17.4.1 Síntese de aminoácidos

Figura 17.27 Esquema simplificado do caminho percorrido pelo nitrogênio desde a atmosfera até os animais e vice-versa.a) O N2 atmosférico é reduzido a NH por um grande número de espécies 3 bacterianas; outras bactérias, muito abundantes no solo, transformam a maior parte da amônia em nitritos, e, finalmente, em nitratos. A maioria das plantas e bactérias é capaz de converter estes compostos a NH 3, o precursor do grupo amino dos aminoácidos, que se tornam, então, disponíveis para os animais. b) O ciclo do nitrogênio é mantido, graças aos seguintes processos bacterianos: o nitrogênio proveniente da decomposição dos organismos é reconvertido a NH , depois a nitritos e nitratos e, finalmente, a nitrogênio 3

gasoso; nas planctomicetes, a oxidação anaeróbia de NH3 (anammox), com utilização de nitrito, produz N . 2

A manutenção do equilíbrio entre os diferentes reservatórios de nitrogênio do planeta, que constituem o chamado ciclo do nitrogênio, deve-se à atuação das bactérias.

17.4.1 Síntese de aminoácidos

A amônia é incorporada primeiramente em glutamato e glutamina

Nos seres vivos capazes de sintetizar todos os vinte aminoácidos — plantas e microrganismos — a amônia resultante da fixação de nitrogênio é utilizada, inicialmente, para formar glutamato e glutamina. Este é o processo fundamental de incorporação direta de nitrogênio, originado de NH + 4, como grupamentos de aminoácidos. Para a produção dos demais aminoácidos, o nitrogênio é obtido de glutamato e glutamina.

O organismo humano só sintetiza 11 dos 20 aminoácidos

O processo de síntese proteica requer que estejam presentes na célula, simultaneamente, os vinte aminoácidos. No organismo humano, esta condição é crítica porque nenhuma célula dispõe de reservas de aminoácidos e não são todos os aminoácidos que podem ser sintetizados. De fato, dos vinte aminoácidos encontrados nas proteínas, nove não podem

ser sintetizados pelo ser humano (Tabela 17.3) e devem, portanto, ser obrigatoriamente obtidos pela dieta, chamando-se, por isto, aminoácidos essenciais. Ainda mais, dois outros aminoácidos — cisteína e tirosina — são sintetizados unicamente a partir de aminoácidos essenciais — metionina e fenilalanina — e, quando ausentes da dieta, fazem aumentar a necessidade dos aminoácidos precursores. Restam, portanto, apenas nove aminoácidos que podem ser prontamente formados a partir de compostos intermediários do metabolismo de carboidratos. Estes nove aminoácidos e os dois que são sintetizados a partir de aminoácidos essenciais são chamados aminoácidos não essenciais.

Tabela 17.3 Aminoácidos essenciais e não essenciais para os seres humanos.

Essenciais Não essenciais

Fenilalanina Alanina

Histidina Arginina

Isoleucina Asparagina

Leucina Aspartato

Lisina 1 Cisteína

Metionina Glutamato

Treonina Glutamina

Triptofano Glicina

Valina Prolina

Serina

Tirosina 1

1Sintetizados a partir de aminoácidos essenciais.

Nos mamíferos, à semelhança dos organismos que produzem todos os aminoácidos, o nitrogênio dos aminoácidos não essenciais, exceto a tirosina, provém de glutamato e glutamina. Para a descrição de sua síntese, os aminoácidos não essenciais foram agrupados segundo o composto

precursor de seu esqueleto de carbono (Figura 17.28).

Figura 17.28 Esquema da síntese dos onze aminoácidos não essenciais para o organismo humano. Os aminoácidos foram reunidos em grupos (1 a 5), segundo o precursor dos seus átomos de carbono.

Grupo 1. Glutamato, Glutamina, Prolina e Arginina

O α-cetoácido deste grupo de aminoácidos provém de α-cetoglutarato.

Glutamato. Formado por incorporação de NH + em α-cetoglutarato 4 catalisada pela glutamato desidrogenase, utilizando NADPH.

Glutamina. Sintetizada a partir de glutamato e NH + 4, pela glutamina sintetase. Note-se que, neste caso, a incorporação de NH + é feita como um 4 grupo amida e, portanto, este nitrogênio não pode participar de transaminações. Todavia, por outros tipos de reações, o nitrogênio amídico pode ser utilizado nas sínteses de asparagina (ver Grupo 2) e de purinas e pirimidinas.

Prolina. Todos os seus átomos de carbono e o de nitrogênio são provenientes de glutamato. Este aminoácido é convertido a um semialdeído, por uma redução complexa, dependente de ATP. A eliminação de H2O produz um composto cíclico que, novamente por redução, origina prolina:

Arginina. Sintetizada a partir de citrulina, pela ação consecutiva da argininossuccinato sintetase e da argininossuccinato liase, enzimas do ciclo

da ureia (Figura 17.5). No fígado, o principal local do metabolismo de arginina em animais ureotélicos, a arginina gerada por essas reações pode ser hidrolisada pela arginase. Todavia, a produção líquida de arginina é possível a partir de glutamato e prolina, que podem ser convertidos a ornitina e, esta, a arginina pelas reações do ciclo da ureia. O conhecimento a respeito do metabolismo da arginina, dada a sua complexidade, permanece incompleto.

Grupo 2. Aspartato e Asparagina Aspartato. O esqueleto de carbono provém de oxaloacetato e o grupo amino de glutamato, por transaminação catalisada pela aspartato transaminase.

Asparagina. Originada de aspartato e glutamina, que fornece o grupo amida, por ação da asparagina sintetase:

Grupo 3. Alanina

Formada por transaminação entre piruvato e glutamato, promovida pela alanina transaminase.

Grupo 4. Serina, Glicina e Cisteína

Serina. Origina-se de 3-fosfoglicerato, um intermediário da via glicolítica, por meio de: redução, transaminação e hidrólise do grupo fosfato:

Glicina. Sua síntese ocorre, fundamentalmente, por ação da serina hidroximetil transferase. Esta reação, por ser reversível, também é acionada

na degradação de serina (Figura 17.10).

Cisteína. Derivada de serina, por substituição do oxigênio da hidroxila da serina por enxofre, originado de metionina, um aminoácido essencial. Esta

reação faz parte da via de degradação de metionina (Figura 17.18).