24.4: Metabolismo proteico
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- Describir cómo el cuerpo digiere las proteínas
- Explicar cómo el ciclo de la urea previene las concentraciones tóxicas de nitrógeno
- Diferenciar entre aminoácidos glucógenos y cetogénicos
- Explicar cómo se puede usar la proteína para la energía
Gran parte del cuerpo está hecho de proteínas, y estas proteínas toman una miríada de formas. Representan receptores de señalización celular, moléculas de señalización, miembros estructurales, enzimas, componentes de tráfico intracelular, andamios de matriz extracelular, bombas de iones, canales iónicos, transportadores de oxígeno y CO 2 (hemoglobina). ¡Esa ni siquiera es la lista completa! Hay proteínas en los huesos (colágeno), músculos y tendones; la hemoglobina que transporta oxígeno; y enzimas que catalizan todas las reacciones bioquímicas. La proteína también se utiliza para el crecimiento y la reparación. En medio de todas estas funciones necesarias, las proteínas también tienen el potencial de servir como fuente metabólica de combustible. Las proteínas no se almacenan para su uso posterior, por lo que el exceso de proteínas debe convertirse en glucosa o triglicéridos, y usarse para abastecer de energía o construir reservas de energía. Aunque el cuerpo puede sintetizar proteínas a partir de aminoácidos, los alimentos son una fuente importante de esos aminoácidos, especialmente porque los humanos no pueden sintetizar todos los 20 aminoácidos utilizados para construir proteínas.
La digestión de las proteínas comienza en el estómago. Cuando los alimentos ricos en proteínas ingresan al estómago, son recibidos por una mezcla de la enzima pepsina y ácido clorhídrico (HCl; 0.5 por ciento). Este último produce un pH ambiental de 1.5—3.5 que desnaturaliza las proteínas dentro de los alimentos. La pepsina corta las proteínas en polipéptidos más pequeños y sus aminoácidos constituyentes. Cuando la mezcla alimento-jugo gástrico (quima) ingresa al intestino delgado, el páncreas libera bicarbonato de sodio para neutralizar el HCl. Esto ayuda a proteger el revestimiento del intestino. El intestino delgado también libera hormonas digestivas, incluyendo secretina y CCK, que estimulan los procesos digestivos para descomponer aún más las proteínas. La secretina también estimula el páncreas para liberar bicarbonato de sodio. El páncreas libera la mayoría de las enzimas digestivas, incluyendo las proteasas tripsina, quimotripsina y elastasa, que ayudan a la digestión de proteínas. En conjunto, todas estas enzimas rompen proteínas complejas en aminoácidos individuales más pequeños (Figura\(\PageIndex{1}\)), que luego se transportan a través de la mucosa intestinal para ser utilizados para crear nuevas proteínas, o para ser convertidos en grasas o acetil CoA y utilizados en el ciclo de Krebs.
Para evitar descomponer las proteínas que componen el páncreas y el intestino delgado, las enzimas pancreáticas se liberan como proenzimas inactivas que solo se activan en el intestino delgado. En el páncreas, las vesículas almacenan tripsina y quimotripsina como tripsinógeno y quimotripsinógeno. Una vez liberada al intestino delgado, una enzima que se encuentra en la pared del intestino delgado, llamada enterocinasa, se une al tripsinógeno y lo convierte en su forma activa, la tripsina. Luego, la tripsina se une al quimotripsinógeno para convertirlo en la quimotripsina activa. La tripsina y la quimotripsina descomponen las proteínas grandes en péptidos más pequeños, un proceso llamado proteólisis. Estos péptidos más pequeños son catabolizados en sus aminoácidos constituyentes, los cuales son transportados a través de la superficie apical de la mucosa intestinal en un proceso que está mediado por transportadores de sodio-aminoácido. Estos transportadores se unen al sodio y luego se unen al aminoácido para transportarlo a través de la membrana. En la superficie basal de las células de la mucosa, se liberan el sodio y el aminoácido. El sodio se puede reutilizar en el transportador, mientras que los aminoácidos se transfieren al torrente sanguíneo para ser transportados al hígado y a las células de todo el cuerpo para la síntesis de proteínas.
Los aminoácidos disponibles gratuitamente se utilizan para crear proteínas. Si los aminoácidos existen en exceso, el cuerpo no tiene capacidad ni mecanismo para su almacenamiento; así, se convierten en glucosa o cetonas, o se descomponen. La descomposición de aminoácidos resulta en hidrocarburos y desechos nitrogenados. Sin embargo, las altas concentraciones de nitrógeno son tóxicas. El ciclo de la urea procesa el nitrógeno y facilita su excreción del organismo.
Ciclo de Urea
El ciclo de la urea es un conjunto de reacciones bioquímicas que producen urea a partir de iones de amonio con el fin de prevenir un nivel tóxico de amonio en el organismo. Ocurre principalmente en el hígado y, en menor medida, en el riñón. Antes del ciclo de la urea, los iones amonio se producen a partir de la descomposición de los aminoácidos. En estas reacciones, un grupo amina, o ion amonio, del aminoácido se intercambia con un grupo ceto-en otra molécula. Este evento de transaminación crea una molécula que es necesaria para el ciclo de Krebs y un ion amonio que entra en el ciclo de la urea para ser eliminado.
En el ciclo de la urea, el amonio se combina con CO 2, dando como resultado urea y agua. La urea se elimina a través de los riñones en la orina (Figura\(\PageIndex{2}\)).
Los aminoácidos también se pueden utilizar como fuente de energía, especialmente en tiempos de inanición. Debido a que el procesamiento de aminoácidos resulta en la creación de intermedios metabólicos, incluyendo piruvato, acetil CoA, acetoacil CoA, oxaloacetato y α-cetoglutarato, los aminoácidos pueden servir como fuente de producción de energía a través del ciclo de Krebs (Figura\(\PageIndex{3}\)). La figura\(\PageIndex{4}\) resume las vías de catabolismo y anabolismo para carbohidratos, lípidos y proteínas.
TRASTORNOS DE LA...
Metabolismo: Deficiencia del Complejo de Piruvato Deshidrogenasa y Fenilcetonuria
La deficiencia del complejo piruvato deshidrogenasa (PDCD) y la fenilcetonuria (PKU) son trastornos genéticos. La piruvato deshidrogenasa es la enzima que convierte el piruvato en acetil CoA, la molécula necesaria para iniciar el ciclo de Krebs para producir ATP. Con niveles bajos del complejo piruvato deshidrogenasa (PDC), la tasa de ciclado a través del ciclo de Krebs se reduce drásticamente. Esto da como resultado una disminución en la cantidad total de energía que producen las células del cuerpo. La deficiencia de PDC resulta en una enfermedad neurodegenerativa que varía en gravedad, dependiendo de los niveles de la enzima PDC. Puede causar defectos de desarrollo, espasmos musculares y muerte. Los tratamientos pueden incluir modificación de la dieta, suplementación vitamínica y terapia génica; sin embargo, el daño al sistema nervioso central generalmente no se puede revertir.
La PKU afecta aproximadamente a 1 de cada 15,000 nacimientos en Estados Unidos. Las personas que padecen PKU carecen de actividad suficiente de la enzima fenilalanina hidroxilasa y, por lo tanto, son incapaces de descomponer la fenilalanina en tirosina adecuadamente. Debido a esto, los niveles de fenilalanina se elevan a niveles tóxicos en el organismo, lo que resulta en daños al sistema nervioso central y al cerebro. Los síntomas incluyen retraso en el desarrollo neurológico, hiperactividad, retraso mental, convulsiones, erupción cutánea, temblores y movimientos incontrolados de brazos y piernas. Las mujeres embarazadas con PKU tienen un alto riesgo de exponer al feto a demasiada fenilalanina, lo que puede atravesar la placenta y afectar el desarrollo fetal. Los bebés expuestos al exceso de fenilalanina en el útero pueden presentar defectos cardíacos, retraso físico y/o mental y microcefalia. Todos los bebés en los Estados Unidos y Canadá se someten a pruebas al nacer para determinar si la PKU está presente. Cuanto antes se inicie una dieta modificada, menos severos serán los síntomas. La persona debe seguir de cerca una dieta estricta que sea baja en fenilalanina para evitar síntomas y daños. La fenilalanina se encuentra en altas concentraciones en edulcorantes artificiales, incluido el aspartamo. Por lo tanto, estos edulcorantes deben ser evitados. Algunos productos animales y ciertos almidones también son altos en fenilalanina, y la ingesta de estos alimentos debe ser monitoreada cuidadosamente.
Revisión del Capítulo
La digestión de las proteínas comienza en el estómago, donde HCl y pepsina inician el proceso de descomponer las proteínas en sus aminoácidos constituyentes. A medida que el quima ingresa al intestino delgado, se mezcla con bicarbonato y enzimas digestivas. El bicarbonato neutraliza el HCl ácido y las enzimas digestivas descomponen las proteínas en péptidos y aminoácidos más pequeños. Las hormonas digestivas secretina y CCK se liberan del intestino delgado para ayudar en los procesos digestivos, y las proenzimas digestivas se liberan del páncreas (tripsinógeno y quimotripsinógeno). La enterocinasa, una enzima localizada en la pared del intestino delgado, activa la tripsina, que a su vez activa la quimotripsina. Estas enzimas liberan los aminoácidos individuales que luego se transportan a través de transportadores de sodio y aminoácidos a través de la pared intestinal hacia la célula. Luego, los aminoácidos se transportan al torrente sanguíneo para su dispersión al hígado y a las células por todo el cuerpo para ser utilizados para crear nuevas proteínas. Cuando están en exceso, los aminoácidos se procesan y almacenan como glucosa o cetonas. El residuo de nitrógeno que se libera en este proceso se convierte en urea en el ciclo ácido de la urea y se elimina en la orina. En tiempos de inanición, los aminoácidos pueden ser utilizados como fuente de energía y procesados a través del ciclo de Krebs.
Preguntas de revisión
P. La digestión de las proteínas comienza en el ________ donde ________ y ________ se mezclan con los alimentos para descomponer la proteína en ________.
A. estómago; amilasa; HCl; aminoácidos
B. boca; pepsina; HCl; ácidos grasos
C. estómago; lipasa; HCl; aminoácidos
D. estómago; pepsina; HCl; aminoácidos
Respuesta: D
P. Los aminoácidos son necesarios para ________.
A. construir nuevas proteínas
B. servir como almacenes de grasa
C. suministro de energía para la célula
D. crear glóbulos rojos
Respuesta: A
P. Si no se usa un aminoácido para crear nuevas proteínas, puede ser ________.
A. convertido en acetil CoA
B. convertidos a glucosa o cetonas
C. convertido en nitrógeno
D. almacenado para ser utilizado posteriormente
Respuesta: B
Preguntas de Pensamiento Crítico
P. Los aminoácidos no se almacenan en el cuerpo. Describir cómo se procesan los aminoácidos en exceso en la célula.
A. Los aminoácidos no se almacenan en el cuerpo. Los aminoácidos individuales se descomponen en piruvato, acetil CoA o intermedios del ciclo de Krebs, y se utilizan para la energía o para las reacciones de lipogénesis que se almacenarán como grasas.
P. La liberación de tripsina y quimotripsina en su forma activa puede resultar en la digestión del páncreas o del propio intestino delgado. ¿Qué mecanismo emplea el cuerpo para evitar su autodestrucción?
A. La tripsina y la quimotripsina se liberan como proenzimas inactivas. Sólo se activan en el intestino delgado, donde actúan sobre las proteínas ingeridas en los alimentos. Esto ayuda a evitar la descomposición involuntaria del páncreas o el intestino delgado.
Glosario
- quimotripsina
- Enzima pancreática que digiere proteínas
- quimotripsinógeno
- proenzima que es activada por la tripsina en quimotripsina
- elastasa
- Enzima pancreática que digiere proteínas
- enterocinasa
- enzima localizada en la pared del intestino delgado que activa la tripsina
- proenzimas inactivas
- formas en las que se almacenan y liberan proteasas para evitar la digestión inadecuada de las proteínas nativas del estómago, páncreas e intestino delgado
- pepsina
- enzima que comienza a descomponer las proteínas en el estómago
- proteólisis
- proceso de romper proteínas en péptidos más pequeños
- secretina
- hormona liberada en el intestino delgado para ayudar en la digestión
- bicarbonato de sodio
- anión liberado en el intestino delgado para neutralizar el pH de los alimentos del estómago
- transaminación
- transferencia de un grupo amina de una molécula a otra como una forma de convertir los desechos de nitrógeno en amoníaco para que puedan ingresar al ciclo de la urea
- tripsina
- Enzima pancreática que activa la quimotripsina y digiere la proteína
- tripsinógeno
- forma proenzimática de tripsina
- ciclo de urea
- proceso que convierte los desechos de nitrógeno potencialmente tóxicos en urea que se puede eliminar a través de los riñones