25.1. El pool de aminoácidos: concepto y fuentes
El organismo no almacena aminoácidos libres en ningún tejido específico. Existe, sin embargo, un pool dinámico de aminoácidos que circula en sangre y líquido intracelular, constantemente alimentado por tres fuentes:
- La dieta aporta aproximadamente 100 g/día de proteínas en una dieta equilibrada. Tras la digestión, los aminoácidos se absorben en el intestino delgado y pasan a la circulación portal hacia el hígado, que regula su distribución al resto de los tejidos.
- La proteolisis endógena libera unos 300 g/día de aminoácidos procedentes de la degradación de proteínas corporales. Este proceso, denominado recambio proteico, ocurre en todos los tejidos y su magnitud triplica la del aporte dietético. La mayor parte de los aminoácidos liberados se reutilizan para síntesis de nuevas proteínas.
- La biosíntesis de novo permite sintetizar 11 de los 20 aminoácidos proteinogénicos a partir de intermediarios metabólicos, principalmente del ciclo de Krebs y de la glucólisis. Los 9 restantes son esenciales y deben aportarse desde la dieta.
Pool de aminoácidos: conjunto de aminoácidos libres disponibles en el organismo en un momento dado, resultado del equilibrio dinámico entre sus fuentes de entrada (dieta, proteolisis endógena y biosíntesis) y sus destinos de salida (síntesis proteica, producción de biomoléculas y catabolismo).
La estructura química de los aminoácidos, su clasificación por cadena lateral, su estereoisomería y el concepto de punto isoeléctrico se estudian en Tema 3 · Aminoácidos y péptidos.
25.2. Digestión y absorción de proteínas
Las proteínas de la dieta deben hidrolizarse hasta aminoácidos libres antes de poder absorberse. El proceso implica desnaturalización, hidrólisis proteolítica y absorción activa en el enterocito.
- En el estómago:
- El pH ácido (HCl secretado por las células parietales) desnaturaliza las proteínas, desplegando su estructura tridimensional y haciendo accesibles los enlaces peptídicos.
- El pepsinógeno, secretado por las células principales, se activa a pepsina por el pH ácido y comienza la hidrólisis endopeptídica.
- En el intestino delgado:
- El páncreas secreta proteasas en forma de zimógenos inactivos que se activan en cadena en el lumen intestinal.
- La enteroquinasa del borde en cepillo activa el tripsinógeno a tripsina, que a su vez activa quimotripsinógeno, proelastasa y procarboxipeptidasas.
- Las endopeptidasas (tripsina, quimotripsina, elastasa) rompen la cadena peptídica en puntos específicos; las exopeptidasas (carboxipeptidasas A y B) liberan aminoácidos desde el extremo carboxilo.
- Absorción: los aminoácidos y dipéptidos resultantes son absorbidos por el enterocito mediante transportadores específicos dependientes de Na⁺. Dentro del enterocito, los dipéptidos se hidrolizan a aminoácidos, que pasan a la circulación portal.
- El hígado capta parte de los aminoácidos presentes en la circulación portal (especialmente los aromáticos) y redistribuye el resto a los tejidos periféricos.
Los aminoácidos de cadena ramificada (leucina, isoleucina, valina) apenas son captados por el hígado y llegan preferentemente al músculo esquelético, que es su principal tejido de utilización. Esta distribución selectiva tiene relevancia en la suplementación deportiva con BCAAs.
La regulación de la secreción gástrica y pancreática, la motilidad intestinal y los mecanismos hormonales que coordinan la digestión (gastrina, secretina, CCK) se desarrollan en Fisiología Médica (Fisiología del aparato digestivo).
25.3. Recambio proteico
25.3.1. Definición y funciones del recambio proteico
El recambio proteico (protein turnover) es el proceso continuo de síntesis y degradación de proteínas que ocurre en todos los tejidos del organismo. Su magnitud es enorme: aproximadamente 300 g/día de proteína endógena se degrada y resintetiza, frente a los 100 g/día aportados por la dieta.
Recambio proteico: proceso continuo de síntesis y degradación de proteínas corporales. Se cuantifica por la vida media de cada proteína, que varía desde minutos (enzimas reguladoras) hasta toda una vida (proteínas del cristalino del ojo).
El recambio proteico cumple tres funciones esenciales:
- Permite eliminar proteínas dañadas o anómalas antes de que acumulen y produzcan daño celular: proteínas oxidadas, mal plegadas o con modificaciones postraduccionales erróneas.
- Permite reutilizar aminoácidos: la mayoría de los aminoácidos liberados por proteolisis son reincorporados en la síntesis de nuevas proteínas, lo que hace que el pool libre sea relativamente pequeño.
- Permite regular la cantidad de enzimas: muchas enzimas reguladoras tienen vida media corta (minutos a horas) para que su concentración pueda ajustarse rápidamente en respuesta a señales metabólicas.
La degradación de proteínas ocurre principalmente por dos sistemas:
- Los lisosomas: degradación de proteínas extracelulares capturadas por endocitosis y de proteínas intracelulares mediante autofagia.
- El sistema ubiquitina-proteasoma: degradación selectiva de proteínas citosólicas marcadas con ubiquitina. El proceso consume energía. La síntesis de cada enlace peptídico requiere 2 ATP + 2 GTP, y el ensamblaje y desmontaje de los ribosomas consume 2 ATP adicionales por aminoácido incorporado.
25.3.2. Regulación del recambio proteico
La insulina y los andrógenos aumentan la síntesis proteica y reducen la degradación (estado anabólico).
Los glucocorticoides reducen la síntesis y aumentan la degradación (estado catabólico, especialmente en músculo).
El aporte dietético de proteínas también regula el recambio: el déficit de proteínas aumenta la proteolisis endógena para mantener el pool.
25.4. Balance de nitrógeno
El nitrógeno es el elemento que distingue a los aminoácidos del resto de biomoléculas. Su entrada al organismo se produce principalmente como nitrógeno proteico dietético; su salida, mayoritariamente como urea urinaria. El balance de nitrógeno mide el estado del metabolismo proteico:
Balance de nitrógeno = Nitrógeno ingerido − Nitrógeno excretado (orina + heces)
Un balance de cero indica equilibrio. Un balance positivo indica retención neta de nitrógeno (anabolismo proteico). Un balance negativo indica pérdida neta de nitrógeno (catabolismo proteico superior a la síntesis).
| Balance | Situación | Causa |
|---|---|---|
| Neutro (=0) | Adulto sano con dieta equilibrada | Síntesis = degradación |
| Positivo (>0) | Crecimiento, embarazo, recuperación postquirúrgica, entrenamiento de fuerza | Síntesis proteica > degradación; retención neta de N |
| Negativo (<0) | Inanición, sepsis, quemaduras extensas, cirugía mayor, déficit proteico | Degradación proteica > síntesis; pérdida neta de N |
25.5. Aminoácidos esenciales y no esenciales
De los 20 aminoácidos proteinogénicos, 11 pueden sintetizarse de novo en el organismo humano (no esenciales) y 9 no pueden sintetizarse en cantidad suficiente y deben aportarse con la dieta (esenciales).
La esencialidad significa imposibilidad de síntesis endógena suficiente, no importancia biológica.
Un déficit de cualquier aminoácido esencial limita la síntesis de todas las proteínas que lo contienen, porque la traducción requiere que todos los aminoácidos estén disponibles simultáneamente en el ribosoma.
| Esenciales (9) | No esenciales (11) |
|---|---|
| Fenilalanina (Phe) | Alanina (Ala) |
| Triptófano (Trp) | Arginina (Arg)* |
| Histidina (His) | Asparagina (Asn) |
| Cisteína (Cys)** | Aspartato (Asp) |
| Metionina (Met) | Glutamato (Glu) |
| Treonina (Thr) | Glutamina (Gln) |
| Isoleucina (Ile) | Glicina (Gly) |
| Leucina (Leu) | Prolina (Pro) |
| Valina (Val) | Serina (Ser) |
| Tirosina (Tyr)** | |
| Lisina (Lys) |
*La arginina puede considerarse condicionalmente esencial en neonatos y en situaciones de estrés severo. **La cisteína puede sintetizarse desde metionina, y la tirosina desde fenilalanina: si estos precursores esenciales escasean, sus derivados pasan a ser condicionalmente esenciales.
El kwashiorkor es la forma más grave de desnutrición proteica. A diferencia del marasmo (déficit calórico global), el kwashiorkor cursa con ingesta calórica relativamente conservada pero déficit severo de proteínas. La hipoalbuminemia resultante reduce la presión oncótica y produce edema generalizado (el «niño barrigón» de la desnutrición). La recuperación requiere aporte proteico gradual con todos los aminoácidos esenciales.
25.6. Destinos generales de los aminoácidos
Cuando el pool de aminoácidos supera las necesidades de síntesis proteica y de biomoléculas, el excedente entra en rutas catabólicas. El catabolismo de aminoácidos genera dos productos: la cadena carbonada (el esqueleto hidrocarbonado sin el grupo amino) y el grupo amino (en forma de amoniaco o amonio).
La cadena carbonada puede seguir tres destinos:
- Convertirse en intermediarios gluconeogénicos (aminoácidos glucogénicos).
- Puede actuar como precursora de síntesis de ácidos grasos o cuerpos cetónicos (aminoácidos cetogénicos).
- Puede oxidarse completamente en el ciclo de Krebs para obtener energía.
El grupo amino es tóxico en forma libre (amoniaco/amonio). Debe transportarse de forma segura hasta el hígado, el único tejido capaz de sintetizar urea, y eliminarse como urea por la orina.
Los mecanismos de pérdida del grupo amino (transaminación, desaminación oxidativa, transdesaminación), el transporte de amonio como glutamina y alanina, y el ciclo de la urea se desarrollan en Tema 26 · Catabolismo de aminoácidos y ciclo de la urea. Los destinos específicos de la cadena carbonada por aminoácido se estudian en Tema 27 · Aminoácidos glucogénicos y cetogénicos.
25.7. Aminoácidos como precursores de biomoléculas
Más allá de la síntesis de proteínas, los aminoácidos son los precursores de moléculas reguladoras esenciales. El déficit de un aminoácido específico puede comprometer la síntesis de un neurotransmisor, una hormona o un coenzima.
| Aminoácido(s) | Biomolécula | Función |
|---|---|---|
| Phe / Tyr | Catecolaminas (dopamina, noradrenalina, adrenalina) | Neurotransmisores y hormonas del estrés |
| Phe / Tyr | Hormonas tiroideas (T3, T4) | Regulación del metabolismo basal |
| Tyr | Melanina | Pigmentación cutánea y fotoprotección |
| Trp | Serotonina / Melatonina | Neurotransmisor del estado de ánimo / hormona del ritmo circadiano |
| Trp | NAD⁺ (parte no vitamínica) | Coenzima redox fundamental |
| Gly | Porfirina / Grupo hemo | Transporte de oxígeno (hemoglobina, mioglobina) |
| Gly / Arg / Met | Creatina / Fosfocreatina | Reserva de fosfato de alta energía en músculo |
| Asp / Gly / Gln | Bases púricas y pirimidínicas | Síntesis de nucleótidos y ácidos nucleicos |
| Glu / Gly / Cys | Glutatión | Principal antioxidante intracelular |
| His | Histamina | Mediador de la respuesta inflamatoria e inmune |
La fenilcetonuria (PKU) ilustra con claridad la conexión entre aminoácido precursor y biomolécula. El déficit de fenilalanina hidroxilasa impide convertir fenilalanina en tirosina: la fenilalanina se acumula y se desvía hacia metabolitos tóxicos (fenilpiruvato, fenilacetato, fenillactato) que dañan el sistema nervioso en desarrollo. La consecuencia es discapacidad intelectual grave si no se detecta y trata precozmente con dieta restringida en fenilalanina. Es el error innato del metabolismo más frecuente detectado en el cribado neonatal.
