METABOLISMO DEL NITRÓGENO
Descomposición por microorganismos Desechos orgánicos
Compuesto Orgánicos Nitrogenados ANIMALES
Amonificación NH3 Nitrosomonas Nitrosación
CICLO DEL NITRÓGENO
NO2― Nitratación
Asimilación
NO2―
NH3 Simbiosis biosis planta-bacterias Fijación del Sim nitrógeno Rhizobium, Rhizobium,Azo Azotobac tobacter, ter,
N2
Nitrogenasa
Nitrobacter
NO3― Nitratoredu Nitrato reductas ctasaa
Reducción
Compuesto Orgánicos Nitrogenados PLANTAS
Nitrificación
HNO Hidroxilamina
NH2OH
Ácido hiponitroso
Nitrito reductasa
Los desechos orgánicos son transformados por los microorganismos del suelo, produciendo amonio o amoniaco, proceso que se conoce como amonificación. El amoniaco de la etapa anterior es oxidado a nitrito por microorganismos del género Nitrosomonas presentes en el suelo de acuerdo con las siguientes reacciones: NH3 + H2O <-------> NH4OH MonoOxigenasa NH3 + 2H+ + O2 + 2e— ---------------------> NH2OH + H2O MonoOxigenasa NH4+ + H+ + O2 + 2e— ---------------------> NH2OH + H2O Hidroxilamina óxido-reductasa NO — + 5H+ + 4e— NH2OH + H2O ---------------------------------> 2
El nitrito es oxidado a nitrato por microorganismos del género Nitrobacter presentes en el suelo de acuerdo con la siguiente reacción: Nitrito óxido-reductasa NO2— + H2O + 2Cit-c(Fe3+) ---------------------------> NO3— + 2H+ + 2Cit-c(Fe2+)
El proceso de oxidación del amoniaco hasta nitrato se lleva a cabo en el suelo y es conocido como nitrificación. El nitrato formado es absorbido por las plantas.
En la planta, el nitrato es reducido hasta amoniaco, en un proceso que se denomina reducción. En una primera etapa, el nitrato es reducido a nitrito por la enzima nitrato reductasa. Enseguida el nitrito es reducido hasta amoniaco por la enzima nitrito reductasa. El amoniaco es incorporado a moléculas orgánicas mediante dos tipos de reacción, 1) Aminación reductiva, 2) formación de amidas. COO― І CH2 Alfa-cetoglutarato І CH2 І C ═ O І COO― COO― І CH2 І CH2 І NH2- C-H І COO―
NH3 + H+ + NADH
NAD+ + H2O
Glutamato deshidrogenasa
NH4+ + ATP Glutamina sintetasa
ADP + Pi
COO― І CH2 І CH2 І NH2- C-H І COO― NH2 ǀ C ═ O І CH2 І CH2 І NH2- C-H І COO―
Una vez incorporado el nitrógeno a esqueletos hidrocarbonados para producir moléculas orgánicas nitrogenadas, éstas son utilizadas para sintetizar otros aminoácidos, proteínas, vitaminas, nucleótidos, etc., a través de complejas vías metabólicas.
Los organismos animales, al ingerir alimentos vegetales, está ingiriendo compuestos orgánicos nitrogenados previamente elaborados por las plantas. Posteriormente, el nitrógeno es utilizado para sintetizar los compuestos nitrogenados propios de las células animales. Al proceso de incorporación del nitrógeno a moléculas orgánicas, tanto en plantas como en animales, se le conoce como ASIMILACIÓN del nitrógeno. Además de las formas previamente mencionadas, las plantas pueden utilizar el nitrógeno en su forma de urea. La urea puede ser absorbida por la planta y, una vez dentro, ser hidrolizada a amoniaco y CO2, o bien, puede ser hidrolizada por la ureasa presente en el suelo (bacteriana) hasta amonio y ácido carbónico (o CO2) y la planta absorbe el amonio. Captación de urea por las plantas
HCO3 –
H+ + 2H2O
O
║
NH2—C―NH2
O
2H+ + 2H2O
║
NH2—C―NH2
2NH4+
ureasa
ureasa
CO2 + H2O 2NH4+
O O
║ ║
NAD+ + Pi
CO2
NAD+
CH3 ─C ─ C ─O ─
NADH
Piruvato
O
ADP
O
Ferredoxina reducida
║
CH3 ─C ─O−P
Acetilfosfato
║
Ferredoxina oxidada
CH3 ─C ─OH
ATP
6Mg
Fe-Proteína reducida
Dinitrogenasa reductasa
6 Mg-ATP-Fe-Proteína reducida
Fe-Proteína oxidada 6 Mg-ADP + Pi
6 Mg-ATP-Fe-Proteína oxidada
6e— Mo-Fe-Proteína Mo-Fe-Proteína reducida oxidada ǀ ǀ Dinitrogenasa
FIJACION DEL NITROGENO
N2
N2
N2
Mo-FeProteína oxidada
6H+
2NH3
DIGESTIÓN DE LAS PROTEÍNAS Estómago Aquí inicia la digestión de las proteínas por la acción de la pepsina, una enzima de 33,000 Da que rompe preferentemente los enlaces peptídicos en los cuales se encuentre un aminoácido aromático, metionina o leucina.
Intestino delgado Quimotripsina a Rompe enlaces formados por aminoácidos aromáticos. c i
t á e r c n a p n ó i c e r c e S
Tripsina Rompe enlaces del extremo carboxilo de la arginina y la lisina. Carboxipeptidasa A Rompe enlaces del extremo carboxilo terminal cuando el aminoácido es hidrofóbico. Carboxipeptidasa B Rompe enlaces del extremo carboxilo terminal cuando el aminoácido es básico. Secreción intestinal Leucin-Amino-Peptidasa Rompe enlaces del extremo amino terminal.
ESQUEMA GENERAL DE LA DEGRADACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS Alanina Cisteína Glicina Serina Treonina
COO― І C ═ O І CH2 І COO―
Aspartato Asparagina COO― І HO―CH
І
Piruvato
Oxalacetato
COO― І CH2 І HO―C―COO― І CH2 І COO―
Citrato
║
HCH І COO―
C―COO― І CH2 І ― Cis-Aconitato COO
Malato
Acetil-CoA ―
Acetoacetil-CoA
COO І CH Fumarato
COO― І CH
CICLO DE KREBS
║
HC І COO―
COO― І CH2 Isocitrato HCІ―COO― І HO–C–H І COO― ―
Fenilalanina Tirosina Lisina Leucina Triptofano
Tirosina Fenilalanina
COO― І CH2 І H―C―H І COO―
Succinato
COO― І CH2 І H―C―H І C ═ O І S-CoA
Succinil-CoA
COO І CH2 І H―C―H І C ═ O α-cetoglutarato І COO―
Isoleucina Metionina Valina
Arginina Histidina Glutamina Prolina
Glutamato
La degradación de los aminoácidos se lleva a cabo en dos etapas generales, 1) Pérdida de su grupo amino, y 2) Conversión del esqueleto hidrocarbonado en un intermediario común a una vía metabólica como la glucólisis o el ciclo de Krebs. La eliminación del grupo amino se da por dos mecanismos: 1) Transaminación 2) Desaminación oxidativa
Reacción de transaminación
H І R―C—NH2 І COOH
+
R’―C ═ O І COOH
R―C ═ O І COOH
+
H І R’―C—NH2 І COOH
Mecanismo de transaminación. Etapa 1:
HO H3C
H2O
O = C―H ǀ CH2-O-P
N+
H І R―C—N = C―H І COOH
+
H І R―C—NH2 І COOH
HO
Enzima
CH2-O-P
H3C
Fosfato de Piridoxal-Enzima
N+
Enzima
Aldimina-Fosfato de piridoxal-Enzima
H ǀ R―C = N —C―H
NH2 —CH2 R―C = O І COOH
+
HO H3C
H2O
І COOH
HO
CH2-O-P
CH2-O-P H3C +
N
Enzima
Fosfato de Piridoxamina-Enzima
N+
Enzima
Cetimina-Fosfato de piridoxal-Enzima
Mecanismo de transaminación. Etapa 2: NH2 —CH2
R―C = N—CH2 І COOH
H2O HO H3C
CH2-O-P
N+
+
R―C = O І COOH
HO H3C
Enzima
Fosfato de Piridoxamina-Enzima
HO
O = C―H ǀ
H2O CH2-O-P
+ H3C
N+
Enzima
Cetimina-Fosfato de piridoxal-Enzima
En la degradación de la mayoría de los aminoácidos se utiliza al alfacetoglutararo como cetoácido receptor del grupo amino, produciéndose en la etapa 2 de la transaminación el glutamato.
H І R―C—NH2 І COOH
CH2-O-P
N+
Enzima
Fosfato de Piridoxal-Enzima
H І R―C—N = C―H І COOH HO H3C
CH2-O-P
N+
Enzima
Aldimina-Fosfato de piridoxal-Enzima
Desaminación oxidativa: El glutamato formado por transaminación puede sufrir una posterior desaminación oxidativa, catalizada por la enzima glutamato deshidrogenasa. NAD+
HOOC―CH2—CH2—CH—COOH ǀ NH2
NADH + H+
HOOC―CH2—CH2—C—COOH ǁ NH
H2O NH3 HOOC―CH2—CH2—C—COOH ǁ α-cetoglutarato O
CICLO DE LA UREA H2O
Arginina H2N-C –NH–(CH2)3-CH-COOH ǁ ǀ +NH NH 2 2
COO― І CH ǁ CH І COO―
Fumarato
4
O ǁ H2N – C – NH2
5
H2N–(CH2)3- CH-COOH Ornitina ǀ NH2
1. Carbamil-fosfato sintetasa 2. Ornitin-carbamil transferasa 3. Arginosuccinato sintetasa 4. Arginosuccinato liasa 5. Arginasa
COO― І CH2 Arginosuccinato І NH-C –NH–(CH HC — 2)3-CH-COOH ǁ ǀ І NH2 COO― +NH2
OOC - CH 2- CH - COO ― ǀ Aspartato NH3+
H2N-C –NH–(CH2)3-CH-COOH ǁ ǀ O NH2
―
―
NH3
OOC - CH 2- C - COO― ǁ Oxalacetato O
O ǁ H2N – C – OPO 32―
Carbamilfosfato
Pi
Citrulina
ATP
2ATP + CO2 + NH3 + H2O
1 2
ADP + Pi
3
H2N–(CH2)3- CH-COOH ǀ NH2
NH3 : Procede de la desaminación oxidativa del glutamato. NH3 : Procede de la transaminación del glutamato.
H2N-C –NH–(CH2)3-CH-COOH ǁ ǀ O NH2
RELACIÓN ENTRE LA BIOSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS Y OTRAS VÍAS METABÓLICA
Ácido fosfoglicérico
Ácido p-hidroxipirúvico
Serina
Glicina
Cisteína Eritrosa 4-fosfato
GLUCÓLISIS Ácido Pirúvico
Ácido shikímico
Alanina
Triptofano
Ácido oxalacético
Leucina
Fenilalanina
Arginina Tirosina
Valina Ornitina Hidroxiprolina
Prolina
Ácido alfacetoglutárico
Ácido glutámico
