Tema 26. Metabolismo del grupo amino de los aminoácidos.

Transcripción

1 . Metabolismo del grupo amino de los aminoácidos. Enzimas clave del metabolismo de aminoácidos. Transaminasas y vitamina B6. sa. dehidrogenasa. sintetasa. iclo de la glucosaalanina. Toxicidad del amonio en animales Eliminación del grupo amino. Estrategias. iclo de la urea. Relación con el ciclo de los ácidos tricarboxílicos. Regulación del ciclo de la urea. Patologías relacionadas con defectos enzimáticos en el ciclo de la urea. BIQUÍMIA1º de Medicina Departamento de Biología Molecular Javier León 1 Toxicidad del amoníaco 1. El amoníaco es una base fuerte y podría producir un cambio de ph NH 3 H pk = 9,3 A ph fisiológico (7,4) la concentración de es casi 100 veces la del NH 3, que es la forma neutra, permeable a membranas. Formas de excreción de amonio en animales terrestres Urea Mamíferos tiburomes Acido úrico Reptiles Aves Friedrich Wöhler ( ) 2

2 atabolismo de aminoácidos Proteína intracelular DEGRADAIN DE PRTEINAS SÍNTESIS DE PRTEÍNAS (TRADUIÓN) Proteína de la dieta DIGESTIN Aminoácidos Biosíntesis de AA, nucleótidos y otras aminas biológicas arbamilfosfato Esqueletos carbonados αcetoácidos Asp AcetiloA IL DE LA IL DE KREB S uerpos cetónicos Urea (producto de excreción del nitrógeno) co 2 xalacetato GLUNE GÉNESIS Glucosa 3 1. El amonio (> NH 3 ) es tóxico, sobre todo para el tejido nervioso 2. El amonio se convierte en urea en el hígado El amonio se ha de transportar al hígado en una forma distinta de NH 4 AA Glu Gln y Ala SANGRE Gln y Ala Urea TEJIDS HIGAD Enzimas clave del metabolismo del grupo amino Transaminasas o aminotransferasas: pueden transferir grupos aminos entre aminoácidos sa: genera y glutamato a partir de Gln. dehidrogenasa: produce desaminación oxidativa y αg a partir de Glu en una reacción de sintetasa: incorpora en ENZIMAS DEL IL DE LA : arbamilfosfato sintetasa: condensa 2 y ciclo de la urea) para dar carbamilfosfato (primer enzima del tras cuatro enzimas del ciclo de la urea 4

3 De dónde viene el nitrógeno que entra en el ciclo de la urea? Uno de los dos nitrógenos de la urea viene del libre y el otro del N del aspartato 1. Reacciones de transaminación por transaminasas NH 3 R αetoglutrato (αg) αcetoaa Glu Glu AA GT / AST αg Asp 2. Reacción de la glutamato dehidrogenasa (deaminación oxidativa) Glu NAD αg NADH 3. Reacción de la glutaminasa Gln Glu 5 Reacciones de transaminación: aminotransferasas, transaminasas NH 3 Aminotransferasa o transaminasas NH 3 H H R 1 R 2 R 1 R 2 H H H NH 3 Piridoxina (Vit B 6 ) 2 3 P 2 H H 2 3 P N H NH 3 NH 3 Fosfato de Piridoxal (PLP) Fosfato de Piridoxamina (PMP) Grupo prostético de las transaminasas, unido covalentemente a una Lys del centro activo 6

4 Mecanismo enzimático de las aminotransferasas es del tipo pingpong ENZPLP ENZPLP N H R1 H Aminoácido 1 ENZPMP N αetoácido 1 αetoglutarato ENZPLP ENZPMP N H 2 H H N 2 3 P H 2 3 P 2 H NH 3 NH 3 Fosfato de Piridoxal (PLP) Fosfato de Piridoxamina (PMP) 7 Hay dos transaminasas que informan de la salud del hígado y del corazón GPT / ALT Ala αcetoglutarato Piruvato GPT: Piruvato Transaminasa = ALT: Alanina Transaminasa Más específica de daño hepático Asp αcetoglutarato GT / AST xalacetato GT: xalacetato Transaminasa = AST: Transaminasa Valores normales en sangre: 240 mu /ml. Puede llegar a 1000 en casos de hepatitis viral, cirrosis, isquemia cardiaca, hepatotoxicidad 8

5 H 3 N Regulación alostérica ADP GTP NAD(P) NAD(P)H H NH4 Dehidrogenasa (GDH) (Matriz mitocondrial, hígado, reversible, puede usar NAD o NADP ) α etoglutarato Suma de las reacciones de aminotransferasas y GDH: Aminoácido NAD αcetoácido (mit) NADH H H 3 N N sa (Matriz mitocondrial, hígado) H 3 N 9 Sintetasa ATP ADP Pi H 3 N H 3 N H 3 N P N γ Glutamil fosfato Gln sintetasa y GluDH presentes en todos los organismos Gln Sintetasa: citosólica GDH: mitocondrial 12 subs x 50 kda. Biochemistry. 5ª ed. Berg, J., Tymoczko, J. Stryer, L. Ed. W.H. Freeman

6 Regulación alostérica de la Gln Sintetasa ATP Gln Sintetasa ADP Pi Gly Ala AMP TP Qué enzima? arbamilfosfato Nucleótidos de pirimidina 11 Regulación de la Gln Sintetasa por modificación covalente Niveles altos de Gln inhiben su síntesis Gln αg UMP UMP PD AT αetoglutarato PD PPi AT ATP NH 4 ATP Biochemistry. 5ª ed. Berg, J., Tymoczko, J. Stryer, L. Ed. W.H. Freeman Tyr 397 de la Gln Sintetasa AMP sintetasa inactiva AT AT PD PD sintetasa Adeniltransferasa activa Adeniltransferasa inactiva Proteína reguladora activada Proteína reguladora desactivada activa ADP Pi PD Uridil transferasa 12

7 Reacciones de desaminación 1. Aminotransferasas (suelen usar αg y son específicas para el AA) NH 3 R αg αcetoaa Glu 2. dehidrogenasa (deaminación oxidativa) Glu NAD αg NADH 3. sa Gln Glu 4. Desaminación directa (Serdehidratasa y Thr dehidratasa) Ser Piruvato NH 4 Thr αcetobutirato NH 4 5. Aminoacido oxidasa AA 2 αcetoaa 2 NH 4 13 Transporte de N al hígado AA αetoglutarato Transaminasas αcetoácido ATP Gln Sintetasa ADP Pi H2 MAYRIA DE TEJIDS (INTEST.) Bacterias sa Piruvato GLUSA Gln Sintetasa sa DH Transaminasa αetoglutarato Alanina Transaminasas IL DE LA Asp AA AA HIGAD SANGRE GLUSA Piruvato Alanina Transaminasas αcetoglutarato Transaminasas etoácido Aminoácido PRTEINAS MUSUL 14

8 Transaminasas com marcadores de daño hepático AA αetoglutarato Transaminasas αcetoácido ATP Gln Sintetasa ADP Pi H2 MAYRIA DE TEJIDS (INT.) Bacterias sa Piruvato GLUSA Gln Sintetasa s a DH Transaminasa αetoglutarato Alanina Transaminasas IL DE LA Asp AA AA URE A HIGAD GPT / ALT Ala αcetoglutarato Piruvato GPT: Piruvato Transaminasa = ALT: Alanina Transaminasa Más específica de daño hepático GT / AST Asp αcetoglutarato xalacetato 15 iclo de la glucosaalanina Transaminasa Asp αetoglutarato IL DE LA DH Transaminasa Piruvato Gluconeogénesis GLUSA αetoglutarato ALANINA HIGAD SANGRE GLUSA Glucolisis Piruvato ALANINA Transaminasa MUSUL α cetoglutarato Transaminasa etoácido Aminoácido PRTEINAS 16

9 Posibles causas de la toxicidad del amonio oncentración de amonio en sangre: 3060 um. Supone el 23% del nitrogéno excretado en orina (85% es urea, 30 g/24 h; el resto creatininia y ácido úrico) 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. PSIBLES AUSAS: 1) Bajan los niveles de αcetoglutarato al empujar la reacción de la GluDH hacia la formación de Glu y la de la Gln sintetasa 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 NADH H Gln Sintetasa DH α etoglutarato NAD 3) Bajan los niveles de glutamato al empujar la reacción de la Gln Sintetasa hacia la formación de Gln Baja la concentración del neurotransmisores glutamato y su derivado gammaaminobutirato (GABA) 17 iclo de la Urea (1) (ciclo de la ornitina, ciclo de KrebsHenseleit) arbamil fostato sintetasa I (PSI, mitocondrial) por qué se necesitan dos ATPs si sólo hay un fosfato en el carbamilfosfato? H Bicarbonato ATP ADP H P P arbonilfosfato (o carboxifosfato) H N Pi H arbamato ATP P ADP N arbamil fosfato 18

10 iclo de la Urea (2) P N arbamilp Entrada a la mitocondria rn H 3 N N rnitina rnitina Transcarbamilasa Pi HN N N Salida al citosol HN N H 3 N 2 Argininosuccinato sintetasa 2 NH HN N N ATP AMP PPi N Argininsuccinato 2 Pi 19 iclo de la Urea (3) 2 NH HN N ArgininoSuccinato Liasa H HN N NH2 N N Argininsuccinato Arginina NH 3 Arginasa N rnitina NH2 N Excrección (no podemos metabolizarla) Urea es el 8590% del nitrógeno en orina. El resto: amonio (23%), ácido úrico y creatinina 20

11 Balance del ciclo de la urea Urea Arginasa rnitina H 3 rnitina arbamilfosfato Sintetasa I arbamilp 2ATP itosol Arginina ArgininSuccinato Argsuccinato sintetasa Argsuccinato liasa ATP rnitina transcarbamilasa Mitocondria BALANE (sin tener en cuenta el fumarato) H 3 Asp 3ATP 4 urea fumarato 2ADP 3 2Pi PPi AMP 2 5H 2 Pi se gastan 4 ATPs en total por urea 21 Relaciones entre el ciclo de la urea y el ciclo de los ácidos tricarboxílicos (1) AMINAIDS MIT NDRIA 2 αcetoglutarato arbamilp 3 xalacetato rnitina Arginin Succinato xalacetato 2 NADH Arginina 1 Malato Malato 1 Fumarasa: isozimas citosólica y mitocondrial 2 Malato dehidrogenasa: isozimas citosólica y mitocondrial Malato NAD AA NADH H ; NADH 2,5 ATPs BALANE GLBAL DE LA SINTESIS DE = = 1,5 ATP 3 GT/AST aminotransferase 22

12 Relaciones entre el ciclo de la urea y el ciclo de los ácidos tricarboxílicos (2) IL 1 3 xalacetato xalacetato NADH 2 2 NADH Malato Malato 1 Glu αcetoglu 3 AcetiloA IL KREBS itrato SucciniloA Isocitrato aetoglutarato 2 2 Succinato 1 Fumarasa: isozimas citosólica y mitocondrial 2 Malato dehidrogenasa: isozimas citosólica y mitocondrial 3 GT/AST aminotransferase Lanzadera Malato iclo de Krebs TA 23 Regulación del ciclo de la urea Inducción de enzimas por dieta rica en proteína Regulación alostérica de la PSI AcetiloA 3 SoA Arginina N Acetil Sintasa 3 HN N Acetil N HSoA PSI H 3 N P Urea 2ATP 2ADP Pi arbamilfosfato 24

13 El ciclo de la urea está compartimentalizado en la célula y en el hígado Urea rnitina Arginasa Arginina Argsuccinato liasa ArgininSuccinato Argsuccinato sintetasa ATP itosol H 3 rnitina arbamilfosfato Sintetasa I arbamilp 2ATP rnitina transcarbamilasa Mitocondria SANGRE portal (del intestino) sintetasa sa iclo urea SANGRE (al resto de tejidos) 25 Enfermedades metabólicas del ciclo de la urea Nombre Déficit enzimático tras características 1) Deficiencia en PS (Hiperamonemia I) PS I Glicina en plasma aumentada 2) Deficiencia en T (Hiperamonemia tipo II) rn Transcarbamilasa (T) 3) itrulinemia Arginino succinato sintetasa Glutaminia en plasma aumentada Ligada al X. Retraso mental Gln y aumentadas en plasma en orina aumentada. Rara 4) Arginino succinato aciduria Arginino succinato liasa Arginin succinato en plasma y orina. Rara 5) Argininemia Arginasa Arginina elevada en plasma Urea Arginasa rnitina Arginina Argsuccinato liasa ArgininSuccinato Argsuccinato ATP sintetasa itosol H 3 rnitina arbamilfosfato Sintetasa I arbamilp 2ATP rnitina transcarbamilasa Mitocondria 26

14 Terapias bioquímicas de defectos en el ciclo de la Urea Las deficiencias en PSI y deficiencia en T son tratables con fenilacetato N S oa N N NH Fenil acetato Fenilacetil oa Fenilacetilglutamina oash RINA 27