Metabolismo De Proteínas

Metabolismo de proteínas

El papel principal de los aminoácidos es servir de unidades estructurales de proteínas y como materia prima para la síntesis de una variedad de compuestos nitrogenados con actividad fisiológica. También pueden ser utilizados como combustible, pero esta función energética es secundaria.

A diferencia de los carbohidratos y las grasas, los aminoácidos no se almacenan en el organismo. Sus niveles dependen del equilibrio entre biosíntesis y degradación de proteínas corporales, es decir, del balance entre anabolismo y catabolismo, conocido como balance nitrogenado, ya que las proteínas son la principal fuente de nitrógeno.

En adultos normales, la ingesta de nitrógeno es equilibrada por la excreción en orina y heces. Durante el crecimiento y el embarazo, el nitrógeno provisto por los alimentos debe ser mayor al excretado, dando un balance positivo. En casos de desnutrición, procesos febriles severos o diabetes no controlada, puede suceder que la excreción supere a la ingesta, causando un balance nitrogenado negativo.

Absorción y transporte de aminoácidos

Por la acción combinada de diversas enzimas contenidas en los jugos gástrico, pancreático e intestinal, la mayoría de las proteínas alimentarias son completamente hidrolizadas, hasta dejar en libertad los aminoácidos constituyentes.

A nivel intestinal, los aminoácidos resultantes de la digestión proteica son absorbidos por un mecanismo de transporte activo que conlleva consumo de ATP, y en el que participan proteínas de membrana. El sistema de transporte, similar al que interviene en la absorción de los monosacáridos, no es específico para cada aminoácido, sino selectivo para grupos de aminoácidos. Tenemos así, sistemas que transportan: aminoácidos neutros, que a su vez pueden tener preferencia por aminoácidos alifáticos pequeños o por aquellos que son hidrófobos y aromáticos; aminoácidos básicos, como la lisina y la arginina; aminoácidos ácidos, que son el aspartato y el glutamato; de iminoácidos y glicina; y de glutamina, asparragina e histidina, sistemas que se encuentran en distintos tejidos, especialmente en células epiteliales de la mucosa intestinal y túbulos renales.

También pueden ser transportados por difusión facilitada, por medio de uniporters que dejan pasar los aminoácidos a favor del gradiente de concentración. Éstos también presentan especificidad para distintos grupos de aminoácidos y se encuentran en todas las células

Destino metabólico de los aminoácidos

A través de la vía sanguínea, los aminoácidos exógenos absorbidos a nivel intestinal son conducidos hacia el hígado, lugar donde ocurre principalmente su metabolización, y desde allí a otros órganos y tejidos corporales. A estos aminoácidos provenientes de las proteínas alimentarias se suman los aminoácidos endógenos, elaborados a partir de otros principios inmediatos o derivados de la hidrólisis de las proteínas tisulares. Llamamos fondo común o reserva metabólica de aminoácidos a la mezcla de estos compuestos provenientes de diferentes fuentes, las cuales pueden caracterizarse de la siguiente manera:

• Digestión de proteínas alimentarias: en el adulto joven, alrededor de un tercio de los aminoácidos utilizados diariamente por el organismo proviene de las proteínas provistas por la dieta. Casi en su totalidad, esta masa proteica es digerida y absorbida a nivel intestinal, con una pérdida fecal prácticamente insignificante.

• Síntesis tisular: los tejidos pueden sintetizar el conjunto de aminoácidos no esenciales utilizando para ello esqueletos carbonados provenientes de glúcidos y lípidos y una fuente donante de grupos amino. En cambio, son incapaces de sintetizar aminoácidos esenciales, al menos en la cuantía que el organismo lo reclama. Éstos deben ser suministrados por la dieta en cantidades adecuadas a fin de mantener el crecimiento en niños y jóvenes, o el equilibrio nitrogenado en adultos. La presencia de aminoácidos no esenciales contribuye a la disminución de los requerimientos de aminoácidos esenciales. Si los primeros no se proveen al organismo, este debe sintetizarlos a partir de aminoácidos esenciales.

• Hidrólisis de proteínas corporales: conjuntamente con el mecanismo de síntesis endógena, la hidrólisis de las proteínas tisulares que han cumplido su ciclo vital proporciona aproximadamente los dos tercios del total de aminoácidos utilizados por el organismo, lo cual corresponde por lo menos a unos 150 gramos diarios. La velocidad de recambio difiere de una proteína a otra. En promedio, la vida media de las proteínas humanas es de alrededor de 80 días. La reposición es total, ya que se produce una degradación completa a aminoácidos y la resíntesis de nuevas moléculas. En el metabolismo de proteínas no existe alargamiento o acortamiento de cadenas preexistentes, como ocurre con el glucógeno y los ácidos grasos.

Los aminoácidos del fondo común pueden ser utilizados con diversos propósitos, ya sea reparar las proteínas corporales, sintetizar compuestos nitrogenados no proteicos de carácter esencial o producir energía para sostener procesos endergónicos.

• Síntesis de proteínas corporales: la cuota principal (75%) del fondo común de aminoácidos es empleada en la reposición de las proteínas que han sido degradadas o eliminadas por excreción y descamación. Las proteínas son ensambladas por unión de aminoácidos mediante enlaces peptídicos en el orden indicado por los genes. Este mecanismo biosintético comprende a proteínas estructurales (colágeno, elastina), funcionales (hemoglobina, miosina, actina), catalíticas (enzimas), reguladoras (hormonas) y defensivas (anticuerpos). El organismo cumple todos y cada uno de dichos procesos de síntesis, siguiendo un estricto orden de prioridades. En caso de existir riesgo de agotamiento del fondo común, como ocurre por ejemplo cuando la dieta es insuficiente en compuestos proteicos, se mantiene y asegura la síntesis de proteínas vitales (enzimas, hormonas, etc.), en tanto queda transitoriamente suspendida la formación de proteínas con función primordialmente estructural (colágeno, elastina, proteínas musculares, etc.). La mayor parte de las proteínas experimenta una renovación completa, lo cual implica la apertura de todos los enlaces peptídicos, y su posterior reconstitución a partir de aminoácidos nuevos. En menos cuantía se lleva a cabo una renovación parcial, donde un segmento de la molécula proteica es reemplazado por otro idéntico elaborado en base a los aminoácidos constituyentes.

• Síntesis de compuestos nitrogenados no proteicos: a partir de determinados aminoácidos se producen en el hombre un conjunto de sustancias nitrogenadas esenciales de naturaleza no proteica, tales como bases púricas y primidínicas, colina, noradrenalina, adrenalina, serotonina, ácido nicotínico, creatinas y ácido -aminobutírico.

• Producción de energía: los aminoácidos que no son empleados en la formación de proteínas ni de compuestos nitrogenados esenciales tienen tres alternativas metabólicas: convertirse en glucosa por gluconeogénesis, formar cuerpos cetónicos a través de la cetogénesis u oxidarse mediante el ciclo de Krebs. Esta última posibilidad confiere a los aminoácidos e carácter de combustibles, cuya degradación hasta CO2 y H2O rinde unas 4 kilocalorías/gramo. Valiéndose de la degradación oxidativa de aminoácidos, el organismo obtiene de un 10 a un 20% de la energía requerida para atender las demandas corporales.

El metabolismo de los aminoácidos se resume en la siguiente figura:

Catabolismo de aminoácidos

Las reacciones degradativas de los aminoácidos tienen lugar principalmente en el hígado, siguiéndole en orden de actividad al riñón. El músculo esquelético, en cambio, tiene muy poca capacidad para catabolizar aminoácidos.

Cualquiera sea el destino de los aminoácidos, su catabolismo comprende una fase inicial que comienza con la eliminación del grupo amino, formándose un -cetoácido que puede completar su degradación en la fase final, incorporándose en las reacciones del ciclo de Krebs. En última instancia, el grupo amino es eliminado bajo la forma de amoníaco (NH3), el cual, en el hombre, es convertido principalmente en urea.

Los aminoácidos inician su degradación por procesos que separan el grupo amino, el cual sigue un camino diferente en su metabolización. La eliminación del grupo amino puede llevarse a cabo por dos reacciones generales, que son de transferencia (transaminación) y de separación del grupo amino (desaminación oxidativa).

Transaminación

Consiste en la transferencia reversible de un grupo amino desde el aminoácido a un -cetoácido receptor. A consecuencia de la reacción, el primero de ellos se convierte en un -cetoácido, en tanto que el último es transformado en un aminoácido. Como se trata de reacciones comunes a todos los aminoácidos, con la excepción de lisina y treonina, la transaminación sirve para que diversos tipos de células logren sintetizar aminoácidos no esenciales. La ecuación general de la reacción es:

Las enzimas que catalizan estas reacciones, denominadas transaminasas, aminotransferasas o aminoferasas, están localizadas tanto a nivel mitocondrial como citoplasmático y su actividad es dependiente de la

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