Síntesis de Aminoácidos no Esenciales

Descripción General

Los aminoácidos son bloques de construcción para las proteínas e intermediarios metabólicos para las reacciones. Los aminoácidos se clasifican como esenciales o no esenciales. Los aminoácidos esenciales deben incorporarse a la dieta porque el cuerpo no puede producirlos en niveles suficientes para satisfacer las demandas fisiológicas; los aminoácidos no esenciales pueden ser producidos por el cuerpo.

• Los aminoácidos esenciales son:
  • Fenilalanina
  • Valina
  • Treonina
  • Triptófano
  • Metionina
  • Leucina
  • Isoleucina
  • Lisina
  • Histidina
• Los aminoácidos no esenciales incluyen:
  • Alanina
  • Arginina
  • Asparagina
  • Ácido aspártico (aspartato)
  • Cisteína
  • Glutamina
  • Ácido glutámico (glutamato)
  • Glicina
  • Prolina
  • Serina
  • Tirosina
• Las reacciones de síntesis de aminoácidos pueden agruparse por familias biosintéticas, denominadas según su metabolito de partida común.

Familias biosintéticas

Familia Biosintética del α-cetoglutarato

Descripción General

• El glutamato, la glutamina, la prolina y la arginina se sintetizan a partir de los α-cetoácidos, que se producen en el ciclo del ácido cítrico.
  • La transaminación es una reacción esencial en la producción de estos aminoácidos.
  • La enzima que participa en esta reacción es una aminotransferasa.
• El glutamato sirve de precursor para la producción de muchos aminoácidos, como la glutamina, la prolina y la arginina.
  • α-cetoácido + glutamato ⇄ aminoácido + α-cetoglutarato
  • El glutamato se forma por aminación del α-cetoglutarato: α-cetoglutarato + N_H⁴+ ⇄ glutamato

Síntesis de glutamato

El glutamato se produce a partir del α-cetoglutarato mediante el proceso de aminación.

• α-cetoglutarato + NH₄⁺ ⇄ glutamato
• El glutamato es el principal precursor de la glutamina, la prolina y la arginina.

Síntesis de glutamina

El glutamato es el precursor de la glutamina.

• El glutamato se convierte en glutamina mediante la glutamina sintetasa.
• Usos de la glutamina sintetasa:
  • Adenosín trifosfato
  • NH₄⁺: ayuda a evitar la acumulación de amoníaco
• Inhibidores de la glutamina sintetasa:
  • Aminoácidos: glicina, alanina, serina, histidina, triptófano
  • Nucleótidos: Adenosín monofosfato, citidina trifosfato (CTP)
  • Otros: fosfato de carbamoilo, glucosamina-6-fosfato
  • Estos inhibidores dependen de la glutamina para su producción, proporcionando una retroalimentación negativa cuando los niveles de glutamina son altos.
• Activación de la glutamina sintetasa:
  • La glutamina sintetasa es activa en la forma deadenilada.
  • La adenil transferasa es responsable de la adenilación y la deadenilación.

Síntesis de prolina

El glutamato también sirve como precursor de la prolina.

3 pasos para producir prolina a partir de glutamato:

1. Fosforilación:
   • Catalizada por la glutamato-5-cinasa y la glutamato-5-semialdehído deshidrogenasa
   • Requiere adenosín trifosfato y nicotinamida adenina dinucleótido
   • Produce glutamato-5-semialdehído
2. Oxidación y desfosforilación:
   • Reacción de ciclación espontánea
   • Produce ácido 1-pirrolina-5-carboxílico
3. Reducción:
   • Catalizada por la pirrolina-5-carboxilato reductasa
   • Requiere nicotinamida adenina dinucleótido
   • Genera prolina

Síntesis de la arginina

La arginina también se deriva del glutamato.

Las 4 vías para producir arginina:

1. Reacción reversible en 2 pasos
   • De la citrulina, el aspartato y el adenosín trifosfato
   • El argininosuccinato sirve como compuesto intermedio.
2. Desmetilación reversible de la dimetilarginina asimétrica
3. Reacción reversible de la ornitina y la urea
4. Reacción reversible a partir de citrulina, óxido nítrico y nicotinamida adenina dinucleótido

Familia Biosintética del 3-Fosfoglicerato

La serina, la glicina y la cisteína son aminoácidos incluidos en la familia biosintética del 3-fosfoglicerato. La serina es el primer aminoácido producido en este grupo, y posteriormente contribuye a la producción de glicina y cisteína.

Serina

Producida por una vía de 3 pasos:

1. Oxidación del 3-fosfoglicerato
   • Catalizada por la fosfoglicerato deshidrogenasa
   • Produce 3-fosfohidroxipiruvato
   • Inhibido por altas concentraciones de serina
2. Transaminación del 3-fosfohidroxipiruvato
   • Catalizada por la fosfoserina transaminasa
   • Produce O-fosfoserina
3. Hidrólisis de la O-fosfoserina
   • Catalizada por la fosfoserina fosfatasa
   • Produce serina

Glicina

La glicina se produce a partir de la serina con la eliminación de un grupo hidroximetilo.

• Catalizada por la serina hidroximetiltransferasa
• Requiere tetrahidrofolato

Cisteína

La cisteína se produce a partir de la serina y la homocisteína a través de una vía de dos pasos:

1. La homocisteína y la serina se combinan para formar cistationina
   • Catalizada por la cistationina beta-sintasa
   • La homocisteína aporta el grupo de azufre
2. La cistationina se convierte en cisteína
   • Catalizada por la cistationina gamma-liasa
   • También produce α-cetobutirato

Familia Biosintética del Oxaloacetato

Descripción General

El aspartato, la lisina, la treonina, la asparagina, la metionina y la isoleucina son aminoácidos que tienen el oxaloacetato como precursor común.

• El aspartato y la asparagina son los únicos aminoácidos no esenciales de esta familia.
• El oxaloacetato se convierte primero en aspartato.
• El aspartato se convierte entonces en asparagina.

Aspartato

El aspartato se produce por una reacción de transaminación.

• Catalizada por una aminotransferasa: transfiere un grupo amino de otro aminoácido
• Produce aspartato a partir de oxaloacetato

Asparagina

La asparagina también se produce mediante una reacción de transaminación.

• Catalizada por la asparagina sintetasa
• Produce asparagina a partir de aspartato

Familia Biosintética del Piruvato

Descripción General

La alanina, la valina y la leucina comparten el piruvato como precursor común. La alanina es el único aminoácido de la familia biosintética del piruvato que puede producir el ser humano.

• El piruvato es un producto final de la glucólisis.
• La inhibición por retroalimentación la proporciona el producto final (e.g., la alanina).

Alanina

La alanina se produce mediante una reacción de dos pasos.

1. El α-cetoglutarato se convierte en glutamato:
   • Catalizada por la glutamato deshidrogenasa
   • Requiere amoníaco y nicotinamida adenina dinucleótido
2. El glutamato transfiere un grupo amino al piruvato para formar alanina:
   • Catalizada por una enzima aminotransferasa
   • Requiere piruvato preformado de la glucólisis

Familia Biosintética del Fosfoenolpiruvato

Descripción General

Los aminoácidos aromáticos fenilalanina, triptófano y tirosina están incluidos en la familia del fosfoenolpiruvato. La fenilalanina y el triptófano son aminoácidos esenciales; la tirosina es un aminoácido no esencial.

Tirosina

La fenilalanina es el precursor de la tirosina

• La reacción es catalizada por la fenilalanina hidroxilasa dependiente de la biopterina.
• La deficiencia de fenilalanina hidroxilasa da lugar a la fenilcetonuria.
• La tirosina es el precursor de importantes neurotransmisores, como:
  • Dopamina
  • Noradrenalina
  • Adrenalina

Relevancia Clínica

• Fenilcetonuria: defecto de la fenilalanina hidroxilasa que provoca una alteración de la conversión de fenilalanina en tirosina y la consiguiente acumulación de fenilalanina. Los individuos presentarán retraso psicomotor y convulsiones, y su sudor tendrá clásicamente un olor «a ratón». Es fundamental que estas personas eviten la ingestión de fenilalanina.
• Enfermedad de la orina con olor a jarabe de arce: defecto en el complejo α-cetoácido deshidrogenasa de cadena ramificada que da lugar a la acumulación de aminoácidos de cadena ramificada. Los individuos presentan discapacidades cognitivas, orina con olor dulce y distonía. El tratamiento principal es evitar los aminoácidos de cadena ramificada. Los casos graves pueden requerir trasplante de hígado.
• Homocistinuria: defecto de la enzima cistationina β-sintasa, que provoca una acumulación de homocisteína. Los individuos presentan enrojecimiento, retraso en el desarrollo, dislocación del cristalino hacia abajo, enfermedad vascular y osteoporosis. Se recomienda que estas personas mantengan una dieta baja en azufre.
• Alcaptonuria: deficiencia de la dioxigenasa del ácido homogentísico, que impide la degradación normal de la tirosina en fumarato. Los individuos presentan una decoloración negro-azulada de los tejidos conectivos, artritis y calcificaciones de varios tejidos. Actualmente, no existe ningún tratamiento para la alcaptonuria, pero la esperanza de vida sigue siendo normal en estos individuos.