Transaminación y Desaminación
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La Transaminación y la Desaminación son dos procesos que ocurren en la célula como parte de lo que denominamos metabolismo nitrogenado y tiene que ver con aquellos compuestos que contienen átomos de Nitrógeno en su estructura. Las principales moléculas que participan en el metabolismo nitrogenado son los aminoácidos y las bases nitrogenadas de los nucleótidos, aunque también hay pigmentos basados en el grupo Hemo.
La fuente más abundante de compuestos nitrogenados proviene del consumo de carne, que será degradada a proteínas y finalmente a aminoácidos a lo largo del proceso de digestión. Durante el metabolismo de los aminoácidos, el grupo funcional Amino (-NH2) debe ser removido para que el esqueleto carbonado (el resto de la molécula compuesta sobre todo por átomos de Carbono) pueda entrar a las rutas metabólicas para ser oxidado (degradado) y obtener energía a partir de él. Mientras que el grupo funcional Amino podrá ser usado para la síntesis de alguna biomolécula que necesite átomos de Nitrógeno. El exceso de grupos amino debe ser eliminado, ya que es potencialmente tóxico, pues se convierte en amoniaco (NH3) y posteriormente en amonio (NH4+).
El amonio es especialmente neurotóxico porque presenta una carga positiva y es muy pequeño por lo que interfiere con el potencial de acción de la membrana de las neuronas, lo que causa graves daños al cerebro. También bloquea al Ciclo de Krebs ya que se une al α-Cetoglutarato (formando Glutamato) e impide que continue el ciclo, produciendo una interferencia metabólica importante.
El Glutamato también puede ser convertido en Ácido γ-Aminobutírico (GABA, del inglés Gamma Amino Butiric Acid), un neurotransmisor de tipo inhibidor que en exceso puede provocar cefalea, sudoración, nauseas y sensación de hormigueo, síntomas del característico "síndrome del restaurante chino" que experimentan algunas personas después de comer en restaurantes orientales, debido a que condimentan fuertemente sus platillos con Glutamato Monosódico, la sal de Sodio del Ácido Glutámico (presente también en muchos platillos de comida rápida).
El Glutamato acumulado en presencia de altas concetraciones del ión amonio genera Glutamina, ayudando de este modo a remover el exceso de amonio en los tejidos, por lo que su presencia en sangre es indicador de algún trastorno en el metabolismo nitrogenado.
Como se ha comentado en el apartado de aminoácidos, estos tienen en común parte de su estructura y se diferencian en la denominada cadena lateral o grupo R. Tener un mecanismo de eliminación de grupos funcionales amino para cada tipo de aminoácido sería muy costoso para la célula y si algo sabemos es que las células economizan lo más posible.
Por esta razón, la evolución molecular seleccionó una estrategia muy ingeniosa: Pasar el grupo funcional Amino desde cualquier aminoácido al Cetoglutarato para formar al aminoácido Glutamato y que este se encargue de llevar a cabo el mecanismo de eliminación del nitrógeno. Esto es cierto a groso modo, los detalles y las excepciones son más complejas. Veamos el proceso general, pero antes abordemos un concepto clave: la similitud entre aminoácidos y cetoácidos.
Debido a su similitud estructural, un aminoácido se puede convertir en su cetoácido perdiendo el grupo funcional amino. De la misma manera, un cetoácido puede convertirse en aminoácido obteniendo un grupo funcional amino. Esto lo llevan a cabo las enzimas denominadas Transaminasas (también llamadas Aminotransferasas), es una reacción reversible que participa tanto en el catabolismo como en el anábolismo y está muy cerca del equilibrio por lo que la dirección de la reacción está determinada por la concentración de alguno de los dos componentes. Este proceso ocurre en el citoplasma celular.
Las enzimas Transaminasas requieren del cofactor Piridoxal Fosfato (derivado de la Vitamina B6) para realizar la transferencia del grupo Amino en un mecanismo denominado de ping pong en donde el grupo amino es transferido temporalmente al Piridoxal Fosfato (produciendo una Piridoxamina Fosfato) y de ahí es transferido al cetoácido. Todos los aminoácidos presentes en las proteínas donan su grupo amino de esta manera para formar glutamado, excepto la Lisina, Treonina, Prolina y Serina.
Existen dos Transaminasas de importancia médica que sirven como indicador de daño hepático: la Glutamato-Oxaloacetato Transaminasa, GOT (también llamada Aspartato Aminotransferasa, AST) y la Glutamato-Piruvato Transaminasa, GPT (también llamada Alanina Aminotransferasa, ALT). Estas dos enzimas lleva a cabo las siguentes reacciones:
Estas reacciones, acopladas a otras de transferencia de grupos amino, le permiten a la célula transferir grupos nitrogenados a los destinos necesarios. Como se comentó anteriormente, el exceso de nitrógenos debe ser eliminado y esto se lleva a cabo transportando al Glutamato hacia el interior de la mitocondría de los hepatocitos para ser eliminado mediante el Ciclo de la Urea.
Existen tres tipos de Glutamato Deshidrogenasa, una que puede usar tanto NAD+ como NADP+, (EC 1.4.1.3), otra que sólo puede usar al NAD+ (EC 1.4.1.2) y otra que solo usa el NADP+ (EC 1.4.1.4).
El amonio producido entrará al Ciclo de la Urea para que pueda ser eliminado del organismo sin peligro.
Ir al tema siguiente: La biosíntesis de la Glucosa.
Ir al tema anterior: El ciclo del Glioxilato.
La Transaminación y la Desaminación son dos procesos que ocurren en la célula como parte de lo que denominamos metabolismo nitrogenado y tiene que ver con aquellos compuestos que contienen átomos de Nitrógeno en su estructura. Las principales moléculas que participan en el metabolismo nitrogenado son los aminoácidos y las bases nitrogenadas de los nucleótidos, aunque también hay pigmentos basados en el grupo Hemo.
La fuente más abundante de compuestos nitrogenados proviene del consumo de carne, que será degradada a proteínas y finalmente a aminoácidos a lo largo del proceso de digestión. Durante el metabolismo de los aminoácidos, el grupo funcional Amino (-NH2) debe ser removido para que el esqueleto carbonado (el resto de la molécula compuesta sobre todo por átomos de Carbono) pueda entrar a las rutas metabólicas para ser oxidado (degradado) y obtener energía a partir de él. Mientras que el grupo funcional Amino podrá ser usado para la síntesis de alguna biomolécula que necesite átomos de Nitrógeno. El exceso de grupos amino debe ser eliminado, ya que es potencialmente tóxico, pues se convierte en amoniaco (NH3) y posteriormente en amonio (NH4+).
El amonio es especialmente neurotóxico porque presenta una carga positiva y es muy pequeño por lo que interfiere con el potencial de acción de la membrana de las neuronas, lo que causa graves daños al cerebro. También bloquea al Ciclo de Krebs ya que se une al α-Cetoglutarato (formando Glutamato) e impide que continue el ciclo, produciendo una interferencia metabólica importante.
El Glutamato también puede ser convertido en Ácido γ-Aminobutírico (GABA, del inglés Gamma Amino Butiric Acid), un neurotransmisor de tipo inhibidor que en exceso puede provocar cefalea, sudoración, nauseas y sensación de hormigueo, síntomas del característico "síndrome del restaurante chino" que experimentan algunas personas después de comer en restaurantes orientales, debido a que condimentan fuertemente sus platillos con Glutamato Monosódico, la sal de Sodio del Ácido Glutámico (presente también en muchos platillos de comida rápida).
El Glutamato acumulado en presencia de altas concetraciones del ión amonio genera Glutamina, ayudando de este modo a remover el exceso de amonio en los tejidos, por lo que su presencia en sangre es indicador de algún trastorno en el metabolismo nitrogenado.
Como se ha comentado en el apartado de aminoácidos, estos tienen en común parte de su estructura y se diferencian en la denominada cadena lateral o grupo R. Tener un mecanismo de eliminación de grupos funcionales amino para cada tipo de aminoácido sería muy costoso para la célula y si algo sabemos es que las células economizan lo más posible.
Por esta razón, la evolución molecular seleccionó una estrategia muy ingeniosa: Pasar el grupo funcional Amino desde cualquier aminoácido al Cetoglutarato para formar al aminoácido Glutamato y que este se encargue de llevar a cabo el mecanismo de eliminación del nitrógeno. Esto es cierto a groso modo, los detalles y las excepciones son más complejas. Veamos el proceso general, pero antes abordemos un concepto clave: la similitud entre aminoácidos y cetoácidos.
Aminoácidos y Cetoácidos
Como ya sabemos, los aminoácidos tienen en su estructura un grupo funcional amino y un grupo funcional carboxilo unidos a un carbono central (llamado alfa), junto con un átomo de hidrógeno y una cadena lateral denominada grupo R. Los cetoácidos por su parte, contienen un grupo funcional Cetona unido a un grupo Carboxilo, de ahí su nombre, ya que recordemos que el grupo carboxilo se comporta como ácido.
Debido a su similitud estructural, un aminoácido se puede convertir en su cetoácido perdiendo el grupo funcional amino. De la misma manera, un cetoácido puede convertirse en aminoácido obteniendo un grupo funcional amino. Esto lo llevan a cabo las enzimas denominadas Transaminasas (también llamadas Aminotransferasas), es una reacción reversible que participa tanto en el catabolismo como en el anábolismo y está muy cerca del equilibrio por lo que la dirección de la reacción está determinada por la concentración de alguno de los dos componentes. Este proceso ocurre en el citoplasma celular.
Transaminación
Durante el proceso de Transaminación, un aminoácido le transfiere su grupo funcional amino al Cetoglutarato para formar Glutamato y en el proceso se obtiene un cetoácido. Existe una gran variedad de enzimas Transaminasas, prácticamente una para cada aminoácido.
Las enzimas Transaminasas requieren del cofactor Piridoxal Fosfato (derivado de la Vitamina B6) para realizar la transferencia del grupo Amino en un mecanismo denominado de ping pong en donde el grupo amino es transferido temporalmente al Piridoxal Fosfato (produciendo una Piridoxamina Fosfato) y de ahí es transferido al cetoácido. Todos los aminoácidos presentes en las proteínas donan su grupo amino de esta manera para formar glutamado, excepto la Lisina, Treonina, Prolina y Serina.
Existen dos Transaminasas de importancia médica que sirven como indicador de daño hepático: la Glutamato-Oxaloacetato Transaminasa, GOT (también llamada Aspartato Aminotransferasa, AST) y la Glutamato-Piruvato Transaminasa, GPT (también llamada Alanina Aminotransferasa, ALT). Estas dos enzimas lleva a cabo las siguentes reacciones:
GOT: Glutamato + Oxaloacetato ←→ α-Cetoglutarato + Aspartato
GPT: Glutamato + Piruvato ←→ α-Cetoglutarato + Alanina
GPT: Glutamato + Piruvato ←→ α-Cetoglutarato + Alanina
Estas reacciones, acopladas a otras de transferencia de grupos amino, le permiten a la célula transferir grupos nitrogenados a los destinos necesarios. Como se comentó anteriormente, el exceso de nitrógenos debe ser eliminado y esto se lleva a cabo transportando al Glutamato hacia el interior de la mitocondría de los hepatocitos para ser eliminado mediante el Ciclo de la Urea.
Desaminación
Una vez en la mitocondria, el Glutamato se desprenderá de su grupo amino mediante el proceso de Desaminación. Esta reacción es catalizada por la enzima Glutamato Deshidrogenasa (Número EC 1.4.1.3) mediante una reacción formalmente denominada Desaminación Oxidativa. Esta enzima puede ser activada por ADP y GDP mientras que es inhibida por ATP, GTP y NADH.
Existen tres tipos de Glutamato Deshidrogenasa, una que puede usar tanto NAD+ como NADP+, (EC 1.4.1.3), otra que sólo puede usar al NAD+ (EC 1.4.1.2) y otra que solo usa el NADP+ (EC 1.4.1.4).
El amonio producido entrará al Ciclo de la Urea para que pueda ser eliminado del organismo sin peligro.
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