1TEMA 25

Tema 25. Panorámica general del metabolismo de los aminoácidos.

Panorámica general del metabolismo de los aminoácidos. Origen de los aminoácidoscorporales. Aminoácidos esenciales. Enzimas proteolíticas digestivas. Absorción deaminoácidos. Transportadores de aminoácidos y ciclo del gamma-glutamilo. Ladegradación de proteínas corporales como fuente de aminoácidos. Proteasaslisosomales y citoplasmáticas. Señales para la degradación de proteínas.Ubiquitilación. Proteosoma. Regulación de la degradación de las proteínasmusculares. Enfermedades del transporte de aminoácidos.

BIOQUÍMICA-1º de Medicina Departamento de Biología Molecular

Javier León

2TEMA 25

N2atmosférico

Proteínas animales

DIETA HUMANA

Incorporación de nitrógeno

Prots. vegetalesDieta de hervíboros

Bacteria

s fija

doras

de N

AA en intestino

AA en sangre

AA en células

Proteínas celulares

TRADUCCIÓN

DIGESTIÓN

ABSORCION

TRANSPORTE AL CITOPLASMA

3TEMA 25

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”.

4TEMA 25

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

“Lehninger Principios deBioquímica", 4ª ed. Nelson, D.L.y Cox, M.M. Omega. 2006.

Buscad los nombres de los

aminoácidos

5TEMA 25

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

6TEMA 25

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.

YEXCRECIÓN DE AA

EXCESO DEPROTS. DIETA

Pool de aminoácidos

~ 100 g

Proteínas tisulares

SINTESIS~ 300 g/d

DEGRADACIÓN~ 300 g/d

Otras rutasbiosintéticas:bases, hormonas, neurotransmisores, etc

DEGRADACIÓNY

EXCRECIÓN

Urea en orina~ 30-40 g /día

Moléculas del cicloKrebs y acetil-CoA

7TEMA 25

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 apareceen 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

8TEMA 25

ESTÓMAGO

HCl

PepsinógenoH+

Pepsina

PANCREAS

HCO3-

TripsinógenoEnteropeptidasa

Tripsina

Quimotripsinógeno QuimotripsinaTripsina

Proelastasa Tripsina Elastasa

Procarboxipeptidasas A, B Carboxipeptidasas A, B*Tripsina

MUCOSA INTESTINAL Aminopeptidasas*

*Exoproteasas

Enteropeptidasa (membrana celular)

Prolipasa

Lipasa

Principales enzimas proteolíticos del tubo digestivo

9TEMA 25

Especificidad de aminoácido Ejemplos

Aminoácidos neutros de pequeño tamaño Ala , Ser, ThrAminoácidos neutros y aromáticos grandes* Ile, Leu, Val, Tyr Trp, PheAminoácidos básicos* Arg, Lys, Ornitina, CistinaGlicina y prolina Pro, Gly, HidroxiprolinaAminoácidos ácidos Asp, Glu

Transporte de aminoácidos:a) Co-transportadores aminoácido-sodio

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

VENA PORTATransportefacilitado

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

10TEMA 25

Transporte de aminoácidos:b) Ciclo del γ-glutamilo

γ-glutamil-aminoácido

Cys-Gly

5-oxo-prolina

Aminoácido(intracelular)

Cys ATP

ADP+ Pi

Glutamato

GlyADP+Pi

ATP ATPADP+ Pi

Membrana deIntestino, riñón, hígado

γ-glutamil transpeptidasa

Glutatión(GSH)

Aminoácido(exterior)

Buscad la estructura

11TEMA 25

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

SustratoCISTEIN-PROTEASAS ASPARTIL-PROTEASAS METALO-PROTEASAS

12TEMA 25

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

13TEMA 25

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)

14TEMA 25

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

15TEMA 25

1) La vida media de las proteínas es muy variable2) Su estabilidad está regulada3) 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

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

16TEMA 25

Premios Nobel de Química de 2004

Aaron Ciechanover(Israel Institute of Technology)

Avram Hershko(Israel Instituteof 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

17TEMA 25

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

48

Lys de proteina a degradar

Ubq

Ubq

18TEMA 25

Ultraestructura del proteasoma

Estudiado en

Biologia Celular

(“Biochemistry”. Berg, J., Tymoczko, J. Stryer, L. Ed. W.H. Freeman. 2003)

Tapa

Tapa

Proteosoma 26S

19TEMA 25

-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

20TEMA 25

E2: Proteína transportadora de Ubiquitina.

E1 SUbiquitina

CO

E2 SH+ E1 SH + E2 SUbiquitina

CO

Ubiquitilación de proteínas

Ubiquitina CO

O-+ ATP E1 S UbiquitinaC

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+ PROTEINA

E2 S

Ubiquitina

CO

+PROTEINA

UbiquitinaUbiquitina

Ubiquitina

E3 E3

21TEMA 25

Conjugación de ubiquitina para degradar proteínas

Péptidos de 7-9 AA

(www.nobelprize.org)

E1: Enzima activadora de UbqE2: Proteína transportadora de Ubq: unos 30 E3: Ubq ligasa específica de proteína(s):Hay unos 100 complejos E3. en humanos

La Ubiquitina se recicla

22TEMA 25

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.

23TEMA 25

ciclina Aciclina Eciclina B

Niv

eles

de c

iclin

a

G0 G1 S G2 M

La degradación de cliclinas a lo largo del ciclo celular

Degrón

24TEMA 25

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

25TEMA 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

26TEMA 25

Inhibidores de proteasas como anti-retrovirales

"Biochemistry". 3ª ed. Garret, R.M. and Grisham,

Busca el enlace

peptídico

27TEMA 25

Inhibidores de proteasas como antitumorales

Borzetomib (Velcade

28TEMA 25

PROTEOLISIS

TUMOR

METASTASIS

Inhibidores de MMPs:TIMP-1TIMP-2

Inhibidores de proteasas como antitumorales

MMPs:ColagenasasEstromalisisnasGelatinasas

Otras proteasas:Activ. plasminógenoPSA

29TEMA 25

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

30TEMA 25

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