TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea. Origen del nitrógeno de la urea. Transaminasas y vitamina B6. Glutaminasa. Glutamatog ydehidrogenasa. Glutamina sintetasa. Ciclo de la glucosa-alanina. Ciclo de la urea. Regulacion del ciclo de la urea. Enfermedades metabolicasrelacionadas con el ciclo de la urea. Rutas de degradacio n y destino de las cadenas de los aminoácidos Coenzimas transportadoras de restos cadenas de los aminoácidos. Coenzimas transportadoras de restos monocarbonados. Aminoácidos glucogénicos y cetogénicosDestinos metabólicos de los aminoácidos. Degradación de la fenilalanina. Fenilcetonuria, tirosinemias, alcaptonuria. Degradación de aminoácidos de , , p gcadenas ramificadas. Patología asociada

Proteína intracelular

Catabolismo de aminoácidos 

SÍNTESIS DE PROTEÍNAS (TRADUCCIÓN)DEGRADACIONDE PROTEINAS

Proteína de la dieta

AminoácidosDIGESTION

NH4+

Bi í t i d Esqueletos carbonados4

Carbamil‐fosfato

Biosíntesis de AA, nucleótidos y otras aminas biológicas

Esqueletos carbonados

α‐cetoácidos

A til C A

Fumarato

CICLODE  LA UREA

Asp

CICLODEKREBS

Acetil‐CoA

Cuerposcetónicos

Urea(producto de 

Oxalacetato

GLUCONEO‐GÉNESIS

cetónicos

co2

pexcreción del nitrógeno)

Glucosa

GÉNESIS

El pool de aminoácidos está en equilibrio con las proteínas tisulares

EXCESO DEPROTS DIETA

Proteínas de la dieta(Req. 50‐60 g/día para 70 K 0 8 /K ) PROTS.  DIETA70 Kg peso, ~0,8 g/Kg) 

SINTESISABSORCIÓN

Otras rutas biosintéticas:bases, hormonas, 

Pool de aminoácidos

~ 100 g

Proteínas tisulares

SINTESIS~ 300 g/d

neurotransmisores, etc

100 g DEGRADACIÓN

~ 300 g/d

DEGRADACIÓNY

EXCRECIÓN

Urea en orina~ 30‐40 g /día 

Moléculas del ciclo Krebs y acetil‐CoA

Balance nitrogenado

Balance nitrogenado positivo:Se ingiere más N que el que se excreta (crecimiento infantil, embarazo, convalescencia)

Balance nitrogenado negati oBalance nitrogenado negativo: Se ingiere menos N que el que se excreta (malnutrición proteica, caquexia oncológica, dieta deficiente en AA esenciales)

4

Origen de los aminoácidos de la célula

• Proteínas de la dietaProteasas del tubo digestivo– Proteasas del tubo digestivo.

– Sistemas de transporte de aminoácidos• Co-transportadores específicos• Ciclo del - glutamilo

• Degradación de proteínas celulares– Proteasas celulares

• Lisosomales• Lisosomales• Citosólicas• Proteosoma

í• Biosíntesis a partir de precursores– Solamente sintetizamos aminoácidos “no esenciales”.

5

Aminoácidos esencialesAminoácidos esenciales

Aromáticos: Fenilalanina, Triptófano

Alifáticos ramificados: Valina, Leucina, Isoleucina

Con azufre: Metionina

Alcohol: TreoninaAlcohol: Treonina

Básicos: Histidina, Lisina 

“Esenciales condicionales”:

Arginina, Glutamina, Cisteina, Glicina, Prolina, Tirosina

“Lehninger Principios deBioquímica", 4ª ed. Nelson, D.L.

6

y Cox, M.M. Omega. 2006.Capitulo 18

SERIN‐PROTEASAS

Cuatro tipos de proteasas(según su mecanismo de proteolisis)SERIN‐PROTEASAS

‐ Tripsina‐ Quimotripssina‐ Elastasa‐ Trombina

g p

SERIN‐PROTEASAS

‐ Trombina‐ Plasmina‐ Activdor del plasminógeno tisular (tPA)‐ Subtilisina

CISTEIN‐PROTEASAS‐ Caspasas‐ Catepsina B‐ CalpainasCalpainas‐ Papaina

METALOPROTEASAS‐ Carboxipeptidasa A y BCarboxipeptidasa A y B‐ Aminopeptidasas‐Metaloproteasas de matriz‐ Termolisina

Sustrato

CISTEIN‐PROTEASAS                       ASPARTIL‐PROTEASAS         METALO‐PROTEASAS

ASPARTIL‐PROTEASAS‐ Pepsina‐ Renina‐ Catepsina DCatepsina D‐ Proteasa HIV

Principales enzimas proteolíticos del tubo digestivo

ESTÓMAGO

HCl

PepsinógenoH+

PepsinaProlipasa

PANCREAS

HCO3‐

Tripsinógeno

Quimotripsinógeno

EnteropeptidasaTripsina

Q i i iTripsina

Lipasa

Quimotripsinógeno

Proelastasa

Procarboxipeptidasas A, B

QuimotripsinaTripsina

Tripsina Elastasa

Carboxipeptidasas A, B*TripsinaProcarboxipeptidasas A, B  p p

MUCOSA INTESTINAL  Aminopeptidasas*

Enteropeptidasa (membrana celular)

*ExoproteasasEL resto son endoproteasas 

Transporte de aminoácidos:Co‐transportadores aminoácido‐sodio

Especificidad de aminoácido                                    Ejemplos

Aminoácidos neutros de pequeño tamaño             Ala , Ser, Thrá d á d * l l h

*Relacionados con enfermedades hereditarias 

Aminoácidos neutros y aromáticos grandes*        Ile, Leu, Val, Tyr Trp, PheAminoácidos básicos*                                           Arg, Lys, Gln, Ornitina, CistinaGlicina y prolina                                                    Pro, Gly, HidroxiprolinaAminoácidos ácidos                                              Asp, Glu…… Más de 20 genes de transportadores de AA, 10 se expresan en epitelio intestinal

frecuentes

Ocho sistemas de co‐transporte de AA‐Na (también en otros tejidos)

Cotransporte de dipeptidos‐H+

d Na+AADipeptidos H+

Na+AA3 Na+

‐ “Bioquímica básica de Marks. Un enfoque clínico” Smith C Marks A D y Lieberman

K+

3 Na

2 K+

ATPclínico . Smith C., Marks A.D. y Lieberman. 2006.

VENA PORTATransportefacilitado

Enfermedades del transporte de AA: Enfermedad de H tHartnup

• La más frecuente aminoacidopatía junto con fenilcetonuria (6‐7/100.000)p j

• Defecto un gen del transportador de AA neutros y aromáticos (Val, Leu, Ile, Tyr, Trp, Phe) que se expresan en células intestinales y epiteliales de riñón. 

• Se detectó en los años 50 en una familia (los Hartnup, Londres) en la que varias personas presentaban un síndrome semejante al de la pelagra (ausencia de nicotinamida). 

• Estos AA (algunos esenciales) no son absorbidos en el intestino ni re‐absorbidos desde el filtrado glomerular a la sangre. Uno de los AA no transportados es el Trp, que es precursor de la nicotinamida

• Se trata con administración de niacina (vitamina B3) , que elimina los síntomas de pelagra, aunque no desaparece la amioaciduria

10

Enfermedades del transporte de AA a la célula: cistinuria

• Enfermedad autosómica recesiva, ~5/100.000• Cistina: Cys‐Cysy y• Defecto en un gen del transportador de cistina, Lys, Arg, Orn. De ellos sólo la Lys es esencial. •El problema más serio es la formación de cálculos renales de cristales de cistina, que es un aminoácido relativamente insoluble. • Tratamiento: beber mucha agua, y a veces con bicarbonato sódico para alcalinizar la orina (la Cistina es más soluble g , y p (en medio alcalino).  

• El proteasoma es un gran complejo citoplásmico (26S) encargado de degradar proteínas‐Ubq

Bioquímica del proteasoma

• El proteasoma es un gran complejo citoplásmico (26S) encargado de degradar proteínas‐Ubq• Tiene al menos dos copias de 36 subunidades (=64)• Requiere ATP (seis subunidades son ATPasas)• Produce péptidos cortos• Hay unos 30 000 proteosomas en la célula tanto en núcleo como citosol• Hay unos 30.000 proteosomas en la célula, tanto en núcleo como citosol

PROTEOSOMA 

Ubq

Hepta/octo/nona‐

Lehninger 4ª, cap. 27

Hepta/octo/nonapéptidos

Ubicuitilación de proteínas

Ubicuitina CO

+ ATP E1 SUbi itiC

O

E1: enzima activador de Ubicuitina

E1 SH

CO‐

+ Ubicuitina

AMP + PPi

Glicina C‐terminal Enlace tio‐ester

E2: Proteína transportadora de Ubicuitina.

E1 S

Ubi iti

CO

E2 SH+E1 SH + E2 S

Ubicuitina

CO

Ubicuitina Ubicuitina

E3: Ubicuitina ligasa (complejos de 4‐6 subs)

PROTEINA+ PROTEINAE3 E3

E2 S

Ubicuitina

C

O

+

PROTEINA

UbicuitinaUbicuitinaUbicuitina

Ubicuitina

Señalización específica de ubicuitilación/degradación

1. Secuencias PEST (12‐60 AA, ricas en Pro, Glu, Ser, Thr)

2. “Degrones”: secuencias en la proteinas de las que depende su degradación

3. Residuos aminoterminales (Arg, Lys, His, Phe, Leu) ( g, y , , , )

4. Fosforilaciones en Ser y Thr

Lehninger,4ªed, cap27Lehninger,4 ed, cap27

La degradación de cliclinas a lo largo del ciclo celular 

ciclina Aciclina Eciclina B

iclin

aiv

eles

de

ciN

G0 G1 S G2 M

DegrónDegrón

Inhibidores de proteasas como anti‐retrovirales

"Biochemistry". 3ª ed. Garret, R.M. and Grisham,

Inhibidores de proteasas como antitumorales

Acumulacion de una proteina supresora de tumores (p27) en células de leucemia

0   10   50   100  200 nM Borzetomib (Velcade)

p27

tumores (p27) en células de leucemia

p27

Inhibidores de proteasas como antitumorales

TUMOR

METASTASIS

MMPs:ColagenasasgEstromalisisnasGelatinasas

Otras proteasas:

Inhibidores de

Otras proteasas:Activ. plasminógenoPSA

MMPs:TIMP-1TIMP-2

PROTEOLISIS

Proteína intracelular

Catabolismo de aminoácidos 

SÍNTESIS DE PROTEÍNAS (TRADUCCIÓN)DEGRADACIONDE PROTEINAS

Proteína de la dieta

AminoácidosDIGESTION

NH4+

Bi í t i d Esqueletos carbonados4

Carbamil‐fosfato

Biosíntesis de AA, nucleótidos y otras aminas biológicas

Esqueletos carbonados

α‐cetoácidos

A til C A

Fumarato

CICLODE  LA UREA

Asp

CICLODEKREBS

Acetil‐CoA

Cuerposcetónicos

Urea(producto de 

Oxalacetato

GLUCONEO‐GÉNESIS

cetónicos

co2

pexcreción del nitrógeno)

Glucosa

GÉNESIS

Posibles causas de la toxicidad del amonio

Concentración de amonio en sangre: 30‐60 µM. Supone sólo el 2‐3% del nitrogéno excretado en orina (85%  es urea, 30 g/24 h)• A concentraciones mayores de amonio (>0.2 mM): visión borrosa, pérdida de conciencia, letargia, lesiones cerebrales, coma. • El mal funcionamiento del ciclo de la urea por deficiencia en alguna de sus enzimas o por patología hepática (por ej cirrosis alcohólica) produce hiperamonemia.

POSIBLES CAUSAS:1) Bajan los niveles de α‐cetoglutarato al empujar la reacción de la GluDH hacia la formación de Glu y la de la Glnsintetasa hacia formación de Gln (ambas enzimas abundantes en tejido nervioso) baja la actividad del ciclo de Krebs baja la producción de ATP en la neurona

2) Baja la relación NADH/NAD+ baja la producción de ATP

NH4+

￬ Gl ￬ C t l t t

NH4+

Glutamina

+ NADH+ + H+

￬ Glutamato

Glutamato DHGln Sintetasa￬ ‐ CetoglutaratoGlutamina

NAD+

3) Bajan los niveles de glutamato al acelerar la síntesis de Gln por la Gln Sintetasa Baja la concentración del neurotransmisores glutamato y su derivado gamma‐aminobutirato (GABA)

Moléculas de excreción del amoníaco/amonio en animales terrestres

Formas de excreción de amonio en 

Urea                    Acido úricoanimales terrestres

Mamíferostiburones

ReptilesAves

Friedrich Wöhler (1800‐1882) 

El amoníaco es una base fuerte  y podría producir un cambio de pH

NH4+   NH3 +    H+    pK’ = 9,3

A pH fisiológico (7,4) la concentración de NH4+  es casi 100 veces la del NH3, que es la forma p g ( , ) 4 3, q

neutra, permeable a membranas.

El amonio debe transportarse al hígado (para sintetizar urea) en una forma no tóxica

Gln y Ala

AA  Glu Gln y Ala Gln y Ala NH4+ Urea

TEJIDOS HIGADO

SANGRE

Reacciones de transaminación: aminotransferasas, transaminasas

NH3+ O O NH + A i t f3

H C COO- + C COO-

O NH3

H C COO- + C COO-

Aminotransferasa

R1 R2 R1 R2

Grupo prostético de las transaminasas unido

CH2OH H O NH2

Grupo prostético de las transaminasas, unido covalentemente a una Lys del centro activo

NH+

O

CH

OCH2 H

2

HOOCH2 H

C

2O3P‐

OOCH2 H

CH2

2O3P‐

Piridoxina (Vit B6)

NH+ CH3

Fosfato de Piridoxal (PLP)

NH+ CH3 NH+ CH3

Fosfato de PiridoxaminaPiridoxal (PLP)(PMP)

Mecanismo enzimático tipo  “ping‐pong” de las aminotransferasas

ENZ‐PLP‐C ENZ‐PLP‐C NH

+CH

R1

COO‐O

H2O

Aminoácido 1

H

‐Cetoácido 1

ENZ‐PMP‐C NH2

Glutamato‐Cetoglutarato

ENZ‐PMP‐C‐ NH

+C―COO‐

H

CH2‐CH2‐COO‐

ENZ‐PLP‐C O

OOCH2 H

C

‐2O3P

H O

CH2

NH2

Fosfato de Piridoxal (PLP) Fosfato de Piridoxamina (PMP)

NH+ CH3 NH+

O

CH3

OCH2 H‐2O3P

Hay dos transaminasas que informan de la salud del hígado y corazón

Ala + α‐cetoglutarato Piruvato + Glutamato

GPT: Glutamato‐Piruvato Transaminasa = ALT: Alanina Transaminasa

GPT / ALT

Más específica de daño hepático

Asp + α‐cetoglutarato Oxalacetato + Glutamato

GOT / AST

GOT Gl O l T i AST A T iGOT: Glutamato‐Oxalacetato Transaminasa = AST: Aspartato Transaminasa 

Valores normales en sangre: 2‐40 mU /ml. Puede llegar a 1000 en casos de hepatitis viral, cirrosis, isquemia cardiaca, hepatotoxicidad

Tema 26   08‐0925

Glutamina Sintetasa

COO

CHH3N+

COO

CH+H3N‐

COO

CHH3N+

ATP ADP NH4+ Pi

CH

CH2

CH2

3

COO

CH2

CH2

C

OO

CH2

CH2

C

OH2N P 2

Glutamato                             ‐ Glutamil fosfato                                     Glutamina(intermediario)

12 subs x 50 kDa.Citosólica

Regulación alostérica de la Gln Sintetasa

Glutamato

NH4+

Gly

‐Gln Sintetasa

NH4 ATP

‐Ala

ADP + Pi

Regulacion covalente

Glutamina

AMP CTP

Carbamil‐fosfatoCarbamil fosfato

Nucleótidos de pirimidina

Reacciones bioquímicas que generan amonio

Aminotransferasas + glutamato dehidrogenasa (GDH)

NH3+

R‐CH + α‐CG α‐ceto‐AA + Glu

Aminotransferasas

R CH +  α CG   α ceto AA + Glu

COO‐ (suelen usar α‐CG y sonespecíficas para el AA)

Glutamato dehidrogenasaGlu + NAD+        α‐CG  + NADH+ + NH4

+

(deaminación oxidativa)

Glutamato dehidrogenasa

Gln + H2O                                    Glu + NH4+Glutaminasa

Desaminación directa (Ser‐dehidratasa y Thr dehidratasa)

Ser                                       Piruvato +  NH4+

Menos

Thr α‐cetobutirato +  NH4+

Aminoacido oxidasa

importantes

AA + O2 + H2O  α‐cetoA + H2O2 + NH4+

ADP GTPRegulación alostérica

COO

CH

CH

+H3N ‐+ H2O

COO

C

CH2

‐ONAD(P)+  NAD(P)H + H+

+  NH4+

+ ‐

CH2

CH2

GlutamatoCOO

CH2

CH2

COO

Glutamato Dehidrogenasa(GDH)

(Matriz mitocondrial,hí d bl

‐ Cetoglutarato

4

hígado, reversible, puede usar NAD+ o NADP+)

Suma de las reacciones de aminotransferasas y GDH:A i á id NAD+ á id NH ( i ) NADH H+Aminoácido + NAD+ ‐cetoácido + NH4 (mitoc)+ NADH + H+

UREA

COO

NH4+H2O

COO

CH

CH2

CH2

H3N+

Glutamina

COO

CH

CH2

CH2

H3N+

Glutamato

Glutaminasa

OH2N 

(Matriz mitocondrial,Hígado, riñón)

C COOGlutaminasa

Ciclo de la glucosa‐alanina

Asp

NH +

CICLO DE  LA UREA

Transaminasa‐Cetoglutarato

NH4+

UREA

Glutamato ‐CetoglutaratoGlutamato DH

HIGADO

UREA

Piruvato                            ALANINA

Transaminasa

GLUCOSA

Gluconeogénesis

SANGRE

Piruvato                     ALANINAGLUCOSA

SANGRE

TransaminasaGlucolisis

MUSCULO

Glutamato                ‐ cetoglutarato

PROTEINAS

Cetoácido                            Aminoácido

Transaminasa

Resumen del transporte de N  al hígado

NH4+ + ATP‐Cetoglutarato

MAYORIA DETEJIDOS

Glutamato GlutaminaAA

‐cetoácidoTransa‐minasas

Gln SintetasaADP+ Pi+ H2O

UREAGlutamato Glutamina

NH +

Glutaminasa CICLODE  LA UREA

Gln SintetasaNH4+

HIGADOGlutamina

Glutamato ‐CetoglutaratoGlutamato DH

Piruvato Alanina

NH4+

A

NH4+

(INTES.)Piruvato Alanina

GLUCOSA

TransaminasaTransa‐minasas

AA

Asp

OAA+ Glutamato

Bacterias

Piruvato Alanina

SANGRE

AABacterias

MUSCULOGlutamina Glutamato                 ‐cetoglutarato

Piruvato AlaninaGLUCOSA

PROTEINAS

Transaminasas

Cetoácido Aminoácido

PROTEINASTransaminasas

Ciclo de la Urea (1)(ciclo de la ornitina, ciclo de Krebs‐Henseleit)

Carbamil fostato sintetasa I (CPSI, mitocondrial)

Pi  +  H+

P+

O C

Carbamil‐fosfato

2 ATPCHO

O‐

OO

NH2

2ADPBicarbonato

NH4+ +

Bicarbonato

Ciclo de la Urea (2) 

C NH2

H3N+

HN

CH2

NH2P O C

O

Carbamil‐PO

CH2

CH2

CH2

H2N     CH     COO‐

CH2

CH2

H2N     CH      COO‐

Citrulina

OrnitinaTranscarbamilasa

Entrada a la mitocondria

PiOrn OrnitinaOrn

COO‐

CH2

CH Aspartato

COO‐+H3NCH2

‐OOC

Arginino‐succinatosintetasa

H3N

NH2+HN

CH

C

CH

COO‐NHC NH2HN

CH2

O

sintetasa

ATP AMP + PPi

CH2

CH2

CH2

H2N      CH      COO‐

CH2

CH2

H2N     CH     COO‐

Citrulina

Arginin‐succinato

2 Pi

Ciclo de la Urea (3)

CH2

CH

‐OOC

HC               Fumarato

‐OOCCH

COO‐

Arginino‐SuccinatoLiasa 

NH2+HN

CH2

CH2

C

COO‐NH NH2

NH2+HN

CH2

CH2

C

CH2

Arginin‐succinato

2

CH2

ArgininaH O

H2N    CH    COO‐

H2N      CH    COO‐

H2O

NH2O

+ NH3

CH2

CH2

CH2

+ C

NH2

CH2

H2N       CH    COO‐

Ornitina

UREA

Excreción (no podemos metabolizarla)Excreción (no podemos metabolizarla)

Relaciones entre el ciclo de la urea y el ciclo de los ácidos tricarboxílicos (2)

Aspartato CitratoAspartato

3

α-ceto-Glu

3

Isocitrato

CO2

Oxalacetato

2 NADH

Oxalacetato

3

2NADHCICLOUREA

GluAcetil‐CoA

Fumarato

CICLOKREBS

a‐Cetoglutarato

Malato

1H2O

Malato

Fumarato

1H2O

Fumarato

Succinato

CO2

Succinil‐CoA

2 Malato dehidrogenasa: isozimas citosólica y mitocondrial

1 Fumarasa: isozimas citosólica y mitocondrial

3 GOT/AST aminotransferase

Lanzadera Aspartato‐Malato

Ciclo de Krebs ‐TCA

Regulación del ciclo de la urea

• Inducción de enzimas por dieta rica en proteína• Regulación alostérica de la CPSI

AcetilCoA Arginina

OCH3 C

SCoA

AcetilCoACOO-

CH2

CH2O

g

+COO-

CH2

N- Acetil-GlutamatoSintasa

2

HN CH COO-

N- Acetil- Glutamato

CH3 C +

CH2

H2N CH COO-

Glutamato

HS-CoA

Glutamato

CPS IO+

HCO3- + NH4

+ H2N C O PCPS-I

2ATP 2ADP

Urea

Carbamil-fosfato

+ Pi

Enfermedades metabólicas del ciclo de la urea

Nombre Déficit enzimático Otras características

1) Deficiencia en CPS(Hiperamonemia I)

CPS I Glicina en plasma aumentada

2) Deficiencia en  OTC(Hiperamonemia tipo II)

Orn Transcarbamilasa(OTC)

Glutamina en plasma aumentadaLigada al X. Retraso mental

3) Citrulinemia Arginino succinato sintetasa

Gln y Citrulina aumentadas en plasmaCitrulina en orina aumentada. Rarasintetasa

4) Arginino succinato aciduria Arginino succinato liasa Arginin‐ succinato en plasma y orina. Rara

5) Argininemia Arginasa Arginina elevada en plasma

Carbamil‐P

Carbamil‐fosfatoSintetasa IHCO3

‐

+ 2ATPUrea +NH4

+2ATP

Ornitina t b il

Ornitina

Arginina

F t

Urea

Arginasa

Arg‐succinato

Citrulina

transcarbamilasa

Citrulina

Arg‐succinato sintetasa

ATP

Arginin‐Succinato

Fumarato liasa

MitocondriaCitosol

CitrulinaCitrulinaAspartato

sintetasa

Catabolismo de los esqueletos carbonados de los aminoácidos

Glucógeno

Glucosa

AcidosGrasosPentosas‐

fosfato

Glucógeno

Lys, LeuIle, Phe,Tyr, Trp

‐fosfato

Gly, Ala, SerCys, Trp

Pi t Acetil CoA

OAACitrato

I it t

Piruvato Acetil CoA

Asn, Asp

Ciclo deKrebs

α‐ceto‐glutaratoSuccinil‐

Fumarato

Isocitrato

Phe, Tyr

Val, Ile, Thr, MetglutaratoSuccinil

CoAGlu• Cetogénicos y glucogénicos:

Ile, Phe, Tyr, TrpSólo glucogénicos:

NADH+

CO2Arg, His, Gln, Pro

Sólo glucogénicos:Gly, Ala, Val, Pro, Ser, ThrCys, Met,Asp Asn Glu Gln + 

H2O

Asp, Asn, Glu, GlnHis, ArgSólo cetogénicos: Leu, Lys

Principales coenzimas para el transporte de fragmentos monocarbonados

1. Biotina2. Tetrahidrofolato3. Cobalamina4. S‐Adenosil metionina (SAM, AdoMet)

Transportadores de restos monocarbonados:  1) Biotina

CO=

NH

C

Biotina:C f t

NH2

LysCO2

N

COO‐

C

Cofactor transportador de carboxilos

Lys

ENZIMA

La biotina es la coenzima de enzimas (carboxilasas) importantes:

Propionil‐CoA carboxilasa:

Propionil‐CoA D‐metilmalonil‐CoA (catabolismo de Val, Ile, Met, Thr y de ácidos grasos impares)Propionil CoA    D metilmalonil CoA (catabolismo de Val, Ile, Met, Thr y de ácidos grasos impares)

¿Enzima??????: 

Piruvato    Oxalacetato (¿Ruta?)(¿ )

¿Enzima??????:

Acetil‐CoA    Malonil‐CoA (¿Ruta?)

H

O COOH1

El tetrahidrofolato es un

Transportadores de restos monocarbonados:  2) Tetrahidrofolato

N

NH

NH

NH2

NH NH

O

NH COOH

5 10

El tetrahidrofolato es un transportador de fragmentos 

monocarbonados con diferentes estados de oxidación del átomo

Pteridina P‐ aminobenzoato Glutamato

O estados de oxidación del átomo de carbono

CH2

H5NH

NH

H

CH2

H

N

NH

N5‐metil‐tetrahidrofolatoNH

10

Tetrahidrofolato (THF, FH4)

NHCH3

‐CH3

transfiere

H

NH

CHN

NH

H

CH2

H

NCH2

N N5,N10‐metilén‐tetrahidrofolato

‐CH2‐OH

transfiere

NH

Dihidrofolato (DHF, FH2)

NH

CH25

10

N

CH2

H

NCH

N

NH

N5,N10‐metenil‐tetrahidrofolato

transfiereN CH2

NH

C

(DHF, FH2)

NH

N5‐formil‐tetrahidrofolato

N10‐formil‐tetrahidrofolato

O H

N CH2

HNC

O H

N formil tetrahidrofolato

‐C=OH

transfiere

Transportadores de restos monocarbonados:  4) S‐adenosilmetionina, AdoMet

CHP

COO

CH

CH2

H3N+

O

OH OH

CH2P

P

P

CH2

S

CH3

Metionina

+

ATP

Metionina adenosil transferasaPPi Pi

COO+ N H

transferasaPPi + Pi

COOCH

CH2

CH2

H3N

S

+

N

N

N

N

N H 2

CH2+

CH

CH2

CH2

H3N+

N

N

N

N

N H 2R                R‐CH3

S

CH3 O

OH OH

CH2+ S

O

OH OH

CH2

Varias Metil‐transferasas

S‐Adenosil metionina (AdoMet): transfiere metilosS‐Adenosil homocisteína

COO‐

+ N HCOO

N HR R CH

Regeneración de AdoMet (requiere Metil‐cobalamina)

CH

CH2

CH2

H3N

S

+

N

N

N

N

N H 2

CH2

CH

CH2

CH2

S

H3N+

N

N

N

N

N H 2

CH2

R                         R‐CH3

+CH3 O

OH OH

2

S‐Adenosil metionina (AdoMet, SAM)

S

O

CH2

Varias Metil‐transferasas

OH OH

( , )S‐Adenosil homocisteína

AdoMetH2O

Metionina adenosil transferasa

ATP

PPi + Pi

COO

CHH3N+

hidrolasaAdenosinaCOO

CH

CH2 

H3N+

ATP

CH2

CH2

SH

Homocisteína

CH2

S

CH3

Metionina

Metionina Sintasa

Homocisteína

NH

Metil‐Cobalamina

Cobalamina

Vit B12

5N‐metil‐THF THF (Tetrahidrofolato)CH2

H

NH

CH3

N

Vitaminas y metabolismo

Más relacionados con el metabolismo de glúcidos y lípidos

Más relacionados con el metabolismo de aminoácidos

Asn y Asp  se degradan a oxalacetato

Glucógeno

Lys, Leu

Glucosa AcidosGrasos

Fosfatos de pentosa

y ,Ile, Phe,Tyr, Trp

Gly, Ala, SerCys, Trp

Piruvato Acetil CoA

Asp, Phe, Tyr

Asn, Asp

Ciclo de

OAA

Fumarato

Citrato

Isocitrato

Asp, Phe, Tyr

Val, Ile, Thr, Met

Krebs

α‐ceto‐glutaratoSuccinil‐

CoA

Fumarato

NADH

Glu

Arg His Gln Pro

CoA

NADH+

CO2 + H2O

Arg, His, Gln, Pro

Cinco aminoácidos se degradan a piruvato

Transaminasa(p.e. ALT) COO‐

|

COO‐|C = OSerina deshidratasa

PLP

Ala(p )|

H2N— CH |CH2—OH

Ser

C  = O|CH3

Piruvato

Serina deshidratasa

H2O NH4

Cys

4  reacciones

Serina hidroximetiltransferasa

THF

5 10

PLP

COO‐|CH2

|

Gly

y

Acetoacetil‐CoA

fN5N10 metilen‐tetrahidrofolato

THFNAD+

Glicina sintasa

|NH3+

NH

N5,N10‐metilén‐tetrahidrofolato

Trp9 reacciones

HCO3‐ +  NH4

+ N5,N10‐metilen‐NADH + H+ CH2

H

NH

CH2

N

N

tetrahidrofolato

NH

Phe hidroxilasa(Tetrahidrobiopterina)

Degradación de fenilalanina y tirosina 

O

OH

NH2

|

CH2—CH—COO‐

OH

CH2—C—COO‐

p‐HidroxifenilpiruvatoTirosina

Aminotransferasa

(Tetrahidrobiopterina)

Phe

O| |

COO‐

HC

O

TirosinaDioxigenasa(vitamina C)

αCG                     Glu

Ci

FenilcetonuriaTirosinemia II Tirosinemia del 

recién nacido

Homogentisato oxidasa

CH2—COO‐

HCC—

O

CH2—C—CH2—COO‐

O

Maleil AcetoacetatoÁ id H tí i

OH

OHCis Homogentisato oxidasa

Ácido Homogentísico

Isomerasa

CH3—C—CH2—COO‐

O

‐OOC

Alcaptonuria

Fumarilacetato hidrolasa

3 2

Acetoacetato

‐OOC

CH

HC

C —

O

CH2—C—CH2—COO‐

OTrans

CH

HC

COO‐

Fumarato

Fumaril Acetoacetato

Tirosinemia I(tirosinosis)( )

Fenilcetonuria  (PKU)

NH2  

|NH2

OH

|

CH2—CH—COO‐

Tirosina

2

|

CH2—CH—COO‐

FenilalaninaFenilalanina hidroxilasa

TirosinaFenilalanina

CH2—C—COO‐

O

F il i tAla

PiruvatoTransaminasa(SE ACUMULA)

Fenilpiruvato(se acumula en sangre y orina)

Ala

•1934 :Asbjorn Fölling (en Oslo) detecta fenilpiruvato en la orina de dos gemelos con retraso mental Posteriormente se encuentran más positivos en gemelos lo que sugiere el carácter genético de la enfermedad

•Autosómica recesiva. En la población general la frecuencia es de 1 cada 15.000 habitantes. Unas 20 mutaciones diferentes  ASIGNATURA DE GENETICA

•Hasta que se estableció el escrining neonatal los enfermos de fenil cetonuria representaban un 1% de los internos de instituciones psiquiátricas (IQ medio 53%).  

•La base molecular del retraso mental de los enfermos PKU es desconocida

•SE PUEDE CORREGIR SI SE DIAGNOSTICA PERINATALMENTE  con tratamiento: dieta pobre (pero no carente) d Ph IQ di 93%

49

de Phe  IQ medio 93%

Fenilalanina

Ti i

Fenilcetonuria (PKU)Resumen de enfermedades del catabolismo de la Phe

Tirosina

p‐hidroxifenilpiruvato

Tirosinemia IIAlbinismo

Ac. Homogentísico

Alcaptonuria

Melanina Tirosinemia transitoria RN

Maleil acetoacetato

Alcaptonuria

Fumarato      Acetoacetato

Fumaril acetoacetatoTirosinemia I

F enilcetonúricos

Phe

Leu –Phe –

F enilcetonúricos

Val  ‐

Tyr ‐Cromatografía en capa fina de muestras de sangre de recién nacidosGlu –

Ala –

y

Gly –

His –

Garrod, 1909“Errores congénitos del metabolismo”g

Alcaptonuria

C tCompuesto de color negro

OxidaciónTyr

OHOxidasa

COO‐

HC

HCC—CH2—C—CH2—COO‐

O

espontánea

OH CH2—COO‐

Ácido HomogentísicoAlcaptonuria

O

Maleil Acetoacetato

Nature Genetics 1996volume 14 number 1 page 19

Th l l b i f lk t iThe molecular basis of alkaptonuriaJosé M. Fernández‐Cañón*,1, Begoña Granadino*,2, Daniel Beltrán‐Valero de Bernabé2, Mónica Renedo3, Elena Fernández‐Ruiz3, Miguel A. Peñalva1 & Santiago Rodríguez de Córdoba2

1Departamento de Microbiología Molecular and 2Departamento de Inmunología, Centro de Investigaciones Biológicas, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Velázquez 144, p g , g g , j p g , q ,28006‐Madrid, Spain3Unidad de Biología Molecular, Hospital de la Princesa, Universidad Autónoma de Madrid, 28006‐Madrid, Spain 

COO COO COO

Degradación de aminoácidos alifáticos ramificados 

CH

CH3—CH

H3N+

CH3

CH

CH3—CH

H3N+

CH2

CH3

CH

CH3—CH

H3N+

CH2

CH33

Aminoácido ramificadoAminotransferasa

COO

Valina Isoleucina Leucinaα‐CG

GluCOO

C

CH3—CH

CH2

COO

C

CH3—CH

CH2

CH

OO

COO

C

CH3—CH

CH3

O

CH3

CH3

Cetoisovalerato Ceto MetilButirato

CetoIsocaproato

‐ Cetoácido ramificado DH= decarboxilasa + transacetilasa + lipoilDH(complejo similar a Piruvato DH y αCG DH)

+ CoASH

CO2

NAD+

+NADH + H+

C

CH3—CH

CH

CH3—CH

CH2

C

CH3—CH

CH2

OO

SCoASCoA SCoA

2

C O

CH3 CH3CH3

Isobutiril CoA 2‐Me‐ Butiril CoA Isovaleril CoA

Degradación de aminoácidos alifáticos ramificados (2)

Val Ile Leu

C C CO O O

SCoA SCoA SCoA

CH3—CH

CH3

CH3—CH

CH2

CH3

CH3—CH

CH2

CH3

Isobutiril CoA 2‐Metil‐Butiril CoA Isovaleril CoA2 Metil Butiril CoA

Complejo Acil‐CoA DH(FAD)

S‐CoA

FADH2

S‐CoA S‐CoA

FADH2FADH2

C

CH3—C

CH2CH

CH3

O C

CH3—C

O C

CH3—C

O

S CoA

CH3

3

Metilacrilil CoA Tiglil CoA ‐Metil crotonill CoA

Propionil CoA Acetil CoA Acetoacetato

Succinil CoA

Resumen de enfermedades congénitas del catabolismo de aminoácidos alifáticos ramificados

Val, Leu, Ile

Alfa‐cetoácidosJarabe de Arce (“orina con olor a jarabe de arce”)

‐ Cetoácido ramificado DH

Acil‐CoA( orina con olor a jarabe de arce )

Propionil‐CoA

Metil malonil‐CoA

Acidemia metilmalónica

Succinil‐CoA

Acidemia metilmalónica