Conversión de Aminoácidos en Productos Especializados

Además de tener un papel importante en la construcción de proteínas, los aminoácidos resultan ser los precursores de muchas hormonas, coenzimas, nucleótidos, alcaloides, polímeros de las paredes celulares, porfirinas, antibióticos, pigmentos y neurotransmisores, todos ellos con funciones biológicas esenciales. A su vez, muchas proteínas contienen aminoácidos que se han modificado para una función específica; por ejemplo, enlace de calcio o como intermedio que sirve para estabilizar proteínas. Los residuos de aminoácidos en esas proteínas sirven como precursores de residuos modificados. Por último, hay péptidos pequeños o moléculas semejantes a péptidos, que no son sintetizadas por ribosomas y que llevan a cabo funciones específicas en las células. Se describirá a continuación una serie de vías metabólicas en las que los aminoácidos se utilizan como precursores de otras biomoléculas.

La glicina es un precursor de las porfirinas

El primer ejemplo consiste en la biosíntesis de porfirinas, para las que la glicina es el principal precursor, por la importancia del núcleo de porfirinas para las proteínas de grupos hemos, como la hemoglobina y los citocromos, y sus derivados como la clorofila. [pic 1]

Las porfirinas se fabrican a partir de 4 moléculas del derivado monopirrólico porfobilinogeno. En la primera reacción la glicina reacciona con el succinil-coA para dar α-amino-β-cetoadipato, que posteriormente se carboxila para formar δ-aminolevulinato. Dos moléculas de δ-aminolevulinato se condensan para formar porfobilinogeno y cuatro de estás para formar la protoporfirina a través de una serie de reacciones enzimáticas complejas.

Biosíntesis de conjugados de glicina, creatina, hem y purinas

1. Conjugados de glicina: Numerosos metabolitos y fármacos se excretan corno conjugados de glicina solubles en agua. Ejemplos son el conjugado biliar ácido glucólico y el ácido hipúrico formado del aditivo de alimentos, benzoato. La capacidad del hígado para convertir benzoato en hipurato fue usada inicialmente como prueba de funcionamiento hepático. Además del benzoato, muchos medicamentos y sus metabolitos que contienen grupos carboxilo se excretan en la orina como conjugados de glicina. [pic 2]
2. Creatina: La sarcosina (N-metil-glicina), componente de la creatinina, se deriva de la glicina y S-adenosil metionina.
3. Hem: El nitrógeno y el carbono alfa de la glicina se convierten en el nitrógeno y los dos carbonos aIfa de los anillos pirrólicos y en los carbonos de los puentes metileno del hem.
4. Purinas: La molécula entera de glicina constituye los átomos 4,5 y 7 de las purinas.

La α-alanina es el principal aminoácido plasmático

La α-alanina, junto con la glicina, constituyen una fracción considerable del nitrógeno arninico en el I plasma humano. En las bacterias de la L-alanina junto con la D-alanina son los principales componentes de la pared celular.

Los mamíferos catabolizan β-alanina mediante la vía malonato semialdehído

La mayor parte de la beta alanina de los tejidos de los mamíferos está presente como coA o como dipéptidos β-alanilo. En tanto que los microorganismos sintetizan la β-alanina por α-descarboxilación del aspartato, en el tejido de mamíferos surge principalmente del catabolismo de citosina, carnosina y anserina. El catabolismo de la β-alanina en los mamíferos comprende su transaminación a malonato semialdehído, el cual entonces se oxida a acetato y de aquí a CoA. En el raro trastorno metabólico, hiper-β-alaninemia las concentraciones de β-alanina, de taurina y β-aminoiso-butirato están elevadas en los líquidos corporales y en los tejidos.

La carnosina es un dipeptico de β-alanina[pic 3]

La β-alanina se encuentra principalmente como el dipeptido del músculo esquelético humano carnosina. El dipeptido de β-alanina anserina (N-metil carnosina), en el ser humano deriva de la dieta, pero está presente en el músculo esquelético que se caracteriza por una actividad contracción rápida (extremidades de los conejos y musculo pectoral de las aves). Por tanto, la anserina puede cubrir funciones fisiológicas distintas de la carnosina. El β-alanil-imidazol actúa como amortiguador de pH en el músculo esquelético que se contrae en anaerobiosis. Tanto la carnosina como la anserina activan a la miosinATPasa. Además, ambos dipéptidos quelan al cobre e incrementan su captación.

Los dipéptidos de β-alanina se sintetizan y degradan por vías cortas

La biosíntesis de la carnosina se forma a partir de β-alanina y L-Histidina en una reacción que requiere ATP, catalizada por la carnosina sintetasa:

ATP + L-Histidina + β-Alanina +

AMP + PPi + Carnosina

Algunos animales, pero no el ser humano, usan S-adenosil-metionina para metilar carnosina, una reacción catabolizada por la N-metiltransferasa:

S-Adenosilmetionina + Camosina +

S-Adenosilhomosisteina + Anserina

La carnosina se hidroliza a β-alanina y L-histidina por medio de la cinc metaloenzima carnosinasa (carnosinhidrolasa). Un trastorno hereditario, la deficiencia de carnosinasa se caracteriza por carnosinuria que persiste aun excluyendo la carnosina de la dieta.

La homocarnosina es un dipeptido del sistema nervioso central

Presente en el cerebro humano, en donde su concentración varía entre regiones, la homocarnasina se relaciona en su estructura y metabolismo con la carnosina, pero está presente en concentraciones 100 veces superiores a las de esta última. La síntesis de la homocamosina en el tejido cerebral se cataliza por carnosina sintetasa. Sin embargo, la camosinasa sérica no hidroliza la homocarnosina. La homocarnosinosis, trastorno genético muy infrecuente que se presume debido a deficiencia de la carnosinasa sérica, se acompaña con paraplejia espástica progresiva y retraso mental.

Existen residuos fosfoserilo y fosfotreonina en las proteínas

Mucha de la serina en las fosfoproteínas está en forma de O-fosfoserina. La treonina también se presenta en ciertas proteínas como O-fosfotreonina.

La fosforilación (por proteína cinasas) y subsecuente desfosforilación (por proteína fosfatasas) de residuos serilo específicos desempeña importantes funciones reguladoras. La fosforilación alcanza cambios rápidos en la actividad de enzimas metabólicas clave lo cual produce un flujo de metabolitos reversible con rapidez y bajo control sensible, a través de las vías de biosíntesis y degradación como son las del metabolismo de lípidos y carbohidratos. La serina interviene en la síntesis de la esfingosina y en la síntesis de purinas y pirimidinas. El carbono beta es una fuente de los grupos metilo de la timina (y de la colina) y de los carbonos en las posiciones 2 y 8 del núcleo de las purinas. Dado que la treonina no experimenta transaminacion; ni su α-cetoacido así como tampoco la D-treonina pueden ser utilizados por los mamíferos.

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