O nitrogênio molecular ( N 2 ) abundante na atmosfera

Transcrição

1 O nitrogênio molecular ( N 2 ) abundante na atmosfera Para ser utilizado pelos animais, ele precisa ser fixado reduzido de N 2 para NH 3 (amônia) (microorganismos, plantas, descargas elétricas)

2 Fixação de nitrogênio Somente algumas poucas bactérias de solo ou que vivem associadas a raízes de plantas podem converter N 2 a NH 3 -> Fixação de nitrogênio N 2 + 8e - + 8H ATP +16 H 2 O 2NH ADP + 16Pi + H 2

3 As rotas de biossíntese de aminoácidos e nucleotídeos necessitam de nitrogênio na forma solúvel Amônia, aminoácidos e nucleotídeos são utilizados de forma econômica pela maioria dos organismos Reciclagem e Reutilização

4 Reciclagem Aminoácidos em excesso não são armazenados. Indivíduo saudável, com dieta adequada, elimina nitrogênio correspondente a cerca de 100g/proteína/dia. 400 g de proteínas devem ser renovadas/dia. Portanto 100 g devem ser repostos pela alimentação

5 Proteínas da dieta Proteínas endógenas Aminoácidos Compostos nitrogenados não-proteicos Grupo amino uréia

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8 A degradação das proteínas ingeridas ocorre no trato gastrointestinal

9 A digestão de proteínas pode ser Gástrica dividida em fases Pancreática Intestinal

10 Gástrica HCldo suco gástrico mata microorganismos e desnatura proteínas. A mucosa gástrica é recoberta por uma camada de muco, que a protege da agressão do suco gástrico, bastante corrosivo A denaturação torna as proteínas mais susceptíveis à hidrólise de proteases gástricas (família da pepsina). Pepsinas são enzimas que são ativas em ph ácido. Pepsina ativa é gerada a partir da pró-enzima pepsinogênio (remoção de 46 aminiácidos do NH 2 terminal), em ph abaixo de 2. Pepsina corta proteínas em peptídeos menores e aminoácidos livres

11 Fase Pancreática e Intestinal O suco pancreático é rico em pró-enzimas que só são ativadas ao chegarem ao lúmen do intestino delgado

12 Intestino Delgado À medida que o conteúdo ácido do estômago chega ao intestino estimula a secreção de secretina. A secretina estimula o pâncreas a secretar bicarbonato de sódio. O ph aumenta para 7. A entrada dos peptídeos na parte superior do intestino libera o hormônio colecistoquina. A colecistoquina estimula a secreção de enzimas pancreáticas (tripsina, quimiotripsina, carboxipeptidase). Uma protease produzida pelo duodeno (enteropepdidase) ativa o tripsinogênio a tripsina. Tripsina ativa as outras pró-enzimas. Os aa livres entram nos capilares sanguíneos das vilosidades e são transportados até o fígado.

13 Estômago: A entrada das proteínas no estômago estimula a mucosa gástrica a secretar gastrina ->estimula secreção de HCl e pepsinogênio. As proteínas denaturam Em ph baixo-> ligações acessíveis a hidrólise enzimática. Pepsinogênio é convertido em pepsina. A pepsina hidrolisa as proteínas Em peptídeos

14 O grupo amino e o esqueleto de carbono seguem vias separadas mas conectadas A maioria dos amino ácidos é metabolizada no fígado. Leucina, isoleucina e valina são oxidados principalmente como combustível no músculo, tecido adiposo, rim e cérebro). Esses tecidos têm uma aminotransferase, ausente no fígado, que age nesses aminoácidos ramificados. O nitrogênio é abundante na atmosfera mas muito inerte para ser usado na maioria dos processos bioquímicos. A amônia gerada é reciclada é usada nas sínteses. O excesso de amônia é excretado.

15 A amônia é tóxica para os animais As bases moleculares não são totalmente esclarecidas Em humanos, estágios finais de intoxicação-leva ao coma. Mudanças de ph celular e diminuição de intermediários de ciclo de Krebs Excesso de NH 3 leva a alcalinização de fluidos celulares Um deslocamento do equilíbrio na reação da glutamina sintetase pode depletar alfacetoglutarato no cérebro reduzindo ATP

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17 A remoção do grupo amino

18 O papel do glutamato e da glutamina O glutamato e a glutamina desempenham papel crucial no metabolismo do nitrogênio. No citossol de hepatócitos, amino grupos da maioria de amino ácidos são transferidos para o alfa-cetoglutarato formando glutamato. O excesso de amônia gerado na maioria dos outros tecidos é convertida no grupo amino da glutamina.

19 O grupo amino da maioria dos aa é coletado como glutamato Reação catalisada por aminotrasferases (transaminases) Reservatório temporário de grupos amino Aminotransferases = transaminases

20 As células têm várias aminotransferases uma para cada amino ácido O nome da enzima está relacionado com o amino ácido doador do amino grupo para o alfa-cetoglutarato, por exemplo: Alanina aminotransferase; aspartato aminotransferase As reações das aminotransferases são reversíveis

21 As aminotransferases têm como coenzima o PLP (derivado da vitamina B 6 )

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25 Os amino grupos são coletados no fígado na forma de glutamato Em uma segunda etapa, os amino grupos originam aspartato e/ou amônia Nos hepatócitos, glutamato é transportado do citossol para a mitocôndria onde sofre desaminação oxidativa ou transaminação

26 O glutamato pode ser desaminado e o grupo amino liberado como amônia (NH 4+ ) em ph fisiológico Glutamato desidrogenase mitocondrial A glutamato desidrogenase utiliza tanto NAD + como NADP +

27 O glutamato também tem outro destino. Transaminação formando aspartato (o segundo depositário de grupo amino dos aminoácidos). aspartato aminotransferase

28 Alguns aminoácidos são desaminados por reações especiais Glicina, histidina, lisina, metionina, prolina, serina e treonina Não participam de reações de transaminação Ao longo da via de degradação o grupo amino é liberado Como NH 4 + ou forma glutamato. Mesmos produtos dos Outros aminoácidos

29 A ação combinada da aminotransferase e glutamato desidrogenase resulta na convergência do grupo amino da maioria dos aa em 2 compostos: NH 4+ e aspartato

30 Glutamina e Alanina são transportadores de amônia para o Fígado Como a amônia é tóxica e a sua conversão em uréia ocorre no fígado, o NH 4+ produzido em outros tecidos é incorporado em compostos não tóxicos que atravessam membranas com facilidade: Alanina no músculo Glutamina na maioria dos tecidos extra-hepáticos

31 Fígado

32 No rim existe a enzima glutaminase que permite a excreção de NH 4 +

33 A alanina transporta amônia do músculo para o fígado Ciclo alanina-glicose O gasto energético da gliconeogênese é imposto ao fígado e não ao músculo que precisa de todo ATP para a contração muscular.

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35 Amino ácidos Dieta Glutamina Músculo e outros tecidos Alanina Músculo

36 Átonos de nitrogênio da uréia amônia aspartato O ciclo da uréia e o TCA foi descoberto por Sir Hans Krebs e colaboradores Hans Krebs The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1953

37 O Ciclo da uréia O excesso de amônia é excretado como uréia pelos organismos ureotélicos. A produção de uréia ocorre no fígado. A uréia produzida passa para a corrente sanguínea e vai para o rim onde é excretada pela urina.

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39 Formação de carbamoil fosfato Carbamoil fosfato sintetase I NH 4+ formado na mitocôndria hepática + CO 2 produzido pela respiração

40 Amônia (primeiro nitrogênio da uréia) entra no ciclo após condensação com bicarbonato para formar carbamoil fosfato

41 Carbamoil fosfato sintetase I

42 Custo de 2 ATPs Carbamoil fosfato sintetase I

43 Formação da citrulina na matriz mitocondrial Ornitina transcarbamoilase Ornitina + carbamoil fosfato citrulina Citrulina é transportada para for a da mitocôndria, onde as outras Reações do ciclo da uréia acontece,

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46 Rim e eliminada Pela urina

47 Soma das reações Aspartato + NH 4+ + HCO ATP + H 2 O Uréia + fumarato + 2ADP + 2Pi + AMP + PPi + 4H+ oxaloacetato Consumo de 4 ligações fosfato ricas em energia

48 O destino do fumarato O fumarato pode ser convertido a oxaloacetato, por reações analógas ao Krebs, só que as enzimas envolvidas são citossólicas. O Oxaloacetato por transaminação forma aspartato.

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50 A bicicleta do Krebs

51 Fígado, rim e coração 3 ATPs reduz para 1 ATP A síntese da uréia

52 Esquema geral da síntese da uréia Balanço energético do processo Glicose CICLO DA URÉIA CICLO DE KREBS

53 contribuir Toxicidade da Amônia Encefalopatia Hepática Lesões severas no fígado ou deficiências genéticas atividade do Ciclo da Uréia Hiperamonemia PODE NAD(P)H ATP NH 3 α-cetoglutarato Glutamato Glutamina + NH 3 NAD(P) + ADP GABA

54 Regulação do ciclo da uréia O fluxo de nitrogênio varia com a dieta. Todas as enzimas do ciclo da uréia e a a carbomoilfosfato sintase são sintetizadas em velocidade maior em animais com dietas ricas em proteínas. Existe também regulação alostérica da carbomoilfosfato sintase.

55 Regulação do ciclo da uréia O fluxo de nitrogênio varia com a dieta. Todas as enzimas do ciclo da uréia e a carbomoilfosfato sintase são sintetizadas em maior quantidade em animais com dieta rica em proteínas. Quando aumenta degradação de aminoácidos Existe também regulação alostérica (+) da carbomoilfosfato sintase pelo N-acetil-glutamato

56 A carbomoilfosfato sintase é estimulada por N-acetilglutamato Quando há maior Degradação de aa

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58 Degradação da cadeia carbônica Piruvato (glicogênicos) Intermediários do ciclo de Krebs (glicogênicos) Acetil-CoA (cetogênicos)

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68 Fenilcetonúria: Acumula fenilalanina que pode originar fenilpiruvato

69 O fenilpiruvato pode competir com o piruvato pela piruvato translocase

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75 Fenilcetonúria Defeito hereditário frequente no metabolismo de aminoácido causada por aumento de fenilalanina hidroxilase

76 Acúmulo de Phe

77 O fenilpiruvato pode competir com o piruvato pela piruvato translocase

78 Encontrados Aumentados na urina Compete com o piruvato pela piruvato translocase Diminui ATP

79 Deficiência da fenilalanina hidroxilase = fenilcetonúria Defeito hereditário mais frequente do metabolismo de aminoácidos é a fenilcetonúria. Ocorre acúmulo de fenialanina, que gera fenilpiruvato em reação de transaminação com α- cetoglutarato.

80 Deficiência da fenilalanina hidroxilase = fenilcetonúria Na fenilcetonúria ocorre acúmulo de fenialanina, que gera fenilpiruvato em reação de transaminação com α- cetoglutarato. Fenilpiruvato compete com piruvato pela piruvato translocase, restringindo a entrada de piruvato na mitocôndria e portanto a produção de ATP a partir de glicose. Indivíduos afetados apresentam retardamento mental, pigmentação deficiente da pele e cabelo. Mais de 100 doenças hereditárias devido a deficiências no metabolismo de aminoácidos já foram descritas

81 Aspartame N-L-alfa-aspartil-L-fenilalanina 1-metilester

82 Deficiência produz albinismo melanina

83 O organismo só sintetiza 11 dos 20 aa constituintes das proteínas

84 Essenciais Não Essenciais A partir de essenciais Fenilalanina Alanina tirosina Histidina Arginina Cisteína Isoleucina Asparagina Leucina Aspartato Lisina Cisteína Metionina Glutamato Treonina Glutamina Triptofano Glicina Valina Prolina Serina Tirosina

85 Glutamato e glutamina são doadores de nitrogênio para a síntese dos aminoácidos

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88 Transaminases de Importância em Diagnóstico TGP (ALT)- Transaminase Glutâmico-Pirúvica TGO (AST)- Transaminase Glutâmico-oxalacético

89 Transaminases Distribuição tecidual Enzimas intracelulares Presentes em vários tecidos nos níveis séricos indica lesão tecidual - infarto do miocárdio - doenças hepáticas