Mecanismos Bioquímicos Esenciales: Metabolismo de Aminoácidos y Regulación de la Expresión Génica

Metabolismo de Aminoácidos: Transdesaminación y Eliminación del Grupo Amino

Transaminación (Desaminación Indirecta)

La desaminación ocurre fundamentalmente por una transaminación. En este proceso, un aminoácido (aa) y un α-cetoácido (generalmente α-cetoglutarato) dan lugar a un nuevo α-cetoácido y un nuevo aminoácido (Glutamato).

• Resultado: No hay una pérdida neta del grupo amino.
• Función del Glutamato: El grupo amino de muchos aminoácidos diferentes converge en el Glutamato. Este aminoácido canaliza los grupos amino hacia reacciones de biosíntesis o hacia su eliminación.
• Enzimas: Las reacciones están catalizadas por las transaminasas (o aminotransferasas). La transaminasa recibe el nombre del aminoácido que reacciona (Ej.: alanina aminotransferasa).
• Coenzima: Se utiliza el piridoxal fosfato (PLP), un derivado de la vitamina B6 (piridoxina), que actúa como transportador del grupo amino.

Desaminación Oxidativa

Este proceso es crucial para la eliminación del nitrógeno.

• Enzima Clave: Glutamato deshidrogenasa.
• Proceso: Los grupos amino, canalizados previamente al Glutamato, se eliminan en el hígado. El grupo NH₃ del Glutamato se elimina por desaminación oxidativa en la mitocondria.
• Cofactores: Requiere NAD⁺ o NADP⁺.
• Regulación: Se activa por una carga energética baja (ADP) y se inhibe por ATP.

La acción combinada de la transaminación y la desaminación oxidativa se denomina transdesaminación, cuyo resultado final es la eliminación del grupo NH₃ de un aminoácido. Algunos aminoácidos se desaminan oxidativamente de manera directa, aunque esto es menos frecuente.

Regulación del Transporte de Nitrógeno: La Glutamina Sintetasa

El Glutamato es sustituido por la Glutamina para el transporte de NH₃ desde los tejidos extrahepáticos hasta el hígado. Una vez en el hígado, la Glutamina vuelve a transformarse en Glutamato, y el ion amonio (NH₄⁺) resultante queda disponible para la síntesis de urea.

La enzima Glutamina Sintetasa está altamente regulada de dos maneras:

1. Regulación Alostérica

   Se realiza por productos finales. Cada uno de los productos ejerce una inhibición parcial, lográndose la inhibición total si todos los productos se acumulan (fenómeno conocido como retroinhibición acumulativa).

2. Modificación Covalente

   El AMP se une a un grupo OH de una tirosina de la enzima. Es decir, la enzima se inhibe no por fosforilación, sino por adenilación, y se activa por desadenilación. Este proceso está regulado por una compleja cascada de reacciones.

Iniciación de la Traducción en Procariotas

La formación del complejo de iniciación 70S requiere la participación de varios factores de iniciación (IF) y un aporte energético.

Pasos de la Iniciación

1. El Factor de Iniciación 1 (IF-1) ocupa el sitio A del ribosoma.
2. El Factor de Iniciación 2 (IF-2), unido al ARNt-fMet y GTP, se une e interacciona con IF-1. El complejo ARNt-fMet ocupa el sitio P, enfrentándose al codón de iniciación (AUG).
3. El Factor de Iniciación 3 (IF-3) se separa, permitiendo la unión de la subunidad grande (50S), lo que forma el complejo de iniciación 70S.

Reconocimiento Específico y Energía

Para que el complejo de iniciación reconozca perfectamente el codón AUG, se requiere un reconocimiento específico:

• Secuencia Shine-Dalgarno: El ARNm debe encajar en la subunidad pequeña. Para ello, interviene la secuencia de Shine-Dalgarno. Esta secuencia, que puede variar en cada organismo, es una secuencia consenso situada a 8-10 nucleótidos (nt) antes del codón de iniciación AUG.
• Interacción: La secuencia de Shine-Dalgarno es reconocida por el ARNr 16S, que interacciona con ella, permitiendo que el codón de iniciación ocupe el sitio P.

El complejo IF-2 + ARNt-fMet + GTP se enfrenta al AUG. El GTP se hidroliza, liberando energía que provoca un cambio de conformación espacial del complejo de preiniciación, causando la separación de IF-1 e IF-3. Esto permite la unión de la subunidad grande (50S), formando el complejo de iniciación 70S, donde:

• El sitio A queda vacío.
• El sitio P queda ocupado por el ARNt-fMet.
• El sitio E queda vacío.

Terminación de la Transcripción Rho-Independiente

En el ADN encontramos sitios específicos en los que se termina la transcripción. Las secuencias de terminación de la transcripción Rho-independiente comparten dos características comunes:

1. Serie de Bases A·T: Una serie de 4 a 10 bases A·T consecutivas, con las A en la hebra molde. El ARN transcrito se termina en esta secuencia o justo cuando la pasa.

2. Región Rica en G+C: Una región rica en G+C con una secuencia palindrómica que precede de inmediato a las series de A·T. El ARN transcrito de esta región puede formar una estructura secundaria en “horquilla” (o tallo-bucle) complementaria a sí misma, terminada en varios residuos U.

La estabilidad estructural de la horquilla rica en G+C (gracias a los tres puentes de hidrógeno) y el débil apareamiento de bases de la cola oligo-U al DNA molde aseguran la terminación adecuada de la cadena.

La formación de la horquilla induce una pausa en la ARN Polimerasa (ARN Pol) en el sitio de terminación. Esto induce un cambio conformacional en la enzima que le permite a la hebra de DNA no molde desplazar la cola oligo-U, con lo que termina la transcripción.