- Síntesis de aminoácidos
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Síntesis de aminoácidos
Antes de abordar el tema completamente se recomienda consultar el artículo aminoácido y metabolismo. También es necesario comprender completamente la diferencia entre aminoácidos esenciales y los aminoácidos no esenciales La biosíntesis de aminoácidos consiste en crear nuevos aminoácidos a partir de otros intermediarios metabólicos. Todos los aminoácidos pueden ser sintetizados, como en el caso de plantas leguminosas y la bacteria E. coli, pero la mayoría de los organismos no pueden sintetizar todos los aminoácidos, tal es el caso de los humanos que junto con la rata albina sólo son capaces de sintetizar 10 de los 20 aminoácidos, a los que se les llama esenciales, éstos que cumplen importantes funciones en el cuerpo, pero deben ser consumidos en la dieta. Las vías de síntesis están sujetas a inhibición alostérica (Revisar enzimas). La síntesis de aminoácidos ocurre en caso de que el organismo no tenga suficiente ingesta de proteínas para degradar en aminoácidos durante un periodo extendido de tiempo. Esta vía es el último recurso ya que hay un gran costo energético y no es conveniente en caso de que el organismo se encuentre bajo situaciones de ayuno extremo.
No esenciales Esenciales Alanina Triptofano Ácido aspártico Fenilalanina Asparagina Valina Ácido Glutámico(glutamato) Leucina Glutamina Isoleucina Glicina Treonina Prolina Metionina Serina Lisina Cisteína** Arginina* Tirosina** Histidina*Tabla 1. Clasificación de los aminoácidos según su síntesis. *Aminoácidos esenciales sólo para los niños. **Aminoácidos semiesenciales (Los necesitan infantes prematuros y adultos con enfermedades específicas).
Los aminoácidos también pueden ser clasificados en familias según precursores metabólicos del que provengan tal como lo muestra la siguiente tabla.
Precursor metabólico Aminoácidos α-cetoglutarato Glutamato Prolina Glutamina Arginina Oxalacetato Aspartato Treonina Asparagina Lisina Metionina Isoleucina 3-fosfoglicerato Glicerato Glicina Serina Cisteína Piruvato Alanina Leucina Valina Fosfoenolpiruvato y eritrosa 4-fosfato Triptofano Tirosina Fenilalanina Ribosa 5-fosfato HistidinaTabla 2. Familias biosintéticas de aminoácidos según su precursor metabólico (Tomada de Lehninger, 2003).
Para más clasificaciones consultar aminoácidos. Como podemos observar los precursores metabólicos de los aminoácidos también son intermediarios metabólicos de otros procesos importantes del metabolismo. La ribosa 5 fosfato es un intermediario del metabolismo de las pentosas; el 3-fosfoglicerato que a su vez es el precursor de la eritrosa 4-fosfato es un importante intermediario de la glucólisis; el fosfoenolpiruvato uno de los últimos intermediarios de la glucólisis es también precursor de aminoácidos cuando se combina con eritrosa 4-fosfato; el piruvato es el compuesto resultante de la glucólisis. Así mismo dos intermediarios del ciclo de Krebs, el α-cetoglutarato y el oxalacetato, son también los dos más importantes precursores metabólicos de los aminoácidos.
Aminoácidos derivados del α-cetoglutarato
De los cuatro aminoácidos provenientes del α–cetoglutarato sólo se tratará de la biosíntesis de los aminoácidos en los humanos, es decir, de los aminoácidos no esenciales. Los aminoácidos derivados del α-cetoglutarato son el glutamato y éste a su vez de la glutamina, prolina y arginina. Sin embargo por el momento sólo se considerará al glutamato, glutamina y prolina, por ser los que el ser humano puede sintetizar. Como primer paso para la síntesis de los aminoácidos derivados del α-cetoglutarato, se necesita sintetizar glutamato como se muestra en la siguiente reacción, catalizada por la glutamato-deshidrogenasa:
NH3 + α-cetoglutarato + NAD(P)H + H+ --> L-glutamato+NAD(P)++ H2O
La glutamina se forma a partir del glutamato por medio de dos reacciones catalizadas por la glutamina sintetasa, como se describe en seguida:
ATP + Ácido glutámico <--> ADP + γ-glutamil-fosfato γ-glutamil-fosfato + NH3 <--> Glutamina + Pi
La glutamina también se forma a partir del glutamato por medio de una serie de 5 reacciones descritas en la figura 1.
Imagen Tomada de Lehninger: Principios de BioquímicaLa prolina es otro aminoácido no esencial que puede ser sintetizado a partir de α-cetoglutarato, por medio de las reacciones que aparecen en la figura 2.
Imagen Tomada de Lehninger: Principios de BioquímicaAminoácidos derivados del oxalacetato
La primera reacción necesaria para la síntesis de asparagina, metionina, lisina y treonina, es la síntesis de aspartato. Para este primer paso es necesario tener dos de los intermediarios del ciclo de Krebs y así obtener aspartato.
Glutamato + oxalacetato <--> α-cetoglutarato + aspartato
El aspartato es el primer aminoácido que puede ser producido a partir de oxalacetato, sin embargo, éste es el punto de partida para los siguientes aminoácidos. La asparagina, es producida bajo el esquema de la siguiente reacción catalizada por la asparagina sintetasa:
NH3 + aspartato + ATP --> asparagina + ADP + Pi
Los otros derivados del oxalacetato, la metionina, la treonina, la lisina y la isoleucina no pueden ser sintetizadas por el ser humano.
Aminoácidos derivados del 3-Fosfoglicerato
A partir del 3-fosfoglicerato, se pueden sintetizar serina, glicina y cisteína. La serina, se forma a través de varios procesos, en los cuales el 3-fosfoglicerato es transformado. La glicina es un producto directo de la serina. Para la formación de la cisteína, se requiere de dos aminoácidos, la serina y la metionina. La principal función de la metionina, es de proporcionar el S(azufre) que tiene en su estructura, y la serina proporciona el esqueleto de carbonos.
Aminoácidos derivados del piruvato
Del piruvato se obtienen alanina, valina, leucina e isoleucina. La alanina se obtiene a través de la transaminación acoplada al piruvato. La valina se obtiene a través de cuatro reacciones a las cuales se somete al piruvato: comparte cuatro enzimas con la isoleucina. La isoleucina, se obtiene a través de cinco reacciones a las que entra el piruvato. La leucina, se obtiene a través de la síntesis de valina, cuando en el α-cetoisovalerato, toma una vía alterna y se produce leucina.
Aminoácidos derivados del Fosfoenolpiruvato y eritrosa-4-fosfato
El triptofano, la fenilalanina, y la tirosina, tienen una síntesis bastante similar, ya que comparten el origen, que es el siquimato. Este último, se sintetiza hasta formar corismato, donde se divide la síntesis de cada aminoácido, es decir, el triptofano toma una ruta metabólica diferente al de la fenilalanina y la tirosina.
Aminoácidos derivados de la ribosa-5-fosfato
De esta familia solo se puede encontrar a la histidina. La síntesis de éste aminoácido, sigue la vía de las pentosas fosfato.
Conclusiones
Los aminoácidos juegan un papel vital en el metabolismo. Se debe recordar la importancia de las plantas en la producción de aminoácidos, ya que los mamíferos pueden producir solo la mitad de estos y dependen plenamente de que los vegetales les proporcionen los llamados aminoácidos esenciales.
Referencias
1. Lehninger, A. (2003). Bioquímica. Las Bases Moleculares de la Estructura y Función Celular. España: Omega Ediciones.
2. Stryer, L., Berg, J. & Tymoczko, J.(2003).Bioquímica. España: Reverté.
3. Koolman J., Röhm K. (2004) Bioquímica: Texto y atlas España: Panamericana
Sitios recomendados
http://www.ucm.es/info/btg/personales/andalcan/SINTESIS%20AMINOACIDOS.pdf
http://laguna.fmedic.unam.mx/~evazquez/0403/aminoacidos.html
http://themedicalbiochemistrypage.org/spanish/amino-acid-metabolism-sp.html
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