la orina.

La glutamina mantiene los niveles

de amoniaco por debajo de los
niveles tóxicos, sobre todo en
cerebro.

El amonio cuando está en el tejido

se une al ácido glutámico y,
después de la reacción mediada por
la glutamina sintetasa, se forma la
glutamina que pasa a la circulación, se dirige al hígado y riñón, en donde se
regenera el ácido glutámico, separándose el amonio por medio de la acción
de la glutaminasa.

La glutamina en el riñon:

- Cuando ocurre acidosis se desvía más glutamina del hígado al riñón.

- Esto permite la conservación del ión bicarbonato puesto que la incorporación del amoníaco en la urea requiere de bicarbonato.
- Cuando la glutamina entra al riñón, la glutaminasa libera amoníaco generando glutamato y entonces la glutamato
deshidrogenasa libera otro amoníaco generando α-cetoglutarato.
- El amoníaco se ionizara formando amonio (NH4+) que es excretado junto con un ión cloruro, en forma de cloruro de amonio.
- El efecto neto es una reducción en la concentración de hidrogeniones y así un incremento en el pH.

La glutamina en el hígado:

- Por su parte el ión amonio en el hígado, se convierte en urea, en el llamado ciclo de la urea.
- El ciclo de la urea de una manera resumida se puede decir que es de la siguiente manera:

NH4++ HCO3-+ Aspartato+ 3ATP → Urea+ Fumarato+ 2ADP + AMP + PPi

- La urea es eliminada por el riñón en la orina.

EL CICLO DE LA UREA:

Los seres ureotélicos como el hombre, eliminan el nitrógeno de los aa en forma de urea en la orina, de tal modo que el nitrógeno
ureico representa el 80% del total de nitrógeno excretado. La molécula de urea presenta dos átomos de nitrógeno y se forma por un
mecanismo cíclico denominado ciclo de la urea.

Las fracciones bioquímicas del ciclos se producen en la mitocondria y en el citosol del hígado, siendo la ornitina la molécula que
ensambla todos los compuestos para la posterior eliminación. Los dos grupos amino que formarán la urea se incorporan al ciclo en
dos puntos distintos y proceden de dos vías diferenciadas:

• EL PRIMERO procede de la matriz mitocondrial, donde el amonio procedente del glutamato se utiliza, junto con el CO2
para formar carbamoil-P, reacción en la que se consumen dos ATP y catalizada por la carabamoil fosfato sintetasa de la
membrana mitocondrial.

• EL SEGUNDO procede del aspartato al que ha sido previamente transferido por transaminación del glutamato y
transportado al citosol .

Pasos del ciclo:

1. Formación de carbamil fosfato entre NH4 + y HCO3

por acción de la carbamil fosfato sintetasa y la
utilización de ATP
2. Reacción entre el carbamil fosfato y ornitina para
dar citrulina (ornitina transcarbamilasa)
3. Unión de citrulina con aspartato en el citoplasma
para dar argininsuccinato (argininsuccinato
sintetasa) con ruptura de ATP
4. Escisión de argininsuccinato en arginina y
fumarato
5. Hidrólisis de la arginina en urea (eliminación) y
ornitina (sigue el ciclo)

Regulación del ciclo de la urea

- Se han observado cambios en las concentraciones en las enzimas del ciclo de hasta 20 veces más con cambios a largo plazo en la
cantidad de proteína dietética.
- Cuando las proteínas dietéticas aumentan significativamente, las concentraciones de las enzimas se elevan.
- Bajo condiciones de inanición, los niveles de las enzimas se elevan mientras las proteínas son degradas y los esqueletos de
carbono de los aminoácidos son usados para proporcionar energía, incrementando así la cantidad de nitrógeno que debe ser
excretado.
- Por otra parte la ornitina inhibe por ser producto a la arginasa y esta a su vez es estimulada alostéricamente con lisina

Conexión entre el Ciclo de la Urea y el Ciclo del Ácido Cítrico

DESTINO DE LOS ESQUELETOS CARBONADOS DE LOS AMINOÁCIDOS

Una vez eliminado el grupo amino el siguiente paso en la degradación de los aa es hidrolizar el resto del esqueleto carbonado. Según
el compuesto que se obtenga al fraccionar el esqueleto carbonado. Los aa se clasifican en:

• Glucogénicos: los aa que al degradarse, producen piruvato o compuestos intermediarios del ciclo de krebs, Todos los
compuestos intermediaarios del Ciclo de krebs pueden ser transformados a oxalacetato y derivados a la síntesis de glucosa
a través de la gluconeogénesis.

• Cetogénicos: Los aa que se convierten en acetil CoA o acetoacetato. Pueden desviarse fácilmente a la formación de
cuerpos cetónicos. También pueden ser utilizados para la síntesis de lípidos o bien se liberan al torrente sanguíneo para su
eliminación.

La leucina y la lisina son aa claramente cetogénicos mientras que el aspártico, asparagina, metionina, valina, arginina, glutamina,
histidina y prolino son gluconeogénicos, sin embargo, diversos aa pueden ser degradados de ambas formas, alanina, glicocola,
cisteina, serina, triptófani, fenilalanina, tirosina e isoleucina.