AULA 12: Metabolismo de Aminoácidos e Ciclo da Ureia
1. Introdução
Os aminoácidos desempenham papel central no metabolismo celular, atuando como precursores para síntese de proteínas, intermediários metabólicos e substratos para biossíntese de moléculas nitrogenadas. Em estados de jejum, catabolismo proteico ou excesso de ingestão proteica, os aminoácidos excedentes são degradados, liberando grupos amino que precisam ser eliminados para evitar toxicidade. O fígado exerce papel central nesse processo, convertendo o nitrogênio tóxico em ureia via o ciclo da ureia. Este capítulo aborda os aspectos bioquímicos do catabolismo de aminoácidos e a detoxificação do amônio.
2. Catabolismo dos Aminoácidos
2.1 Etapas Gerais
O catabolismo dos aminoácidos envolve duas etapas principais:
Remoção do grupo amino (transaminação e desaminação)
Degradação do esqueleto carbonado (oxidação ou conversão em intermediários metabólicos)
2.2 Transaminação
Catalisada por aminotransferases (transaminases), requerem piridoxal fosfato (PLP)
O grupo amino é transferido do aminoácido para o α-cetoglutarato, formando glutamato:
2.3 Desaminação Oxidativa
Glutamato desidrogenase (GDH) remove o grupo amino do glutamato, liberando NH₄⁺ e regenerando α-cetoglutarato:
3. Destino dos Esqueletos Carbonados
Os esqueletos carbonados dos aminoácidos são convertidos em intermediários do metabolismo energético:
Aminoácido Intermediário Principal Destino Alanina Piruvato Gliconeogênese Glutamato α-Cetoglutarato Ciclo de Krebs Valina Succinil-CoA Energia (glicogênico) Leucina Acetil-CoA + Acetoacetato Corpos cetônicos (cetogênico) Fenilalanina Fumarato + Acetoacetato Glicogênico e cetogênico
Aminoácidos glicogênicos: originam glicose
Aminoácidos cetogênicos: originam corpos cetônicos
Alguns são ambos (ex: isoleucina, fenilalanina)
4. Transporte do Nitrogênio: Ciclo da Glutamina e Alanina
4.1 Glutamina
Formada por glutamina sintetase nos tecidos periféricos:
Transporta NH₄⁺ para o fígado e rins, onde é hidrolisada por glutaminase liberando NH₄⁺
4.2 Ciclo da Alanina (Ciclo Glicose-Alanina)
No músculo: piruvato + glutamato → alanina + α-cetoglutarato (via ALT)
No fígado: alanina → piruvato (gliconeogênese) + glutamato → NH₄⁺
5. Ciclo da Ureia
5.1 Localização e Finalidade
Ocorre nas mitocôndrias e citosol dos hepatócitos
Converte dois átomos de nitrogênio (NH₄⁺ e aspartato) em ureia, uma forma não tóxica e solúvel excretada pela urina
5.2 Etapas do Ciclo
Formação da carbamoil fosfato (mitocôndria)
Enzima: carbamoil fosfato sintetase I (CPS-I)
Requer N-acetilglutamato (ativador alostérico)
Ornitina + carbamoil fosfato → citrulina
Enzima: ornitina transcarbamilase (OTC)
Citrulina + aspartato → argininosuccinato
Enzima: argininosuccinato sintetase (citossol)
Argininosuccinato → arginina + fumarato
Enzima: argininosuccinato liase
Arginina → ureia + ornitina
Enzima: arginase
A ornitina retorna à mitocôndria para reiniciar o ciclo.
5.3 Consumo Energético
Gasto de 3 ATPs por molécula de ureia
Produção de fumarato que pode alimentar o ciclo de Krebs (relação com o ciclo da ureia)
6. Regulação e Integração Metabólica
A CPS-I é regulada por N-acetilglutamato, cuja síntese é estimulada por arginina
A expressão das enzimas do ciclo é induzida por alto aporte proteico ou jejum prolongado
Integração com gliconeogênese (piruvato, oxaloacetato, fumarato) e metabolismo do ciclo de Krebs
7. Aspectos Clínicos
Hiperamonemia: aumento do NH₄⁺ plasmático, neurotoxicidade
Causas: disfunção hepática, erros inatos do metabolismo (ex: deficiência de OTC, CPS-I)
Encefalopatia hepática: acúmulo de amônia em insuficiência hepática
Doenças do ciclo da ureia: tratadas com restrição proteica e agentes que removem nitrogênio (benzoato, fenilbutirato)
8. Conclusão
O metabolismo de aminoácidos e o ciclo da ureia representam componentes críticos da homeostase nitrogenada. O controle preciso da transaminação, desaminação, transporte e excreção do nitrogênio é essencial para prevenir toxicidade e manter o equilíbrio metabólico. A compreensão dessas vias é fundamental para a abordagem de distúrbios hepáticos, renais, metabólicos e para aplicações terapêuticas em medicina e nutrição.
Referências
Nelson, D. L., Cox, M. M. (2021). Lehninger: Princípios de Bioquímica. Artmed.
Berg, J. M., Tymoczko, J. L., Stryer, L. (2015). Bioquímica. Guanabara Koogan.
Brusilow, S. W., Horwich, A. L. (2001). Urea cycle enzymes. The Metabolic and Molecular Bases of Inherited Disease, McGraw-Hill.
Häussinger, D. (1990). Nitrogen metabolism in liver: structural and functional organization and physiological relevance. Biochemical Journal, 267(2), 281–290.
