Bioquímica Básica-Aula 16: Catabolismo de Proteínas e Aminoácidos
Summary
TLDRIn this 16th lesson of a basic biochemistry course, the instructor Luana explains the catabolism of proteins and amino acids. The lesson covers how amino acids are degraded and used for energy, especially in scenarios where carbohydrate availability is low. Key topics include the role of the urea and citric acid cycles, enzymatic processes like deamination and transamination, and how these metabolic pathways interact, particularly in the liver. The instructor emphasizes the importance of understanding how these processes contribute to protein turnover and energy generation, especially in animals.
Takeaways
- 🧬 Protein catabolism is the process of breaking down protein molecules to renew body proteins and amino acids.
- 🦁 Carnivores can derive up to 90% of their energy from proteins, while herbivores derive less than 10%.
- 🔄 Amino acids are not stored in the body and must be degraded when in excess or when carbohydrates are scarce.
- ⚙️ Catabolism of amino acids primarily occurs in the liver through deamination, which removes the amino group to form glutamate.
- 🔋 Alpha-ketoglutarate is a key product of amino acid breakdown, entering the Krebs cycle to help generate energy.
- 💡 The urea cycle and the citric acid (Krebs) cycle are interconnected, allowing for the removal of toxic ammonia and the generation of energy.
- 🧪 Digestive enzymes like pepsin, trypsin, and chymotrypsin help break down proteins into amino acids during digestion.
- 💪 Muscle tissue can use amino acids for energy, especially during anaerobic conditions, converting them to alanine, which is transported to the liver.
- ☠️ Ammonia is toxic, so it must be converted to a less toxic substance like urea in mammals or uric acid in reptiles and birds.
- 🔗 Various amino acids, such as alanine and glutamate, can enter the Krebs cycle through different intermediates like pyruvate or alpha-ketoglutarate, linking amino acid catabolism with energy production.
Q & A
What is the primary purpose of protein and amino acid catabolism?
-The primary purpose of protein and amino acid catabolism is to degrade molecules, primarily proteins, to facilitate the renewal of cells and generate energy when necessary.
How does protein catabolism contribute to energy generation, especially in carnivores?
-In carnivores, up to 90% of their metabolic energy needs can be fulfilled through protein catabolism. This process involves breaking down amino acids to generate energy, particularly when carbohydrates are scarce.
What are the three general scenarios in which amino acid catabolism occurs?
-Amino acid catabolism occurs in three general scenarios: 1) During protein turnover and cell renewal, 2) When amino acids are ingested in excess, and 3) During carbohydrate scarcity, when proteins and amino acids are broken down for energy.
Why can't amino acids be stored in the body?
-Amino acids cannot be stored because they must either be used for protein synthesis, converted into energy, or excreted. Any excess amino acids undergo catabolism as they cannot be stockpiled for future use.
Where does the primary process of amino acid catabolism take place in the body?
-The primary process of amino acid catabolism takes place in the liver, where amino acids undergo deamination to remove the amino group, leading to the formation of substances like glutamate and alpha-ketoglutarate.
What is the role of transaminases (aminotransferases) in amino acid catabolism?
-Transaminases (or aminotransferases) are enzymes that catalyze the transfer of amino groups from amino acids to alpha-ketoglutarate, forming glutamate and alpha-keto acids. These enzymes are critical for amino acid breakdown and are found in both the cytosol and mitochondria.
How does the body deal with the toxic accumulation of ammonia during amino acid breakdown?
-The body detoxifies ammonia by converting it into urea through the urea cycle in the liver. This process ensures that ammonia, which is highly toxic, is safely eliminated from the body.
What is the relationship between the urea cycle and the citric acid (Krebs) cycle?
-The urea cycle and the citric acid (Krebs) cycle are interconnected through a process known as the 'Krebs bicycle.' Components like fumarate, generated during the urea cycle, can enter the citric acid cycle to help balance energy expenditure between the two processes.
How do different organisms handle the excretion of ammonia, and why does it vary?
-Organisms excrete ammonia differently based on their environment. Aquatic animals, like fish, diffuse ammonia directly into the water, while terrestrial animals convert ammonia into less toxic substances, like urea or uric acid, to minimize water loss and avoid toxicity.
What happens to amino acids after they are absorbed in the intestines?
-After digestion, amino acids are absorbed into the bloodstream via capillaries in the intestinal walls and transported to the liver, where they undergo catabolism or are used for protein synthesis.
Outlines
🧪 Understanding Protein and Amino Acid Catabolism
In this paragraph, Luana introduces the topic of protein and amino acid catabolism, explaining that it is the process by which proteins are broken down into amino acids. This process is crucial for animals as proteins are the primary source of amino acids, which must be degraded for renewal in the body. For carnivores, up to 90% of metabolic energy needs are met by protein breakdown, while herbivores and omnivores rely on different energy sources. She emphasizes three general scenarios where amino acids are catabolized: cellular protein renewal (protein turnover), excess amino acids being used as an energy source, and during carbohydrate scarcity, when amino acids are broken down to provide energy.
🔬 The Role of Glutamate and Amino Acid Breakdown
This section focuses on the breakdown of amino acids in the liver through deamination, which involves the removal of the amino group to form glutamate. Glutamate is central to this process, being formed from amino acids derived either from digestion or nitrogenous compounds in tissues. After deamination, glutamate forms alpha-ketoglutarate, which is essential for carbohydrate metabolism and energy production in the Krebs cycle. The removed amino group enters the urea cycle for conversion into urea, which is then excreted. The paragraph explains how the body handles nitrogenous waste, ensuring efficient energy production and detoxification.
⚙️ The Glucose-Alanine Cycle and Muscle Energy
Luana explains how amino acids, particularly glutamate, play a key role in muscle energy metabolism through the glucose-alanine cycle. During energy production in muscles, glutamate captures amino groups, converting them into alanine, which is transported to the liver. In the liver, alanine is converted back to pyruvate for energy production, while the nitrogen is disposed of via the urea cycle. The paragraph emphasizes the importance of this process for removing toxic ammonia and maintaining energy balance, particularly under anaerobic conditions when muscles break down glucose rapidly.
💡 Krebs Cycle and Urea Cycle Interactions
This section delves into the interaction between the urea cycle and the Krebs cycle, often referred to as the Krebs bicycle. The urea cycle, which eliminates toxic ammonia by converting it into urea, is energy-intensive. However, its cost is balanced by the energy produced in the Krebs cycle, which is energetically favorable. For instance, intermediates like fumarate from the urea cycle are fed into the Krebs cycle. This interplay ensures the body manages nitrogen efficiently while producing energy. The paragraph also touches on the evolutionary adaptation of different species to ammonia detoxification, with aquatic animals excreting ammonia directly, while terrestrial animals convert it into urea or uric acid.
📊 Amino Acid Degradation and Energy Production
In this final section, Luana summarizes how different amino acids are degraded to enter the Krebs cycle, contributing to energy production. Amino acids like alanine, glycine, and serine are converted to pyruvate, while others like leucine and isoleucine are converted into acetyl-CoA or succinyl-CoA. Glutamate, proline, and arginine are converted into alpha-ketoglutarate, directly linking their breakdown to energy production. The paragraph concludes by reinforcing that all amino acid degradation pathways ultimately converge with the Krebs cycle, highlighting the metabolic integration of protein and carbohydrate breakdown. Luana ends by encouraging viewers to stay tuned for future lessons and wishing them success in their studies.
Mindmap
Keywords
💡Catabolism
💡Amino acids
💡Turnover
💡Deamination
💡Urea cycle
💡Krebs cycle
💡Glutamate
💡Aminotransferases
💡Glucose-alanine cycle
💡Ammonia toxicity
Highlights
Introduction to the 16th class in the Basic Biochemistry course, focusing on the catabolism of proteins and amino acids.
Catabolism of amino acids is a process aimed at breaking down molecules that serve as protein precursors, important for cellular renewal.
In carnivores, up to 90% of their energy needs can be met by proteins, whereas in herbivores, less than 10% is derived from proteins.
Amino acids are not stored and must be converted into other forms for energy production, especially in the absence of carbohydrates.
The degradation of proteins begins in the stomach with the activation of pepsin by hydrochloric acid, followed by further breakdown in the small intestine by enzymes like trypsin and chymotrypsin.
Amino acid catabolism primarily occurs in the liver, where deamination leads to the production of glutamate and the removal of the amino group.
Glutamate is important in the urea cycle and energy metabolism, being converted to alpha-ketoglutarate, which enters the Krebs cycle.
The removal of ammonia, a toxic byproduct of amino acid breakdown, is facilitated by the urea cycle in mammals.
The urea cycle and the Krebs cycle are interconnected, forming the 'Krebs bicycle,' which balances energy production and nitrogen elimination.
Transaminases, enzymes responsible for amino acid transamination, are present in both the cytosol and mitochondria, and are dependent on vitamin B6.
Excess ammonia in cells is toxic and must be eliminated, often through the conversion of glutamate to glutamine and its transport to the liver.
In anaerobic conditions, muscle cells produce alanine, which is transported to the liver and converted back to pyruvate for energy production.
The urea cycle is energetically costly but is offset by the energy-generating processes in the Krebs cycle.
Ammonia in fish is directly excreted through gills, while in terrestrial animals, it is converted into less toxic compounds like urea or uric acid.
The degradation of various amino acids leads to intermediates like pyruvate, fumarate, and alpha-ketoglutarate, which feed into the Krebs cycle for energy production.
Transcripts
o Olá queridos a Luana tudo bem com
vocês em nossa 16ª aula do curso de
bioquímica básica nós comentaremos sobre
catabolismo de proteínas e aminoácidos
vem comigo
pessoal que é importante a gente se a
ter aqui acerca do processo de
catabolismo de aminoácidos nada mais é
do que um processo que Visa a degradação
das moléculas aí
precursora das proteínas e a gente já
sabe inclusive que as proteínas são
conte aí mais efetiva de aminoácidos
para os animais Como assim pro a sacada
é que a gente precisa Obrigatoriamente
fazer a degradação de proteínas para que
consequentemente a gente tem um processo
de renovação TV nossos Então nesse
sentido a ideia Central é que o processo
de catabolismo de aminoácidos Pode ser
atrelada aqui diretamente com a
degradação de proteínas E além disso
esse catabolismo de aminoácidos também
pode ser utilizado aqui com uma ponte
Bom dia
E aí sempre em carnívoros até 90 por
cento das suas atividades metabólicas
energéticas ou melhor a gostoso
necessidades energéticas podem ser
supridas aqui proteínas em livros menos
de 10 porcento
vegetais são raros os casos e
micro-organismos esse percentual elevare
ável o que é mais importante você se
atentarem é que quando a gente está
comentando especial de animais o
catabolismo dos aminoácidos eles podem
se dar de várias maneiras e essas
maneiras aqui eu posso simplesmente
agrupar em três cenários Gerais a saber
se a gente pode ter aqui durante o
processo de renovação e proteínas
celulares o que comumente nós chamamos
de etanol ver celular ou seja nesse
processo aqui é novas proteínas não vão
demandar e terminou ácidos presentes tá
e a gente pode ter também o processo
aqui no qual os aminoácidos ingeridos em
excesso ou como fonte energética
principal E aí nesse sentido que eu
quero que vocês entendam é que os
aminoácidos eles não ser estocados E
como sequentemente eles vão precisar ser
aqui convertidos em algu e por Sim a
gente pode ter aqui no terceiro cenário
no qual você tem uma disponibilidade ou
até mesmo uma questão de diminuição aí
tá disponibilidade de carboidratos nesse
sentido o que que acontece você vai ter
essa escassez ou a inacessibilidade de
carboidratos e consequentemente o
organismo vai
pegar aminoácidos proteínas vai fazer um
processo de catabolismo para gerar fonte
energética
bom Então nesse sentido entendamos que é
importante você se aterem que a gente
pode ter a renovação de aminoácidos em
decorrência que do turnover ou seja
proteínas aí então Sucesso com células
quando elas estão fazendo postagens
inovação pode ser inserido pela
alimentação toda via a gente pode ter
uma situação na qual a escassez de
carboidrato acaba forçando metabolismo a
fazer a degradação pide aminoácidos
certo e nesse sentido eu quero que vocês
atentem-se que nem sistematização que eu
trago a vocês o ciclo da ureia e o ciclo
do ácido cítrico que a gente vai ver que
tem um protagonismo importante aqui um
com o outro
e a aqui não se lembre no processo de
digestão é a gente tem aqui a priori a
degradação de proteínas no estômago
então e decorrência do ácido clorídrico
você tem ativação ali de uma enzima
chamada pepsina e a piscina lá faz a
degradação de proteínas formando aqui os
peptídeos E aí isso daqui segue ali para
região no intestino delgado e sobre essa
de outras enzimas como por exemplo a
tripsina quimiotripsina ou até mesmo de
carboxipeptidases você tem um processo
no qual Esses peptídeos são agora é
digeridos e formam que os aminoácidos
é porque só vez esses aminoácidos Eles
são de certo modo
absorvidos aqui pelos capilares ali
presente na músculo
a parede do intestino e são absorvidos
pelo organismo
eu quero que vocês ainda 70 em que o
processo de catabolismo de aminoácidos
essencialmente acontece no fígado e esse
deve tá se perguntando tá Wesley Mas
como que acontece isso daí liga para mim
basicamente o que acontece cruzada o
homem Nossa ele chega no fígado e ele
sofre um processo que a gente chama de
desaminação e esse processo de
desaminação que nada mais é do que é
retirada do grupamento Amino vai gerar
glutamato
Oi e o glutamato entendemos aqui que eu
A Setor inicial do grupo mínimo não
menos importante eu quero que você se
atentem que ele pode vir diretamente de
duas fontes a saber se são elas os
aminoácidos que são oriundos do processo
de digestão ou até eles são oriundos
aqui das lutas meninas que estão
basicamente O que é um grupo que recebe
grupamento Amina durante a degradação de
compostos nitrogenados aí nos tecidos
então o que que a gente pode até ter a
gente pode ter duas situações na qual a
gente vai ter esses aminoácidos aí
sofrendo a desaminação lá no fígado para
formar o glutamato pode ser oriundo do
processo de digestão ou pode ser aqui
até lá também com a degradação de
compostos nitrogenados em tecidos
e não menos importante se atentem que o
glutamato depois de sofrer esse processo
de desaminação ou seja dessa retirada do
grupamento um amigo ele forma o
alfa-cetoglutarato
é o alfa cetoglutarato ele é importante
porque ele vai entrar em vias normais
degradação de carboidratos para geração
de energia então a gente já sabe que uma
das etapas que acontece lá no ciclo de
Krebs está associado diretamente aqui
com o alfa cetoglutarato tá bom
e o grupamento Amino ele entra aí na
conversão
do ciclo da ureia Então a gente tem o
que o glutamato ele pode basicamente ser
precursor de duas substâncias o alfa
cetoglutarato que vai entrar aí
basicamente no metabolismo energético de
degradação de carboidratos e o
grupamento Amina que ele aí vai ser
introvertido em ureia
E aí você deve tá se perguntando Ah tá
pô mas como que é feito a remoção desse
grupo mesmo se dá da seguinte maneira a
o primeiro passo quando a gente pensa aí
nesse processo de degradação é
basicamente com que haja a transferência
do grupamento Amino para o alfa
cetoglutarato formando aí o glutamato
Então você tem que ter um aminoácido mas
o alfa cetoglutarato e sim Inter
converte no
alfa-cetoácido mas o glutamato perfeito
e aí eu quero que você se atentem ainda
E esse processo é catalisado por uma
classe de enzimas chamadas de
aminotransferases
ou simplesmente são denominados Como
transaminases tá E basicamente você deve
tá se perguntando Ok beleza entendi que
são as transaminases que catalisam esse
processo mas a onde elas estão inseridas
a resposta a isso é o seguinte elas
estão inseridas tanto no citosol quando
na mitocôndria e é importante você se
atentarem que eu comentei lá na nossa no
o curso sobre a o filho do casal fosfato
que é justamente uma coisa cima que a
derivada da vitamina B6 beleza
e aparecerá isso eu queria que você se
atentassem que acontece um processo de
transaminação nos tecidos que
basicamente o que que é é um processo de
degradação dos compostos nitrogenados
Ester compostos que apresentam
nitrogênio que vai tirar como resíduo
metabólico a molécula de amônia tá E aí
como eu falei para vocês o glutamato ele
é importante porque ele entra como
aceptor também aqui da amônia nos
tecidos E aí consequentemente para se
levar ao fígado o glutamato recebe esse
grupamento amina e deriva da amônia
passando pela glutamina
e não menos importante eu quero que você
se atentem que o acúmulo de de amor é
dentro das células é um é uma coisa
prejudicial extremamente tóxico e
consequentemente a gente precisa
utilizar ser de alguma via para tentar
eliminar a amônia certo
eu estou aqui entra agora como
protagonista o ciclo glicose alanina
Como se dá esse processo e nos músculos
aminoácidos são aí utilizados
frequentemente como uma fonte energética
tá E aí para que aconteça isso eu
preciso Obrigatoriamente com que esses
grupos para mim sua mínimos aí presente
nos aminoácidos sejam capturados pelo
glutamato e os músculos por sua vez eles
liberam muito pelo fato resultante ainda
quebra anaeróbia da glicose aqui não se
lembre a queda na anaeróbia da glicose é
um processo fermentativo outra mesmo a
gente pode citar aqui a própria
glicólise
os glúteos máximos às vezes eles
precisam estar Associados aqui aos pelos
Fatos e quando a associação de glutamato
com piruvato nós temos aqui a formação
da a lâmina Oi tá ir lá no fígado o que
que acontece esses piruvatos eles são
recuperados e voltam aqui a via aeróbia
de degradação ou seja basicamente o que
se tem esse aqui pessoal é que a gente
tem aí um processo no qual forma se
aquela mina mas como chega lá no fígado
e daqui é convertido novamente approvato
para que a gente consiga utilizar aí
havia de degradação de carboidratos tá
bom bom então Ó esquematizando aqui a
vocês eu quero que você se atentem que
como eu falei os aminoácidos eles podem
ser curioso Aí e proteínas ingeridas e
consequentemente digeridas pelo trato
gastrointestinal mas também a gente pode
ter a quinta conversão de outras
substâncias aqui dentro do próprio
metabolismo a a isso tá
e a preservar a lâmina aqui do músculo
ela é entre convertido aqui a ureia ou
ácido úrico
Oi e aí você deve tá se perguntando tá
pro Beleza o que que é aí que que tem a
ver agora com a ureia aqui você comentou
anteriormente é extremamente tóxica vem
comigo
E você tá muito importante é que como eu
falei amor é ser uma estoques cá e
acredito eu que em alguma aula de
Zoologia Em algum momento da sua vida o
professor tenha comentado sobre amônia
ureia e ácido úrico eu preciso que você
se atentem que a excreção de amônia e
exige que ela seja transformada em um
composto menos tóxico e esse processo se
dá da seguinte maneira por exemplo em
peixes o que a gente faz basicamente a
difusão da amônia através das guelras ou
brânquias sem necessidade de conversão
então em decorrência de ter uma alta
disponibilidade de água ali no ambiente
marinho ou até mesmo de água doce
e elimina Monique é uma beleza não
precisa ficar fazendo conversão há nada
em contra partida ele + terrestre a
amônia precisa ser convertido em algum
composto menos tóxico seja ácido úrico
seja ureia tá um aspecto importante é
que quando a gente comenta por exemplo
em anfíbios e répteis esse processo é da
conversando amônia da origem aqui ao
ácido úrico tá
Oi e aí o que você precisa saber sobre o
ciclo da ureia propriamente dito quando
a gente está pensando em mamíferos em
especial a amônia é convertido em ureia
lavos hepatócitos ou seja nas células do
fígado uma vez se quica tá e a entrada
da amônia nessa via requer a conversão
para um grupamento cabo mil então por
exemplo quando a menina a menina não sei
não amor Então nesse ciclo eu preciso
Obrigatoriamente que ela seja que
convertida para um grupamento que a
gente chama de Camilo e esse grupamento
ele é derivado de um um bicarbonato
fosse trata fosfatado cartão
em outras palavras o que que acontece a
amônia é Entra lá nos hepatócitos e
consequentemente ela precisa ser
convertida para esse grupamento acabou
mil que nada mais é do que um rio
fosfatada Beleza então você tem aqui uma
esquematização acerca do ciclo da ureia
Oi e aí entendemos que é um aspecto
muito interessante acerca do ciclo da
ureia é que ele conversa diretamente com
ciclo do ácido cítrico em outras
palavras a gente vai ver uma
nomenclatura denominada como bicicleta
do creles Como assim o ciclo da ureia
ele conversa diretamente com alguns
elementos presença aqui o ciclo de Krebs
Então vamos lá um aspecto importante é
que o ciclo da ureia é energeticamente
gostoso ou seja gasta bastante energia
tá
Oi e esse curso de certo modo ele é
compensado pela conversão do ciclo da
ureia com o ciclo de Krebs quer
energeticamente favorável como eu
comentei um caminho paralelo ao outro e
aí entendeu mas aqui por exemplo o
resíduo fumarato que acaba sendo um
precursor aqui doxal acetato acaba sendo
um importante componente de entrada no
ciclo de Krebs e consequentemente nós
temos aí esse contra a balança entre a
um
custo do ciclo da ureia frente a questão
aqui do ciclo de Krebs que é
extremamente
energético e aí como eu falei pra vocês
essa conversão entre ciclo da ureia
versus ciclo de Krebs é conhecido como
bicicleta de Krebs tá E aí entendemos
ainda que esse ciclo ele acaba sendo
regulado básicamente pela demanda de
compostos nitrogenados nos hepatócitos
Ou seja a forma de regular esse processo
Deriva
e da precisão a qual as células do
fígado precisem de compostos que tem um
nitrogênio estrutura tá
e não menos importante a importante que
vocês ainda tem aí muito bem claro que
eventualmente pode acontecer e variações
na atividade da formação de ureia mas é
a o processo ele de certo modo é
regulada aqui na concentração de enzimas
que catalisam esses reações tá
bom então percebam que no ciclo quando
você tem esse processo aqui ó vocês vão
ver que vários compostos por exemplo
leucina lisina cinema lâmina podem ser
convertido aqui há 774 forma Sutil
isoleucina percebo onde certo modo que a
degradação dos aminoácidos Visa
basicamente formar alguns produtos que
podem ser directamente Associados aqui
ao ciclo de Krebs para fazer a produção
de energia
bom então percebamos que ó por exemplo o
catabolismo alanina e glicina serina
cisteína
triptofano ou treonina fiz a basicamente
formal que
quem assistiu o quarto ou no caso aqui
da cisteína Você pode ter a formação do
piruvato
o chão caso triptofano da lisina da
fininho Alina da tirosina leucina daí
isoleucina percebam que o basicamente o
que a gente tá tendo aqui assistiu com a
esse tipo ah é importante para entrar lá
no ciclo de Krebs e consequentemente
rodar o ciclo
e a Cidinha junina glutamato a prolina
por exemplo podem ser todas as
convertidas a alface ou a alface certo
glutarato
e a metionina isoleucina treonina valina
por sua vez ó ó no caso a isoleucina
pode ter aqui conversão para sentir o
colar e as demais são aqui convertidas
em oxigênio koa
e o piercing aqui as páginas patato
podem formar oxalacética posto isto
quero que vocês entendam que é o aspecto
mais importante quando a gente pensa na
degradação de aminoácidos é que eles
podem diretamente conversar com o ciclo
de Krebs Então percebam como como eu
discorrer anteriormente que todos os
aminoácidos eles podem ser convertidos a
produtos directamente associados ao
ciclo de Krebs então por exemplo Ó tem
esse produção de assistiu Quad provato
que o que fala acetato de fumarato de
succinilcolina A alfa cetoglutarato
glutamato e por aí vai mas não menos
importante você também pode ter aqui
afirmação também ti Corpos cetônicos O
importante é que você se atentem que
basicamente tudo conversa no metabolismo
Então as vias elas convergem conversam
entre si beleza
e era isso gente espero que vocês tenham
curtido Compartilha o vídeo Se não for
inscrito se inscreva Ative o Sininho de
notificação dá um anti e não menos
importante o desejo ele muitas coisas
boas para vocês bastante sucesso nos
estudos um beijão e até nossa próxima
aula fui
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