Metabolismo del esqueleto carbonado de los aminoácidos

Principales vías de utilización del residuo libre de nitrógeno

Una vez que el aminoácido pierde su grupo amino, la porción de carbono restante (el $\alpha$-cetoácido) se incorpora a diversos procesos metabólicos. Existen cinco direcciones principales para su aprovechamiento:

1. Función energética. Oxidación del esqueleto de carbono a dióxido de carbono ($CO_2$) y agua ($H_2O$) con liberación de energía.
2. Síntesis de aminoácidos no esenciales. El residuo libre de nitrógeno puede volver a recibir un grupo amino mediante reacciones de transaminación, transformándose en otro aminoácido.
3. Reacciones anapleróticas. Los esqueletos de carbono se utilizan para reponer la reserva de metabolitos de la vía catabólica común (en particular, del ciclo de Krebs) o para crear otros compuestos importantes.
4. Gluconeogénesis. El proceso de formación de moléculas de glucosa a partir de precursores no glucídicos.
5. Cetogénesis. Síntesis de cuerpos cetónicos.

Productos finales del catabolismo y aminoácidos glucogénicos

Independientemente de la complejidad de su estructura, el catabolismo del esqueleto de carbono de cualquier aminoácido se reduce en última instancia a la formación de solo seis compuestos básicos. Todos ellos son participantes de la vía catabólica común o del ciclo de los ácidos tricarboxílicos (CAT):

• Piruvato;
• Acetil-CoA;
• $\alpha$-cetoglutarato;
• Succinil-CoA;
• Fumarato;
• Oxalacetato.

Un grupo especial lo constituyen los aminoácidos glucogénicos. Estos incluyen aquellas moléculas cuyo residuo libre de nitrógeno se convierte, durante su degradación, en piruvato o en productos intermediarios del CAT (como $\alpha$-cetoglutarato, succinil-CoA y fumarato). En última instancia, todos estos metabolitos se transforman en oxalacetato, que es un sustrato directo para la gluconeogénesis (síntesis de glucosa).

Síntesis de aminoácidos no esenciales mediante transaminación

El armazón de carbono para ocho aminoácidos no esenciales (alanina, aspartato, asparagina, serina, glicina, prolina, glutamato, glutamina) y la cisteína puede construirse completamente a partir de la glucosa. El mecanismo central en este caso es la reacción de transaminación: la transferencia de un grupo $\alpha$-amino a un $\alpha$-cetoácido.

El donante universal del grupo amino en estas reacciones es el glutamato. El proceso es catalizado por las enzimas aminotransferasas (transaminasas), para cuyo funcionamiento es indispensable el cofactor piridoxal fosfato (la forma activa de la vitamina $B_6$).

• La formación de alanina ocurre a partir del piruvato con la participación de la enzima alanina aminotransferasa (ALT). El piruvato acepta el grupo amino del glutamato.
• La formación de aspartato se produce a partir del oxalacetato por acción de la aspartato aminotransferasa (AST).
• La formación del propio glutamato se lleva a cabo mediante la transferencia de un grupo amino al $\alpha$-cetoglutarato.

Estas reacciones son reversibles, lo que le permite al organismo redistribuir el nitrógeno de manera flexible según la dieta actual (por ejemplo, en una dieta vegetariana rica en carbohidratos y glutamato).

Vías específicas de formación de aminoácidos individuales

Además de la transaminación directa, existen otros mecanismos para la formación de aminoácidos:

• Reacciones de amidación. La glutamina y la asparagina se forman a partir del glutamato y el aspartato, respectivamente. Este proceso requiere un gasto de energía (hidrólisis de ATP). Durante la síntesis de glutamina, la enzima glutamina sintetasa incorpora amoníaco libre. En la formación de asparagina, el donante del grupo amido es la propia glutamina.
• Síntesis a partir de productos intermediarios de la glucólisis. El precursor de la serina es el 3-fosfoglicerato. A su vez, la serina sirve como sustrato para la formación de glicina (la reacción requiere el cofactor tetrahidrofolato) y cede su esqueleto de carbono para la síntesis de cisteína.
• Aminoácidos condicionalmente esenciales. La tirosina y la cisteína requieren la presencia de aminoácidos esenciales para su síntesis. La tirosina se sintetiza mediante la hidroxilación de la fenilalanina, mientras que para la formación de cisteína se necesita metionina, que actúa como donante del átomo de azufre.
• Aminoácidos parcialmente esenciales. La arginina y la histidina se forman en el organismo, pero en cantidades insuficientes para cubrir todas las necesidades (especialmente en los niños). La arginina se sintetiza como un producto intermediario del ciclo de la ornitina, y la histidina a partir de ribosa y ATP.

En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema

Preguntas de clases y exámenes

Qué más repasar sobre el tema

• Mecanismo de la reacción de transaminación y el papel de la vitamina B6
• Relación del metabolismo de la serina, la glicina y el ácido fólico
• Ciclo de la ornitina y formación de arginina
• Gasto energético en las reacciones de amidación (glutamina sintetasa)
• Especificidad de las enzimas ALT y AST en el diagnóstico clínico

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