Os aminoácidos servem como precursores para uma gama diversificada de moléculas biologicamente ativas além de seu papel como blocos de construção de proteínas. Esses derivados incluem neurotransmissores, hormônios, porfirinas, melanina e moléculas de sinalização que regulam a fisiologia e o comportamento.
Catecolaminas
As catecolaminas são sintetizadas a partir da tirosina. A tirosina hidroxilase catalisa a etapa limitante da velocidade, convertendo tirosina em L-DOPA. Esta enzima é inibida por catecolaminas através de regulação por retroalimentação e é o alvo de fármacos usados na doença de Parkinson. A DOPA descarboxilase então converte L-DOPA em dopamina. Em neurônios noradrenérgicos, a dopamina beta-hidroxilase converte dopamina em norepinefrina. Na medula adrenal, a feniletanolamina N-metiltransferase converte norepinefrina em epinefrina.
A dopamina funciona no cérebro como reguladora do movimento, motivação e recompensa. A doença de Parkinson resulta da degeneração de neurônios dopaminérgicos na substância negra. A norepinefrina e a epinefrina medeiam a resposta de luta-ou-fuga, aumentando a frequência cardíaca, pressão arterial e glicose sanguínea. As catecolaminas são inativadas pela monoamina oxidase e catecol-O-metiltransferase, que são alvos de fármacos terapêuticos.
Serotonina e Melatonina
A serotonina é sintetizada a partir do triptofano em duas etapas. A triptofano hidroxilase adiciona um grupo hidroxila para formar 5-hidroxitriptofano, e a aminoácido aromático descarboxilase o converte em serotonina. A serotonina regula humor, apetite, sono e percepção da dor. Os inibidores seletivos de recaptação de serotonina são antidepressivos amplamente usados que prolongam a sinalização da serotonina.
Na glândula pineal, a serotonina é acetilada pela serotonina N-acetiltransferase para formar N-acetilserotonina, então metilada pela hidroxiindol-O-metiltransferase para produzir melatonina, um processo análogo às modificações pós-traducionais de proteínas. A melatonina regula os ritmos circadianos e os ciclos sono-vigília. Sua produção é suprimida pela luz e aumenta na escuridão, sinalizando ao corpo para se preparar para o sono.
Histamina
A histamina é sintetizada a partir da histidina pela histidina descarboxilase. É armazenada em mastócitos, basófilos e neurônios. A histamina medeia respostas alérgicas e inflamatórias, estimula a secreção de ácido gástrico e atua como neurotransmissor regulando vigília e apetite. Anti-histamínicos visando o receptor H1 tratam alergias, enquanto antagonistas do receptor H2 reduzem a secreção de ácido gástrico na úlcera péptica. Receptores H3 regulam a liberação de histamina no cérebro.
GABA
O ácido gama-aminobutírico é o principal neurotransmissor inibitório no cérebro, sintetizado a partir do glutamato pela glutamato descarboxilase. A GAD requer fosfato de piridoxal como cofator. O GABA liga-se a receptores GABAA, que são canais de cloreto, e receptores GABAB, que são receptores acoplados à proteína G. Benzodiazepínicos e barbitúricos aumentam a atividade do receptor GABAA, produzindo sedação e efeitos ansiolíticos. O GABA é metabolizado pela GABA transaminase a semialdeído succínico, que entra no ciclo do ácido cítrico.
Óxido Nítrico
O óxido nítrico é uma molécula de sinalização gasosa sintetizada a partir da arginina pela óxido nítrico sintase. Existem três isoformas de NOS. A NOS neuronal produz NO para neurotransmissão. A NOS induzível é expressa em células imunes e produz grandes quantidades de NO para defesa contra patógenos. A NOS endotelial produz NO que difunde para as células musculares lisas adjacentes, ativando a guanilil ciclase e causando vasodilatação. O NO é um sinal parácrino com meia-vida de segundos, e seu efetor downstream é o cGMP. A nitroglicerina usada para angina atua liberando NO.
Glutationa
A glutationa é um tripeptídeo composto de glutamato, cisteína e glicina, com a ligação gama-glutamílica incomum protegendo-a da clivagem por peptidases. É o tiol intracelular mais abundante, atingindo concentrações milimolares. A glutationa serve como o principal antioxidante celular, reagindo diretamente com espécies reativas de oxigênio e servindo como cofator para glutationa peroxidase e glutationa S-transferase. A glutationa reduzida é mantida pela glutationa redutase usando NADPH. A depleção de glutationa contribui para o estresse oxidativo no envelhecimento, neurodegeneração e doença hepática.
Porfirinas e Heme
O heme é sintetizado a partir de glicina e succinil-CoA em oito etapas enzimáticas. A primeira reação e limitante da velocidade condensa glicina com succinil-CoA para formar ácido aminolevulínico, catalisada pela ALA sintase. Quatro moléculas de ALA são montadas em porfobilinogênio, e quatro porfobilinogênios são unidos para formar hidroximetilbilano, que cicliza para uroporfirinogênio III. Descarboxilação e oxidação produzem protoporfirina IX, e a ferroquelatase insere ferro ferroso para formar heme.
O heme é o grupo prostético da hemoglobina, mioglobina, citocromos, catalase e óxido nítrico sintase. Distúrbios da síntese do heme causam porfirias, caracterizadas pelo acúmulo de intermediários da via que causam sintomas neurológicos e fotossensibilidade.
Poliaminas
As poliaminas, incluindo putrescina, espermidina e espermina, são sintetizadas a partir da ornitina e metionina. A ornitina descarboxilase catalisa a etapa comprometida. As poliaminas são essenciais para a proliferação celular, regulando a expressão gênica, a função de canais iônicos e a estabilidade do DNA. A ODC é um alvo para o desenvolvimento de fármacos anticancerígenos devido ao seu papel no crescimento celular.
Melanina
A melanina é sintetizada a partir da tirosina pela tirosinase, que oxida tirosina a DOPAquinona. As reações subsequentes diferem para a produção de eumelanina e feomelanina. A melanina fornece fotoproteção na pele e é crítica para a visão no olho. A deficiência de tirosinase causa albinismo, caracterizado por falta de pigmento e aumento do risco de câncer de pele.
