objetivos de aprendizaje
al final de esta sección, podrá:
- describir cómo el cuerpo digiere las proteínas
- explicar cómo el ciclo de la urea evita las concentraciones tóxicas de nitrógeno
- diferenciar entre aminoácidos glucogénicos y cetogénicos
- explicar cómo las proteínas se pueden utilizar 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 de iones, transportadores de oxígeno y CO2 (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 de combustible metabólico., Las proteínas no se almacenan para su uso posterior, por lo que el exceso de proteínas debe convertirse en glucosa o triglicéridos, y utilizarse para suministrar 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 entran en el 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 (quimo) entra 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. Secretina también estimula el páncreas para liberar bicarbonato de sodio., El páncreas libera la mayoría de las enzimas digestivas, incluidas las proteasas tripsina, quimotripsina y elastasa, que ayudan a la digestión de las proteínas. Juntas, todas estas enzimas rompen proteínas complejas en aminoácidos individuales más pequeños, que luego son transportados 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.
la Figura 1. Las enzimas en el estómago y el intestino delgado descomponen las proteínas en aminoácidos., El HCl en el estómago ayuda en la proteólisis, y las hormonas secretadas por las células intestinales dirigen los procesos digestivos.
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 en el intestino delgado, una enzima que se encuentra en la pared del intestino delgado, llamada enteroquinasa, se une al tripsinógeno y lo convierte en su forma activa, la tripsina., La tripsina se une entonces al quimotripsinógeno para convertirlo en 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, que son transportados a través de la superficie apical de la mucosa intestinal en un proceso que es 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 libremente disponibles se utilizan para crear proteínas. Si los aminoácidos existen en exceso, el cuerpo no tiene capacidad o mecanismo para su almacenamiento; por lo tanto, se convierten en glucosa o cetonas, o se descomponen. La descomposición de aminoácidos produce hidrocarburos y residuos nitrogenados. Sin embargo, las altas concentraciones de nitrógeno son tóxicas., El ciclo de la urea procesa el nitrógeno y facilita su excreción del cuerpo.
ciclo de la Urea
el ciclo de la urea es un conjunto de reacciones bioquímicas que produce urea a partir de iones de amonio con el fin de evitar un nivel tóxico de amonio en el cuerpo. Se produce principalmente en el hígado y, en menor medida, en el riñón. Antes del ciclo de la urea, los iones de amonio se producen a partir de la descomposición de los aminoácidos. En estas reacciones, un grupo amino, o ion amónico, 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 CO2, lo que resulta en urea y agua. La urea se elimina a través de los riñones en la orina (Figura 2).
la Figura 2. El nitrógeno se transamina, creando amoníaco e intermedios del ciclo de Krebs. El amoníaco se procesa en el ciclo de la urea para producir urea que se elimina a través de los riñones.,
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, acetoacilo CoA, oxaloacetato y α-cetoglutarato, los aminoácidos pueden servir como fuente de producción de energía a través del ciclo de Krebs (Figura 3).
la Figura 3. Haga clic para ampliar la imagen. Los aminoácidos se pueden descomponer en precursores para la glucólisis o el ciclo de Krebs., Los aminoácidos (en negrita) pueden entrar en el ciclo a través de más de una vía.
La Figura 4 resume las vías de catabolismo y anabolismo para carbohidratos, lípidos y proteínas.
la Figura 4. Haga clic para ampliar la imagen. Los nutrientes siguen un camino complejo desde la ingestión a través del anabolismo y el catabolismo hasta la producción de energía.,
trastornos del metabolismo: deficiencia del complejo de piruvato deshidrogenasa y fenilcetonuria
deficiencia del complejo de piruvato deshidrogenasa (PDCD) y fenilcetonuria (PKU) son trastornos genéticos. La piruvato deshidrogenasa es la enzima que convierte el piruvato en acetil CoA, la molécula necesaria para comenzar el ciclo de Krebs para producir ATP. Con niveles bajos del complejo de piruvato deshidrogenasa (PDC), la tasa de ciclo a través del ciclo de Krebs se reduce drásticamente. Esto resulta en 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 del desarrollo, espasmos musculares y la 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 los Estados Unidos. Las personas afectadas con PKU carecen de actividad suficiente de la enzima fenilalanina hidroxilasa y, por lo tanto, no pueden descomponer la fenilalanina en tirosina adecuadamente., Debido a esto, los niveles de fenilalanina aumentan a niveles tóxicos en el cuerpo, lo que resulta en daño 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 FCU tienen un alto riesgo de exponer al feto a demasiada fenilalanina, 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 hacen pruebas al nacer para determinar si la fenilcetonuria está presente. Cuanto antes se inicie una dieta modificada, menos graves 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 evitarse. Algunos productos animales y ciertos almidones también son altos en fenilalanina, y la ingesta de estos alimentos debe monitorizarse cuidadosamente.,
revisión del Capítulo
la digestión de las proteínas comienza en el estómago, donde el HCl y la pepsina comienzan el proceso de descomponer las proteínas en sus aminoácidos constituyentes. A medida que el quimo ingresa al intestino delgado, se mezcla con bicarbonato y enzimas digestivas. El bicarbonato neutraliza el ácido HCl, y las enzimas digestivas descomponen las proteínas en péptidos y aminoácidos más pequeños., Las hormonas digestivas secretina y CCK se liberan desde el intestino delgado para ayudar en los procesos digestivos, y las proenzimas digestivas se liberan desde el páncreas (tripsinógeno y quimotripsinógeno). La enteroquinasa, una enzima ubicada en la pared del intestino delgado, activa la tripsina, que a su vez activa la quimotripsina. Estas enzimas liberan los aminoácidos individuales que luego son transportados a través de transportadores de sodio-aminoácido a través de la pared intestinal hacia la célula., Los aminoácidos son transportados al torrente sanguíneo para su dispersión en el hígado y las células de todo el cuerpo para ser utilizados para crear nuevas proteínas. Cuando en exceso, los aminoácidos se procesan y almacenan como glucosa o cetonas. Los residuos de nitrógeno que se liberan en este proceso se convierten en urea en el ciclo del ácido de urea y se eliminan en la orina. En tiempos de inanición, los aminoácidos pueden ser utilizados como fuente de energía y procesados a través del ciclo de Krebs.
autocomprobación
responda La(s) pregunta (s) a continuación para ver qué tan bien entiende los temas tratados en la sección anterior.,
preguntas de pensamiento crítico
- Los aminoácidos no se almacenan en el cuerpo. Describir cómo se procesan los aminoácidos en exceso en la célula.
- La liberación de tripsina y quimotripsina en su forma activa puede resultar en la digestión del páncreas o del intestino delgado. ¿Qué mecanismo emplea el cuerpo para prevenir su autodestrucción?