Metabolisme dels Aminoàcids: Cicle de la Urea i Connexió amb el Cicle de Krebs
Síntesi d'Arginina a partir d'Ornitina (Cicle de la Urea)
Les altres reaccions del cicle tenen l'objectiu de sintetitzar arginina a partir d'ornitina. Aquest procés implica els següents passos:
- En primer lloc, es transfereix un grup carbamil a l'ornitina per formar citrul·lina, catalitzat per l'ornitina transcarbamilasa.
- Tot seguit, l'argininosuccinat sintetasa catalitza la condensació de citrul·lina i aspartat. La síntesi d'argininosuccinat està afavorida per la hidròlisi d'ATP en AMP i pirofosfat.
- Finalment, l'argininosuccinasa trenca l'argininosuccinat donant arginina i fumarat.
Aquestes dues reaccions que transfereixen el grup amino de l'aspartat per formar arginina preserven l'esquelet carbonat de l'aspartat en forma de fumarat.
Reacció Global del Cicle de la Urea
La reacció global del cicle de la urea és:
2 NH4+ + HCO3- + 3 ATP + H2O → Urea + 2 ADP + AMP + 4Pi + 5H+
Interconnexió amb el Cicle de Krebs a Través del Malat
La síntesi de fumarat a partir del cicle de la urea és important perquè lliga el cicle de la urea amb el cicle de Krebs. El fumarat s'hidrata a malat, que s'oxida a oxalacetat. Aquest intermediari clau pot tenir diversos destins:
- Pot transaminar-se fins a aspartat.
- Pot convertir-se en glucosa per la via de la gluconeogènesi.
- Pot unir-se a acetil-CoA per formar citrat.
- Pot convertir-se en piruvat.
Destinació dels Esquelets Carbonats dels Aminoàcids
L'estratègia de la degradació dels aminoàcids és formar els intermediaris metabòlics principals que puguin convertir-se en glucosa o bé oxidar-se en el cicle de Krebs. De fet, els esquelets carbonats dels vint aminoàcids diferents es canalitzen a tan sols set molècules:
- Piruvat
- Acetil-CoA
- Acetacetil-CoA
- α-Cetoglutarat
- Succinil-CoA
- Fumarat
- Oxalacetat
Aminoàcids Glucogènics i Cetogènics
Els aminoàcids es classifiquen segons el destí dels seus esquelets carbonats:
- Els aminoàcids que són degradats a acetil-CoA o acetacetil-CoA s'anomenen cetogènics perquè donen cossos cetònics.
- Els que es degraden a piruvat, α-cetoglutarat, succinil-CoA, fumarat o oxalacetat s'anomenen glucogènics.
La síntesi neta de glucosa a partir d'aquests aminoàcids és factible perquè els intermediaris del cicle de Krebs i el piruvat poden convertir-se en fosfoenolpiruvat i, posteriorment, en glucosa.
Anabolisme dels Aminoàcids
Els aminoàcids essencials han de ser ingerits en la dieta, ja que els mamífers només poden sintetitzar la meitat dels aminoàcids, els no essencials.
Biosíntesi d'Aminoàcids i Donadors de Nitrogen
Tots els aminoàcids deriven d'intermediaris de la glicòlisi i del cicle de Krebs. El grup α-amino de la majoria d'aminoàcids prové del grup α-amino del glutamat. La glutamina, l'altre donador important de nitrogen, aporta el nitrogen de la seva cadena lateral a la biosíntesi de diferents compostos biològics.
Síntesi de Glutamat i Glutamina
El glutamat es sintetitza a partir de NH4+ i α-cetoglutarat, un intermediari del cicle de Krebs, per acció de la glutamat deshidrogenasa. Aquest enzim també participa en la degradació d'aminoàcids:
- En la direcció biosintètica, el NADPH és el reductor.
- En l'oxidació, l'oxidant és el NAD+.
L'amoni s'incorpora a la glutamina per acció de la glutamina sintetasa sobre el glutamat, amb hidròlisi d'ATP.
Aminoàcids Essencials i Balanç Nitrogenat
Els aminoàcids que han de ser ingerits per la dieta s'anomenen essencials i, els altres, no essencials. Aquesta nomenclatura es refereix a les necessitats d'un organisme en una situació determinada: el cicle de la urea sintetitza suficient arginina per a un individu adult, però potser no per a un nen en creixement.
La deficiència d'un sol aminoàcid origina un balanç nitrogenat negatiu, i causa que es degradin més proteïnes de les que es sintetitzen. Els esquelets carbonatats dels aminoàcids procedeixen d'intermediaris de la glicòlisi, de la via de les pentoses fosfat o del cicle de Krebs.