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Introducción

Todos los tejidos tienen cierta capacidad para la síntesis de los aminoácidos no esenciales, remodelación de aminoácidos, y conversión de los esqueletos de carbono que no son de aminoácidos en aminoácidos y en otros derivados que contienen nitrógeno. Sin embargo, el hígado es el sitio principal de metabolismo del nitrógeno en el cuerpo. En etapas de exceso dietético, el nitrógeno potencialmente tóxico de los aminoácidos es eliminado vía transaminación, deaminación, y formación de urea; los esqueletos de carbono se conservan generalmente como carbohidratos, vía gluconeogénesis, o como ácidos grasos vía síntesis del ácido graso. A este respecto los aminoácidos caen en tres categorías: glucogénicos, cetogénicos, o glucogénicos y cetogénicos. Los aminoácidos glucogénicos son los que dan lugar a una producción neta de piruvato o intermediarios del Ciclo del TCA, tales como α-cetoglutarato u oxaloacetato, que son precursores de la glucosa vía gluconeogénesis. Todos los aminoácidos excepto la lisina y la leucina son al menos en parte glucogénicos. La lisina y la leucina son los únicos aminoácidos que son solamente cetogénicos, dando lugar solamente a acetil-CoA o a acetoacetil-CoA, ninguno de los cuales puede traer la producción neta de la glucosa.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Un grupo pequeño de aminoácidos comprendidos por isoleucina, fenilalanina, treonina, triptófano, y tirosina dan lugar a precursores de la glucosa y de ácidos grasos y así son caracterizados como glucogénicos y cetogénicos. Finalmente, debe ser reconocido que los aminoácidos tienen un tercer posible destino. Durante etapas de hambruna los esqueletos de carbono reducidos se utilizan para la producción energética, con el resultado que se oxida a CO2 y H2O.

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Absorción de Aminoácidos Intestinal

Aminoácidos dietéticos pueden ser consumidos como aminoácidos libres o, más a menudo, son adquirido de proteínas de la dieta digeridos que son hidrolizados por las acciones concertadas de los gástrico y peptidasas pancreáticas. La digestión de proteínas en la dieta comienza en el estómago a través de las acciones de los pepsinas, y continúa dentro del lumen del duodeno. Dentro del intestino delgado hay dos principales enzimas pancreáticas involucrado en la digestión de proteínas; tripsina y quimotripsina. Varios de páncreas adicional peptidasas desempeñan un papel menos importante en la digestión de péptidos e incluyen las carboxipeptidasas y elastina.

La enzima inicial implicada en la digestión de proteínas es pepsinas gástricas. Pepsinas se derivan de la zimógeno precursor, pepsinógeno. Pepsinas se liberan de pepsinógeno través autocatálisis inducida por el ácido. Pepsinas hidrolizan los enlaces peptídicos en el lado C-terminal de aminoácidos aromáticos e hidrófobos. Aproximadamente el 20% de la digestión de proteínas en general se lleva a cabo a través de la acciones de pepsina. Debido a la óptima de pH ácido para la acción de la pepsina, estas enzimas son inhibidas cuando el jugo gástrico (quimo) pasa del estómago y se mezcla con el jugo pancreático en el duodeno alcalina.

El resto de la digestión de proteínas se produce en el duodeno y el yeyuno del intestino delgado. Digestión aquí es principalmente el resultado de las acciones de la tripsina y la quimotripsina, y a una en menor medida por la elastasa y carboxipeptidasas A y B, todos los cuales son secretadas por el páncreas. Tripsina activa se genera a través de la acción de enteropeptidasa en tripsinógeno pancreático. Enteropeptidasa es una enzima secretada por Las células de las criptas de Lieberkühn y reside en las membranas del borde en cepillo de las células de la mucosa duodenal. La tripsina escinde luego más tripsinógeno a tripsina, así como chymotrypsinogen, proelastasa, y procarboxipeptidasas a sus formas activas. Después de la digestión, los aminoácidos libres, así como péptidos (2–6 aminoácidos de longitud) son absorbidos por los enterocitos del yeyuno proximal. Algunos de absorción también se produce en el duodeno y una cantidad menor en el íleon. Aunque no existe poca importancia nutricional a la absorción de proteína entera, algunas proteínas de la dieta sin digerir hace ser absorbidos por las células de la mucosa del colon.

La absorción de aminoácidos requiere un proceso de transporte activo que es dependiente de cualquiera Na+ o H+ co-transporte. Hay varios transportadores de aminoácidos que abarcan siete distinta los sistemas de transporte que se agrupan además en tres amplias categorías. Hay el neutro aminoácido (monocarboxílicos monoamino) los transportistas, los transportistas dibásico (y cisteína) de aminoácidos, y los transportadores (dicarboxílico) aminoácidos ácidos. Todos estos transportadores son miembros de la portador de soluto (SLC) de la familia de transportadores.

La absorción intestinal de los péptidos implica H+ co-transportadores que son también miembros de la familia SLC. El transportador de péptido más abundante es PepT1 (SLC15A1) pero hay tres péptido adicional transportistas dentro de la subfamilia SLC15. Dentro de los enterocitos intestinales los péptidos son absorbidos hidrolizado a aminoácidos libres a través de los enterocitos peptidasas citoplasmáticas. A continuación, los aminoácidos libres son transportados a través de la membrana apical de los enterocitos y entrar en la circulación portal.

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Trastorno de Hartnup: Defectuoso el Transporte de Aminoácidos

Trastorno de Hartnup fue descrita por primera vez en 1956 en la familia de Hartnup en Londres como renal aminoaciduria de aminoácidos neutros tales como erupción y episodios de ataxia cerebelosa piel pelagra similares. El trastorno es causado por un defecto en el transporte de aminoácidos neutros en las membranas apicales del borde en cepillo de la intestino delgado y en los túbulos proximales renales. El transportador es un miembro de la familia de transportadores de solutos, específicamente el transportador de SLC6A19. SLC6A19 también se conoce como el sistema B (0) transportador de aminoácidos neutros 1 [B(0)AT1]. SLC6A19 es responsable del transporte de aminoácidos neutros en un Na+ reacción transporte dependiente. La falta de transporte triptófano intestinal es responsable de la mayoría, si no todos, los fenotipos clínicos del trastorno de Hartnup. La erupción de la piel-pelagra como se ve en las zonas expuestas al sol de la piel en pacientes con trastorno de Hartnup es más probable el resultado de la deficiencia nicotinamida debido a la falta de triptófano que es un precursor para su síntesis. Los síntomas del trastorno de Hartnup pueden comenzar en la infancia o niñez temprana, pero a veces comenzar tan tarde como la edad adulta temprana. Los síntomas pueden ser provocados por la luz solar, la fiebre, las drogas, o el estrés emocional o físico. La mayoría de los síntomas se producen esporádicamente y son causadas por una deficiencia de niacina. Cuando el trastorno de Hartnup se manifiesta durante la infancia la síntomas pueden ser variable en la presentación clínica. Estos síntomas incluyen retraso en el desarrollo, la fotosensibilidad, intermitente ataxia, nistagmo y temblor. Los pacientes con trastorno de Hartnup pueden permanecer asintomáticos en un alto dieta de proteínas debido a la absorción del péptido intestinal a través de las acciones del transportador, PepT1.

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Aminoácidos Esenciales vs. no Esenciales

No Esenciales Alanina, Asparragina, Aspartato, Cisteina, Glutamato, Glutamina, Glicina, Prolina, Serina, Tirosina
Esenciales Arginina*, Histidina, Isoleucina, Leucina, Lisina, Metionina*, Fenilalanina*, Treonina, Triptófano, Valina

* Los aminoácidos arginina, metionina y fenilalanina son considerados esenciales por razones no directamente relacionadas con la carencia de la síntesis. La arginina es sintetizada por las células mamíferas pero en un rango que es insuficiente para resolver las necesidades de crecimiento del cuerpo y de la mayoría que se sintetiza es procesada para formar la urea. La metionina es requerida en grandes cantidades para producir cisterna, si el último aminoácido no es adecuadamente provisto en la dieta. Similarmente, la fenilalanina es requerida en grandes cantidades para formar tirosina, si el último aminoácido no es adecuadamente provisto en la dieta.

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Biosíntesis de Aminoácidos no Esenciales

Glutamato y Aspartato

El glutamato es sintetizado a partir de su distribuido ampliamente α-ceto ácido precursor por una simple 1-paso transamination reacción catalizada por el glutamato deshidrogenasa. Como se señala en el metabolismo de nitrógeno, el glutamato dehidrogenasa reacción desempeña un papel central en la homeostasis global de nitrógeno.

Reacción catalizada por el glutamato dehidrogenasa

Reacciones de glutamato deshidrogenasa

Como el glutamato, aspartato es sintetizado por una simple 1-paso transamination reacción catalizado por aspartato aminotransferasa, AST (anteriormente denominado suero glutamato-oxalato transaminasas, SGOT).

Reacción catalizada por la aspartato aminotransferasa (AST)

Aspartato también puede derivarse de asparragina (cuya síntesis se expone a continuación) a través de la acción de asparaginasa. La importancia de aspartato como precursor de ornitina para el ciclo de la urea es se describe en el metabolismo de nitrógeno .

Reacción catalizada por asparaginasa

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Alanina y Ciclo de Glucosa-Alanina

Aparte de su papel en la síntesis de proteínas, la alanina es segunda en importancia solamente con respecto a la glutamina como aminoácido circulante. En esta capacidad sirve únicamente en la transferencia de nitrógeno de tejidos periféricos al hígado. La alanina es transferida a la circulación por muchos tejidos, pero principalmente por el músculo, en el cual la alanina se forma del piruvato en un rango proporcional a los niveles intracelulares de piruvato. El hígado acumula alanina plasmática, revierte la transaminación que ocurre en el músculo, y aumenta proporcionalmente la producción de urea. El piruvato es oxidado o convertido a glucosa vía gluconeogénesis. Cuando la transferencia de alanina del músculo al hígado se une con el transporte de glucosa desde el hígado de regreso al músculo, este proceso se conoce como ciclo de la glucosa-alanina. La característica clave del ciclo es que los tejidos periféricos exportan piruvato y amoniaco al hígado (que son potencialmente limitantes para el metabolismo), en donde se recicla el esqueleto de carbono y se elimina la mayoría del nitrógeno.

Hay 2 vías principales de producción de alanina muscular: directamente de la degradación de proteínas, y vía transaminación de piruvato por la alanina transaminasa, ALT (también designada como glutamato piruvato transaminasa sérica, SGPT).

Reacción catalizada por la alanina transaminasa (ALT)

El ciclo glucosa-alanina

El ciclo de la glucosa-alanina se utiliza sobre todo como mecanismo del músculo esquelético para eliminar el nitrógeno al mismo tiempo que reabastece su suministro de energía. La oxidación de la glucosa produce piruvato que puede experimentar transaminación a alanina. Esta reacción es catalizada por la alanina transaminasa, ALT (la ALT se llamaba glutamato piruvato transaminasa sérica, SGPT). Además, durante períodos de ayuno, la proteína del músculo esquelético es degradada por el valor de energía de los carbones de los aminoácidos y la alanina es un aminoácido principal en la proteína. La alanina entonces entra en la corriente sanguínea y es transportada al hígado. Dentro del hígado la alanina se convierte de nuevo a piruvato que es entonces una fuente de átomos de carbono para la gluconeogénesis. La glucosa recién formada puede entonces entrar a la sangre para ser entregada de nuevo al músculo. El grupo amino transportado desde el músculo al hígado en forma de alanina es convertido a urea en el ciclo de la urea y es excretado.


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Biosíntesis de la Cisteína: Función de Metionina

El azufre para la síntesis de la cisteína viene del aminoácido esencial metionina. Una condensación de ATP y metionina catalizados por la metionina adenosiltransferasa produce S-adenosilmetionina (SAM o AdoMet).

Síntesis de la S-adenosylmethionine (SAM)

Biosíntesis de S-adenosilmetionina, SAM

La SAM sirve como precursora para numerosas reacciones de transferencia de grupos metilo (e.g. la conversión de norepinefrina a epinefrina, véase Productos Especializados de Aminoácidos). El resultado de la transferencia de grupos metilos es la conversión de SAM a S-adenosilhomocisteína. La S-adenosilhomocisteína es entonces fraccionada por la adenosilhomociteinasa para producir homocisteína y adenosina. La homocisteína puede ser convertida de nuevo a metionina por la metionina sintasa, una reacción que ocurre bajo condiciones de ahorro de metionina y requiere de N5-metil-tetrahidrofolato como donante metílico. Esta reacción fue discutida en el contexto de los requerimientos de vitamina B12 en la página Vitaminas.

Las reacciones de transmetilación empleando SAM son extremadamente importantes, pero en este caso el papel de la S-adenosilmetionina en la transmetilación es secundario a la producción de homocisteína (esencialmente un subproducto de la actividad de la transmetilasa). En la producción de SAM todos los fosfatos de un ATP se pierden: uno como Pi y dos como PPi. Es la adenosina la que es transferida a la metionina y no al AMP.

En la síntesis de cisteína, la homocisteína se condensa con la serina para producir cistationina, que es posteriormente fraccionada por la cistationasa liasa para producir cisteína y α-cetobutirato. La suma de las últimas dos reacciones es conocida como trans-sulfuración.

La cisteina se utiliza para la síntesis de proteínas y otras necesidades del cuerpo, mientras que el α-cetobutirato es decarboxilado y convertido a propionil-CoA. Mientras la cisteína se oxida fácilmente en el aire para formar disulfido cistina, las células contienen poco o nada de cistina libre porque el agente reductor ubicuito, el glutatión, revierte efectivamente la formación de cistina por una reacción no enzimática de reducción.

Reacciones de conversión de metionina a cisteína

Utilización de metionina en la síntesis de cisteína

Las 2 enzimas claves de esta vía, la cistationina sintasa y la cistationasa (cistationina liasa), usan fosfato de piridoxal como cofactor, y ambas están bajo control regulatorio. La cistationasa está bajo control alostérico negativo por la cisteína, como también, la cisteína inhibe la expresión del gen cistationina sintasa.

Se conocen defectos genéticos para la sintasa y la liasa. La pérdida o deterioro de la cistationina sintasa conduce a la homocistinuria y se asocia a menudo a retraso mental, aunque el síndrome completo es multifacético y muchos individuos con esta enfermedad son mentalmente normales. Algunos casos de homocistinuria genética responden favorablemente a terapia de piridoxina, sugiriendo que en estos casos el defecto en la citationina sintasa es una disminuida afinidad para el cofactor. La perdida o deterioro de la cistationasa conduce a la excreción de cistationina en la orina pero no tiene ningún otro efecto adverso. Se conocen casos raros en los cuales la cistationasa es defectuosa y funciona a un bajo nivel. Esta enfermedad genética conduce a metioninuria sin otras consecuencias.

Los niveles elevados de homocisteína en la sangre han demostrado que son equivalentes con disfunción cardiovascular. El papel de la homocisteína en cardiovascular la enfermedad está relacionada con su capacidad para inducir un estado de inflamación. La homocisteína sirve como superficie de carga negativa que atrae el contacto de la fase de la vía intrínseca de la coagulación de la sangre. La activación de las propiedades intrínsecas conduce a la cascada de la coagulación inadecuada eventos trombolítico, así como resultando en un aumento en la liberación de citoquinas inflamatorias de los leucocitos que son activado como resultado del estado pro-coagulante. Por lo tanto, es importante garantizar que la función apropiada de la reacción de la sintetasa de metionina se mantiene. Aunque sería suponer que una mayor ingesta de vitamina B12 debería conducir a Conversión de aumento de la homocisteína en metionina, y por lo tanto reduce los niveles de circulantes de homocisteína, estudios controlados han demostrado que esto no ocurrir.

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Biosíntesis de Tirosina

La tirosina es producida en las células por hidroxilación del aminoácido esencial fenilalanina. Esta relación es como la que se da entre la cisteína y la metionina. La mitad de la fenilalanina requerida va a la producción de tirosina; si la dieta es rica en tirosina por sí misma, los requerimientos para la fenilalanina se reducen en un 50%.

La fenilalanina hidroxilasa es una oxigenasa de funciones mixtas: un átomo de oxígeno es incorporado en el agua y otro en el hidroxilo de la tirosina. El agente reductor es el cofactor tetrahidrofolato relacionado con la tetrahidrobiopterina, que es mantenido en estado reducido por la enzima dihidropteridina reductasa (DHPR) dependiente de NADH.

Reacción catalizada por la fenilalanina hidroxilasa en la síntesis de tirosina

Biosíntesis de la tirosina a partir de la fenilalanina

La ausencia o la deficiencia de la fenilalanina hidroxilasa resulta en hiperfenilalaninemia. La hiperfenilalaninemia se define como una concentración plasmática de fenilalanina mayor que 2mg/dL (120μM). La hiperfenilalaninemia extensamente reconocida (y la más severa) es la enfermedad genética conocida como fenlicetonuria (PKU). Los pacientes que sufren de PKU tienen niveles plasmáticos de fenilalanina >1000μM, mientras que las hiperfenilalaninemias no-PKU exhiben niveles plasmáticos de fenilalanina <1000μM. La PKU no tratada conduce a retraso mental severo. El retraso mental es causado por la acumulación de fenilalanina, que llega a ser un donante importante de grupos aminos en la actividad de la aminotransferasa y agota el tejido nervioso de α-cetoglutarato. Esta ausencia de α-cetoglutarato en el cerebro detiene el Ciclo del TCA y la producción asociada de energía aeróbica, que es esencial para el normal desarrollo del cerebro.

El producto de la transaminación de fenilalanina, el ácido fenilpirúvico, es reducido a fenilacetato y a fenilactato, y los 3 compuestos aparecen en la orina. La presencia de fenilacetato en la orina imparte un olor "ratonil". Si el problema es diagnosticado tempranamente, la adición de tirosina y la restricción de fenilalanina de la dieta pueden reducir al mínimo el grado de retraso mental.

Debido al requerimiento para la tetrahidrobiopterina en la función de la fenilalanina hidroxilasa, las deficiencias en DHPR pueden manifestarse con hiperfenilalaninemia. Sin embargo, puesto que la tetrahidrobiopterina es un cofactor en varias otras reacciones catalizadas por la enzima (e.g. vea la síntesis de los neurotransmisores derivados de la tirosina y derivados del triptófano así como también del óxido nítrico en Productos especializados de aminoácidos), los efectos de la ausencia o deterioro de DHPR causa incluso más dificultades neurológicas que aquellas usualmente asociadas con PKU causadas por deficiencia en la actividad de la fenilalanina hidroxilasa.

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Biosíntesis de Ornitina y Prolina

El glutamato es el precursor de prolina y ornitina, siendo el glutamato semialdehido un intermediario de ramificación llevando a uno o al otro de estos 2 productos. Mientras que la ornitina no es uno de los 20 aminoácidos usados en síntesis de proteínas, juega un papel significativo como receptor del carbamoil fosfato en el ciclo de la urea. La ornitina tiene un importante papel adicional como precursor para la síntesis de poliaminas. La producción de ornitina a partir del glutamato es importante cuando la arginina dietética, la otra fuente principal de ornitina, es limitada.

Ornitina y prolina síntesis

Síntesis de ornitina y de prolina a partir del semialdehido glutámico

El destino del semialdehido glutamato depende de las condiciones prevalentes de la célula. La producción de ornitina ocurre del semialdehido vía una simple transaminación dependiente del glutamato, produciendo ornitina. Cuando las concentraciones de arginina se elevan, la ornitina del ciclo de la urea más la del glutamato semialdehido inhiben la reacción de aminotransferasa, con la acumulación del semialdehido como resultado. El semialdehido se hace cíclico espontáneamente a Δ1pirolina-5-carboxilato que entonces es reducido a prolina por una reductasa dependiente de NADPH.

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Biosíntesis de Serina

La principal vía para la biosíntesis de novo de serina comienza con el intermediario glicolítico 3-fosfoglicerato. Una deshidrogenasa ligada a NADH convierte el 3-fosfoglicerato en un cetoácido, 3-fosfopiruvato, adecuado para la transaminación subsecuente. La actividad de la aminotransferasa con el glutamato como donante produce 3-fosfoserina, que es convertido a serina por la fosfoserina fosfatasa.

Como se indica abajo, la serina puede ser derivada de la glicina (y viceversa) por una reacción de un solo paso que envuelve la serina hidroximetiltransferasa y el tetrahidrofolato (THF).

Síntesis de la serina

Biosíntesis de serina

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Biosíntesis de Glicina

La principal vía a la glicina es una reacción de 1 paso catalizada por la serina hidroximetiltransferasa (SHMT). Esta reacción implica la transferencia del grupo hidroximetil de la serina al cofactor tetrahidrofolato (THF), produciendo glicina y N5,N10-metileno-THF. Hay versiones mitocondrial y citosólica de la serina hydroxymethyltransferase. La enzima citosólica se conoce como SHMT1 y el enzima mitocondrial es SHMT2.

Reacción catalizada por serina hydroxymethyltransferase

La glicina producida de la serina o de la dieta puede también ser oxidada por el complejo de separación de la glicina, GCC, para producir un segundo equivalente de N5,N10-metileno-tetrahidrofolato así como el amoníaco y el CO2.

Reacción catalizada por glicina descarboxilasa

La glicina está implicada en muchas otras reacciones anabólicas además de la síntesis de proteínas, incluyendo la síntesis de los nucleótidos de purina, hem, glutatión, creatina y serina.

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Biosíntesis de Aspartato/Asparragina y de Glutamato/Glutamina

El glutamato es sintetizado por la aminación reductora del α-cetoglutarato catalizado por la glutamato deshidrogenasa; es así una reacción de fijación de nitrógeno. Además, el glutamato se presenta por reacciones de aminotransferasa, con el nitrógeno amino siendo donado por varios diferentes aminoácidos. Así, el glutamato es un colector general del nitrógeno amino.

Reacciones catalizadas por glutamato dehidrogenasa

El aspartato se forma en una reacción de transaminación catalizada por la aspartato transaminasa, AST. Esta reacción utiliza el aspartato α-cetoácido análogo, el oxaloacetato y el glutamato como donante del grupo amino. El aspartato se puede también formar por desaminación de la asparagina catalizada por asparaginasa.

Reacción catalizada por aspartato transaminasa (AST)

Reacción catalizada por asparaginasa

La asparagina sintetasa y la glutamina sintetasa, catalizan la producción de asparragina y glutamina a partir de sus respectivos α-aminoácidos. La glutamina es producida a partir del glutamato por la incorporación directa del amoníaco; y esto puede considerarse como otra reacción que fija el nitrógeno. La asparagina, sin embargo, es formada por una reacción de amidotransferasa.

Reacción catalizada por asparragina sintetasa

Reacción catalizada por la glutamina sintetasa

Las reacciones de aminotransferasa son fácilmente reversibles. La dirección de cualquier transaminación individual depende principalmente del cociente de concentración de los reactantes y de los productos. Por el contrario, las reacciones de transamidacion, que son dependientes del ATP, son consideradas irreversibles. Como consecuencia, la degradación de asparagina y glutamina ocurre más bien por una vía hidrolítica que por una revocación de la vía por la cual fueron formadas. Según lo indicado arriba, la asparagina puede ser degradada a aspartato.

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Catabolismo de los aminoácidos

Catabolismo de Glutamina/Glutamato y de Asparragina/Aspartato

La glutaminasa es una importante enzima del túbulo renal implicada en la conversión de glutamina (del hígado y de otros tejidos) a glutamato y NH3+, siendo el NH3+ excretado en la orina. La actividad de la glutaminasa está presente en muchos otros tejidos también, aunque su actividad no es tan prominente como en el riñón. El glutamato producido de la glutamina es convertido a α-cetoglutarato, haciendo que la glutamina sea un aminoácido glucogénico.

Reacción catalizada por glutaminase

La asparaginasa también se distribuye extensamente dentro del cuerpo, donde convierte la asparragina a amoníaco y aspartato. El aspartato se transamina a oxalacetato, que sigue el camino gluconeogénico a glucosa.

El glutamato y el aspartato son importantes en recoger y eliminar el nitrógeno amino vía la glutamina sintetasa y el ciclo de la urea, respectivamente. La trayectoria catabólica de los esqueletos de carbono implica reacciones de aminotransferasa simples de 1 paso que producen directamente cantidades netas de un intermediario del Ciclo del TCA. La reacción de la glutamato deshidrogenasa que funciona en la dirección de la producción de α-cetoglutarato proporciona una segunda ruta que conduce del glutamato a la gluconeogénesis.

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Catabolismo de Alanina

La alanina es también importante en el transporte del nitrógeno entre tejidos como parte del ciclo de la glucosa-alanina (véase arriba). La vía catabólica de la alanina implica una reacción simple de aminotransferasa que produce directamente piruvato. Generalmente el piruvato producido por esta vía resultará en la formación del oxaloacetato, aunque cuando la carga de energía de una célula es baja el piruvato será oxidado a CO2 y H2O por vía del complejo PDH y del Ciclo del TCA. Esto hace que la alanina sea un aminoácido glucogénico.

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Catabolismo de Arginina, Ornitina y Prolina

El catabolismo de la arginina comienza dentro del contexto del ciclo de la urea. Es hidrolizada a urea y ornitina por la arginasa.

La ornitina, en exceso de las necesidades del ciclo de la urea, es transaminada para formar el glutamato semialdehido. El glutamato semialdehido puede servir como el precursor de la biosíntesis de prolina como se describe arriba o puede ser convertido a glutamato.

El catabolismo de prolina es un reverso de su proceso de síntesis.

El glutamato semialdehido generado del catabolismo de la ornitina y de la prolina es oxidado a glutamato por una glutamato semialdehido deshidrogenasa independiente de ATP. El glutamato puede entonces ser convertido a α-cetoglutarato en una reacción de transaminación. Así la arginina, la ornitina y la prolina, son glucogénicos.

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Catabolismo de Serina

La conversión de serina a glicina y luego la oxidación de glicina a CO2 y NH3, con la producción de dos equivalentes de N5,N10-metileno THF, fue descrito arriba. La serina puede ser catabolizada de nuevo al intermediario glicolítico, 3-fosfoglicerato, por una vía que es esencialmente un reverso de la biosíntesis de serina. Sin embargo, las enzimas son diferentes. Aunque se ha demostrado en mamíferos como roedores y perros que la serina se puede convertir en piruvato mediante una reacción catalizada por la desaminación de serina/treonina deshidratasa, esta actividad de la enzima parece faltar en los seres humanos.

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Catabolismo de Treonina

Hay por lo menos tres vías para el catabolismo de treonina que se han identificadas en levaduras, insectos y vertebrados como mamíferos. La treonina principales catabololizing vía en los seres humanos implica glicina independiente serina/treonina deshidratasa α-cetobutirato rendimiento que es más catabolizan a propionil-CoA y finalmente el ciclo del ATC intermedios, succinil-CoA. Serina/treonina deshidratasa se expresa en altos sólo los niveles en el hígado. Parece que en los recién nacidos catabolismo de treonina se realiza solamente mediante la acción de la serina/treonina deshidratasa. Por lo tanto, se presume que esta es la treonina predominante catabolismo vía en los seres humanos.

La segunda vía del catabolismo de treonina utiliza hydroxymethyltransferase serina. Como se ha indicado por encima de esta enzima pertenece a una familia de transferasas una emisión de carbono y es alternativamente llamado hydroxymethyltransferase glicina o treonina aldolasa. El productos de esta reacción son la acetil-CoA y la glicina. La glicina puede ser convierte a la serina a través de la misma enzima serina y es entonces que catabolizan descrito anteriormente piruvato rendimiento y NH4+. Así, a través de esta ruta catabólica los rendimientos derivados treonina cetogénicos y glucogénicos. En los seres humanos parece que treonina aldolasa en realidad es codificada por un pseudogen no funcionales, mientras que en otros mamíferos y vertebrados (por ejemplo, ratones, peces cebra y ranas con garras) la gen codifica una treonina aldolasa treonina funcionales catabolismo de la enzima.

Una vía adicional se produce en la mitocondria y se inicia por treonina deshidrogenasa obtención de α-amino-β-cetobutirato (2-amino-3-cetobutirato). El 2-amino-3-cetobutirato es o bien convertidos en acetil-CoA y la glicina, a través de la acción de 2-amino-3-cetobutirato coenzima A ligasa (también llamado glicina C-acetyltransfease), o puede degradar de forma espontánea a aminoacetone que se convierte en piruvato. El gen de la deshidrogenasa treonina en humanos parece ser no funcional debido a la incorporación de tres inactivación de las mutaciones. Por lo tanto, Considerando que, esta enzima es una enzima treonina principales catabolismo en otros mamíferos como los ratones, es la serina/treonina deshidratasa gen que es más importante en el catabolismo de treonina en los seres humanos.

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Catabolismo de Glicina

La glicina se clasifica como un aminoácido glucogénico, puesto que puede ser convertido a serina por la serina hidroximetiltransferasa, y la serina puede convertirse de nuevo al intermediario glicolítico, 3-fosfoglicerato o a piruvato por la serina/treonina dehidratasa. Sin embargo, la principal vía catabólica de la glicina conduce a la producción de CO2, amoníaco, y un equivalente de N5,N10-metileno THF por el complejo mitocondrial del fraccionamiento de la glicina.

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Catabolismo de Cisteína

Hay varias vías para el catabolismo de la cisteína. La vía más simple, pero la menos importante es catalizada por una desulfurasa hepática y produce sulfuro de hidrógeno, (H2S) y piruvato. La principal vía catabólica en animales es la vía de la cisteina dioxigenasa que oxida el sulfhídrilo de la cisteína a sulfinato, produciendo el intermediario cisteinasulfinato. El cisteinasulfinato puede servir como un intermediario biosintético experimentando decarboxilación y oxidación para producir taurina. El catabolismo del cisteinasulfinato procede a través de la transaminación a β-sulfinilpiruvato que entonces experimenta desulfuración produciendo bisulfito, (HSO3-) y el producto glucogénico, piruvato. La enzima sulfito oxidasa utiliza O2 y H2O para convertir HSO3- a sulfato, (SO4-) y H2O2. El sulfato resultante es utilizado como un precursor para la formación de 3'-fosfoadenosina-5'-fosfosulfato, (PAPS). El PAPS es utilizado para la transferencia de sulfato a las moléculas biológicas tales como los azúcares de los glicoesfingolípidos.

Síntesis de phosphoadenosine-3'-5'-phosphosulfate, PAPS

Con excepción de las proteínas, el producto más importante del metabolismo de la cisteína es el precursor de las sales biliares, taurina, que es utilizada para formar los conjugados de ácidos biliares taurocólato y desoxicólico taurocolato.

La enzima cistationasa puede también transferir el azufre de una cisteína a otra generando tíocisteína y piruvato. La transaminación de cisteína produce β-mercaptopiruvato que entonces reacciona con el sulfito, (SO32-), para producir tiosulfato, (S2O32-) y piruvato. La tiocisteína y el tiosulfato pueden ser utilizados por la enzima rhodanasa para incorporar azufre en el cianuro, (CN), de tal modo desintoxicando el cianuro a tiocianato.

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Catabolismo de la Metionina

Los principales destinos del aminoácido esencial metionina son la incorporación en las cadenas del polipéptido, y la utilización en la producción de α-cetobutirato y cisteina por vía de SAM como se describe arriba. Las reacciones del transulfuración que producen cisteína a partir de la homocisteína y de la serina también producen α-cetobutirato, el último que es convertido a succinil-CoA.

Síntesis de la S-adenosylmethionine (SAM)

Biosíntesis de S-adenosilmetionina, SAM

La regulación del camino metabólico de la metionina se basa en la disponibilidad de metionina y de cisteína. Si ambos aminoácidos están presentes en cantidades adecuadas, SAM se acumula y es un efector positivo en la cistatione sintasa, animando la producción de cisteína y de α-cetobutirato (que son glucogénicos). Sin embargo, si la metionina es escasa, SAM se formará solamente en pequeñas cantidades, limitando así la actividad de la cistatione sintasa. Bajo estas condiciones la homocisteína acumulada es remetilada a metionina, usando N5-metil THF y otros compuestos como donantes metilos.

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Catabolismo de Leucina, Isoleucina y Valina: de Cadena Ramificada Aminoácidos

Este grupo de aminoácidos esenciales están identificados como los aminoácidos con cadenas ramificadas (siglas en Inglés: BCAA). Debido a que este arreglo de los átomos de carbono no puede producirse por los humanos, estos aminoácidos son un elemento esencial en la dieta. El catabolismo de los tres compuestos se inicia en el músculo y produce NADH y FADH2 que puede ser utilizado para la generación de ATP. El catabolismo de los tres aminoácidos utiliza las mismas enzimas en los primeros dos pasos. El primer paso en cada caso es un transaminación utilizando un aminotransferasa BCAA (denominado una cadena ramificada BCAT aminotransferasa,), con α-cetoglutarato como aceptor de amina. Consecuentemente, tres diferentes α-cetoácidos son producidos y son oxidados usando una cadena ramificada común de α-cetoácido deshidrogenasa (BCKD), produciendo los tres diferentes derivados de CoA. Subsecuentemente los caminos metabólicos divergen, produciendo muchos intermediarios.

Hay dos genes que codifican BCAT identificado como BCAT1 y BCAT2. BCAT1 (localizado en el cromosoma 12p12.1) codifica una versión citosólica de la enzima y la proteína se identifica como BCATc. BCAT2 (localizado en el cromosoma 19q13.33) codifica una versión de la enzima mitocondrial y este proteína se designa BCATm. Expresión de BCAT1 se ve en el SNC, así como varios periféricos tejidos. BCAT2 expresión se observa en la mayoría de los tejidos no neuronales, excepto el hígado.

El producto principal de la valina es la propionil-CoA, el precursor glucogénico del succinil-CoA. El catabolismo de la isoleucina termina con la producción de acetil-CoA y propionil-CoA; así la isoleucina es tanto glucogénica como cetogénica. La leucina da lugar a acetil-CoA y a acetoacetil-CoA, y se clasifica así como estrictamente cetogénico.

El catabolismo de los aminoácidos de cadena ramificada, isoleucina, leucina, y valina

El catabolismo de los aminoácidos de cadena ramificada. Los tres aminoácidos de cadena ramificada, isoleucina, leucina, valina y entran en la ruta catabólica a través de la acción de las mismas dos enzimas. La desaminación inicial de todos los tres aminoácidos es catalizada por uno de los dos transaminasas de aminoácidos de cadena ramificada (BCATc o BCATm). Los α-cetoácidos resultantes se oxidativamente descarboxilan a través de la acción del complejo enzimático, de cadena ramificada cetoácido deshidrogenasa (BCKD). La reacción BCKD genera los derivados de CoA de los cetoácidos descarboxilados mientras que también la generación de la reducida portador de electrones, NADH. Después de estas dos primeras reacciones, el resto de las vías catabólicas de los tres ácidos diverge aminoácidos. La tercera reacción de catabolismo de aminoácidos de cadena ramificada implica una etapa de deshidrogenación que involucran tres enzimas distintas, una para cada uno de los derivados CoA generados a través de la reacción BCKD. Esta etapa de deshidrogenación último también produce portador de electrones reducida adicional FADH2. La tercera reacción de catabolismo isoleucina implica la acil-CoA deshidrogenasa enzima corta de cadena ramificada / (SBCAD). La enzima SBCAD está codificada por el gen ACADSB. La tercera reacción del catabolismo de la leucina deshidrogenasa implica la enzima isovaleril-CoA (IVD). La tercera reacción de catabolismo valina implica la enzima deshidrogenasa isobutirilo-CoA (IBD). La enzima IBD está codificado por la familia deshidrogenasa acil-CoA, miembro 8 gen (ACAD8).

Hay un número de enfermedades genéticas asociadas al catabolismo deficiente de BCAAs. El defecto más común está en la deshidrogenada de α-cetoácido de cadenas ramificadas, BCKD. Puesto que hay solamente una enzima deshidrogenasa para los tres aminoácidos, los tres α-cetoácidos se acumulan y son excretados en la orina. La enfermedad se conoce como Enfermedad de la orina de jarabe de arce debido al olor característico de la orina en individuos afligidos. El retraso mental en estos casos es extenso. Desafortunadamente, puesto que éstos son aminoácidos esenciales, no pueden ser restringidos fuertemente en la dieta; en última instancia, la vida de los individuos afectados es corta y el desarrollo es anormal. Los problemas neurológicos principales son debido a la pobre formación de mielina en el CNS.

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Leucina Señalización y la Regulación Metabólica

Numerosos estudios han demostrado que las dietas ricas en ácidos grasos proteína de aumento la oxidación y el gasto energético en general y, por tanto, promover la pérdida de peso. Además, el alto Las dietas de proteínas son conocidos para mejorar la homeostasis de la glucosa y por lo tanto, puede tener un impacto positivo en la sensibilidad a la insulina y la diabetes. En modelos animales de obesidad y la diabetes, el aumento de la proteína y carbohidratos en una proporción de la dieta alta en grasas resulta en un retraso en el desarrollo de la obesidad, mejorando simultáneamente tolerancia a la glucosa. En estudios realizados en seres humanos obesos, los sujetos que consumieron una leche de suero de leche enriquecida con proteínas la dieta mostraron mejoras demostrables en el hígado graso los síntomas (esteatosis hepática) y la reducción de los perfiles de lípidos en el plasma. La composición de proteína de suero es de aproximadamente 65% β-lactoglobulina, 25% α-lactalbúmina, y 8% albúmina de suero. En los estudios que examinan los efectos de la proteína en la dieta de la energía la pérdida de los gastos, la supresión del apetito y peso, la proteína de suero de leche es la más fuente beneficiosa cuando se comparan los efectos del consumo de proteínas de suero, las proteínas de soja o caseína.

Las proteínas del suero son ricas en los aminoácidos de cadena ramificada (siglas en Inglés: BCAA), leucina, isoleucina y valina, y, por tanto, excelentes fuentes de producción de energía en músculo esquelético, además de servir como bloques de construcción para las proteínas musculares síntesis. La leucina se ha propuesto para ser el mediador principal de la metabólica los cambios que se producen al consumir una dieta alta en proteínas. A nivel molecular, leucina se ha demostrado que activar la quinasa metabólico regulador conocido como mamíferos objetivo de rapamicina, mTOR. Para obtener más información sobre las actividades y regulación de mTOR ir a la Funciones de Insulina o en el la Síntesis de Proteínas. La activación de mTOR músculo esquelético los resultados en la síntesis de proteínas mayor y, por tanto, el aumento de gasto de energía. Activación de mTOR hipotalámica también está implicado en la regulación de la alimentación comportamientos. Es de destacar el hecho de que la inyección directa de leucina en la resultados en la señalización de mTOR hipotálamo mayores que conducen a la alimentación disminuyó comportamiento y el peso corporal. Este efecto es exclusivo de leucina, como la inyección directa de valina, otro BCAA, no da lugar a la activación de mTOR hipotalámica ni la reducción de la ingesta de alimentos o el peso corporal.

Los efectos de la suplementación de leucina, sobre los parámetros descritos anteriormente, no son tan pronunciados como los efectos observados en el consumo de una dieta alta en proteínas dieta. Esto sugiere que otros factores están implicados en los efectos de las dietas altas en proteínas. Uno de estos factores puede ser que el consumo de una proteína de alta dieta está asociada con una reducción en la ingesta total de carbohidratos. La reducida Así pues, la ingesta de carbohidratos, se asoció con una reducción en la lipogénesis hepática y un aumento de la lipólisis del tejido adiposo. A pesar de leucina sola no es tan eficaz como dietas altas en proteínas a reducir el peso y la comida la ingesta, no se puede descartar como un suplemento dietético importante.

Sin embargo, debe señalarse que una cierta controversia rodea el papel de la proteína de alta consumo, y en la ingesta de leucina en particular, en la homeostasis metabólica global. Esto es debido al hecho de que algunos estudios en animales de laboratorio han demostrado que los resultados de suplementación de leucina en la insulina resistencia. Este último efecto sin duda daría lugar a un aumento de la probabilidad para el desarrollo de la la Diabetes Tipo 2. En la dieta occidental típica que consiste en productos lácteos y la carne de alta, el papel de leucina en los pathogeneis de la diabetes tipo 2 es sugerido por la consiguiente activación de la proteína mTOR más. Con respecto a la diabetes, la activación de mTOR resulta en la fosforilación y la activación de la quinasa, p70S6K, que a su vez fosforila el sustrato receptor de la insulina 1 (siglas en Inglés: IRS-1). La fosforilación de IRS-1 por los resultados en la reducción de la insulina p70S6K señalización mediada por a través del receptor de insulina, por lo tanto, el aumento de la carga metabólica en páncreas las células beta. Además, el aumento de la activación de mTOR da lugar a la adipogénesis que puede conducir a la obesidad mediada por Resistencia a la Insulina. La mayor parte del trabajo en animales de laboratorio demuestra que los efectos positivos del una mayor ingesta de leucina o dietas altas en proteínas son más pronunciados cuando el los animales también están consumiendo una dieta alta en grasas. Por lo tanto, es sugerente que existen claros beneficios para los individuos con sobrepeso y obesidad para aumentar la su ingesta de leucina y / o proteínas totales como un medio para el apetito y el peso controlar. Sin embargo, a pesar de dietas altas en proteínas o suplementos de leucina son consideraciones importantes en una dieta saludable, la cantidad total consumida debe ser tenerse en cuenta para no dar lugar a la activación de mTOR exceso.

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Catabolismo de Fenilalanina y Tirosina

La fenilalanina tiene normalmente solo dos destinos: la incorporación en las cadenas del polipéptido, y la producción de tirosina por la fenialanina hidroxilasa dependiente de tetrahidrobiopterina. Así, el catabolismo de la fenilalanina sigue siempre el camino del catabolismo de la tirosina. El camino principal para la degradación de tirosina implica la conversión a fumarato y a acetoacetato, permitiendo que la fenilalanina y la tirosina sean clasificadas como glucogénicos y cetogénicos.

La tirosina es igualmente importante para la biosíntesis de proteínas así como un intermediario en la biosíntesis de varios metabolitos fisiológicamente importantes e.g. dopamina, norepinefrina y epinefrina (véase Productos especializados de aminoácidos).

Como en la fenilcetonuria (deficiencia de la fenilalanina hidroxilasa, PAH), la deficiencia de la aminotransferasa de tirosina (TAT), conduce a la hipertirosinemia y a la excreción urinaria de tirosina y de los intermediarios catabólicos entre la fenilalanina y la tirosina. Los síntomas neurológicos adversos son similares para las deficiencias de PAH y de TAT. Además, la hipertirosinemia conduce a erupciones cornéales dolorosas y a fotofobia.

El primer error innato en el metabolismo que se reconocio, la alcaptonuria, se demostró que fue el resultado de un defecto en el catabolismo de la fenilalanina y la tirosina. La alcaptonuria es causada por la deficiencia de oxidasa ácida homogentísica. La acumulación de ácido homogentísico es relativamente inofensiva, causando oscurecimiento de la orina en contacto con el aire, pero ningún efecto peligroso para la vida acompaña la enfermedad. La única consecuencia inconveniente de la alcaptonuria es la ocronosis (decoloración negra-azulada de los tejidos) y artritis.

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Catabolismo de Lisina

Al igual que todos los aminoácidos, el catabolismo de la lisina puede iniciar desde absorción de lisina en la dieta o de la descomposición de las proteínas intracelulares. Absorción intestinal de la lisina involucra proteínas específicas del transportador. En la mayoría de los tejidos, los aminoácidos catiónicos se transportan principalmente por un Na+ independiente del sistema, específico para L-isómeros de lisina, arginina, y ornitina. Este sistema de transporte es conocida como la Y(+) y sistema de estos transportadores son miembros de la SCL7 familia de transportadores de membrana. En realidad, hay al menos tres mecanismos de transporte para el transporte de lisina. Uno es el mencionado Y(+) sistema que puede ser inhibida por la leucina con alta afinidad al Na+ está presente, pero esta afinidad se reduce en la ausencia de sodio. Otro mecanismo consiste en un Na+ independiente sistema que es inhibida por leucina con alta afinidad sólo cuando Na+ está presente. Un transportador adicional es un Na+-dependiente del transporte sistema que puede ser inhibida por leucina con alta afinidad y también por alanina. Una vez absorbidos por los intestinos, lisina en la dieta puede ser incorporado en proteína o catabolizan.

Hay varios, por lo menos tres, las vías para el catabolismo de lisina, pero el principal vía utilizada en el hígado es una que comienza con la formación de un aducto entre la lisina y 2-oxoglutarato (α-cetoglutarato) llama sacaropina. Catabolismo lisina es inusual en la forma en que el grupo ε-amino es transferido a 2-oxoglutarato y en la piscina de nitrógeno en general. La reacción es una transaminación en la que el ε-amino grupo se transfiere al carbono α-ceto de 2-oxoglutarato formando el metabolito, sacaropina. A diferencia de la mayoría de las reacciones de transaminación, este no emplea un fosfato de piridoxal como cofactor. La formación de sacaropina y su hidrólisis a α-aminoadípico-6-semialdehído es catalizada por la bifuncional enzima α-aminoadípico semialdehído sintasa. Esta reacción produce el nitrógeno amino restante con la α-carbono de 2-oxoglutarato, producir glutamato y α-aminoadípico-6-semialdehído. Debido a que esta reacción de transaminación no es reversible, la lisina es un esencial aminoácido. En la levadura las dos primeras reacciones del catabolismo de lisina son catalizadas por dos productos génicos distintos identificado como lisina:2-oxoglutarato reductasa (LYS1) y deshidrogenasa sacaropina (LYS9). Mamíferos α-aminoadípico sintasa semialdehído es codificada por el gen AASS encuentra en el cromosoma 7q31.32 y está compuesto por 24 exones que se extienden de 68 kb. La proteína contiene 927 aminoácidos con la mitad N-terminal albergar la lisina:2-oxoglutarato actividad de la reductasa y la mitad C-terminal que alberga el sacaropina actividad deshidrogenasa. El último producto final del catabolismo de lisina, a través de esta vía, es acetoacetil.CoA.

Las deficiencias genéticas en cualquiera de las dos primeras reacciones de la sacaropina vía de consecuencia el catabolismo de la lisina en hyperlysinemia familiar. Puesto que estas dos reacciones son catalizadas por la bifuncional AASS enzima, los defectos se pueden encontrar en cualquiera de la N-terminal de actividad de la reductasa lisina:2-oxoglutarato o la actividad deshidrogenasa sacaropina. Estas deficiencias se observan en individuos que excretan grandes cantidades de lisina urinaria y algunos sacaropina. El lysinemia y lysinuria asociados son benignos.

Una de las otras vías menores del catabolismo de lisina, pero clínicamente significativo, es la ruta del ácido pipecólico. L-pipecólico (2-carboxypiperdine) era conocido por ser una amplia distribución no proteico amino ácido en las plantas y que se derivan de catabolismo de la lisina en los mamíferos. Originalmente se pensó que la degradación de la lisina a pipecolato era la vía principal catabólica de este aminoácido. Aunque ahora se sabe que este producto del catabolismo de lisina refleja una menor vía catabólica, hay significancia clínica de esta vía. Además, catabolismo de lisina a través de la ruta del ácido pipecólico pueden desempeñar un papel significativo en el sistema nervioso central sistema. Catabolismo lisina a través de esta vía implica la conversión de α-ceto-ε-amino-caproico y luego a pipecólico. Ácido pipecólico entonces se convierte finalmente a semialdehído α-aminoadípico que es también un producto de la vía sacaropina del catabolismo de lisina. Formación de α-aminoadípico semialdehído de ácido pipecólico es catalizada por la deshidrogenasa semialdehído α-aminoadípico (deshidrogenasa AASA). Deshidrogenasa AASA también se conoce como antiquitin (ATQ1) y es codificada por el aldehído deshidrogenasa 7 miembro de la familia A1 del gen (ALDH7A1). El gen se encuentra en ALDH7A1 cromosoma 5q23.2 compuesto por 18 exones que codifican una proteína de 510 aminoácidos. Las mutaciones en el gen ALDH7A1 están asociados con piridoxina-dependiente epilepsia.

Otros trastornos graves asociados con el metabolismo de la lisina se debe a fallas del transporte los sistemas para la lisina y los otros ácidos dibásicos amino a través de la pared intestinal. La lisina es esencial para la síntesis de proteínas, y en las deficiencias de su transporte el cuerpo puede causar que los niveles disminuidos de seriedad la síntesis de proteínas. Probablemente más significativo, sin embargo, es el hecho de que la arginina es transportado en el mismo portadora dibásico de aminoácidos, y deficiencias resultantes arginina limitar el cantidad de ornitina disponible para el la urea ciclo. El resultado es la hiperamonemia severa después de una comida rica en proteínas. La adición de citrulina a la dieta previene la hiperamonemia.

La lisina es también importante como precursora para la síntesis de carnitina, requerida para el transporte de los ácidos grasos en la mitocondria para su oxidación. La lisina libre no sirve como precursor para esta reacción, sino más bien la lisina modificada encontrada en ciertas proteínas. Algunas proteínas modifican la lisina a trimetil-lisina usando el SAM como donante metilo para transferir los grupos metílicos al amino-ε de la cadena lateral de lisina. La hidrólisis de las proteínas que contienen trimetil-lisina proporciona el substrato para la subsecuente conversión a carnitina.

Estructura de carnitina

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Catabolismo de la Histidina

El catabolismo de la histidina comienza con la liberación del grupo α-amino catalizado por la histidasa, introduciendo un doble enlace en la molécula. Consecuentemente, el producto deaminado, urocanato, no es el usual α-cetoácido asociado con la pérdida de α-amino nitrógenos. El producto final del catabolismo de la histidina es glutamato, haciendo a la histidina uno de los aminoácidos glucogénicos.

Otra característica dominante del catabolismo de la histidina es que sirve como fuente de nitrógeno para combinarse con el tetrahidrofolato (THF), produciendo el intermediario 1-carbono THF conocido como N5-formimino THF. La última reacción es una de las dos rutas a N5- formiminoTHF.

La principal deficiencia genética asociada con el metabolismo de la histidina es la ausencia o deficiencia de la primera enzima de la vía, la histidasa. La histidinemia resultante es relativamente benigna. La enfermedad, que es de relativa alta incidencia (1 en 10.000), es más fácilmente detectada por la ausencia de urocanato de la piel y del sudor, donde se encuentra normalmente en abundancia relativa.

La decarboxilación de la histidina en el intestino por las bacterias da lugar histamina. Igualmente, la histamina se presenta en muchos tejidos por la decarboxilación de la histidina, que causa en exceso constricción o dilatación de varios vasos sanguíneos. Los síntomas generales son asma y varias reacciones alérgicas.

Síntesis de la histamina

Síntesis de la histamina

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Catabolismo del Triptófano

Un número importante de reacciones laterales ocurren durante el catabolismo del triptófano en la vía al acetoacetato. La primera enzima de la vía catabólica es una pofirin oxigenasa del hierro que abre el anillo indol. La última enzima es altamente inducible, su concentración se eleva casi diez veces en una dieta rica en triptófano.

La quinurenina es la primera llave puntual de la ramificación intermedia en la vía catabólica que conduce a 3 destinos:

La quinurenina puede experimentar deaminación en una reacción estándar de transaminación produciendo ácido quinurenico. El ácido quinurenico y los metabolitos han demostrado que actúan como antiexcitotóxicos y anticonvulsivantes. Altos niveles de ácido quinurenico han sido encontrados en la orina de individuos que sufren de esquizofrenia. Se ha demostrado que el ácido quinurenico actúa como antagonista no competitivo en el sitio de unión del receptor de la glicina NMDA (NMDA = N-metil-D-aspartato) el cuál es un receptor ionotrópico (del canal iónico del ligando) para el glutamato. El receptor NMDA es un componente dominante del sistema neurotransmisor glutaminérgico que se cree esta implicado en la patofisiología de la esquizofrenia, así se explica el papel potencial del ácido quinurenico en la esquizofrenia.

Estructuras de quinurenina y ácido quinurénico

La quinurenina puede también experimentar una serie de reacciones catabólicas produciendo ácido 3-hidroxiantranílico más alanina. Otro equivalente de la alanina es producido a partir de la quinurenina en una reacción de un solo paso que produce ácido antranílico. Es la producción de estos residuos de alanina lo que permite que el triptófano sea clasificado entre los aminoácidos glucogénicos. La oxidación de 3-hidroxiantranilato lo convierte en 2-amino-3-carboximuconico-6-semialdehido, que tiene dos destinos. El flujo principal de los elementos de carbono de este intermediario conduce al acetoacetato que es por lo que el triptófano es también un aminoácido cetogénico. Una importante reacción lateral en el hígado implica una ciclización no enzimática a quinolato y luego una vía de transaminación y varios rearreglos producen cantidades limitadas de ácido nicotínico, que conduce a la producción de una cantidad pequeña de NAD+ y NADP+.

Aparte de su papel como aminoácido en la biosíntesis de proteínas, el triptófano también sirve como precursor para la síntesis de serotonina y melatonina. Estos productos se discuten en Productos especializados de los aminoácidos.

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Última modificación: 31 de mayo de 2015