Unidade 5 - METABOLISMO DE PROTEÍNAS Noções de digestão de proteínas e absorção de aminoácidos

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1 Unidade 5 - METABOLISMO DE PROTEÍNAS Noções de digestão de proteínas e absorção de aminoácidos

2 Nome deriva da palavra grega "proteios", que significa "em primeiro lugar C, H, O e N (S, P, Cu, Fe, etc) Aminoácidos (ácidos orgânicos que apresentam grupo amínico (NH2) e grupo carboxílico (COOH) unidos por ligação peptídica) Exceção: Prolina e hidroxiprolina = grup. imino (NH).

3 23 aminoácidos Animais - 80% do peso dos músculos desidratados - 70% da pele - 90% do sangue seco Apresentam, em média, 16% N, o que origina o fator de conversão médio utilizado para o cálculo de proteína bruta de 6,25

4 Funções - Estrutural formação e manutenção de tecidos (50% na MS); - Síntese de enzimas, hormônios e anticorpos; Síntese de outras substâncias importantes no metabolismo (creatina, colina, niacina - vitamina do complexo B que pode ser sintetizada a partir do aminoácido triptofano); - Fonte secundária de energia; - Reposição de tecidos e outras substâncias protéicas; - Transporte e armazenamento de gorduras e minerais; - Transporte de oxigênio (hemoglobina); - Agente tamponante; - Expressão gênica

5 Classificação das proteínas 1. Composição - Simples por hidrólise liberam apenas Aa - Conjugadas - Por hidrólise liberam Aa mais um radical não peptídico (grupo prostético). Ex: metaloproteínas, hemeproteínas, lipoproteínas, glicoproteínas, etc. 2. Número de Cadeias Polipeptídicas - Monoméricas - formadas por apenas uma cadeia polipeptídica. - Oligoméricas - formadas por mais de uma cadeia polipeptídica (estrutura e função mais complexas).

6 3. Forma a. Fibrosa - Maioria insolúveis nos solventes aquosos - Peso molecular elevado - Ex: colágeno do tecido conjuntivo, queratinas dos cabelos, esclerotinas do tegumento dos artrópodes, conchiolina das conchas dos moluscos, a fribrina do soro sanguíneo, miosina dos músculos. - RESISTENTE AS ENZIMAS DIGESTÍVEIS b. Globulares - Estrutura espacial mais complexa (esféricas) - Geralmente solúveis nos solventes aquosos -Ex: enzimas, transportadores como a hemoglobina, etc.

7 DISPONIBILIDADE PODE SER ALTERADA POR FATORES DE PROCESSAMENTO E ARMAZENAMENTO, SENDO REDUZIDA EM ATÉ 50% DA DISPONIBILIDADE INICIAL

8 Necessidades Protéicas Monogástricos versus ruminantes

9 Porque o estudo dos aminoácidos (aa)? Animais não podem sintetizar proteína a partir de elementos mais simples (ex nitratos), necessitando da ingestão de aa para formar suas proteínas

10 1.Aminoácidos não essenciais: - Podem ser sintetizados no organismo animal em quantidade e velocidade suficiente para permitir o desenvolvimento do animal - Ex: alanina, asparagina, ácido aspártico, ácido glutâmico, glutamina, glicina, hidroxiprolina e prolina. Aminação e transaminação Esqueleto carbonado + -amino + NAD Aminoácido + NAD + H2O -amino origina-se de amônia (NH3) ou de grupo amina de outro aminoácido Transaminação é catalizada pela Piridoxina (vit B6) Alanina e glutamina = Aa mais importantes para transporte entre tecidos 30 a 40% do total de Aa liberados do músculo para o sangue

11 2. Aminoácidos essenciais: - Aqueles que não são sintetizados pelo organismo animal ou, se são, a síntese não acontece na velocidade capaz de atender as exigências. Aminoácidos Essenciais: H Histidina I Isoleucina L Leucina L Lisina M Metionina A Arginina Fe Fenilalanina Tri Triptofano Tre Treonina Va Valina

12 3. Semi-essenciais - Podem ser sintetizados a partir de outros - Tirosina pode ser conseguida da fenilalanina, - Cistina e a cisteína estão correlacionados quimicamente com a metionina e os três constituem o grupo de aminoácidos que contêm enxofre nas moléculas 4. Compostos nitrogenados não protéicos - Ruminantes - Aminas, aminoácidos livres, amônia, uréia e biureto.

13 Digestão de Proteínas nos Monogástricos -Estômago: suco gástrico (HCl e pepsinogênio) HCl é diluído (ph 2-3), não digere e sim desnatura proteínas HCl ativa pepsinogênio pepsina proteína polipeptídios -Intestino delgado: suco pancreático libera zimogênios (tripsinogênio) -Enterócitos: endopeptidases/enteroquinase (ativa tripsina)

14 -Absorção: ativa (Aa, di e tripeptídios) Circulação entero-hepática fígado distribuição (sangue, músculos, enzimas, tecidos periféricos, rins) - Síntese Protéica - Cadeia polipeptídica se forma pela adição sucessiva de Aa individuais (ribossoma) - Todos os Aa devem estar disponíveis - Desequilíbrio ou excedentes serão eliminados (gasto energético) - Os Aa podem ser provenientes: - Digestão - Processos de síntese - Cetoácidos com uréia ou sais de amônia

15 Excreção - Produção de amônia, eliminada via uréia ou ácido úrico Aves - Excretam ácido úrico (não possuem carbomoil fosfato sintetase) - Necessidade maior de metionina, arginina e glicina - Gasto para biossíntese é 3,75 ATPs/mol de N excretado (2 para uréia) - Ave adulta excreta 4 a 5g por dia de ácido úrico

16 Condições fundamentais para a síntese protéica - Aa requeridos devem estar presentes em proporções certas; - Aa devem ser digeridos - Deve haver consumo adequado de energia (quantidade e qualidade); - Quando a falta de um aa num determinado momento não é atendida imediatamente, o transporte é lento. Alguns aa podem colaborar na síntese de outro, como: metionina síntese de cistina; fenilalanina síntese de tirosina. - Observar quantidade e qualidade - VB diminuído pela deficiência de um aminoácido

17 Proteína ideal para monogástricos A formulação parte do princípio que não falte ou sobre Aa essenciais Adicionados sintéticos (metionina, lisina, treonina e triptofano) Atualmente se usa a Lisina como principal Aa limitante

18 Recomendações de AAED para frangos de corte AAE Baker (1994/96) NRC (1994) CVB (1996) Idade (dias) Lis dig (%) 1,07 0,81 1,05 0,83 1,05 1,0 0,95 Relação Lisina x outros AAE Lis Met Met + Cis Treo Trip Arg CVB: Dutch Bureau of Livestock Feeding. Nº 10, 1996.

19 Porque Aa essenciais:lis? Lisina Limitante: nos suínos 1º nos frangos 2º Análise da Lis nos ingredientes é mais simples Adição economicamente factível Função específica: formação protéica corporal Requerimento bem estabelecido em diversas situações Como a Treonina, é estritamente essencial (não há síntese endógena)

20 Digestão de Proteínas nos ruminantes - Compostos nitrogenados (proteínas e NNP) são usados para síntese de proteína microbiana - Eficiência de degradabilidade ligada a diversos fatores, principalmente a energia (carboidratos) NNP NH3 ATP AGV Gás Células microbianas Proteínas Esq carbônicos Enxofre Cofatores

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22 Digestão de Proteínas nos ruminantes - Se a concentração do NH 3 estiver acima de 7% no total de N presente no rúmen (fonte rapidamente degradável), este é absorvido via parede ruminal, transportado para o fígado, convertido em uréia-co(nh 2 ) 2, que pode voltar ao rúmen via saliva. - Valor médio de eficiência de síntese de proteína microbiana é de 27g de N microbiano/kg de MO degr. Ou 13g de PB/100g de NDT (NRC, 2001).

23 São classificados também conforme o tipo de radical (polaridade) Apolares: valina, alanina, leucina, triptofano, glicina, isoleucina, fenilalanina, metionina e prolina (hidrofóbicos, com carga); Polares:serina, tirosina, cisteina, glutamina, treonina e asparagina (hidrofilícos, sem carga); Tipos que acumulam carga positiva ou negativa: ácido aspártico, lisina, arginina, histidina e ácido glutâmico;

24 Apolares:

25 Polares: Glicina- Gly 2

26 Peptídeos Os peptídeos são biomoléculas formadas pela ligação de dois ou mais aminoácidos através de ligações do tipo Amida; Este tipo de ligação entre dois aminoácidos é comumente chamada de ligação peptídica. Os peptídeos são resultantes do processamento de proteínas e podem variar de 2 ou mais aminoácidos.

27 São divididos em: 2 aminoácidos: Dipeptídeo 3 aminoácidos: Tripeptídeo 4 a 10 aminoácidos: Oligopeptídeo 10 a 100 aminoácidos: Polipeptídeo mais de 100 aminoácidos: Proteína

28 As ligações peptídicas são mantidas entre o grupo carbonila de um aminoácido e o grupo amina de seu adjacente. A seqüência dos aminoácidos na proteína determina a forma da mesma e, consequentemente, a sua função, ou seja, para o bom funcionamento orgânico é necessário um coordenado e eficiente processo de tradução.

29 Aminoácidos e proteínas Os aminoácidos são substâncias orgânicas que se polimerizam para formar as proteínas. As proteínas são cadeias polipeptídicas de aminoácidos interligados. Radicais: carboxilíco e amino- Amino-primário (-NH2) Grupo carboxílico (-COOH)

30 Polipeptídeos As proteínas também são chamadas de polipeptídeos, porque os aminoácidos que as compõe são unidos por ligações peptídicas Uma ligação peptídica é a união do grupo amino (-NH 2 ) de um aminoácido com o grupo carboxila (-COOH) de outro aminoácido, através da formação de uma amida 3

31 Os aminoácidos não são estocados. O que não é utilizado será excretado, a utilização é para síntese (transformação) para suprir o organismo para formação de biomóleculas. O restante é oxidado em Co2 e H2O para gerar energia, sendo transformados em alpha cetoácidos para o CK, A amônia proveniente dos aminoácidos e alhpa cetoácidos será excretada na forma de uréia pelo Ciclo da uréia.

32 A degradação de proteínas inicia com a retirada do grupo amino, denominada desaminação dos seus aminoácidos. O excesso da Aa é convertido em metabólitos comuns, precursores de glicose e corpos cetônicos.

33 Catabolismo Destino do grupo amina Os aminoácidos que os organismos não utilizam na biossíntese das proteínas ou de outras biomoléculas => combustível metabólico ( No ciclo de Krebs); Uma grande parte desses grupos amina (nitrogênio) é convertida, nos vertebrados, em uréia para ser execretada (Ciclo da Uréia); Em todos os organismos o esqueleto carbonado resultante da desaminação é transformado em acetil-coa, acetoacetil-coa, ácido pirúvico, ou em intermediários do Ciclo de Krebs O amoníaco resultante da degradação dos aminoácidos e que não é utilizado na biossíntese de compostos azotados vais ser excretado na forma de ácido úrico (aves e répteis terrestres) e na forma de uréia (maior parte dos mamíferos terrestres), na forma de amônia em peixes.

34 O que distingue principalmente o metabolismo de aminoácidos é que eles são moléculas nitrogenadas necessitando que após a síntese das biomóleculas o seu grupo amino seja excretado, pois amônia na corrente sanguínea é tóxica. Separando o alpha-cetoácido do grupo amino que necessita ser transformado em uréia para ser excretado. Há constante reciclamento de aminoácidos, formados com exceção dos essenciais, para suprir as necessidades do organismo e o restante todo convertido para gerar energia para o cérebro, músculos e outros tecidos.

35 Em Carnívoros nos quais 90% da dieta é proveniente de proteínas seu metabolismo necessita gerar muita energia livre (CK, glicose e gliconeogênese) a partir destes compostos e excretar a uréia proveniente de sua degradação.

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37 Degradação intracelular de proteínas Meia vida variável; Células sintetizam proteínas a partir de aminoácidos, e também degradam aminoácidos. 3 funções básicas: armazenar nutrientes na forma de proteínas e quebrá-las quando houver necessidade metabólica (importante no músculos), eliminar proteínas anormais, permitir a regulação do metabolismo por meio de eliminação de enzimas e proteínas regulatórias.

38 A célula tem que responder rapidamente as necessidades fisiológicas e também a mudanças produzindo e eliminando enzimas necessárias a homeostase. Muitas enzimas tem meia vida muito curta. Sob condições de privação nutricional, as células aumentam suas taxas de degradação protéica para fornecer nutrientes necessários aos processos metabólicos indispensáveis.

39 Degradação intracelular de proteínas Duas principais formas de degradação: No lisossoma: que possui enzimas hidrolíticas e proteases, além de Ph 5,0, degradam e reciclam proteínas e organelas que entram por endocitose dependendo do momento celular, podem digerir proteínas musculares (KFERQ), que estão sendo perdidas durante atrofia muscular.

40 Via UBIQUITINA: processo dependente de ATP que envolve a proteína ubiquitina, que envolve 3 etapas do complexo ubiquitina- proteossoma.

41 Desaminação de aminoácidos O aminoácidos livres provêm da degradação de proteínas na dieta e nas células. Primeiro a protease gástrica pepsina, as enzimas pancreáticas tripsina, quimiotripsina, elastase entre outras degradam polipeptídeos até oligopeptídeos e aminoácidos. Há absorção intestinas e via circulação sanguínea esses vão ao fígado e tecidos.

42 A pepsina age preferencialmente sobre ligações peptídicas formadas pelo aminogrupo de aminoácidos aromáticos (Phe, Tyr) principalmente. No duodeno a colecistocinina estimula secreção do suco pancreático, rico em peptidases Os polipeptídeos que chegam ao duodeno são degradados por essas enzimas (tripsina, quimiotripsina, carboxipeptidades A e B, elastase).

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44 Dentro da célula: O ciclo do gama-glutamil: Os aminoácidos são transportados como dipeptídeos do ácido glutâmico. Nesse sistema de transporte, o glutation (GSH) se presta como doador do grupo gama-glutamil. A formação do dipeptídeo é catalisada pela enzima gamaglutamil transpeptidase (CGT), uma enzima da membrana celular, presente, principalmente, no fígado, ducto biliar e rim. A determinação dos níveis da enzima no sangue é usada na identificação de doenças nesses órgãos.

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46 Portanto: Basicamente após a entrada na célula o que ocorre é a degradação intracelular que inclui a remoção do grupo amino (alpha amino).

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48 No citosol o grupo amino de muitos aminoácidos é transformado em alpha-cetoglutarato que forma glutamina que pode entrar na mitocôndria e doar seu gupo amino formando NH4. O excesso de amônia é gerado na maioria de tecidos é convertida em glutamina que no fígado a glutamina (ou glutamato dpa origem ao alpha cetoglutarato que vai a piruvato na mitocôndria). No músculo a glutamina é transformada em alanina que vai até piruvato, para gerar energia pelo CK.

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50 No músculos : aminoácidos em geral da dieta ou de outros tecidos são convertidos em alpha ceto ácidos e piruvato para gerar energia para o CK, quando aminado é convertido em alanina No fígado: a alanina é convertida em piruvato para o CK, alpha ceto ácidos em geral da dieta ou de outros tecidos são convertidos em glutamato que é desaminado vai gerar glicose para o CK.

51 Glutamina e alanina são as principais formas com que o grupo amino circula e é transportado na corrente sanguínea entre os tecidos.

52 A transaminação ou desaminação de aminoácidos, tem como função a conversão de aminoácidos, principalmente em glutamina (glutamato) e alanina para que esses participem de diversas rotas metabólicas, até o grupo amina ir para ciclo da uréia onde o excesso de amina ou amônio será convertido em uréia para ser excretado.

53 Piridoxal fosfato + coenzima faz a transferência do grupo Amina.

54 Glutamina Transporta amônia na circulação. Dessa forma ela é uma controladora da acidose metabólica

55 Destino dos aminoácidos: A maioria dos aminoácidos usados pelo organismo para a síntese de proteínas, ou como precursores para outros aminoácidos são obtidos da dieta ou da renovação das proteínas endógenas:

56 Dependendo do destino destes aminoácidos, eles podem ser classificados como aminoácidos glicogênicos (quando participam da gliconeogênese), cetogênicos (quando geram corpos cetônicos) e glico-cetogênicos (quando a rota metabólica leva à formação de glicose e de corpos cetônicos)

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60 Ciclo da uréia: Várias reações, Objetivo: eliminar o grupamento amina do metabolismo de aminoácidos, na forma de amônia ou íon amônio que são tóxicos para mamíferos e fornecer intermediários para o CK. 1ª reação dependente da enzima: Carbamoil fosfato sintase, Carbamiol fosfatase, Síntese de Citrulina ou conversão de ornitina em citrulina, Após enzimas específicas, Formação de uréia para excreção, Link entre ciclo da uréia e CK é o composto arginina succinato (aspartato-citrulina).

61 Ligações entre ciclo da uréia e Ck.

62 Reações para sintetizar uréia

63 O maior link entre os dois ciclos é o aspartato arginosuccinato; É a maneira que o grupo amino e o esqueleto carbonado se unem para rotas diferentes, conforme a necessidade; Maioria dos aminoácidos. O QUE ACONTECE: Enzimas correspondente: Ex: fumarase e malato desidrogenase produzidos no citosol podem ir para biosíntese da purinas ou serem convertidas em malato citosólico sendo transportado até mitocôndria via malato-aspartato para entrar no ciclo da uréia.

64 Lembrar:

65 Destinos de alguns Aa:

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67 Destinos de alguns Aa, Ex: Ex: Serina pode ser originária do triptofano.

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