Estudo Dirigido 6 - Respostas

Estudo Dirigido 6
Metabolismo de Aminoácidos e Ciclo da Uréia
Bioquímica Metabolismo – Ciências Biológicas – 2° Semestre, 2016
1) O nitrogênio dos aminoácidos degradados nos outros tecidos do corpo é transportado para o fígado na
forma de alanina (quando proveniente de células musculares esqueléticas) e glutamina (quando proveniente
de todos outros tecidos). Por que o nitrogênio é transportado para o fígado, e não é simplesmente processado
nos órgãos onde os aminoácidos são degradados?
Os hepatócitos são as únicas células que possuem as enzimas necessárias para a realização do Ciclo da
Uréia. Os grupos amino dos aminoácidos destinados a degradação em tecidos extra-hepáticos são
transferidos para o piruvato (formando alanina) no músculo esquelético e para o glutamato (formando
glutamina) nos outros tecidos; estes últimos caem na circulação e chegam no fígado, onde o nitrogênio de
duas aminas serão fundidos em uréia. Os esqueletos de carbonos dos aminoácidos destinados à degradação
serão oxidados nos próprios tecidos onde se encontram.
2) No ciclo da uréia, indicar a procedência dos átomos de nitrogênio da molécula da uréia e calcular o saldo
de ATP por molécula sintetizada.
A molécula de uréia possui dois átomos de nitrogênio. O primeiro vem da amônia gerada através da
desaminação do glutamato; a amônia se funde ao carbonato (HCO3-) para formação do carbamoil-fosfato,
que entra no primeiro passo do ciclo da uréia. O segundo átomo de nitrogênio vem do aspartato, que se
funde com a citrulina no segundo passo do ciclo formando argininosuccinato. O esqueleto de carbono do
aspartato é então removido na forma de fumarato no terceiro passo do ciclo, mas o grupo amina permanece
formando arginina. A arginina então é quebrada em uréia (2N) e ornitina.
O passo de formação do carbamoil-fosfato é altamente custoso, requerendo o consumo de 2 ATPs. Outro
ATP é usado no segundo passo do ciclo para fundir a citrulina com o aspartato formando argininosuccinato.
Portanto, o gasto total do ciclo é de -3 ATPs.
Lembrem-se que o aspartato é formado a partir do oxaloacetato que sai do ciclo de Krebs. O fumarato
liberado no terceiro passo do ciclo da ureia pode realimentar o ciclo de Krebs, formando malato, que depois
forma oxaloacetato. A reação de formação do oxaloacetato gera um NADH, que pode entrar na cadeia
respiratória e promover a síntese de 2,5-3 ATPs. Portanto, no final das contas, o custo energético do ciclo da
uréia é quase nulo.
3) Explique bioquimicamente porque uma dieta constituída exclusivamente de proteínas poderia suprir todas
as necessidades energéticas de uma pessoa. Para sua resposta, forneça dados sobre como os aminoácidos são
degradados e quais os possíveis produtos desta degradação (apenas o destino dos esqueletos de carbono).
Os aminoácidos provenientes da digestão de proteínas podem ser classificados em dois grupos em relação ao
destino dos esqueletos de carbono durante a degradação. Aminoácidos glicogênicos (arginina, glutamina,
histidina, prolina, glutamato, isoleucina, metionina, treonina, valina, fenilalanina, tirosina, asparagina,
aspartato, alanina, cisteína, glicina, serina, triptofano) são aqueles que quando degradados vão gerar
oxaloacetato como produto final. O oxaloacetato pode entrar na via da gliconeogênese (ver Aula 9) e ser
transformado em glicose, que pode então ser usada como fonte de energia em praticamente todas as células
do corpo (ou esta glicose pode entrar na via das pentoses fosfato e participar da síntese de nucleotídeos). O
outro grupo de aminoácidos são os cetogênicos (isoleucina, leucina, treonina, triptofano, lisina, fenilalanina,
tirosina), cuja degradação pode levar a formação de acetil-CoA. Este pode ser usado na síntese de ácidos
graxos ou na síntese de corpos cetônicos (ver Aula 9). Portanto, uma dieta exclusiva de proteínas forneceria
intermediários para a síntese de açúcares, lipídeos, ácidos nucléicos e, obviamente, mais proteínas. Além
disso, o oxidação completa dos aminoácidos pode gerar NADH, FADH2 e ATP (veja esquema abaixo).
4) Definir aminoácido essencial e citar os aminoácidos essenciais para o homem.
Aminoácidos essenciais são aqueles que o organismo não consegue sintetizar e, portanto, devem ser obtidos
pela alimentação. Estes são para o homem: arginina, histidina, metionina, treonina, valina, isoleucina, lisina,
fenilalanina, triptofano e leucina.
5) As bactérias que habitam os nódulos das raízes do pé de ervilha consomem mais de 20% de todo o ATP
produzido pela planta. Cite uma das razões para este consumo elevado de ATP?
A fixação do nitrogênio atmosférico (N2) em amônia NH4+ (para ser usada na síntese de aminoácidos) requer
uma quantidade extrema de energia (cerca de 16 ATPs para 2 NH4+). Apesar deste dispêndio alto de energia
pela planta, este é um investimento rentável já que a amônia será usada para a síntese de todos os
aminoácidos que a planta precisa (diferentemente dos animais, que precisam obter os aminoácidos essenciais
da alimentação).
6) Relacione o Ciclo de Krebs com o Ciclo da Uréia, descrevendo:
a) os compostos e enzimas em comum.
Não há nenhuma enzima usada diretamente nos dois ciclos. O que ocorre é um desvio do oxaloacetato do
ciclo de Krebs para formação de aspartato (através da aspartato aminotransferase). Este então entra no
segundo passo do ciclo da uréia sendo fundido à citrulina para formar argininosuccinato. O
argininosuccinato é posteriormente quebrado em arginina e fumarato; este último é o único composto que o
ciclo da uréia e o ciclo de Krebs têm em comum. O fumarato gerado pela quebra do argininosuccinato volta
para o ciclo de Krebs, onde será transformado em malato, que depois será transformado em oxaloacetato.
b) suas localizações celulares.
O ciclo de Krebs é exclusivamente mitocondrial (matriz), enquanto o ciclo da uréia começa na matriz da
mitocôndria (primeira reação: fusão do carbamoil-fosfato com a ornitina) e passa para o citoplasma (mais
três reações, até a regeneração da ornitina, que volta para a mitocôndria).
7) Esquematizar a reação catalisada pela glutamato desidrogenasse.
glutamato → α-cetoglutarato + NH4+ (a amônia daqui entra no ciclo da uréia)
8) Esquematize a síntese do aminoácido não-essencial aspartato a partir da glicose, dióxido de carbono e
amônia.
9) Uma criança de dois anos de idade foi levada ao hospital. Sua mãe informou que ela vomitava
frequentemente, especialmente após as refeições. A massa corporal da criança e seu desenvolvimento físico
eram abaixo do normal. Seus cabelos, embora escuros, continham porções de cabelos brancos. Uma amostra
da urina tratada com solução de cloreto férrico apresentou coloração esverdeada, característica da presença
de fenilpiruvato. A análise quantitativa de amostra de urina apresentou os resultados mostrados abaixo:
Substância
Fenilalanina
Fenilpiruvato
Fenilactato
Concentração (mM)
Urina do paciente
Urina normal
7,0
0,01
4,8
0,00
10,3
0,00
a) Sugira que enzima pode estar deficiente nessa criança. Proponha um tratamento para essa condição.
Este parece ser um caso clássico de Fenilcetonúria, onde a enzima fenilalanina hidroxilase é defeituosa e não
converte fenilalanina em tirosina. O acúmulo de fenilalanina leva a geração de produtos tóxicos como o
fenilpiruvato, fenilactato e fenilacetato. O único tratamento eficaz é a remoção total de produtos que
contenham fenilalanina da alimentação do paciente.
b) Por que a fenilalanina aparece na urina em grandes quantidades?
Por que ela não é degradada pelo organismo (fígado) e acaba se acumulando na circulação sanguínea e,
eventualmente, passa para a urina.
c) Qual é a fonte do fenilpiruvato e do fenilactato? Por que essas vias (normalmente não-funcionais) entram
em ação quando a concentração da fenilalanina se eleva?
O excesso de fenilalanina, causado pelo mau funcionamento da fenilalanina hidroxilase, é que leva à
formação deste compostos pela fenilalanina transaminase. Como em uma situação normal a afinidade da
fenilalanina hidroxilase pela fenilalanina no fígado é alta, a transaminase funciona formando fenilpiruvato
em baixos níveis, mas no caso de pacientes com fenilcetonúria, a fenilalanina está disponível em alta
quantidade para a transaminase.
d) Por que o cabelo da criança apresenta mechas brancas?
A fenilalanina é precursora da tirosina, que por sua vez é precursora de melanina, que dá pigmentação aos
cabelos e pele. As mechas brancas indicam que a síntese de melanina está comprometida, pois seus
precursores não estão sendo produzidos.