Urea Cycle

Summary

Transaminação é um processo no qual grupos de aminoácidos são removidos dos aminoácidos e transferidos para aceitar ou aceitar ácidos para gerar a versão ácido ceto do aminoácido original.

As células do músculo podem usar aminoácidos como fontes de energia, e o fígado pode desintoxicar os grupos de aminoácidos (como iões de amónio) através do ciclo da ureia. A alanina é um aminoácido predominante na maioria das proteínas. Pode ser transportada na corrente sanguínea dos tecidos periféricos para o fígado, onde pode ser convertida em glicose. A alanina é transaminada para formar piruvato, e a glucose pode ser formada a partir do piruvato através da gluconeogénese. A glicose pode então ser enviada para o músculo (para utilização de energia) através da corrente sanguínea. Este sistema relacionado ao metabolismo muscular e hepático é conhecido como o ciclo da alanina.

Transamidação é a formação catalítica de uma ligação covalente entre um grupo de aminas livres e um grupo de carboxamida gama. As transamidinases catalisam a formação de ligações γ-glutamil-ε-lysine envolvidas na cicatrização dos tecidos. As transamidinases estão envolvidas na síntese de aminoácidos (por exemplo, glucosamina-6-fosfato). Estas enzimas também estão envolvidas na ancoragem de glicosilfosfatidilinositol de proteínas às membranas celulares.

A desaminação de aminoácidos é catalisada por enzimas amoniacais de linase. Exemplos são a desidratase serina e a desidratase treonina, ambas com fosfato piramidoxal como coenzima. A desidratase serina converte serina em piruvato e amônia, e a desidratase treonina converte treonina em α-ketobutyrate e amônia. Outro membro deste grupo de enzimas é a histidase (histidina amonia lyase) que remove o grupo amino da histidina para formar ácido transurocanico no fígado e na pele. A desaminação oxidativa ocorre no fígado por glutamato desidrogenase na qual glutamato+água+NAD+ forma α-ketglutarate+amónia+NADH+H+.

Aminoácidos podem ser oxidados por d-aminoácido oxidase localizado nos peroxissomas hepáticos e renais. d-Aminoácidos ocorrem na dieta especialmente em alimentos vegetais, uma vez que as plantas não contêm d-aminoácido oxidase. Os produtos catalíticos são um iminoácido e H2O2. O humano também tem a enzima aminoácido racemase que interliga os aminoácidos d-aminoácidos e l-aminoácidos. Os peroxissomas hepáticos e renais contêm pequenas quantidades de l-aminoácidos oxidase que seriam úteis quando houvesse um excesso de l-aminoácidos para biossíntese de proteínas e para outras vias.

l-Aminoácido racemase converte l-aminoácidos (as formas naturais em proteínas) em d-aminoácidos. Esta enzima é especialmente importante no cérebro uma vez que a d-serina está presente em grandes quantidades no corpo caloso e hipocampo.

l-Aminoácido descarboxilase com fosfato piridoxal como coenzima remove o CO2 dos aminoácidos para produzir as aminas correspondentes. O ácido l-amino aromático descarboxilase catalisa a descarboxilase do triptofano, 5-hidroxitriptofano, l-dihidroxifenilalanina, 3,4-dihidroxifenilserina, tirosina, fenilalanina e histidina.

Aminoácidos essenciais são aqueles que estão ausentes no organismo, ou aqueles que são sintetizados em uma extensão que é insuficiente para o crescimento e manutenção. Eles são os seguintes: metionina, triptofano, lisina, fenilalanina, treonina, valina, leucina e isoleucina. Além disso, a histidina e a arginina são essenciais para as crianças. Os aminoácidos não essenciais são os seguintes: glutamato, glutamina, aspartato, asparagina, alanina, cisteína, tirosina, prolina, serina e glicina (e ornitina). A metionina e o triptofano têm códons simples, mas os outros aminoácidos têm dois ou três códons. A maioria das proteínas começa a sua tradução com o códão inicial, AUG. Os códigos AUG para a metionina que é o aminoácido N-terminal de todas as proteínas eucarióticas; contudo, é possível remover a metionina N-terminal por modificação pós-tradução. A homocisteína, que deriva da S-adenosilmetionina, pode gerar cisteína. A taurina é sintetizada da seguinte forma: metionina → cisteína → cisteína sulfinato → hipotaurina → taurina. Embora a taurina seja um aminoácido, ela não é incorporada à proteína. Entretanto, é um conjugado com ácidos biliares e é ativo como um antioxidante, modulador de sinalização de cálcio, estabilizador de membranas, e um inibidor de apoptose.

Glutathione (GSH) é um tripeptídeo (glutamilcisteinglicina) mas é sintetizado sem mRNA. Com duas moléculas de GSH, as cisteínas podem ser oxidadas para formar um dissulfeto (-S-S-), e esta interconversão (2GSH ←→ GSSG) representa um agente redox crítico na célula. A família de enzimas glutationa S-transferase protege as células de danos por xenobióticos e certos fármacos ao formar GSH que as solubiliza, incluindo certos carcinogéneos, e permite a sua excreção. O GSH está envolvido no ciclo γ-glutamil que melhora o transporte de aminoácidos do exterior da célula para o interior da célula. A primeira etapa deste ciclo é a transferência do grupo γ-glutamil de GSH para um aminoácido, um peptídeo ou para água por membrana celular γ-glutamiltranspeptidase (γ-l-glutamilpeptídeo+ ácido aminoácido ←→ peptídeo+γ-l-glutamil-aminoácido). Esta via faz parte da síntese e degradação do funcionamento do GSH na desintoxicação de fármacos e xenobióticos. O leucotrieno C4 (LTC4) contém GSH, e este leucotrieno tem actividade contrátil nos tecidos das vias aéreas.

Tirosina é o precursor das catecolaminas (epinefrina e norepinefrina), bem como o principal pigmento corporal, a melanina. A tirosina pode ser formada a partir da fenilalanina pela fenilalanina hidroxilase (PAH) no fígado e no rim. Esta enzima remove qualquer excesso de fenilalanina. Mutações (há mais de 400 mutações do gene que expressa PAH conhecido em crianças) no gene desta enzima levam à fenilcetonúria. As catecolaminas são sintetizadas na medula adrenal: fenilalanina+PAH → tirosina+tirosina hidroxilase → DOPA+ ácido l-amino descarboxilase aromático → dopamina+dopamina β-hidroxilase → norepinefrina+S-adenosilmetionina (SAM, como doador de metilo)+feniletanolamina N-metiltransferase (PNMT) → epinefrina. Em uma reação ao estresse, o cortisol é produzido no córtex adrenal. No seu caminho para a circulação geral, o cortisol flui através da medula adrenal e aí induz o PNMT de modo a aumentar a produção de catecolaminas que também são elevadas em stress.

Tryptophan, na glândula pineal, é o precursor dos neurotransmissores serotonina (à luz do dia) e melatonina (na escuridão). A N-acetiltransferase converte serotonina em N-acetilserotonina, e a hidroxiindole-O-metiltransferase converte N-acetilserotonina em melatonina. A glândula pineal tem um papel no sono, atividade locomotora e impacta o hipotálamo, paratiróide e pâncreas. O triptofano é convertido em ácido quinolínico através da via da querurenina, e o ácido quinolínico pode ser convertido em pequenas quantidades em niacina, um precursor da nicotinamida nucleotídica coenzima.

Arginina pode ser convertida em creatina. O rim converte arginina em ácido guanidoacetico que é convertido em creatina no fígado. A maior parte da creatina do corpo está no músculo esquelético onde o fosfato de creatina é uma reserva de energia. Quando a demanda de energia é alta (contração muscular) a creatina fosfoquinase com ADP converte o fosfato de creatina em creatina mais ATP. O fosfato de creatina cicliza espontaneamente para creatinina no músculo onde é mantido a um nível constante. A creatinina é excretada pelo rim sem ser reabsorvida para que a sua depuração na urina proporcione uma medida de filtração glomerular do rim. A arginina é um precursor do óxido nítrico (NO) numa reacção catalisada pela óxido nítrico sintase (NOS). Existem três formas de NOS, iNOS, Enos e nNOS. NO é um sinal biológico que controla a pressão arterial, neurotransmissão, aprendizagem e memória.

Histidina, através da ação da histidina descarboxilase, é convertida em histamina. A secreção de ácido gástrico é estimulada pela histamina através dos receptores de histamina H2. Os mastócitos liberam histamina para mediar a resposta alérgica para gerar vasodilatação e broncoconstrição através dos receptores de histamina H1. O grupo imidazol de histidina que pode existir em formas protonadas ou não protonadas é um componente dos sítios ativos de muitas enzimas.

Glutamato gera glutamina através da reação glutamato desidrogenase. Também participa em muitas reacções de transaminase e é um componente do glutatião. O glutamato também forma o γ-aminobutírico (GABA), um importante neurotransmissor inibitório no cérebro. Através das ações do glutamato desidrogenase e glutamato transaminase, o glutamato é transformado em α-ketoglutarato que pode ser um precursor da prolina, bem como ornitina ou pode entrar no ciclo TCA para a produção de energia.

Serina pode dar origem à glicina através da reação serina hidroximetiltransferase que utiliza a coenzima tetrahidrofolato.

Aminoácidos, quando suas concentrações excedem as exigências da síntese protéica, podem ser metabolizados em compostos que podem entrar no ciclo TCA para a produção de ATP. Os aminoácidos que entram no ciclo de TCA são cetogênicos ou glucogênicos, na medida em que os primeiros podem ser convertidos em ácidos graxos, e os segundos podem ser convertidos em glicose. Os aminoácidos de cadeia ramificada não são catabolizados pelo fígado, mas sim pelo músculo, adipose, rim e cérebro. Eles são convertidos aos ácidos ceto correspondentes por aminoácidos de cadeia ramificada aminotransferase. A cadeia ramificada α-keto acid desidrogenase converte os ácidos ceto em derivados de CoA. Se esta enzima não funciona através da mutação de seu gene, aminoácidos de cadeia ramificada se acumulam no sangue e na urina e produzem a “doença do xarope de bordo”

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