Incorporación de nitrógeno. Prots. vegetales DIETA HUMANA. AA en intestino. AA en sangre. AA en células. Proteínas celulares

TEMA 25 1

Tema 25. Panorámica general del metabolismo de los aminoácidos.

Panorámica general del metabolismo de los aminoácidos. Origen de los aminoácidos corporales. Aminoácidos esenciales. Enzimas proteolíticas digestivas. Absorción de aminoácidos. Transportadores de aminoácidos y ciclo del gamma-glutamilo. La degradación de proteínas corporales como fuente de aminoácidos. Proteasas lisosomales y citoplasmáticas. Señales para la degradación de proteínas.

Ubiquitilación. Proteosoma. Regulación de la degradación de las proteínas musculares. Enfermedades del transporte de aminoácidos.

BIOQUÍMICA-1º de Medicina Departamento de Biología Molecular

Javier León

N

atmosférico

Proteínas animales DIETA HUMANA

Incorporación de nitrógeno

Prots. vegetales Dieta de hervíboros

Bacterias fijadoras de N

AA en intestino

AA en sangre

AA en células

Proteínas celulares

TRADUCCIÓN DIGESTIÓN

ABSORCION

TRANSPORTE AL CITOPLASMA

TEMA 25 3

Origen de los aminoácidos de la célula

• Proteínas de la dieta

– Proteasas del tubo digestivo.

– Sistemas de transporte de aminoácidos

• Co-transportadores específicos

• Ciclo del γ- glutamilo

• Degradación de proteínas celulares – Proteasas celulares

• Lisosomales

• Citosólicas

• Proteosoma

• Biosíntesis a partir de precursores

– Solamente sintetizamos aminoácidos “no esenciales”.

No podemos sintetizar y por tanto debemos ingerir en la dieta 9 aminoácidos = “Aminoácidos esenciales” (en adultos bien alimentados)

Buscad los nombres de los

aminoácidos

TEMA 25 5

Aminoácidos esenciales

Aromáticos: Fenilalanina, Triptófano Alifáticos ramificados: Valina, Leucina, Isoleucina

Con azufre: Metionina

Alcohol: Treonina

Básicos: Histidina, Lisina

“Esenciales condicionales”:

Arginina, Glutamina, Cisteina, Glicina, Prolina, Tirosina

Proteínas de la dieta (Req. 50-60 g/día para 70 Kg peso, ~0,8 g/Kg)

El pool de aminoácidos está en equilibrio con las proteínas tisulares

DEGRADACIÓN DE PROTS.

Y

EXCRECIÓN DE AA EXCESO DE PROTS. DIETA

Pool de aminoácidos

~ 100 g

Proteínas tisulares

~ 300 g/d

DEGRADACIÓN

~ 300 g/d

Otras rutas

biosintéticas:

bases, hormonas, neurotransmisores, etc

DEGRADACIÓN Y EXCRECIÓN

Urea en orina

~ 30-40 g /día Moléculas del ciclo

Krebs y acetil-CoA

TEMA 25 7

Zimógenos

-Tripsinógeno (autoactivación) - Quimotripsinógeno

- Proelastasa

- Procarboxipeptidasas - Profosfolipasa A2 Célula de la mucosa

intestinal

Tripsinógeno

Proteasas activadas Enteropeptidasa Tripsina

• Las cascadas de activación de pro-enzimas por proteolisis específica aparece en otros procesos biológicos: …..………. , ………,

El “truco” para no autodigerirnos:

Pro-proteasa inactiva (zimógeno)

Fragmento peptídico

Proteasa activa Las proteasas digestivas se activan por proteolisis

Ruptura específica

ESTÓMAGO

HCl

Pepsinógeno H⁺

Pepsina

PANCREAS

HCO₃^-

Tripsinógeno Enteropeptidasa

Tripsina

Quimotripsinógeno Tripsina Quimotripsina

Proelastasa Tripsina Elastasa

Procarboxipeptidasas A, B Tripsina Carboxipeptidasas A, B*

MUCOSA INTESTINAL Aminopeptidasas*

*Exoproteasas Enteropeptidasa (membrana celular)

Prolipasa Lipasa

Principales enzimas proteolíticos del tubo digestivo

TEMA 25 9

Especificidad de aminoácido Ejemplos Aminoácidos neutros de pequeño tamaño Ala , Ser, Thr

Aminoácidos neutros y aromáticos grandes* Ile, Leu, Val, Tyr Trp, Phe

Aminoácidos básicos* Arg, Lys, Ornitina, Cistina

Glicina y prolina Pro, Gly, Hidroxiprolina

Aminoácidos ácidos Asp, Glu

Transporte de aminoácidos:

a) Co-transportadores aminoácido-sodio

Siete sistemas de co-transporte de AA- Na (también en otros tejidos)

VENA PORTA Transporte

facilitado

Cotransporte de dipeptidos-H⁺

Na⁺ AA

Na⁺

3 Na⁺

2 K⁺ K⁺

ATP

AA Bomba Na-K

Dipeptidos H⁺

- “Bioquímica básica de Marks. Un enfoque clínico”. Smith C., Marks A.D. y Lieberman. 2006.

*Relacionados con enfermedades hereditarias frecuentes

Transporte de aminoácidos:

b) Ciclo del γ-glutamilo

γ-glutamil-aminoácido Cys-Gly

5-oxo-prolina Aminoácido

(intracelular)

Cys ATP

ADP + Pi

Glutamato

Gly ADP+Pi

ATP ADP ATP

+ Pi Membrana de

Intestino, riñón, hígado

γ-glutamil transpeptidasa

Glutatión (GSH) Aminoácido

(exterior)

Buscad la estructura

TEMA 25 11

SERIN-PROTEASAS - Tripsina

- Quimotripssina - Elastasa - Trombina - Plasmina

- Activdor del plasminógeno tisular (tPA) - Subtilisina

CISTEIN-PROTEASAS - Caspasas

- Catepsina B - Calpainas - Papaina

METALOPROTEASAS -Carboxipeptidasa A y B - Aminoppetidasas

- Metaloproteasas de matriz - Termolisina

ASPARTIL-PROTEASAS -Pepsina

- Renina - Catepsina D - Proteasa HIV

Cuatro tipos de proteasas (según su mecanismo de proteolisis)

SERIN-PROTEASAS

Sustrato

CISTEIN-PROTEASAS ASPARTIL-PROTEASAS METALO-PROTEASAS

PROTEASAS

Proteasas digestivas: la mayoría serin-proteasas

Proteasas de la matriz extracelular: la mayoría metaloproteasas

Proteasas celulares

Proteasas del lisosoma: Catepsinas

Proteasas citosólicas: Caspasas, Calpaínas Proteosoma

PROTEASAS

TEMA 25 13

Nombre Peso molecular pH óptimo Características Catepsina B 25.000 5 Endopeptidasa (Cisteín proteasa) o carboxipeptidasa

Catepsina L 24.000 5 Endopeptidasa

(cisteín proteasa) (pref residuos hidrofóbicos) Catepsina H 28.000 5 Endopeptidasa o aminopeptidasa (Cisteín proteasa)

Catepsina D 42.000 3,5 Similar a la Pepsina (aspartil proteasa)

Principales proteasas lisosomales (Catepsinas)

PROTEASAS

Proteasas digestivas: la mayoría serin-proteasas

Proteasas de la matriz extracelular: la mayoría metaloproteasas

Proteasas celulares

Proteasas del lisosoma: Catepsinas

Proteasas citosólicas: Caspasas, Calpaínas Proteosoma: proteolisis dependiente de ubiquitilacion

PROTEASAS

TEMA 25 15

1) La vida media de las proteínas es muy variable 2) Su estabilidad está regulada

3) Hay secuencias de AA que son señales específicas de degradación en proteasoma

Señales que inducen la unión covalkente de Ubiquitina (Ubq) en el N de la cadena lateral de una varias Lys de la proteinas

Æ Las proteínas “marcadas” con Ubq y su degradación en el proteasoma

Premios Nobel de Química de 2004

Aaron Ciechanover (Israel Institute of Technology) Avram Hershko

(Israel Institute of Technology)

Irwin Rose (University of California,,Irvine)

"for the discovery of ubiquitin-mediated protein degradation"

Ubiquitina:

• Proteina de 76 AA muy conservada en eucariotas

• La unión de cadenas cortas de varias Ubq (al menos 4) al ε-N de cadenas de Lys de una proteína la marca para su proteolisis en proteosomas

TEMA 25 17

“Biochemistry”. 5ª ed. Berg, J., Tymoczko, J. Stryer, L.

48

Lys de proteina a degradar

Ubq Ubq

Ultraestructura del proteasoma

Estudiado en Biologia Celular

Tapa

Tapa

TEMA 25 19

-Lys-Ubq-Ubq-Ubq-Ubq -Lys-Ubq-Ubq-Ubq

Hepta/octo/nona- péptidos

Ubq

PROTEOSOMA

• El proteasoma es un gran complejo citoplásmico (26S) encargado de degradar proteínas-Ubq

• Tiene al menos dos copias de 36 subunidades (=64)

• Requiere ATP (seis subunidades son ATPasas)

• Produce péptidos cortos

• Hay unos 30.000 proteosomas en la célula, tanto en núcleo como citosol

Lehninger 4ª, cap. 27

Bioquímica del proteasoma

E2: Proteína transportadora de Ubiquitina.

E1 S

Ubiquitina

C O

E2 SH

+ E1 SH + E2 S

Ubiquitina

C O

Ubiquitilación de proteínas

Ubiquitina _C ^O

O- + ATP E1 S ^C Ubiquitina

O

AMP + PPi E1: enzima activador de Ubiquitina

Glicina C-terminal Enlace tio-ester

E1 SH

E3: Ubiquitina ligasa (complejos de 4-6 subs) PROTEINA

+

E2 S C

O

+

PROTEINA

E3 E3

TEMA 25 21

Conjugación de ubiquitina para degradar proteínas

Péptidos de 7-9 AA (www.nobelprize.org)

E1: Enzima activadora de Ubq

E2: Proteína transportadora de Ubq: unos 30 E3: Ubq ligasa específica de proteína(s):

Hay unos 100 complejos E3. en humanos La Ubiquitina se recicla

Señalización específica de ubiquitilación/degradación

1. Secuencias PEST (12-60 AA, ricas en Pro, Glu, Ser, Thr) 2. Residuos aminoterminales (Arg, Lys, His, Phe, Leu)

3. “Degrones”: secuencias en la proteinas de las que depende su degradación

- “Lehninger Principios de Bioquímica", 4ª ed. Nelson, D.L.

y Cox, M.M. Ed. Omega. 2006.

TEMA 25 23

ciclina A ciclina E

ciclina B

Nivelesde ciclina

G₀ G₁ S G₂ M

La degradación de cliclinas a lo largo del ciclo celular

Degrón

Balance nitrogenado positivo:

Se ingiere más N que el que se excreta (crecimiento infantil, embarazo, convalescencia) Balance nitrogenado negativo:

Se ingiere menos N que el que se excreta (malnutrición proteica, caquexia oncológica)

Balance nitrogenado

TEMA 25 25

Kwashiorkor

•Enfermedad generada por una dieta con aporte normal de calorías pero pobre en proteínas.

Síntomas:

Retraso en el crecimiento, pérdida de la masa muscular y de peso, inflamación generalizada (edema), disminución de la inmunidad, dermatitis y cambios de pigmentación en la piel, debilitamiento del cabello, bajo coeficiente de inteligencia

Marasmo

Dieta con insuficiencia severa tanto en calorías como en proteínas, Desnutrición proteica

Inhibidores de proteasas como anti-retrovirales

Busca el enlace peptídico

TEMA 25 27

Inhibidores de proteasas como antitumorales

Borzetomib (Velcade

PROTEOLISIS TUMOR

METASTASIS

Inhibidores de MMPs:

TIMP-1 TIMP-2 Inhibidores de proteasas como antitumorales

MMPs:

Colagenasas Estromalisisnas Gelatinasas Otras proteasas:

Activ. plasminógeno

PSA

TEMA 25 29

Se cree que Julio Cesar padecía la enfermedad de

Hartnup

Enfermedades del transporte de AA a la célula

Enfermedad de Hartnup

• Autosómica recesiva rara, pero la mas frecuente aminoacidopatía junto con fenilcetonuria (6-7/100.000)

• Defecto un gen del transportador de AA neutros y aromáticos (Val, Leu, Ile, Tyr, Trp, Phe) que se expresan en células intestinales y epiteliales de riñón.

• Se detectó en los años 50 en una familia (los Hartnup) en la que varias personas presentaban un síndrome semejante al de la pelagra (ausencia de nicotinamida).

• Estos AA (algunos esenciales) no son absorbidos en el intestino ni re- absorbidos desde el filtrado glomerular a la sangre. Uno de los AA no transportados es el Trp, que es precursor de la nicotinamida

• Se trata con administración de niacina (vitamina B3) , que elimina los síntomas de pelagra pero no desaparece la amioaciduria

Cistinuria

• Enfermedd autosómica recesiva, ~5/100.000

• Cistina: Cys-Cys

• Defecto en un gen del transportador de cistina y aminoácidos di básicos Lys, Arg, Orn. De ellos sólo la Lys es esencial.

•El problema más serio es la formación de cálculos renales de cristales de cistina, que es un aminoácido relativamente insoluble.

• Se trata bebiendo mucha agua y a veces con bicarbonato sódico para alcalinizar la orina (la Cistina es más soluble en medio alcalino).

Enfermedades del transporte de AA a la célula

¿Qué tienen en comun estos cuatro AA??

“Piedras” de cistina en orina de cistinúricos