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Metabolismo de las proteínas

  • Escrito por Alberto Rodriguez

Esta es la última parte de una recopilación de artículos dedicados a la bioquímica de los alimentos que he querido crear para intentar hacer llegar a un público sin grandes ideas de la materia qué es lo pasa en nuestro cuerpo cuando ingerimos cualquier macronutriente, la bioquímica es mucho más compleja de lo que yo aquí intento explicar, pero la idea es que se pueda entender sin ser un superdotado.

Adjunto los links a los capítulos anteriores por si alguien empiece por este, como he comentado anteriormente esta información no es mía, yo sólo me he limitado a estudiar sobre el tema y hacer un resumen que sea lo más entendible posible, la información aquí presentada está sacada en su mayoría del libro Bioquímica, Conceptos Esenciales, de la Editorial Médica Panamericana. Si en algún momento hay información de otra fuente añadiré la correspondiente cita.

Metabolismo de los Carbohidratos

Metabolismo de los ácidos grasos

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LA DEGRADACIÓN DE LAS PROTEÍNAS

La degradación de las proteínas debe estudiarse fundamentalmente a dos niveles, dependiendo de la localización del proceso.

En el tracto digestivo, donde se procesan las proteínas exógenas o ingeridas de la dieta, es la denominada síntesis de proteínas. Este proceso digestivo permite obtener los aminoácidos en forma libre, necesarios para sintetizar las proteínas propias, así como otras biomoléculas que se forman a partir de ellos.

En el interior de la célula, donde se procesan las proteínas endógenas, se suele conocer como recambio proteico. Este proceso es de gran utilidad para reciclar los aminoácidos de proteínas que ya no son útiles para el organismo y generar nuevas proteínas u otras biomoléculas a partir de aminoácidos presentes. También sirve para la eliminación de Aminoácidos dañados.

En cualquier organismo existe en un momento dado una reserva de aminoácidos corporales que debe mantenerse constante. En el caso del hombre, dicha reserva disminuye entre 60 y 100gramos diariamente por degradación y eliminación a través de la vía urinaria y fecal, o bien por conversión metabólica de los aminoácidos a otros compuestos. Por este motivo se hace necesario ingerir una cantidad similar en la dieta para reponer dicha pérdida. Además diariamente se procesan entre 300 y 400gr de proteínas tisulares (proteínas de los tejidos o referentes a ellos) hasta rendir aminoácidos libres, mientras se genera aproximadamente la misma cantidad de proteínas a partir de aminoácidos.

Enzimas digestivas de las proteínas

La digestión de las proteínas exógenas en el tracto digestivo tiene un papel clave para generar aminoácidos libres. En el ser humano existen aminoácidos que sólo pueden conseguirse de la dieta, ya que el propio organismo no logra sintetizarlos por sí mismo. Estos aminoácidos se denominan esenciales y son isoleucina (Ilu), leucina (Leu), lisina (Lys), metionina (Met), fenilalanina (Phe), treonina (Thr), triptófano (Trp), valina (Val) e histidina (His, esta última sólo en Niños).

A los restantes aminoácidos, Alanina, Ácido glutámico, Ácido aspártico, Glicina, Serina, Prolina, Glutamina, Asparagina, Cisteína, Histidina, Arginina, se les considera no esenciales, porque el organismo tiene las enzimas requeridas para su biosíntesis

Hago un offtopic para añadir, sacado de The Protein Book, de Lyle Mcdonald, que:

“El aminoácido Glutamina (Gln) es normalmente considerado no esencial, el cuerpo puede fabricarla en cantidades y por ende no es necesario obtenerlo de la dieta. Sin embargo, bajo condiciones específicas como gran cantidad de estrés, traumatismos o quemaduras el cuerpo puede requerir más glutamina de la que puede producir. Bajo estas condiciones un extra de glutamina debe provenir de la dieta (normalmente usando un suplemento). Entonces, la glutamina puede considerarse un aminoácido esencial en ciertas condiciones, en las que se convierte en esencial (AA).”

La glutamina posee dos átomos de hidrógeno a diferencia de la mayoría de AA que poseen uno sólo. Esta característica la convierte en una molécula ideal para colaborar en el transporte de nitrógeno a través del cuerpo.

El proceso digestivo de las proteínas se ve favorecido por la desnaturalización de las mismas en el estómago, proceso meramente químico en el que la fuerza desnaturalizante procede del pH ácido del estómago debido a la presencia del ácido clorhídrico (HCl). Este proceso genera cadenas de proteínas más o menos lineales, mediante la ruptura de los enlaces débiles que establecen la conformación nativa y de los puentes de disulfuro (enlace covalente entre grupos –tiol de dos cisteínas) y otras interacciones entre cadenas, lo que facilita la posterior acción de las enzimas digestivas.

Una vez desnaturalizada la proteína comienza la hidrólisis proteica, mediante rotura de enlace peptídico. En dicha fase se degradan las proteínas desnaturalizadas hasta dar péptidos, dipéptidos y aminoácidos libres, que son las únicas formas que pueden absorber las células epiteliales del intestino.

Las enzimas digestivas se sintetizan normalmente en forma de zimógenos o proenzimas, desde células de la mucosa gástrica, células del páncreas exocrino y enterocitos del intestino.

Los zimógenos son enzimas que se secretan de forma inactiva y, generalmente, se activan de manera secuencial. Algunos se activan por el pH y otros por proteólisis parcial. Este último mecanismo de hidrólisis se basa en que otra enzima activa al zimógeno, produciéndose una cascada de activaciones. Cada una de estas formas activas rompe únicamente determinadas enlaces de la proteína a degradar, de modo que sólo el conjunto de todas ellas produce la degradación total de dicha proteína.

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El pepsinógeno es un zimógeno que, al entrar en contacto con el pH ácido del estómago se convierte en pepsina activa; el péptido que mantenía inactivo al pepsinógeno se digiere como una proteína más.

La pepsina hidroliza parcialmente las proteínas de la dieta. A nivel estomacal también interviene la renina, que es una proteasa que actúa sobre las caseínas de la dieta, por lo que se hace especialmente importante en el periodo lactante.

En el intestino delgado se encuentra la enteropeptidasa, que actúa sobre el primer zimógeno, el tripsinógeno, para generar tripsina. La tripsina tiene capacidad autoproteolítica, es decir, que puede actuar sobre su propio zimógeno y también puede atacar a otros.

Finalmente, los dipéptidos, tripéptidos y aminoácidos libres se asimilan por las células intestinales, normalmente a nivel del yeyuno, mediante transportadores específicos dependientes del Na+ (Ion del sodio) en el proceso conocido como absorción intestinal. Los péptidos se hidrolizan completamente dentro del enterocito gracias a las dipeptidasas y tripeptidasas, que dejan aminoácidos libres para ser aprovechados por las células intestinales.

Los aminoácidos pueden pasar a la sangre y directamente transportarse por todo el organismo. También pueden emplearse para sintetizar proteínas, normalmente apoproteínas de las lipopoproteínas. (Explicación en el cap. De ácidos grasos.)

Determinadas patologías pancreáticas o intestinales pueden producir déficit de ciertas enzimas digestivas. Un procesamiento incorrecto de las proteínas ingeridas en la dieta provoca que no puedan ser absorbidas ni, por lo tanto, aprovechadas. En estos casos suele recurrirse a la ingestión de hidrolizados de proteínas.

Recambio protéico

Hace referencia a la degradación intracelular de las proteínas, con la finalidad de reciclar o degradar los aminoácidos de las mismas. Esta proteólisis puede darse en los lisosomas o en el citoplasma.

Proteólisis lisosómica. Ocurre en vesículas intracelulares especializadas, los lisosomas. El interior de estos orgánulos se encuentra a un pH de 5,5. Y contiene proteasas e hidrolasas encargadas de la digestión de las proteínas. Puede ser Autofágica o Hetorofágica, dependiendo de si actúa sobre proteínas intra o extra celulares.

Proteólisis Citoplásmica. Tiene lugar a partir de proteasas dependientes de Ca2+ (ion del calcio) o bien mediante una estructura denominada proteosoma, que es un complejo multienzimático con diversas actividades catalíticas.

LA DEGRADACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS

En el proceso de degradación de los AA (aminoácidos, para no repetir la palabra mil veces). Hay dos partes claramente diferenciadas, la primera la determina el grupo amino, que debe ser eliminado de la estructura del AA y transportado de forma segura hasta su eliminación del organismo, y la segunda implica la eliminación o aprovechamiento del resto del AA, es decir, el esqueleto carbonado.

La correcta eliminación del grupo amino es muy importante, porque es relativamente fácil que dicho compuesto acabe formando amoníaco en el organismo. El amoníaco es un tóxico potencialmente muy peligroso para el ser vivo, cuando se acumula y origina hiperamonemia. El amoniaco se vuelve especialmente tóxico para el cerebro por diferentes motivos:

1.- Interfiere con el intercambio iónico a través de las membranas.

2.- Bloquea el Ciclo de Krebs.

3.- El amonio, en presencia de glutamato produce glutamina, y su acúmulo puede producir edema cerebral. (He ojeado pubmed y alguna web del estilo y no encuentro cuál es el nivel de concentración de glutamina en el cerebro para que se produzca este problema).

Para la separación del grupo amino todos los aminoácidos sufren una reacción de transaminación, que forma un nuevo aminoácido y un nuevo cetoácido; finalmente todos los grupos amino se transfieren al α-cetoglutarato, formando glutamato que es la única molécula que puede ser objeto de una desaminación oxidativa rápida.

Transaminación

Las transaminasas o aminotransferasas son enzimas muy importantes en la degradación y también en la síntesis de aminoácidos. Existe una gran variedad de transaminasas, prácticamente una por cada AA.

Las dos de mayor importancia son la GOT, o glutamato oxalacetato transaminada, y la GPT, o glutamato piruvato transaminasa. Ambas juegan un papel clave en el transporte y eliminación de los grupos amino, su medición en sangre sirve para diagnóstico de enfermedades hepáticas.

Me permito añadir un poco de offtopic para decir que en ocasiones, en sujetos deportistas aparecen alterados estos valores en una analítica, sobre todo si se hacen en días posteriores a entrenos intensos, esto deduzco (lo mismo digo una chorrada, si es así que alguien me corrija.) que la elevación de dicho marcador en estos casos está producida por una alteración en el nivel de concentración de las mismas dado que, como se ha comentado, juegan un papel importante en el papel de transporte de los AA, creo que no hace falta que explique lo que pasa con los aminoácidos musculares cuando se entrena.

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Desaminación

La mayoría de los AA son desaminados por transaminación, formando siempre glutamato. La pérdida del grupo amino del glutamato así formado se produce gracias a la acción de la glutamato deshidrogenasa.

Como consecuencia se libera en forma de amonio el nitrógeno recogido de todos los grupos amino de todos los aminoácidos. El amonio se genera principalmente en el hígado y en el hombre se elimina habitualmente a través del ciclo de la urea. (Omito explicar dicho ciclo porque química pura y dura)

En relación al ciclo de la Urea existen una serie de enfermedades producidas por fallo o déficit de las diversas enzimas relacionadas con el mismo, las alteraciones se manifiestan por la elevación del amonio plasmático, cuando éste supera los 60micromoles por litro (hiperamonemia) se puede producir daño cerebral.

Entre las enzimas que pueden fallar se encuentran la Ornitina transcarbamoilasa, La Arginina Succinato sintetasa, la Arginasa y la Carbamoíl-fosfato sintetasa.

LA BIOSÍNTESIS DE AMINOACIDOS

La biosíntesis de aminoácidos consiste en crear nuevos aminoácidos a partir de otros intermediarios metabólicos, las vías de síntesis están sujetas a inhibición alostérica de sus enzimas. La síntesis de aminoácidos ocurre en caso de que el organismo no tenga suficiente ingesta de proteínas para degradar en aminoácidos durante un periodo extendido de tiempo. Esta vía suele ser el último recurso para la obtención de los mismos ya que supone un gran costo energético para el organismo. Se suele dar en casos de bajas ingestas proteicas o ayunos prolongados. (En el libro sólo venía la síntesis de AA a nivel de plantas y bacterias, por lo que esto lo he sacado de Wikipedia.)

Familias de aminoácidos

A lo largo de este tedioso capítulo he descrito la biosíntesis de diversos aminoácidos, como la arginina a partir del ciclo de la urea, la glutamina por la glutamina sintetasa, la alanina… etc. A continuación y a modo de resúmen se comentaré las rutas de síntesis de otros AA haciendo especial hincapié a sus precursores, por ello es de gran utilidad agruparlos en familias que comparten un origen o precursor común.

Familia del glutamato. Está estrechamente relacionada con el Ciclo de Krebs, pues proceden de uno de sus intermediarios, el α-cetoglutarato, que sirve para la síntesis de glutamato. A partir del mismo se puede formar Ornitina, Citrulina y Arginina, aunque también se utiliza para la síntesis de Prolina y de glutamina, siendo ésta última el punto de inicio para la síntesis de Histidina y Triptófano.

Familia del aspartato. Está relacionada con el oxalacetato, también perteneciente al Ciclo de Krebs y que originan aspartato, a partir del mismo se sintetizan la Asparganina, Lisina, Metionina, Homocisteína, Treonina, y a partir de esta última se origina Isoleucina.

Familia de la serina (3-fosfoglicerato). El 3-fosfoglicerato es un intermediario de la glucólisis que aporta el esqueleto carbonado para la síntesis de la Serina.

Familia del piruvato. Muchos aminoácidos pueden reaccionar con el piruvato a través de distintas transaminasas originando Alanina, pero sobre todo se origina a partir de la GPT/ALT. Además el piruvato es también precursos de la Valina y la Leucina.

Familia de los aromáticos. Los aminoácidos aromáticos, Fenilalanina, Tirosina y Triptófano, se forman a partir del fosfoenolpiruvato (intermediario de la glucólisis) y de la eritrosa-4-fosfato (un intermediario del ciclo de las pentosas fosfato).

Familia de la Histidina. La biosíntesis de la Histidina es una ruta compleja que se caracteriza por estar formada por once pasos metabólicos no ramificados.

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Función precursora de los aminoácidos

Además de tener un papel muy destacado como base para la síntesis de proteínas, los aminoácidos son precursores de varias biomoléculas muy importantes, entre ellas destacan la síntesis de nucleótidos, la formación de neurotransmisores u hormonas. Algunos AA como la Serina colaboran en la síntesis de lípidos

Síntesis de creatina y creatinina. La creatina es un nutriente esencial para los músculos, formado a partir de glicina y arginina en el hígado. Es la fuente directa e inmediata para regenerar ATP en las células musculares, donde se almacena como reserva en forma de fosfocreatina o creatina fosfato. Esta reserva es necesaria para desarrollar energía muscular de manera inmediata.

La creatinina es un compuesto orgánico generado en la degradación de la creatina. Es un producto de deshecho del metabolismo normal de los músculos que usualmente es producido por el cuerpo en una tasa muy constante, (dependiendo de la masa de los músculos) y, normalmente, filtrado por los riñones y excretado en la orina. La medición de la creatinina es la manera más simple de monitorizar la correcta función de los riñones.

Derivados de aminoácidos. A partir de los aminoácidos se obtienen multitud de pequeñas moléculas de gran importancia para el funcionamiento correcto de los organismos, existen varios tipos.

Derivados del Triptófano, como la Serotonina, que regula el peristaltismo intestinal, actúa como vasoconstrictor, regula el SNC y ayuda a regular el sueño y la vigilia; y la melatonina, que también regula el sueño y la vigilia.

Derivados del Glutámico GABA o ácido γ-aminobutírico, que interviene en la transmisión del impulso nervioso, es el principal neurotransmisor inhibitorio cerebral.

Derivados de la Tirosina:

1.-Catecolaminas, como Dopa, dopamina, noradrenalina y adrenalina, implicadas en la transmisión del impulso nervioso.

2.- Melaninas rojas y negras.

3.-Hormonas tiroideas, Triyodotironina (T3) y tiroxina (t4)

A partir de Serina y Glicina se forman compuestos muy activos metabólicamente, tales como bases nitrogenadas, glutatión, esfingosa, y además, grupos polares como la etanolamina, serina y colina, necesarios para la síntesis de los fosfoglicéridos de las membranas biológicas.

Por último cabe destacar que muchos aminoácidos (sobre todo los aromáticos) son origen de compuestos con gran interés médico o farmacéutico, como los alcaloides (morfina y opiáceos).

Enfermedades del metabolismo de los aminoácidos

Albinismo. Es una alteración genética que ocasiona defecto en la producción del pigmento melanina o en su distribución. Normalmente ocurre por déficit de Tirosinasa, de tal manera que no se transforma la tirona en melanina. La falta de melanina puede presentarse de dos formas: ocular, con falta de pigmento en la retina; y oculocutánea, más severa. Afecta al cabello, a la piel y al iris, que aparece blanco o rosado. Los albinos presentan fotosensibilidad y alteraciones visuales.

Homocistinuria. Se produce por deficiencia de la cistationina sintasa, que induce un aumento de homocisteína y metionina. Por la falta de enlaces disulfuro entre las proteínas se producen alteraciones esqueléticas: Osteoporosis, tórax en quilla, tórax excavado. También origina tromboembolia, dislocación del cristalino y miopía. Cuando es severa conduce al retraso mental.

Fenilcetonuria. Se produce por déficit hereditario de la fenilalanina hidroxilasa. Si no se detecta y, por tanto, no se trata, da lugar a un retraso mental profundo; pero, si se detecta de forma precoz e puede evitar este retraso mediante una alimentación con bajo contenido en fenilalanina y rica en tirosina.

Enfermedad del jarabe de arce. Los pacientes excretan cetoácidos e hidroxiácidos ramificados, dando un característico olor dulzón a la orina. Produce acidosis y cetoacidosis en neonatos y niños; en gran porcentaje acaban en retraso mental y muerte en pocos años de vida. En algunos casos responden al tratamiento con tiamina en alta concentración.

Enfermedad de harnutp. Provocada por una alteración en el transporte de aminoácidos neutros, sintomatología causada por la pérdida de triptófano, se suele llamar como el “síndrome del pañal azul” porque tiñe las heces de este color.

Quisiera añadir a este grupo la enfermedad de la Gota, principalmente porque es bastante popular, y si bien no está relacionada con el metabolismo de los aminoácidos sí que lo está con el de los nucleótidos que forman el ADN, y éstos tienen como base precursora muchos aminoácidos.

Enfermedad de la Gota. Está motivada por múltiples causas, pero siempre es la consecuencia del acúmulo de ácido úrico. Las concentraciones séricas normales del mismo están en torno a los 3-4mg/dl. La concentración elevada en sangre de urato monosódico se conoce como hiperuricemia. La sobresaturación en los líquidos extracelulares produce depósitos de urato monosódico y cristales de ácido úrico.

La gota afecta a hombres de mediana edad y está asociada a múltiples deficiencias aún no bien caracterizadas. Se trata con alopurinol, un inhibidor competitivo de la xantina oxidasa.

CONCEPTOS CLAVE

1.- El metabolismo de los compuestos nitrogenados abarca todas las rutas en las que están implicados compuestos como las proteínas, aminoácidos, nucleótidos, porfirinas, neutrotransmisores, hormonas, fosfocreatina y muchos más.

2.- La digestión de las proteínas comienza en el estómago, continúa a nivel intestinal y termina dentro del enterocito.

3.- El recambio proteico hace referencia a la degradación intracelular de las proteínas, destacando los procesos de proteólisis lisosómica y del proteosoma.

4.- El proceso de degración de los aminoácidos implica dos fases: la eliminación del nitrógeno y la eliminación del esqueleto carbonado.

5.- Las transaminasas o aminotransferasas son enzimas muy importantes en la degradación y también en la síntesis de aminoácidos.

6.- La mayoría de los aminoácidos son desaminados por transaminación.

7.- Los seres ureotélicos como el hombre, eliminan el nitrógeno de los aminoácidos en forma de urea en la orina, el amoníaco es especialmente tóxico para el cerebro.

8.- Una vez eliminado el grupo amino, el siguiente paso en la degradación de los aminoácidos es hidrolizar el resto del esqueleto carbonado. Los aminoácidos se pueden clasificar en glucogénicos y cetogénicos atendiendo a su producto final.

9.- Existen numerosas patologías relacionadas con la síntesis y degradación de los aminoácidos

Como en los capítulos anteriores, cualquier sugerencia o aportación que ayude a que este texto sea más didáctico, comprensible o completo será siempre bienvenida.

Resumido y compilado para Fisiomorfosis.com por A. Rodríguez


Publicado: 3 años 2 meses antes por Albertin #214009
Avatar de Albertin
Muchas gracias a todos y en especial a los mods por haberlos maquetado tan bien, creo que son entendibles a pesar de la complejidad de algunos términos.

Como siempre si veis algo mal decidlo y mejoramos todos, yo soy el primero que se equivoca.

Un saludo a todos y gracias de nuevo.
Publicado: 3 años 2 meses antes por Wolverine #214003
Publicado: 3 años 2 meses antes por Tonio #213961
Avatar de Tonio
Increíble curro por el artículo, se agradece; y karma merecido.

Desde luego, quien quiera información sobre el metabolismo de las proteínas - y de los otros macronutrientes - aquí en Fisiomorfosis no anda corto.

He leído por encima el artículo y hay cosas que se escapan de mis conocimientos sobre nutrición, pero merece una leída a fondo cuando tenga más tiempo; es un tema interesante.

Un saludo compañero.

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Publicado: 3 años 2 meses antes por Hopper #213960
Avatar de Hopper
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