Catabolismo do esqueleto carbonado de aminoácidos 1

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1 Catabolismo do esqueleto carbonado de aminoácidos 1 Índice 1- Definição de aminoácidos glicogénicos, cetogénicos e simultaneamente glicogénicos e cetogénicos Os aminoácidos podem ser oxidados a CO 2 sem gerarem previamente glicose e corpos cetónicos A importância das proteínas da dieta na despesa energética do organismo A importância dos aminoácidos na despesa energética do fígado e da glutamina na despesa energética das células em proliferação rápida A glicose que resultou da gliconeogénese com origem em aminoácidos pode, quando é oxidada, ser entendida como um intermediário na oxidação dos aminoácidos O somatório das excreções de ureia e de amónio é uma medida da oxidação dos aminoácidos no organismo O catabolismo da alanina e o ciclo da alanina O catabolismo da asparagina e do aspartato O catabolismo da glutamina e do glutamato e o papel dos enterócitos no processo O catabolismo da serina e da glicina envolvendo transferência de unidades monocarbonadas para o tetrahidrofolato O catabolismo da serina e da glicina via conversão em 2-fosfoglicerato e piruvato A conversão da cisteína em piruvato e sulfato e a sua eliminação urinária via conversão em taurina O catabolismo da metionina A síntase da metionina e a metil-transférase da betaína-homocisteína catalisam a salvação da homocisteína a metionina O catabolismo da tirosina A conversão da fenilalanina em tirosina e o défice de hidroxílase da fenilalanina O catabolismo dos aminoácidos ramificados Os catabolismos da arginina e da prolina Aminoácidos glicogénicos, cetogénicos e simultaneamente glicogénicos e cetogénicos Na maioria dos casos os aminoácidos são oxidados via conversão em acetil-coa Papel de derivados do folato no catabolismo de aminoácidos Reações em que os aminoácidos perdem os grupos azotados O papel do azoto dos aminoácidos na síntese de ureia Definição de aminoácidos glicogénicos, cetogénicos e simultaneamente glicogénicos e cetogénicos No decurso do seu catabolismo os aminoácidos perdem os seus átomos de azoto que, na sua maioria, são incorporados na ureia e excretados na urina. (i) A porção não azotada das moléculas dos aminoácidos (os esqueletos carbonados) pode, em certos casos (a maioria), gerar intermediários do ciclo de Krebs ou da glicólise. Nestes casos, os aminoácidos dizem-se glicogénicos porque podem, via gliconeogénese, formar glicose. Quando se diz que um determinado aminoácido é glicogénico quer-se apenas dizer que, potencialmente, o esqueleto carbonado deste aminoácido pode, convertendo-se em glicose no fígado (e rim), ser indiretamente oxidado pelos tecidos do organismo que consomem glicose. De facto, a ingestão de proteínas e a 1 No programa implementado a partir de 2014, excluíram-se os catabolismos da treonina, do triptofano, da lisina, da histidina, da arginina e da prolina. Contudo, porque a síntese da arginina e da prolina não foi excluída do programa e o catabolismo e a síntese destes aminoácidos se relacionam intimamente optou-se por manter uma referência a estes aminoácidos neste texto. Página 1 de 16

2 consequente absorção de aminoácidos não provocam subida na glicemia porque um dos efeitos dos aminoácidos é a estimulação da libertação de insulina nas células β pancreáticas [1] o que estimula a oxidação da glicose e o seu armazenamento na forma de glicogénio. (ii) No caso da leucina os produtos do catabolismo são o acetoacetato e o acetil-coa e não se geram intermediários do ciclo de Krebs ou da glicólise; a leucina não é um aminoácido glicogénico porque nenhum dos produtos formados a partir dela é substrato da gliconeogénese e diz-se cetogénica porque o acetoacetato é um corpo cetónico e o acetil-coa é o precursor dos corpos cetónicos. O outro exemplo de aminoácido cetogénico é a lisina que, no seu catabolismo, se converte em acetoacetil-coa (que, via tiólise, origina duas moléculas de acetil-coa). Quando se diz que um determinado aminoácido é cetogénico quer-se dizer que, potencialmente, o esqueleto carbonado deste aminoácido pode, convertendo-se em acetoacetato e β-hidroxibutirato no fígado, ser indiretamente oxidado pelos tecidos do organismo que consomem corpos cetónicos. (iii) Os aminoácidos que, no decurso do seu catabolismo, se desdobram de tal forma que parte da molécula forma acetoacetato ou acetil-coa e a outra parte intermediários do ciclo de Krebs ou da glicólise costumam ser classificados como simultaneamente glicogénicos e cetogénicos. Ver Fig Os aminoácidos podem ser oxidados a CO 2 sem gerarem previamente glicose e corpos cetónicos Os aminoácidos podem ser oxidados indiretamente via conversão em glicose ou corpos cetónicos mas, para serem oxidados a CO 2, não têm obrigatoriamente que gerar previamente glicose ou corpos cetónicos. Os intermediários da glicólise geram piruvato e este pode, por ação da desidrogénase do piruvato gerar acetil-coa (com redução de NAD + a NADH; ver Equação 1). Seguidamente, no ciclo de Krebs, o grupo acetilo do acetil-coa é oxidado a CO 2. Os intermediários do ciclo de Krebs gerados no catabolismo dos aminoácidos também são oxidados a CO 2.. No entanto, estes intermediários só podem ser completamente oxidados a CO 2 se entrarem no ciclo como acetil-coa. Assim, por exemplo, a oxidação do oxalacetato implica a sua prévia conversão em fosfoenolpiruvato (carboxicínase do fosfoenolpiruvato; ver Equação 2) que, por ação da cínase do piruvato, gera piruvato (ver Equação 3) que, de seguida, se converte em acetil-coa (ver Equação 1). Equação 1 piruvato + NAD + + CoA acetil-coa + NADH + CO 2 Equação 2 oxalacetato + GTP + fosfoenolpiruvato + GDP + CO 2 Equação 3 ADP + fosfoenolpiruvato ATP + piruvato O facto de os aminoácidos poderem, no seu metabolismo, gerar piruvato, intermediários do ciclo de Krebs, acetoacetato e/ou acetil-coa permite compreender que, sendo oxidados a CO 2, podem contribuir para a síntese de ATP sendo, a par com os glicídeos e os lipídeos, "compostos energéticos". De facto, na esmagadora maioria dos casos, antes de se formar acetil-coa já ocorreram processos oxidativos com redução do NAD + a NADH (ou/e de ubiquinona a ubiquinol) e, consequentemente, a síntese de ATP (via reoxidação do NADH ou/e do ubiquinol na cadeia respiratória e a intervenção da síntase do ATP). Por exemplo, o glutamato [5C,1N], via desidrogénase do glutamato (uma enzima da matriz mitocondrial) converte-se em α-cetoglutarato [5C] com redução concomitante do NAD + (ver Equação 4) e o α-cetoglutarato é oxidado a oxalacetato [4C] no ciclo de Krebs (ver Equações 5-9). Neste processo a desidrogénase do α-cetoglutarato (Equação 5) e a desidrogénase do malato (Equação 9) catalisam a redução do NAD +, a desidrogénase do succinato catalisa a redução da ubiquinona (ver Equação 7) e, na ação catalítica da sintétase de succinil-coa (Equação 6), há síntese de ATP (ou GTP) ao nível do substrato. A conversão do oxalacetato em acetil-coa ocorre, como já referido, através da sequência oxalacetato fosfoenolpiruvato piruvato acetil-coa o que envolve a ação da desidrogénase do piruvato e a consequente redução do NAD + (ver Equação 1). Na ação sequenciada da carboxicínase do fosfoenolpiruvato e da cínase do piruvato (ver Equação 2 e Equação 3) o saldo é nulo no que diz respeito à formação/consumo de ligações ricas em energia. Na realidade, quando no processo catabólico de um aminoácido há formação de um intermediário do ciclo de Krebs ou da glicólise há sempre formação de ATP em passos que precedem a formação de acetil-coa. Ver a Fig. 2 e a Fig. 3. Página 2 de 16

3 Equação 4 glutamato + NAD H 2 O α-cetoglutarato + NADH + NH 4 Equação 5 α-cetoglutarato + NAD + + CoA succinil-coa + NADH + CO 2 Equação 6 succinil-coa + GDP (ou ADP) + Pi succinato + CoA + GTP (ou ATP) Equação 7 succinato + ubiquinona fumarato + ubiquinol Equação 8 fumarato + H 2 O malato Equação 9 malato + NAD + oxalacetato + NADH 3- A importância das proteínas da dieta na despesa energética do organismo Admitindo balanço azotado nulo (estabilidade na massa de proteínas endógenas) é também de admitir que, em termos líquidos, os aminoácidos ingeridos num dado intervalo de tempo equivalem aos que são oxidados a CO 2. Nas dietas habituais na nossa cultura o valor calórico das proteínas representa cerca de 15% do valor calórico total da dieta e, se admitirmos que os balanços energéticos e azotado são nulos, é também de admitir que cerca de 15% da despesa energética do organismo corresponda a oxidação de aminoácidos. Assim, embora a importância energética dos aminoácidos seja geralmente menor que a dos glicídeos e lipídeos, o seu valor energético não é negligenciável. 4- A importância dos aminoácidos na despesa energética do fígado e da glutamina na despesa energética das células em proliferação rápida Para além do seu papel na síntese de (praticamente) toda a ureia sintetizada no organismo, o fígado tem um importante papel no catabolismo do esqueleto carbonado da maior parte dos aminoácidos estimando-se que metade da energia libertada nos processos oxidativos que decorrem no fígado tenha origem na oxidação de aminoácidos [2]. Uma parte da importância do fígado nos processos oxidativos dos aminoácidos decorre do facto de este órgão receber diretamente os aminoácidos da dieta (via veia porta) captando e oxidando os que estão em excesso. As moléculas dos aminoácidos que são captadas pelo fígado e não são usadas na síntese proteica acabam, diretamente (via formação de acetil-coa e ciclo de Krebs) ou indiretamente (via formação de glicose ou corpos cetónicos), por ser oxidadas a CO 2. No período pós-prandial, os enterócitos também têm um papel relevante na oxidação da glutamina, do glutamato e do aspartato que resultaram da hidrólise das proteínas que decorreu no lúmen do intestino [3]. A par com a glicose, a glutamina [5C,2N] é um importante combustível dos enterócitos (incluindo os que se situam nas criptas das vilosidades e estão em multiplicação rápida) e das células que se multiplicam rapidamente. Para além dos enterócitos das criptas, são exemplos deste tipo de células os linfócitos em fase de proliferação (em resposta a desafios de natureza imunológica), as células precursoras dos eritrócitos e dos leucócitos na medula óssea, assim como as células neoplásicas. Em todas estas células, a oxidação da glutamina e da glicose pode ser incompleta havendo libertação para exterior das células de aspartato (formado a partir do oxalacetato; ver Equação 11), de alanina (formada a partir do piruvato; ver à frente Equação 12) e de lactato (formado por redução do piruvato, via ação da desidrogénase do lactato) [4]. A via metabólica que permite a conversão de glutamina em oxalacetato ou em alanina designa-se, às vezes, por glutaminólise [4] e envolve, no seu primeiro passo, a hidrólise da glutamina por ação da glutamínase (ver Equação 10). Os passos entre glutamato e oxalacetato já foram referidos acima (ver Equações 4-9). A conversão do oxalacetato [4C] em aspartato [4C,1N] é catalisada pela transamínase do aspartato (ver Equação 11). A formação da alanina [3C,1N] a partir de oxalacetato implica a formação de piruvato (ver Equações 2-3) e a ação da transamínase da alanina (ver Equação 12) 2. Equação 10 + glutamina + H 2 O glutamato + NH 4 Equação 11 oxalacetato + glutamato aspartato + α-cetoglutarato Equação 12 piruvato + glutamato alanina + α-cetoglutarato 2 Na glutaminólise com formação de alanina, a conversão do glutamato em α-cetoglutarato e a do piruvato em alanina podem ser catalisados num mesmo passo: o que é catalisado pela transamínase da alanina. Na glutaminólise com formação de aspartato pode acontecer algo semelhante; neste caso a conversão do glutamato em α-cetoglutarato e a do oxalacetato em aspartato podem ser catalisados num mesmo passo: o que é catalisado pela transamínase da aspartato. Admitindo esta possibilidade, aquando do processo de transaminação, o glutamato é o dador do grupo amina a um α- cetoácido (piruvato ou oxalacetato) que previamente se formou a partir de ou outra molécula de glutamato (e de glutamina). Página 3 de 16

4 5- A glicose que resultou da gliconeogénese com origem em aminoácidos pode, quando é oxidada, ser entendida como um intermediário na oxidação dos aminoácidos O fígado liberta glicose para o plasma (via gliconeogénese e via glicogenólise) e uma parte desta glicose teve origem no esqueleto carbonado dos aminoácidos. Uma situação semelhante acontece no rim onde uma parte da glicose produzida na gliconeogénese deste órgão resulta da conversão da glutamina e, em menor grau, da alanina e outros aminoácidos. A ulterior oxidação, nos diversos tecidos do organismo, da glicose que teve origem em aminoácidos é também, em última análise, uma etapa (a última etapa) do processo oxidativo destes aminoácidos. Em termos médios, 1g de proteína, pode originar 0,6 g de glicose; assim, potencialmente, a ingestão de 100 g de proteínas (a ingestão típica diária numa dieta ocidental) poderá, via gliconeogénese, gerar cerca de 60 g de glicose. Este valor corresponde a cerca de metade da glicose que é diariamente oxidada no cérebro [2]. No jejum prolongado (vários dias), apesar do esgotamento do glicogénio, o fígado e o rim continuam a produzir glicose. Nestas condições, o cérebro é (praticamente) o único órgão onde está ocorrer oxidação da glicose (a CO 2 ), mas esta glicose não pode, em termos líquidos, provir de processos de reciclagem como os ciclos de Cori e da alanina. A glicose que é oxidada a CO 2 provém da fração da gliconeogénese que tem origem nos aminoácidos que resultam da proteólise endógena (cerca de 3/4) e no glicerol que resulta da lipólise endógena (1/4). 6- O somatório das excreções de ureia e de amónio é uma medida da oxidação dos aminoácidos no organismo Embora a ureia e o amónio não resultem da oxidação dos esqueletos carbonados dos aminoácidos, o processo de conversão dos aminoácidos em intermediário da glicólise, em intermediários do ciclo de Krebs ou em corpos cetónicos e a subsequente oxidação direta ou indireta a CO 2 é concomitante com a formação daqueles compostos de excreção. Por isso, a velocidade de degradação dos aminoácidos no seu todo pode ser medida, medindo a velocidade de excreção dos compostos azotados na urina 3. Se se considerarem períodos de tempo longos (vários dias) [5], o valor do azoto urinário presente na ureia e no amónio é uma medida da velocidade de oxidação dos aminoácidos e pode servir para estimar a massa e o valor energético dos aminoácidos que estão a ser oxidados. O azoto da ureia contribui com 60% a 90% (a percentagem aumenta quando dieta é rica em proteínas) do azoto urinário. A ureia, o amónio, a creatinina e o ácido úrico 4 contêm praticamente todo o azoto presente na urina. 7- O catabolismo da alanina e o ciclo da alanina O catabolismo da alanina [3C,1N] é muito simples e envolve, como etapa específica, apenas a ação da transamínase da alanina (ver Equação 12) que dá origem ao α-cetoácido correspondente, o piruvato [3C]. O piruvato é substrato da gliconeogénese e pode, por isso, originar glicose; outros destinos possíveis são a oxidação a acetil-coa (ver Fig. 2) ou a redução a lactato. A alanina (cujo azoto constitui quase 10% do azoto aminoacídico do plasma) é um veículo de transporte de azoto no plasma. No ciclo da alanina, o piruvato formado na glicólise muscular aceita grupos amina do glutamato (ver Equação 12) convertendo-se em alanina; a alanina sai dos músculos para o plasma sanguíneo; no fígado é captada e reconvertida em piruvato (ver Equação 12); o piruvato, via gliconeogénese, gera glicose que pode voltar a ser oxidada no músculo. Através da ação das enzimas da gliconeogénese hepática, glicólise muscular e transamínase da alanina nos dois tecidos, o ciclo da alanina participa no transporte de azoto dos músculos para o fígado (onde contribui para a formação de ureia), 3 Porque os níveis de ureia no sangue podem ser afetados pela velocidade de excreção de ureia no nefrónio, para obter um valor mais preciso, há que somar à massa de ureia excretada na urina, a massa de ureia que eventualmente se acumulou no meio interno (ou subtrair a massa de ureia que corresponde a uma eventual descida dos níveis de ureia no meio interno). Estas correções são irrelevantes, quando se consideram períodos alargados de tempo (vários dias); nestas condições a massa de ureia que corresponde às eventuais variações da sua concentração no meio interno é sempre uma pequeníssima fração da massa de ureia que é excretada. 4 A creatinina forma-se a partir da creatina e fosfocreatina que, por sua vez, se forma a partir da glicina, da arginina e da metionina. A molécula da creatinina contém 3 átomos de azoto sendo que 1 provém diretamente da glicina e 2 da arginina. O ácido úrico forma-se no catabolismo das purinas e a sua molécula contém 4 átomos de azoto: 2 provêm diretamente da glutamina, 1 da glicina e o outro do aspartato. Página 4 de 16

5 mas também permite que a glicose que, no músculo, foi apenas oxidada a piruvato, possa ser regenerada no fígado. É de notar que, embora, o glutamato seja o dador direto do grupo amina para a síntese de alanina nos músculos (ver Equação 12), porque o grupo amina do glutamato pode provir, direta ou indiretamente, de todos os outros aminoácidos, o transporte de alanina dos músculos para o fígado representa transporte para o fígado do azoto dos aminoácidos que perderam o grupo amina nos músculos. Do ponto de energético o ciclo da alanina, considerado como um todo, consome ATP (consumo de 6 ligações ricas em energia no fígado/molécula de glicose formada e formação de 2 ligações ricas em energia no músculo), mas permite poupar glicose que é um importante substrato nos processos oxidativos cerebrais: tal como o ciclo do lactato (ou de Cori), o ciclo da alanina também pode ser entendido como um processo de transferência de energia do fígado para o músculo; os nutrientes que são oxidadas no fígado (maioritariamente ácidos gordos e aminoácidos) permitem a formação do ATP necessário para a síntese de glicose, cuja oxidação nos músculos, gera ATP 5. É, no entanto, de notar que os ciclos da alanina e do lactato não permitem formar glicose de novo mas apenas recuperar como glicose, a glicose que foi oxidada a piruvato (nos músculos) ou cindida a lactato (nos eritrócitos, músculos, medula renal, etc.). No cérebro, a glicose é oxidada a CO 2 e, por isso, o cérebro não participa nos ciclos da alanina e do lactato. Num indivíduo em jejum prolongado (vários dias ou semanas), a glicose oxidada pelo cérebro provém maioritariamente da conversão líquida dos aminoácidos endógenos em glicose. 8- O catabolismo da asparagina e do aspartato A asparagina [4C,2N], por ação da asparagínase, é hidrolisada gerando aspartato [4C,1N] e amónio (ver Equação 13). Equação 13 asparagina + H 2 O aspartato + NH 4 + O aspartato, por transaminação (ver Equação 11), gera oxalacetato [4C] que é um intermediário do ciclo de Krebs. No ciclo da ureia, o aspartato reage com a citrulina (sintétase do arginino-succinato) originando arginino-succinato. Nesta via metabólica o azoto do aspartato incorpora-se na ureia e o esqueleto carbonato sai como fumarato [4C] que é também intermediário do ciclo de Krebs. Daqui se pode concluir que a asparagina e o aspartato são, via conversão em oxalacetato ou fumarato, aminoácidos glicogénicos. Ver Fig. 2 e Fig O catabolismo da glutamina e do glutamato e o papel dos enterócitos no processo De forma semelhante ao caso da asparagina, a glutamina [5C,2N], por ação da glutamínase, dá origem a glutamato (ver Equação 10) e o glutamato [5C,1N], por transaminação (ver Equação 14) ou por ação da desidrogénase do glutamato (ver Equação 4), gera α-cetoglutarato [5C]. Ver Fig. 2. Equação 14 glutamato + α-cetoácido α-cetoglutarato + α-aminoácido Os processos de hidrólise do grupo amida da glutamina (ver Equação 10) e da asparagina (ver Equação 13) chamam-se, frequentemente, de processos de desamidação porque o grupo químico onde ocorre a hidrólise é o grupo amida presente nos carbonos 5 (caso da glutamina) e 4 (caso da asparagina). Como já referido, os enterócitos têm particular importância no catabolismo da glutamina (quer na que se forma a partir da hidrólise das proteínas da dieta, quer na que se forma endogenamente). Os enterócitos captam glutamina do sangue e via glutaminólise forma-se alanina (glutamina glutamato α-cetoglutarato succinil-coa succinato fumarato malato oxalacetato fosfoenolpiruvato piruvato alanina). A alanina formada nos enterócitos passa para a veia porta podendo ser, posteriormente, transformada em glicose ou em CO 2 (e ureia) no fígado. Via glutaminólise, os enterócitos convertem três dos cinco carbonos da glutamina em alanina (os outros dois convertem-se em CO 2 ), mas não é este o único destino dos carbonos da glutamina captada nos enterócitos. Um outro destino é a sua conversão em citrulina (via glutamina glutamato semialdeído 5 Ao contrário do ciclo da alanina em que a fase anabólica só acontece no fígado, a fase anabólica do ciclo de Cori também acontece no córtex renal. Página 5 de 16

6 do glutamato ornitina) que passa para a circulação sanguínea. A citrulina pode ser captada no fígado ou no rim e, ser convertida em arginina, via arginino-succinato. Nos processos de conversão da glutamina em alanina ou em citrulina, o azoto do grupo amida da glutamina sai como amónio por ação da glutamínase (ver Equação 10) e este amónio também passa para a circulação sanguínea sendo captado pelo fígado e aí convertido em ureia O catabolismo da serina e da glicina envolvendo transferência de unidades monocarbonadas para o tetrahidrofolato Numa reação fisiologicamente reversível a hidroxi-metil-transférase da serina pode catalisar a interconversão da serina [3C,1N] e da glicina [2C,1N]; na reação também ocorre a interconversão do H4-folato e do N 5,N 10 -metileno-h4-folato (ver Equação 15). A glicina pode ser oxidada (pelo NAD + ) na ação catalítica do complexo de clivagem da glicina; este complexo usa como aceitador de metilo o H4- folato e na reação forma-se NADH, CO 2, NH 4 + e também N 5,N 10 -metileno-h4-folato (ver Equação 16). Ver Fig. 2. Equação 15 Equação 16 serina + H4-folato glicina + N 5,N 10 -metileno-h4-folato + H 2 O glicina + NAD + + H4-folato CO 2 + NH NADH + N 5,N 10 -metileno-h4-folato Assim, por ação sequenciada da hidroxi-metil-transférase da serina e do complexo de clivagem de glicina, a serina pode ser completamente oxidada formando CO 2 e dois equivalentes de N 5,N 10 -metileno- H4-folato. (O N 5,N 10 -metileno-h4-folato é substrato na síntese da timidina monofosfato e, portanto, importante para a síntese de DNA.) Se atentarmos neste processo notaremos que a glicina (e indiretamente a serina) são aminoácidos que podem ser oxidados a CO 2 sem a intervenção de enzimas do ciclo de Krebs constituindo, por isso, exceções ao processo oxidativo geral dos nutrientes. 11- O catabolismo da serina e da glicina via conversão em 2-fosfoglicerato e piruvato A serina pode, por ação de outras enzimas, formar piruvato; ver Fig. 2. Uma das vias metabólicas em que a serina pode originar piruvato envolve, como primeiro passo, a ação de uma transamínase onde a serina perde o grupo amina. Nesta via metabólica a serina origina, por transaminação, o 3-hidroxipiruvato (o α-cetoácido correspondente à serina; ver Equação 17) que, através da ação de outras enzimas (uma desidrogénase e uma cínase), acaba por gerar 2-fosfoglicerato, um intermediário da glicólise e da gliconeogénese. O 2-fosfoglicerato pode converter-se em glicose (gliconeogénese) ou originar piruvato e ser oxidado. Um outro processo mais simples em que a serina também se converte em piruvato, envolve a ação da desidrátase da serina (ver Equação 18). Por ação sequenciada da hidroxi-metil-transférase da serina (ver Equação 15) e das enzimas que podem converter a serina em piruvato e/ou 2-fosfoglicerato, a glicina pode, via serina, originar glicose. Daqui se depreende que, quer a glicina quer a serina sejam considerados aminoácidos glicogénicos. Equação 17 serina + α-cetoglutarato 3-hidroxipiruvato + glutamato Equação 18 + serina piruvato + NH A conversão da cisteína em piruvato e sulfato e a sua eliminação urinária via conversão em taurina A cisteína [3C,1N,1S] contém um grupo tiol e, no seu catabolismo, existem duas vias relevantes; ver Fig. 2. Numa dessas vias, o grupo tiol é oxidado gerando, maioritariamente, sulfato que é excretado na urina. De notar que o sulfato se forma juntamente com os respetivos protões e que, portanto, o 6 Um outro destino do azoto do grupo amida da glutamina é a sua incorporação no DNA dos enterócitos. Como já referido, os enterócitos das criptas das vilosidades intestinais são células com uma taxa de multiplicação muito elevada (a vida média dos enterócitos é de cerca de 5 dias), um processo que envolve a síntese de DNA e dos nucleotídeos precursores. Nas vias de síntese dos nucleotídeos púricos e pirimídicos, a glutamina é substrato de diversas enzimas que catalisam reações em que os carbonos da glutamina saem como glutamato e o azoto do grupo amida se incorpora nos intermediários dessas vias. Um fenómeno idêntico ocorre em todas as células em proliferação e em menor grau em todas as células porque, com exceção dos eritrócitos maduros, todas as células sintetizam RNA. Página 6 de 16

7 catabolismo da cisteína (e da metionina) tende a acidificar o meio interno. Nesta via, o grupo amina da cisteína perde-se para o α-cetoglutarato numa reação de transaminação que envolve um intermediário da via (a cisteína-sulfinato que se converte em sulfinil-piruvato) e, como produto final, forma-se piruvato. Noutra via alternativa (quantitativamente menos relevante) forma-se taurina [C2,1N,1S] que, fazendo parte dos ácidos biliares é, em última análise, excretada na urina. Na formação da taurina também ocorre oxidação do grupo tiol mas, neste caso, o enxofre e o grupo amina mantêm-se ligados ao esqueleto carbonado. 13- O catabolismo da metionina A metionina [5C,1N,1S] é um aminoácido que contém um total de 5 carbonos e em que um deles (um grupo metilo) se liga ao resto da cadeia por uma ligação sulfureto (CH 3 -S-CH 2 CH 2 CHNH 2 -COOH). No processo catabólico (ver Fig. 3), a metionina começa por reagir com o ATP gerando S-adenosilmetionina (ver Equação 19). Um dos carbonos da metionina (o do metilo ligado ao enxofre) acaba transferido para vários possíveis aceitadores (por ação de metil-transférases; ver Equação 20) formandose um intermediário contendo adenosina e homocisteína: a S-adenosil-homocisteína. A S-adenosilhomocisteína é, de seguida, hidrolisada gerando a homocisteína (ver Equação 21). Equação 19 Equação 20 Equação 21 ATP + metionina S-adenosil-metionina + Pi + PPi S-adenosil-metionina + aceitador 7 S-adenosil-homocisteína + aceitador metilado S-adenosil-homocisteína + H 2 O homocisteína + adenosina O átomo de enxofre da homocisteína [4C,1N,1S] acaba transferido para a serina [3C,1N,1OH] que se converte em cisteína [3C,1N,1S] enquanto o grupo azotado e os carbonos que pertenciam à homocisteína se libertam como NH 4 + e α-cetobutirato. Neste processo intervêm sequencialmente duas enzimas: a síntase da cistationina (ver Equação 22) e a líase da cistationina (ver Equação 23). O α- cetobutirato (numa reação semelhante à que é catalisada pela desidrogénase do piruvato) origina propionil-coa (ver Equação 24) que, via metil-malonil-coa, leva à formação de succinil-coa que é um intermediário do ciclo de Krebs (ver Equações 25-27). Equação 22 homocisteína + serina cistationina + H 2 O Equação 23 cistationina cisteína + NH α-cetobutirato Equação 24 α-cetobutirato + NAD + + CoA propionil-coa + NADH + CO 2 Equação 25 propionil-coa + CO 2 + ATP D-metil-malonil-CoA + ADP + Pi Equação 26 D-metil-malonil-CoA L-metil-malonil-CoA Equação 27 L-metil-malonil-CoA succinil-coa A Equação 28 é a equação soma relativa ao processo de oxidação da metionina a succinil-coa (Equações 19-27). É de notar que, durante o catabolismo da metionina, o seu átomo de enxofre se converte em enxofre da cisteína e que, portanto, este se perde maioritariamente como sulfato aquando do catabolismo da cisteína. O grupo metilo é transferido para aceitadores de metilo. Se admitirmos que o CO 2 que se perde na reação 24 é o mesmo que se incorpora durante a formação do succinil-coa a partir do propionil-coa (ver Equação 25), poderemos também admitir que os outros 4 carbonos da metionina geram succinil-coa. O facto de o succinil-coa ser um intermediário do ciclo de Krebs explica o caráter glicogénico da metionina. Equação 28 metionina + 2 ATP + aceitador + serina + NAD + + CoA succinil-coa + cisteína + aceitador metilado + NH NADH + adenosina + PPi + 2 Pi + ADP 14- A síntase da metionina e a metil-transférase da betaína-homocisteína catalisam a salvação da homocisteína a metionina A homocisteína, para além de poder reagir com a serina e formar cistationina (ver Equação 22), também pode ser substrato de enzimas que permitem "salvar" metionina em processo catabólico: a síntase 7 Entre outros, são aceitadores dos grupos metilo da S-adenosilmetionina a fosfatidil-etanolamina (formação de fosfatidilcolina), a noradrenalina (formação de adrenalina), o guanidoacetato (formação de creatina), resíduos de lisina e histidina em proteínas e resíduos de nucleotídeos de ácidos nucleicos. Página 7 de 16

8 da metionina (ver Equação 29) e a metil-transférase da betaína-homocisteína (ver Equação 30). Ver Fig. 3. Em ambos os casos há regeneração da metionina a partir da homocisteína que é aceitadora do grupo metilo do N 5 -metil-h4-folato (no caso da síntase da metionina) ou de um grupo metilo da betaína (no caso da metil-transférase da betaína-homocisteína). A betaína resulta da oxidação da colina. A síntase da metionina é a única enzima do organismo que usa o N 5 -metil-h4-folato como substrato. O N 5 -metil-h4-folato forma-se por redução (dependente do NADPH; ação da redútase do N 5,N 10 -metileno-h4-folato; ver Equação 31) do N 5,N 10 -metileno-h4-folato (maioritariamente gerado no catabolismo da serina e glicina; ver Equação 15 e Equação 16). Ver Fig. 4. Equação 29 N 5 -metil-h4-folato + homocisteína H4-folato + metionina Equação 30 betaína + homocisteína dimetilglicina + metionina Equação 31 N 5,N 10 -metileno-h4-folato + NADPH N 5 -metil-h4-folato + NADP O catabolismo da tirosina No catabolismo da tirosina [9C,1N,1OH] a primeira reação é uma transaminação onde o grupo amina é transferido para o α-cetoglutarato formando-se para-hidroxifenilpiruvato [9C] e glutamato (ver Equação 32). (O p-hidroxifenilpiruvato é o α-cetoácido correspondente à tirosina.) Em três reações sequenciais catalisadas por duas oxigénases (um dos substratos é o O 2 ) e uma isomérase, o p- hidroxifenilpiruvato dá origem ao homogentisato [8C], ao maleilo-acetoacetato [8C] e ao fumarilacetoacetato [8C] (ver Equação 33, Equação 34 e Equação 35). O fumaril-acetoacetato é, de seguida, hidrolisado (ver Equação 36) cindindo-se em fumarato [4C] e acetoacetato [4C]. A equação soma que descreve o catabolismo da tirosina é a Equação 37. Ver Fig. 2. Equação 32 tirosina + α-cetoglutarato p-hidroxifenilpiruvato + glutamato Equação 33 p-hidroxifenilpiruvato + O 2 homogentisato + CO 2 Equação 34 homogentisato + O 2 maleilo-acetoacetato Equação 35 maleilo-acetoacetato fumaril-acetoacetato Equação 36 fumaril-acetoacetato + H 2 O fumarato + acetoacetato Equação 37 tirosina + α-cetoglutarato + 2 O 2 + H 2 O fumarato + acetoacetato + glutamato + CO 2 O facto de a cisão molecular do fumaril-acetoacetato gerar um intermediário do ciclo de Krebs e um corpo cetónico explica a classificação da tirosina no grupo dos aminoácidos simultaneamente glicogénicos e cetogénicos. Porque a fenilalanina [9C,1N] se converte em tirosina (ver abaixo) o catabolismo da fenilalanina gera os mesmos produtos e a mesma classificação se aplica a este aminoácido. 16- A conversão da fenilalanina em tirosina e o défice de hidroxílase da fenilalanina A fenilalanina [9C,1N] converte-se em tirosina por ação de uma enzima hepática, a hidroxílase da fenilalanina (diretamente dependente da tetrahidrobiopterina; ver Equação 38). Nesta reação a fenilalanina e a tetrahidrobiopterina são oxidadas pelo oxigénio molecular originando, respetivamente, tirosina e dihidrobiopterina; a regeneração da tetrahidrobiopterina ocorre por ação de uma redútase dependente do NADPH (redútase da dihidrobiopterina; ver Equação 39). Ver Fig. 2. Equação 38 fenilalanina + tetrahidrobiopterina + O 2 tirosina + dihidrobiopterina + H 2 O Equação 39 dihidrobiopterina + NADPH tetrahidrobiopterina + NADP + Quando uma destas enzimas está deficiente ocorre a acumulação de fenilalanina que pode, por transaminação, gerar fenilpiruvato. Um dos produtos a que o fenilpiruvato pode dar origem é o fenilacetato que surge na urina em quantidades elevadas nesta situação patológica (designada por fenilcetonúria). A fenilcetonúria provoca lesões no cérebro em desenvolvimento e, consequentemente, atraso mental grave. A causa das lesões cerebrais e do atraso mental estará, provavelmente, relacionada com as concentrações elevadas de fenilalanina no plasma sanguíneo e com a inibição (competitiva) que estas concentrações provocam na captação de outros aminoácidos neutros (nomeadamente tirosina e Página 8 de 16

9 triptofano) ao nível da barreira hematoencefálica [6]. Estas complicações graves podem ser prevenidas com uma dieta pobre em fenilalanina. Em Portugal colhe-se sangue a todos os bebés recém-nascidos sendo um dos objetivos detetar (e tratar) precocemente esta doença. A doença é autossómica recessiva e tem uma incidência relativamente elevada (1/13000 nascimentos). Desconhece-se o motivo da alta incidência das mutações sendo legítimo especular que poderá estar relacionado com seleção positiva dos heterozigotos em situações em que a fenilalanina escasseia (ou escasseava) na dieta. 17- O catabolismo dos aminoácidos ramificados O catabolismo dos aminoácidos ramificados valina [5C,1N], isoleucina [6C,1N] e leucina [6C,1N] inicia-se com a perda dos grupos α-amina em reações de transaminação (ver Equação 40, Equação 41 e Equação 42); ver Fig. 3. Os esqueletos carbonados correspondentes formados são α- cetoácidos ramificados que, pela ação catalítica de uma desidrogénase com atividade semelhante às desidrogénases que catalisam a oxidação descarboxilativa do piruvato, α-cetoglutarato e α-cetobutirato, originam acis-coa ramificados distintos (ver Equação 43). Equação 40 Equação 41 Equação 42 Equação 43 leucina + α-cetoglutarato α-ceto-isocaproato + glutamato isoleucina + α-cetoglutarato α-ceto-β-metil-valerato + glutamato valina + α-cetoglutarato α-ceto-isovalerato + glutamato α-cetoácido ramificado + CoA + NAD + acil-coa ramificado + CO 2 + NADH Subsequentemente as vias metabólicas dos aminoácidos ramificados divergem. (1) No catabolismo da valina o produto final é o succinil-coa que se forma a partir do propionil- CoA via metil-malonil-coa (ver Equações 25-27). Assim, a valina leva à formação de um intermediário do ciclo de Krebs e é um aminoácido glicogénico. (2) Um dos intermediários do catabolismo da leucina é o hidroxi-metil-glutaril-coa. Este composto é também um intermediário do ciclo de Lynen e a sua cisão (por ação da líase do hidroxi-metilglutaril-coa) gera acetoacetato e a acetil-coa. A classificação da leucina como aminoácido cetogénico deriva do facto de um dos produtos do seu catabolismo ser o acetoacetato (um corpo cetónico) e de a acetil-coa (o outro produto), quando formado no fígado, poder também originar acetoacetato (ciclo de Lynen). (3) No catabolismo da isoleucina, um dos intermediários (o α-metil-acetoacetil-coa) sofre cisão tiolítica originando acetil-coa e propionil-coa. Num processo já referido a propósito dos catabolismos da metionina e da valina, o propionil-coa gera succinil-coa (ver Equações 25-27). Assim, porque da cisão do intermediário α-metil-acetoacetil-coa se gera acetil-coa e um composto (propionil-coa) que é glicogénico, a isoleucina costuma classificar-se como um aminoácido simultaneamente glicogénico e cetogénico. Ao contrário do que acontece com a maioria dos outros aminoácidos que sofrem o seu catabolismo no fígado, no intestino ou no rim, uma grande parte das moléculas dos aminoácidos ramificados sofre catabolismo nos músculos esqueléticos e cardíaco. Pelo menos a primeira reação em que estes aminoácidos intervêm (a de transaminação; ver Equação 40, Equação 41 e Equação 42) é um processo que é muito mais ativo nos músculos que nos outros órgãos [7]. O azoto do grupo amina destes aminoácidos sai dos músculos incorporado na alanina e na glutamina Os catabolismos da arginina e da prolina (1) O catabolismo da arginina [6C,4N] está intimamente associado ao seu papel como intermediário do ciclo da ureia. Neste ciclo, a hidrólise da arginina (pela argínase) leva à formação de ornitina [5C,2N] e ureia [(NH 2 ) 2 CO]. A ornitina contém um grupo amina no carbono 5 e é substrato de uma transamínase; no processo catalítico, este grupo amina converte-se num grupo aldeído formando-se o 8 Embora seja controverso, admite-se que na formação do esqueleto carbonado da glutamina no músculo possam intervir conjuntamente os produtos de todos os aminoácidos ramificados. No ciclo de Krebs, o succinato (formado a partir da valina e isoleucina) pode gerar oxalacetato que, reagindo com a acetil-coa (eventualmente proveniente do catabolismo da isoleucina e leucina), pode formar citrato e sequencialmente α-cetoglutarato. O α-cetoglutarato poderá aceitar grupos amina na primeira reação do catabolismo dos aminoácidos ramificados (ver Equação 40, Equação 41 e Equação 42) formando glutamato. O glutamato pode gerar glutamina (ação catalítica da sintétase da glutamina: glutamato + NH 3 + ATP glutamina + ADP + Pi) incorporando NH 4 + formado no catabolismo de outros aminoácidos. A glutamina é o aminoácido mais abundante no plasma sanguíneo constituindo por si só quase 1/3 do azoto aminoacídico do plasma e, conjuntamente com a alanina (ciclo da alanina), é um veículo de transporte de azoto dos músculos para o fígado. Página 9 de 16

10 semialdeído do glutamato (ver Equação 44). A oxidação do grupo aldeído do semialdeído do glutamato leva à formação de glutamato que, como já referido, se pode converter em α-cetoglutarato (ver Equação 14 e Equação 4). Equação 44 α-cetoácido + ornitina α-aminoácido + semialdeído do glutamato (2) O catabolismo da prolina [5C,1N] está relacionado com o da arginina na medida em que um intermediário comum é o semialdeído do glutamato. Neste caso, o semialdeído do glutamato forma-se por oxidação da prolina. Assim, quer a arginina, quer a prolina, porque originam glutamato, são aminoácidos glicogénicos. Ver Fig Aminoácidos glicogénicos, cetogénicos e simultaneamente glicogénicos e cetogénicos De acordo com o critério referido no ponto 1 seriam classificados como aminoácidos cetogénicos a leucina (que origina acetoacetato + acetil-coa) e a lisina (acetoacetil-coa). A tirosina e a fenilalanina (que originam fumarato e acetoacetato), o triptofano (que origina alanina e acetoacetil-coa) e a isoleucina (que origina succinil-coa e acetil-coa) seriam classificados como simultaneamente cetogénicos e glicogénicos. Seriam aminoácidos glicogénicos: a asparagina e o aspartato (que originam oxalacetato ou fumarato), a glutamina, o glutamato, a arginina, a ornitina, a prolina e a histidina (que originam α- cetoglutarato), a alanina, a serina, a glicina e a cisteína (que originam piruvato) e a metionina e a valina (que originam succinil-coa). No caso da treonina existem dúvidas acerca das vias metabólicas que predominam homem e do termo mais adequado para a classificar. Ver Fig Na maioria dos casos os aminoácidos são oxidados via conversão em acetil-coa Com as exceções da glicina e da serina (via glicina) que podem ser completamente oxidados a CO 2 pela ação do complexo de clivagem da glicina, a oxidação completa dos aminoácidos implica, mesmo no caso dos aminoácidos glicogénicos e dos simultaneamente glicogénicos e cetogénicos, a formação de acetil-coa e o envolvimento das enzimas do ciclo de Krebs. Quando um determinado aminoácido é oxidado de forma completa num órgão em que não há gliconeogénese, o intermediário do ciclo de Krebs formado no catabolismo desse aminoácido é oxidado via conversão desse intermediário em oxalacetato (ciclo de Krebs) e posterior conversão sequencial deste em fosfoenolpiruvato, piruvato e acetil-coa (ver Equações 2-3 e Equação 1) 9. No entanto, pelo menos quando há défice de ingestão de nutrientes (jejum prolongado, por exemplo), é de presumir que a maior parte das moléculas dos aminoácidos seja oxidada via prévia conversão em glicose. A conversão dos aminoácidos glicogénicos e simultaneamente glicogénicos e cetogénicos em glicose é um fator de sobrevivência durante o jejum prolongado; nessa condição as proteínas endógenas libertam aminoácidos que, via gliconeogénese, levam à formação da maior parte da glicose que continua a ser oxidada pelo cérebro. Na condição de balanço azotado nulo, ou seja, quando não há nem incremento nem diminuição da massa das proteínas endógenas, podemos pensar que, em termos líquidos, todos os carbonos das proteínas da dieta acabam oxidados a CO 2. A percentagem que é diretamente oxidada e a que origina primeiro glicose sendo oxidada por esta via são ainda desconhecidas [1, 8]. 21- Papel de derivados do folato no catabolismo de aminoácidos No metabolismo da serina, da glicina, da histidina e da metionina intervêm derivados do folato; ver Fig. 4. (a) No catabolismo da serina e da glicina o H4-folato é aceitador de unidades monocarbonadas formando-se o N 5,N 10 -metileno-h4-folato (ver Equação 15 e Equação 16) que, por sua vez, é dador de 9 De facto, é possível que esta via direta de oxidação dos aminoácidos glicogénicos possa também ocorrer no fígado quando, durante a fase absortiva, há elevadas concentrações de aminoácidos na veia porta e estes são (com exceção dos aminoácidos ramificados) maioritariamente captados pelo fígado. Admite-se assim que, quando a refeição é rica em proteínas, uma parte dos aminoácidos estão, no fígado, a ser usados como substratos na síntese de glicose e que, pelo menos, uma parte do ATP consumido no processo provenha das etapas oxidativas a montante da formação de fosfoenolpiruvato ou da oxidação da parte restante dos aminoácidos que estão a ser diretamente oxidados via conversão em acetil-coa [Newsholme e Leech (2010) Functional Biochemistry in Health and Disease]. Página 10 de 16

11 unidades monocarbonadas à 2'-desoxi-uridina monofosfato (2'd-UMP) sintetizando-se timidina monofosfato (TMP); ver Equação 45). O dihidrofolato (H2-folato) que se forma no processo é reduzido a H4-folato pela redútase do dihidrofolato (ver Equação 46). Equação 45 N 5,N 10 -metileno-h4-folato + 2'-desoxi-uridina monofosfato H2-folato + timidina monofosfato Equação 46 H2-folato + NADPH H4-folato + NADP + (b) O carbono do grupo metileno (N 5 - CH 2 N 10 ) do N 5,N 10 -metileno-h4-folato tem número de oxidação zero. Numa reação de redução catalisada pela redútase do N 5,N 10 -metileno-h4-folato este composto dá origem ao N 5 -metil-h4-folato (ver Equação 31) que é capaz de transferir o grupo metilo (N 5 -CH 3 ; o carbono do grupo metilo tem número de oxidação 2) para a homocisteína e formar metionina (síntase da metionina: ver Equação 29; esta síntase tem como cofactor a vitamina B12). Assim, via metilação do H4-folato pela glicina ou pela serina e subsequente redução do metileno-h4-folato a metil- H4-folato forma-se o dador de metilo para a regeneração da metionina. A metionina ativada (Sadenosil-metionina; ver Equação 19) é dador de metilos aquando da síntese de variados compostos como, por exemplo, a fosfatidil-colina a partir de fosfatidil-etanolamina e a adrenalina a partir da noradrenalina (ver Equação 20). Nestas reações, em que intervém como dador de metilo a S-adenosilmetionina, forma-se a S-adenosil-homocisteína que, ao ser hidrolisada, gera homocisteína (ver Equação 21). Como já referido, a homocisteína pode ser metilada pelo N 5 -metil-h4-folato regenerando a metionina (ver Equação 29). (c) O N 5,N 10 -metileno-h4-folato (formado no catabolismo da serina e glicina; ver Equação 15 e Equação 16) pode ser oxidado pela desidrogénase do N 5,N 10 -metileno-h4-folato e gerar N 5,N 10 -metenilo- H4-folato (ver Equação 47). O N 5,N 10 -metenilo-h4-folato (assim como a sua forma hidratada N 10 -formil- H4-folato que resulta de hidrólise intramolecular) é dador de unidades monocarbonadas durante o processo de síntese dos nucleotídeos púricos. O carbono do grupo metenilo do N 5,N 10 -metenilo-h4-folato (N 5 CH = N 10 ) tem número de oxidação +2. O carbono do grupo formimino do N 5 -formimino-h4-folato (N 5 CH = NH) e o do grupo formilo do N 10 -formil-h4-folato (O = CH - N 10 ) também têm número de oxidação +2. O N 5 -formimino-h4-folato pode (por desaminação) dar origem ao N 5,N 10 -metenilo-h4- folato e este (por hidratação) pode originar o N 10 -formil-h4-folato. O N 5 -formimino-h4-folato forma-se durante o catabolismo da histidina aquando da transferência do grupo formimino do formimino-glutamato (Figlu) para o H4-folato. Equação 47 N 5,N 10 -metileno-h4-folato + NAD + N 5,N 10 -metenilo-h4-folato + NADH 22- Reações em que os aminoácidos perdem os grupos azotados No seu processo catabólico, a perda dos átomos de azoto dos aminoácidos pode ocorrer em diferentes tipos de reações. (1) Nos casos da glutamina e da asparagina, o azoto do grupo amida sai como NH 4 + por hidrólise e o processo chama-se desamidação (ver Equação 13 e Equação 10). (2) O grupo α-amina do glutamato e da glicina pode perder-se por desaminação oxidativa formando-se também NH 4 +. No primeiro caso está envolvida a desidrogénase do glutamato e no segundo a enzima de clivagem da glicina (ver Equação 4 e Equação 16). (No caso da serina, a possibilidade de se poder converter em glicina explica que a desaminação oxidativa também possa estar indiretamente implicada na perda do seu grupo amina.) (3) No caso do glutamato um processo alternativo para a perda do grupo α-amina é o envolvimento de reações de transaminação em que diversos α-cetoácidos podem funcionar como aceitadores do grupo amina do glutamato. As reações de transaminação são catalisadas por transamínases e a maioria dos aminoácidos pode perder o grupo α-amina em reações catalisadas por transamínases em que os aminoácidos funcionam como dadores do grupo amina ao α-cetoglutarato. Para além do caso do glutamato são especialmente relevantes para a perda do seu grupo amina os processos de transaminação da alanina (ver Equação 12), do aspartato (ver Equação 11), da serina (ver Equação 17), tirosina (ver Equação 32) e dos aminoácidos ramificados (ver Equação 40, Equação 41 e Equação 42). A transferência direta do grupo α-amina do aminoácido não transformado em reações catalisadas por transamínases não ocorre normalmente (ou não parece ter importância fisiológica) no catabolismo da glicina, da treonina, da metionina, da lisina, da arginina, da histidina, da prolina, do triptofano e da fenilalanina. Contudo, é de Página 11 de 16

12 salientar, que a análise das vias metabólicas permite compreender a importância deste tipo de reações na perda dos grupos α-amina de muitos dos aminoácidos acima referidos: nos casos da lisina, da arginina, da prolina, do triptofano, da fenilalanina e cisteína são catabolitos α-aminados destes aminoácidos que perdem o grupo amina em reações de transaminação clássicas. Os grupos amina terminais da ornitina (formada a partir da arginina) e da lisina também se perdem em reações que também se podem designar por "reações de transaminação". No caso da ornitina a transamínase envolvida na perda do grupo 5-amina é semelhante às outras transamínases. No caso da lisina a reação de transferência do grupo 6-amina para o α-cetoglutarato envolve uma oxiredútase e o termo transaminação só em sentido lato pode ser aplicado. Quando a perda de um grupo amina envolve uma reação de transaminação, o α-cetoglutarato funciona como aceitador e converte-se em glutamato. Se este glutamato perder o seu grupo amina por ação da desidrogénase do glutamato (ver Equação 4) liberta-se amónio. O processo sequenciado em que um dado aminoácido perde o seu grupo amina como amónio via transaminação seguido da ação da desidrogénase do glutamato designa-se de transdesaminação. O somatório das conversões envolvidas nos processos de transdesaminação é descrito pela Equação 48. Equação 48 α-aminoácidos + NAD + α-cetoácidos correspondentes + NADH + NH 4 + (4) Nos casos da serina, da treonina e da histidina a perda do grupo α-amina pode ser catalisado por líases (a desidrátase da serina, ver Equação 18, e a histídase, uma enzima do metabolismo da histidina, são líases). Um dos intermediários no catabolismo da metionina, a cistationina, também perde o grupo α-amina por ação de uma líase (a cistationínase é uma líase; ver Equação 23). No caso da glicina, a possibilidade de se poder converter em serina explica que a transamínase da serina (ver Equação 17) e a desidrátase das serina (ver Equação 18) também possam estar indiretamente implicadas na perda do seu grupo amina. (5) A histidina contém, no anel imidazol, dois azotos sendo que um deles gera o grupo α-amina do glutamato; o outro sai ligado a uma unidade monocarbonada gerando N 5 -formimino-h4-folato que por desaminação não hidrolítica (uma líase) dá origem a amónio. (6) A maior parte do azoto do anel indole do triptofano perde-se como amónio por desaminação oxidativa de um intermediário do processo catabólico. (7) A arginina contém quatro azotos; dois dos azotos perdem-se na forma de ureia por ação hidrolítica da argínase. Os outros dois azotos ficam incorporados na ornitina que pode perder o azoto 5- amina por transaminação gerando simultaneamente semialdeído do glutamato (ver Equação 44); por sua vez, o semialdeído do glutamato pode ser oxidado a glutamato. 23- O papel do azoto dos aminoácidos na síntese de ureia A esmagadora maioria dos átomos de azoto dos aminoácidos origina ureia que acaba excretada na urina na forma de ureia. No ciclo da ureia, a arginina [6C,4N] gera diretamente ureia quando se cinde por ação hidrolítica da argínase em ornitina [5C,2N] e ureia [1C,2N]. O azoto dos outros aminoácidos, quer diretamente (desamidação hidrolítica, desaminação oxidativa ou ação de líases), quer indiretamente (via transaminações com o α-cetoglutarato e subsequente desaminação oxidativa do glutamato formado, ou seja, via transdesaminação), origina NH 4 + que é precursor de um dos dois azotos da ureia. O outro azoto da ureia provém diretamente do aspartato mas, porque o azoto de todos os aminoácidos pode ser incorporado no α-cetoglutarato formando grupo amina do glutamato (via ação de transamínases ou via desidrogénase do glutamato) e o glutamato pode transaminar com o oxalacetato para formar aspartato (ver Equação 11), compreende-se que também este segundo azoto pode, em última análise, provir de todos os aminoácidos. 1. Gannon, M. C. & Nuttall, F. Q. (2010) Amino acid ingestion and glucose metabolism--a review, IUBMB Life. 62, Frayn, K. N. (2012) Regulação Metabólica. Uma perspetiva focada no organismo humano., U.P. Editorial, Porto. 3. Wu, G. (1998) Intestinal mucosal amino acid catabolism, J Nutr. 128, Newsholme, E. A. & Leech, T. (2010) Functional Biochemistry in Health and disease, Wiley-Blackwell, Oxford. 5. Matthews, D. E. (2006) Proteins and aminoacids in Modern Nutrition in Health and Disease (Shils, M. E., ed) pp , Lippincott, Phyladelphia. 6. van Spronsen, F. J., Hoeksma, M. & Reijngoud, D. J. (2009) Brain dysfunction in phenylketonuria: is phenylalanine toxicity the only possible cause?, J Inherit Metab Dis. 32, Brosnan, J. T. & Brosnan, M. E. (2006) Branched-chain amino acids: enzyme and substrate regulation, J Nutr. 136, 207S-11S. Página 12 de 16

13 8. Fromentin, C., Azzout-Marniche, D., Tome, D., Even, P., Luengo, C., Piedcoq, J., Fromentin, G. & Gaudichon, C. (2011) The postprandial use of dietary amino acids as an energy substrate is delayed after the deamination process in rats adapted for 2 weeks to a high protein diet, Amino Acids. 40, Fig. 1: Visão geral do catabolismo do esqueleto carbonado dos aminoácidos. Página 13 de 16

14 Fig. 2: Catabolismo da glutamina, glutamato, serina, glicina, cisteína, alanina, asparagina, aspartato, fenilalanina e tirosina. Página 14 de 16

15 Fig. 3: Catabolismo da arginina, prolina, glutamato, metionina, valina, isoleucina e leucina.. Página 15 de 16