Principales vías de utilización de los esqueletos de carbono
El destino de los residuos sin nitrógeno depende de las necesidades metabólicas actuales del organismo. Se distinguen tres direcciones principales para su utilización:
- Incorporación a la gluconeogénesis (vía principal). Los esqueletos de carbono son utilizados por las células para crear moléculas de glucosa. Este proceso se intensifica drásticamente en condiciones de ayuno o en la diabetes mellitus.
- Función anaplerótica. Si los componentes intermediarios de las vías comunes de catabolismo (por ejemplo, del ciclo de los ácidos tricarboxílicos - CAT) se han consumido en la síntesis de otras sustancias biológicamente activas, los residuos sin nitrógeno de los aminoácidos reponen su déficit.
- Papel energético. La oxidación completa de los esqueletos de carbono hasta dióxido de carbono ($CO_2$) y agua ($H_2O$) es teóricamente posible; sin embargo, en la práctica tiene poca importancia energética para la célula.
Clasificación de los aminoácidos según los productos de catabolismo
Dependiendo de los metabolitos en los que se conviertan los aminoácidos durante su degradación, se dividen en tres grupos:
- Cetógenos. Se degradan hasta acetoacetato o acetil-CoA. Sirven como fuente directa para la síntesis de cuerpos cetónicos. Representantes típicos: lisina (Lis) y leucina (Leu).
- Mixtos (glucocetógenos). Durante su catabolismo se forman dos productos simultáneamente. El primero es un metabolito de las vías comunes de catabolismo, que se destinará a la síntesis de glucosa. El segundo es acetil-CoA o acetoacetato, necesario para la cetogénesis. Representantes de este grupo: isoleucina (Ile), triptófano (Trp), fenilalanina (Fen) y tirosina (Tir).
- Glucógenos. A este grupo pertenecen todos los demás aminoácidos cuyos residuos sin nitrógeno pueden convertirse en glucosa.
Puntos de entrada en las vías metabólicas
Los esqueletos de carbono de diversos aminoácidos se transforman en compuestos intermediarios estrictamente definidos de la glucólisis y del ciclo de Krebs. La distribución es la siguiente:
- Se convierten en piruvato: alanina, glicina, serina, cisteína y (parcialmente) triptófano.
- Se convierten en acetil-CoA: la leucina y la lisina (cetógenas), así como la isoleucina, el triptófano, la fenilalanina y la tirosina.
- Se convierten en oxalacetato (OAA): aspartato y asparagina.
- Se convierten en fumarato: tirosina y fenilalanina.
- Se convierten en succinil-CoA: valina, isoleucina, metionina, treonina.
- Se convierten en $\alpha$-cetoglutarato: glutamato, glutamina, arginina, histidina y prolina.
Reacciones anapleróticas (de reposición)
Las reacciones anapleróticas son vías bioquímicas especiales que reponen la pérdida de productos intermediarios (sustancias activas) del ciclo de Krebs.
En el organismo se producen 5 reacciones principales de este tipo, siendo las dos primeras de la lista las de mayor importancia:
- Conversión en oxalacetato a través del piruvato. Los aminoácidos se convierten en piruvato, el cual se carboxila para dar oxalacetato. La reacción transcurre con consumo de $CO_2$. La enzima clave es la piruvto carboxilasa, cuyo cofactor es la biotina. El proceso tiene lugar en el hígado y en el tejido muscular.
- Conversión del glutamato en $\alpha$-cetoglutarato. Se lleva a cabo con la participación de la enzima glutamato deshidrogenasa o de diversas aminotransferasas. Esta reacción transcurre activamente en múltiples tejidos del organismo.
- Formación de succinil-CoA. La valina y la isoleucina se convierten en propionil-CoA y, posteriormente, en succinil-CoA. Esta vía funciona en todos los tejidos donde falta la enzima piruvato carboxilasa.
- Formación de fumarato. Se produce directamente a partir de aminoácidos; la reacción está localizada en el hígado.
- Formación directa de oxalacetato. También se lleva a cabo a partir de los esqueletos de carbono de los aminoácidos, predominantemente en el tejido hepático.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿A través de qué metabolitos intermediarios se convierten la fenilalanina y la tirosina en fumarato?
La conversión de la fenilalanina y la tirosina en fumarato se produce a través de una serie de metabolitos intermediarios sucesivos.
Durante el proceso de catabolismo se forman los siguientes compuestos:
- Tirosina (Tyr): producto formado durante la hidroxilación de la fenilalanina.
- p-Hidroxifenilpiruvato: se forma como resultado de la reacción de transaminación de la tirosina.
- Ácido homogentísico: se sintetiza a partir del p-hidroxifenilpiruvato.
- Maleylacetoacetato: metabolito que se forma como resultado de la ruptura del anillo aromático del ácido homogentísico.
- Fumarylacetato: se forma mediante la isomerización del maleylacetoacetato y posteriormente experimenta hidrólisis para dar fumarato y acetoacetato.
Para recordar fácilmente los aminoácidos cetógenos, utilice la regla de las «dos L»: Leucina y Lisina.
Preguntas de clases y exámenes
¿En qué consiste la función principal de los residuos sin nitrógeno?
Su destino principal es la incorporación al proceso de gluconeogénesis para la síntesis de glucosa, así como la reposición del déficit de metabolitos del ciclo de Krebs (función anaplerótica).
¿Cómo influye el cortisol en el metabolismo de los residuos sin nitrógeno?
El cortisol es la principal hormona que estimula la síntesis de glucosa a partir de aminoácidos. Actúa induciendo la síntesis de enzimas de la gluconeogénesis, del ciclo de la urea y de la alanina aminotransferasa (ALT) en el hígado.
¿Con qué fin se oxidan los esqueletos de carbono hasta dióxido de carbono y agua?
La oxidación completa hasta $CO_2$ y $H_2O$ se produce con el fin de obtener energía; sin embargo, esta vía se considera poco significativa en el balance energético general de la célula.
Qué más repasar sobre el tema
- Mecanismo de acción de la piruvato carboxilasa y la biotina
- Relación de la gluconeogénesis a partir de aminoácidos con la diabetes mellitus
- Regulación hormonal de las enzimas del ciclo de la urea
- Vía detallada del catabolismo de los aminoácidos glucocetógenos
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