1. 1. Curso de Preparacin para el ENARM 2010 I N D I C E PAGINAS CIENCIAS BASICAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 192 MEDICINA INTERNA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193 564 CIRUGIA GENERAL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .565 696 GINECOLOGIA Y OBSTETRICIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .697 1348 PEDIATRIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1349 - 1534 PSIQUIATRIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1535 -1547
2. 2. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 1 GENOMA HUMANO El genoma humano nuclear consiste en aproximadamente 3 mil millones de nucletidos repartidos en los 23 pares de cromosomas, los cuales pueden contener desde 50 hasta 250 millones de pares de bases cada uno. Adems existe el genoma mitocondrial que es circular y contiene aproximadamente 16,600 pares de bases y 37 genes, el cual se replica autnomamente del nuclear y pueden existir varias copias por clula dependiendo del tejido. El ncleo de la clula contiene aproximadamente el 99% del ADN celular; el resto se encuentra en la mitocondria. El tamao total del genoma humano es de 3,200 millones de nucletidos y de stos, cerca de 3000 mil millones son eucromatina. Existen aproximadamente 35, 0000 genes en el Humano y la mayora codifican para protena, aunque el 5-10% son genes para ARN no traducible (no codifican). La unidad estructural de la cromatina es el nucleosoma que est formado por complejos histonas (H2A, H2B, H3 y H4 en el octmero y H1 enlazadora) y ADN enrollado. Las histonas son modificables (acetilacin y metilacin) y regulan el grado de expresin de genes. Los genes que codifican para protenas contienen generalmente un sitio de iniciacin y uno de terminacin de la transcripcin, secuencias de exones, secuencias de intrones y secuencias promotoras que regulan la iniciacin de la transcripcin. Adems existen secuencias aumentadoras e inhibidoras de la transcripcin que regulan la expresin de varios genes. Estas son las que permiten por ejemplo cambios de expresin gentica por efectos hormonales o nutricionales. La secuencia de nucletidos del ADN sirve de molde para la sntesis de nuevas copias de ADN (replicacin), para la sntesis de molculas de ARN (transcripcin) y stas para la sntesis de protenas (traduccin). Esta transferencia de informacin gentica de ADN a ARN a Protena se le conoce como el Dogma Central de la Biologa Molecular.
3. 3. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 2 Las estructuras generales de las protenas son las siguientes: a) Primaria: Es la secuencia de aminocidos. b) Secundaria: Son las formas de alfa hlice o formas beta por enlaces de hidrgeno. c) Terciaria: Es el plegamiento tridimensional que adquiere cada protena. d) Cuaternaria: Es la formada cuando dos o ms polipptidos se enlazan para constituirse en subunidades de una protena. La estructura secundaria y terciaria de cada protena est dada por su secuencia de aminocidos (estructura primaria) y por lo tanto est determinada por la secuencia de ADN del gen que la codifica. Los ARNm son transportados del ncleo al citoplasma y all son traducidos a protenas en los ribosomas. Transporte y localizacin de las Protenas. Una vez sintetizadas las protenas se transportan a sus diferentes destinos intra o extracelulares a travs del reconocimiento de seales que se encuentran en las mismas estructuras de las protenas y son las siguientes: a) Protenas de secrecin, enzimas lisosomales y receptores de membrana, tienen un pptido seal hidrofbico aminoterminal.
4. 4. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 3 b) Protenas nucleares tienen una secuencia de aminocidos bsicos en medio de su secuencia c) Protenas mitocondriales tienen un pptido seal bsico aminoterminal. d) Protenas Peroxisomales tienen la secuencia Serina-Lisina-Leucina (SKL) en su extremo carboxilo terminal. Las protenas que se transportan a diferentes organelas generalmente son asistidas por protenas chaperones moleculares, los cuales tambin facilitan la adquisicin de la estructura terciaria y cuaternaria de las protenas. Los diferentes niveles de regulacin de la expresin gentica son los siguientes: a) Transcripcional: Sntesis de ARN a partir de su molde de ADN. b) Postranscipcional: Procesamiento y maduracin del ARN heterogneo nuclear y estabilidad y tansporte del ARN mensajero. c) Traduccional: Velocidad de sntesis de la protena en ribosomas. d) Postraduccional: Transporte de la protena a su sitio funcional, estabilidad de la protena y modificaciones covalentes (fosforilacin, acetilacin, ubiquitinacin, hidrlisis) Transcripcin. Depende de secuencias de ADN promotoras basales y elementos de respuesta reguladores. A las primeras se unen los factores de transcripcin, como TF II que interaccionan con la ARN polimerasa II que transcribe genes que codifican para protenas. A los elementos de respuesta se unen receptores nucleares como son por ejemplos los de hormonas esteroides, vitamina D, cido retinoico, hormonas tiroideas, receptores activadores de proliferacin peroxisomal (PPARs). En la regulacin de la transcripcin tambin participa la cromatina a travs de cambios Epigenticos. stos son modificaciones heredables pero que no causan un cambio en la secuencia del cdigo gentico (es decir, no son mutaciones). Los ms importantes son metilacin de citosinas en secuencias CpG y metilacn y acetilacin de histonas, principalmente H2 y H3. En general, la metilacin disminuye la expresin del gen y la acetilacin la aumenta. Frmacos como la decitabina disminuyen la metilacin de ADN y la tricostatina A inhiben la desacetilacin de histonas; con este tratamiento genes hipermetilados (como los supresores de tumores) son activados en su expresin.
5. 5. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 4 Postranscripcional. El proceso de corte y empalme (splicing), consiste en enlazar exones separados y retirar las secuencias de intrones, para generar ARN mensajeros maduros. Esto lollevan a cabo partculas de Ribonucleoprotenas nucleares. Un defecto de este proceso ocasiona que el ARNm no se traduzca o que se traduzca errneamente. Cuando esto ocurre la clula desencadena un proceso de degradacin del ARNm llamado Decaimiento de ARN sin Sentido. Adems, con la nueva informacin del genoma humano se calcula que el 30-40% de los genes presentan empalme alternativo, es decir, pueden seleccionarse exones diferentes de un mismo gen en diferentes tejidos o en diferentes circunstancias metablicas. Traduccional A nivel de traduccin del ARNm los factores de iniciacin son los ms importantes en regular la velocidad y eficiencia de la sntesis de protenas. El factor de iniciacin IF2 es inhibido por fosforilacin y esto causa un bloqueo de la traduccin. Infecciones virales, por ejemplo pueden tener este efecto. Uno de los factores IF4 de la iniciacin, por el contrario se activa al ser fosforilado; en algunos tumores est aumentada su fosforilacin. Insulina estimula la sntesis de protenas al estimular las vas de MAP kinasas y Akt-TOR que activan al factor IF4. Recientemente se ha observado que algunas protenas oncognicas y supresoras de tumores pueden ser reguladas en su expresin por las secuencias no traducidas en el extremo 5 y 3de su ARNm (UTRs). As por ejemplo el receptor de estrgenos y la protena BRCA1 pueden disminuir su expresin en algunos cnceres mamarios. Postraduccional. Las protenas recin sintetizadas son enviadas a sus destinos finales mediante seales qumicas y transportadores chaperones moleculares. Algunos procesos requieren hidrlisis o modificaciones covalentes, como es el caso del marcador de
6. 6. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 5 manosa 6-fosfato para enzimas lisosomales. Otras modificaciones covalentes como la fosforilacin regulan la actividad de algunas protenas como son las protenas reguladoras del metabolismo. La ubiquitinacin marca a las protenas para su degradacin por el complejo de proteasoma. Bibliografa. Devlin, TM. Bioqumica con Aplicaciones Clnicas. 4.Ed Revert, 2004. Baynes JW y Dominiczak. Bioqumica Mdica. 2.Ed, 2006. Lodish H. Biologa Celular y Molecular 5 Ed, Panamericana, 2004
7. 7. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 6 DIAGNSTICO MOLECULAR EN MEDICINA La mayor parte de las mutaciones que causan enfermedades hereditarias son tan pequeas que no pueden identificarse mediante anlisis citogenticos como cariotipos. Cuando existen deleciones de un segmento de un gen o de un gen completo, como en casos de Distrofia Muscular de Duchenne la delecin se puede identificar mediante: a) Southern blot. Utilizando una sonda (ADN complementario al gen de inters) marcada radiactivamente se observa la ausencia o una disminucin en la longitud del segmento de ADN hibridizado. b) PCR. Utilizando oligonucletidos iniciadores (sentido y antisentido) que flanquean cada uno de los exones de un gen se detecta ausencia de amplificacin para los exones deletados. c) FISH. Utilizando una sonda de ADN fluorescente complementaria al gen de inters se observa ausencia de hibridacin en el cromosoma afectado. Duplicaciones de genes y expansiones de nucletidos. Cuando existen amplificaciones en el nmero de copias de un gen, como en el caso del oncogen myc asociado a Neuroblastoma en humanos, se puede detectar generalmente mediante: a) Southern blot. Se observa como un fragmento de mayor longitud o de mayor intensidad. Tambin cuando existen rearreglos genticos en que segmentos alejados de un gen son yuxtapuestos por recombinacin, se pueden identificar por Southern blot como un fragmento de longitud anormal.
8. 8. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 7 Un tipo de expansin de nucletidos analizados frecuentemente en clnica son los Microsatlites. stos son repeticiones en tndem de secuencias cortas de nucletidos, generalmente de 2 a 20. Se encuentran dispersas a lo largo del genoma y algunas en la vecindad de algn gen. Aunque su funcin no se conoce son marcadores tiles de Polimorfismo y segregacin cromosomal. Es decir, es posible asociar una mutacin en un individuo directamente al cromosoma del padre o al de la madre. Estos Microsatlites pueden expanderse o deletarse y este suceso puede asociarse a alteraciones cromosomales que llevan al Cncer; proceso que se conoce como Prdida de Heterozigocidad (LOH). Para deteccin de mutaciones puntuales comunes conocidas, como por ejemplo en las enfermedades Anemia de Clulas Falciformes, algunos tipos de Talasemias, de Fibrosis Qustica, Fenilcetonuria y Gaucher entre pocas otras, se pueden utilizar las siguientes aplicaciones de PCR: a) Hibridacin con Oligonucletido Especfico de Alelo (ASO). En este mtodo se asla ADN genmico del paciente y se hace PCR con oligonucletidos iniciadores cercanos al sitio de la mutacin. El producto de PCR se hibridiza con un Oligonucletido 100% complementario a la secuencia silvestre (normal) y con otro Oligonucletido 100% complementario a la secuencia mutada. Este formato se utiliza con frecuencia en la tipificacin molecular para antgenos de histocompatibilidad mayor (HLA-MHC). b) PCR Especfica de Alelo. Se utiliza un Oligonucletido iniciador, generalmente el Sentido con su ltimo nuclotido del extremo 3 complementario a la secuencia silvestre y otro Oligonucletido con el extremo 3 complementario a la secuencia mutada; con ambos oligos Sentido se acompaan del mismo oligo Antisentido. Solo habr producto de PCR cuando el oligo Sentido sea complementario a la secuencia blanco.
9. 9. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 8 c) PCR y Anlisis de Enzima de Restriccin (PCR-RFLP). Algunas veces la mutacin crea o altera un sitio reconocido por una enzima de restriccin especfica. Es el ejemplo de la anemia de clulas falciformes y en algunos Polimorfismos o variaciones genticas. En estos casos se aisla ADN genmico y se amplifica mediante PCR la regin que contiene el sitio de la mutacin y despus se incuba con la enzima de restriccin especfica. Es muy til en clnica para tamizar varias muestras cuando se trata de mutaciones muy frecuentes. ESCANEO MOLECULAR DE MUTACIONES. Cuando se sospecha que un gene puede estar mutado en cierta enfermedad, pero no se conoce el sitio exacto de la mutacin, el primer abordaje es recurrir a alguno de los siguientes mtodos para definir la regin o rea (p. Ej. Exones) en donde pueda estar la mutacin; una vez identificado el exn alterado, se procede a secuenciar el ADN para conocer la mutacin: Polimorfismo de Cadena Sencilla de ADN (SSCP) y Anlisis de Heterodplices (HET). Se aisla ADN genmico y se amplifican regiones codificantes (exones) del gen utilizando Oligos iniciadores separados por regiones de 150 a 200 pares de bases. Con fragmentos de este tamao es posible detectar cambios en la movilidad electrofortica de cadenas de ADN sencillas disociadas o de heteroduplex mutantes. Prueba de la Protena Truncada (PTT). Mutaciones que causan la lectura prematura de un codn de terminacin en el ARN mensajero producen protenas truncadas. Principalmente son mutaciones i) sin sentido, ii) por cambios de fase (de lectura del Cdigo Gentico) y iii) errores de empalme (procesamiento del ARNhn a ARNm). ste es el mtodo de eleccin para genes en donde prevalece la presencia de mutaciones truncantes, por ejemplo BRCA1 para cncer mamario, APC para cncer de colon, Distrofina para distrofia muscular. Es ms fcil a nivel de ADN que
10. 10. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 9 a nivel de ARNm, por el fenmeno de Decaimiento de ARNm sin sentido. (ver Regulacin de la traduccin). Microarreglos de ADN. Esta es una nueva tecnologa emergente en la cual secuencias de oligonucletidos son arregladas a alta densidad en renglones y columnas dentro del espacio de una laminilla de microscopa. La longitud puede ser desde menos de 10 nucletidos hasta ms de 100 y un espacio de unos pocos centmetros puede contener miles de secuencias diferentes que permiten analizar cientos de diferentes variaciones en la secuencia nucleotdica de un gene. Esta tecnologa se usa tambin para obtener perfiles de expresin gentica. Los genes que se expresan en un tejido estn representados en su poblacin de ARNm y este se puede extraer de tejidos tumorales para comparar los genes que aumentan o disminuyen en su expresin en comparacin al tejido normal. Western blot e inmunohistoqumica. Estos mtodos permiten identificar directamente la expresin de la protena. En el western (inmunotransferencia) la protena se identifica por su peso molecular mediante electroforesis y anticuerpos especficos. En la IHQ se utiliza el anticuerpo para detectar a la protena en cortes histolgicos que permiten su evaluacin en cuanto a su estado de expresin y de localizacin tisular. Bibliografa. Devlin, TM. Bioqumica con Aplicaciones Clnicas. 4.Ed Revert, 2004. Baynes JW y Dominiczak. Bioqumica Mdica. 2.Ed, 2006. Lodish H. Biologa Celular y Molecular. 5 Ed, 2005
11. 11. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 10 ENZIMAS, VITAMINAS Y NUTRIENTES Una variedad de nutrientes como cidos grasos, colesterol y carbohidratos inducen cambios de expresin gentica para enzimas del metabolismo; las vitaminas son esenciales para la actividad de muchas enzimas que controlan el metabolismo. Se calcula que casi una tercera parte de las mutaciones que afectan a las enzimas del metabolismo, afectan el Km (afinidad) de la enzima por su sustrato o por su coenzima (vitamina); en estos casos son potenciales de ser tratados con altas dosis de vitaminas. Las enzimas en base a su funcin pueden ser: Oxidoreductasas, transferasas, hidrolasas, liasas, isomerasas y ligasas. Las enzimas consisten en cadenas polipeptdicas o proteicas cuya actividad esencial es la de catalizar reacciones, las cuales generalmente consisten en la formacin o ruptura de enlaces covalentes disminuyendo la energa de activacin de una reaccin. La estructura de las enzimas est determinada por su secuencia primaria de aminocidos y la conformacin de su estructura secundaria, terciaria y cuaternaria le conferir una forma especial para cada enzima que influir en su especificidad. El Sitio Activo de la enzima consiste en un Sitio de Unin para su substrato y en un Sitio Cataltico. El reconocimiento del substrato y por lo tanto la especificidad de unin por la enzima se lleva a cabo a travs de la formacin de mltiples uniones no covalentes como inicas, de hidrgeno e hidrofbicas entre las cadenas laterales de los aminocidos en el Sitio de Unin y el Substrato. Una excepcin la constituyen las Ribozimas, que son molculas de ARN con actividad cataltica. Algunas enzimas requieren de cofactores (molculas orgnicas o inorgnicas dbilmente unidas a la enzima, por ejemplo Zinc, calcio, etc.) o grupos prostticos
12. 12. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 11 (fuertemente unidos, por ejemplo hemo en citocromos), o coenzimas (participan en el proceso cataltico y se comportan como un segundo substrato, por ejemplo vitaminas)para su actividad. Cuando se hace un anlisis del efecto de la concentracin de Substrato [S] sobre la formacin de Producto [P], se obtienen entre otros, 2 parmetros importantes: la Velocidad Mxima (Vmax) y la Constante de Michaelis (Km). La primera depende en parte de la Cantidad de enzima presente y la segunda es un parmetro de la Afinidad de sta por su Substrato. Aunque existen otras constantes cinticas importantes para el bioqumico, estas dos son de las ms relevantes en clnica para estudiar el efecto de mutaciones sobre la actividad enzimtica. La actividad de las enzimas tiene 3 niveles generales de regulacin: a) Expresin gentica. Por ejemplo transcripcin. b) Covalente. Por ejemplo fosforilacin. c) Alostrico. Estimulacin o inhibicin por metabolitos Si existe por ejemplo una disminucin en la Vmax de una enzima asociada a una enfermedad posiblemente est disminuida su cantidad (expresin). Si existe un aumento en el Km (ste tiene una relacin inversa con la afinidad) est disminuida su afinidad por su sustrato. En algunos Errores Innatos del Metabolismo estos parmetros son importantes y pueden definir el manejo del paciente. Las enzimas son susceptibles de ser inhibidas: a) Inhibicin Competitiva, es reversible y el inhibidor es estructuralmente similar al substrato natural; la Km aumenta y la Vmax no cambia. b) No Competitiva, el inhibidor se une a un sitio diferente al del substrato y disminuye la actividad an del complejo E-S; la Vmax disminuye, la Km no cambia. c) Incompetitiva se une solo al complejo E-S; cambian la Km aparente y la Vmax. d) Inhibicin Irreversible, generalmente implica un cambio covalente en la enzima. Varios agentes quimioteraputicos tienen este efecto, como sulfas, metotrexate.
13. 13. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 12 Algunos Marcadores Clnicos Enzimticos. Muchas enfermedades tanto hereditarias como adquiridas son causadas por defectos en la actividad de alguna enzima. Aunque muchas actividades pueden medirse mediante biopsia del tejido afectado y en cultivo de tejidos del paciente, desde el punto de vista de Enzimologa Clnica la presencia de ciertas actividades enzimticas en plasma o suero, son marcadores tiles de dao tisular. Algunos ejemplos de los ms aplicables son los siguientes: Creatina FosfoKinasa. Est formada por dos subunidades, M (tipo Muscular) y B (tipo Cerebral). En cerebro predomina la Isoenzima CPK1 (BB), en Msculo la CPK3(MM) y solo en Miocardio la forma CPK2(MB). Un incremento abrupto de CPK2 srica en un lapso de 24 horas es indicador de infarto al miocardio. Lactato Deshidrogenasa. Est formada por 4 subunidades de dos tipos denominadas H (corazn) y M (msculo). Existen 5 combinaciones diferentes de subunidades desde la HHHH (LDH1) que predomina en corazn, hasta la MMMM (LDH5) que predomina en hgado y msculo esqueltico. En las primeras 24 horas de dao al miocardio existe un aumento de LDH1 que puede persistir por 48horas, lo cual es indicativo de infarto. Un aumento posterior de la isoenzima LDH5 es indicativo de dao heptico por congestin. Transaminasas. La Aspartato Aminotransferasa (GOT) y la Alanina Aminotransferasa (GPT), son enzimas abundantes en Hgado y Corazn y se utilizan como indicadores de dao tisular. GPT es ms abundante en Hgado y GOT en Corazn. Algunos otros marcadores son fosfatasa alcalina para hgado y hueso, amilasa para pncreas y gamaglutamiltransferasa para hgado. Existen identificadas aproximadamente 50 enfermedades genticas humanas en que la mutacin disminuye la afinidad (aumenta el Km) de la enzima por su
14. 14. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 13 coenzima vitamnica y que pueden ser controladas con tratamiento vitamnico. Algunas de las ms frecuentes son las que responden a tiamina, biotina, cobalamina, cido flico, vitamina K y zinc. Algunas enzimas del metabolismo responden con cambios de expresin gentica por nutrientes y vitaminas. En las siguientes secciones revisaremos el papel de algunas de ellas en el metabolismo. Bibliografa. Devlin, TM. Bioqumica con Aplicaciones Clnicas. 4.Ed Revert, 2004. Baynes JW y Dominiczak. Bioqumica Mdica. 2.Ed, 2006. Colman J y Rhom K-H. Bioqumica: Texto y Atlas. 3. Ed Panamericana, 2004. Fairfield K and Fletcher RH. Vitamins for chronic disease prevention in adults.JAMA 287:3116, 2002
15. 15. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 14 METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS Y LPIDOS Los principales carbohidratos absorbidos en el intestino son glucosa, fructosa y galactosa. Existen en la membrana de las clulas transportadores especficos de glucosa, GLUT 1 a GLUT 5, los cuales tienen la siguiente distribucin principal: GLUT 1 y GLUT 3: Permiten la captacin basal en cerebro y eritrocito. GLUT 2: Se encuentra en Hgado, Clulas beta del pncreas y en rin. Sensor de la concentracin de glucosa circulante. GLUT 4: Se encuentra principalmente en msculo esqueltico y tejido adiposo. Es inducible su funcin por insulina. Para ser utilizada por los tejidos la primera reaccin que ocurre para la glucosa es la fosforilacin a Glucosa 6-fosfato, por una familia de Hexoquinasas (I a IV). La Glucoquinasa (Hexoquinasa IV) predomina en hgado y pncreas y es un sensor tambin (junto con GLUT 2) de los niveles de glucosa circulantes. La glucosa fosforilada tiene los siguientes destinos dentro de la clula: a) Oxidacin mediante Gluclisis aerbica (hasta Ciclo de Krebs) o Anaerbica (hasta Piruvato---Lactato). Funcin: producir energa en forma de ATP o equivalentes reductores (NADH, FADH). b) Glucognesis. Sntesis de Glucgeno a partir de Glucosa 6-F. Funcin: reserva de energa. c) Lipognesis: Sntesis de cidos grasos (y triglicridos) a partir de Acetil CoA. Funcin: reserva de energa. d) Oxidacin por Va de las Pentosas: Formacin de equivalentes reductores (NADPH) y ribosa 5-fosfato.Funcin: Para sntesis de cidos grasos (NADPH) y para sntesis de nucletidos (ribosa)
16. 16. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 15 GLUCLISIS. Existen tres niveles principales de regulacin de la va glucoltica: Hexoquinasa: Glucosa Glucosa 6-fosfato. Fosfofructoquinasa 1: Fructosa 6-fosfato Fructosa 1,6 difosfato. Piruvato Quinasa: Fosfoenolpiruvato Piruvato. Hexoquinasas y Glucoquinasa: Enzimas aparentemente inducibles. Hexoquinasas I a III tienen un bajo Km (alta afinidad) por glucosa en comparacin a la Glucoquinasa (Hexo IV) y se expresan principalmente en msculo y tejido adiposo. Parecen ser inducibles por insulina. Mutaciones en la Glucoquinasa pancretica se asocian a Diabetes mellitus Tipo II. De los tres el paso de la Fosfofructoquinasa 1 es el ms estrictamente regulado. Tiene 2 estimuladores alostricos importantes: Alto AMP (y por tanto bajo ATP) y Fructosa 2,6 difosfato. Fosfofructoquinasa 1 Su actividad depende importantemente de la Fosfofructoquinasa/fosfatasa 2 Esta enzima forma Fructosa 2,6 di fosfato a partir de Fructosa 6-fosfato. Altos niveles de F2,6DP, estimulan la actividad de Fosfofructoquinasa 1, para formar Fructosa 1,6 difosfato a partir de Fructosa 6- fosfato tambin. Fofofructoquinasa/fosfatasa 2 tiene dos actividades: - Kinasa (fosforila): Fructosa 6-fosfato Fructosa 2,6 difosfato. - Fosfatasa (desfosforila): Fructosa 2,6 difosfato Fructosa 6 fosfato. La actividad de kinasa predomina cuando la enzima misma (FFKP2) est desfosforilada en condiciones de Alta Insulina y Bajo Glucagon. La actividad de fosfatasa predomina con la enzima fosforilada por Baja Insulina y Alto Glucagon. Piruvato Quinasa: Es inhibida por fosforilacin (alto Gllucagon / baja Insulina) y estimulada por desfosforilacin. El producto de Fosfofructoquinasa 1, Fructosa 1,6
17. 17. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 16 difosfato es un potente estimulador alostrico. Citrato del Ciclo de Krebs es un inhibidor alostrico. Insulina aumenta su expresin gentica. En condiciones anaerbicas como en isquemia se acumula Lactato por reduccin de Piruvato y ste no puede seguir la va oxidativa del Ciclo de Krebs, que produce ms energa. GLUCONEOGNESIS. Es la va opuesta de la gluclisis. Difiere de sta en las 3 reacciones de arriba que son catalizadas por enzimas diferentes. En el resto de las reacciones participan enzimas comunes para ambas vas. gluconeognesis es formacin nueva de glucosa y est aumentada en casos de ayuno, por efecto de altos niveles de Glucagon y Bajos de Insulina. Cuatro reacciones principales difieren de la gluclisis: Piruvato Fosfoenolpiruvato. Catalizada por la Piruvato Carboxilasa y Fosfoenolpiruvatocarboxiquinasa. Esta conversin es el punto principal de regulacin; la Carboxilasa requiere Biotina y es estimulada alostricamente por Acetil CoA y la Carboxiquinasa es estimulada en su expresin gentica por Glucagon e inhibida en sta por Insulina. La Fructosa 1,6 disfosfatasa cataliza la reaccin inversa de la FFK 1 y la Glucosa 6- fosfatasa la reaccin inversa de las Hexoquinasas. Esta ultima actividad est ausente en msculo esqueltico cardaco y su deficiencia en Hgado es una de las causas ms frecuentes de Glucogenosis. GLUCOGNESIS Y GLUCOGENLISIS: Glucgeno se forma a partir de Glucosa 1-fosfato que proviene de Glucosa 6- fosfato. - Glucgeno Sintetasa. Regula la Glucognesis y presenta dos formas, una Activa (desfosforilada) y otra Inactiva (fosforilada). Su fosforilacin (inactivacin)
18. 18. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 17 ocurre cuando hay altos niveles de Glucagon y bajos de insulina. Esto ocasiona aumento de AMPcclico y activacin de protenas quinasas que fosforilan a esta enzima y a la Glucgeno Fosforilasa. Glucosa es un efector alostrico positivo para la Sintetasa. - Glucgeno Fosforilasa. Es estimulada por fosforilacin (alto Glucagon/baja Insulina), cuando hay altos niveles de AMPcclico por efecto de Glucagon o agonistas adrenrgicos. CICLO DE LOS CIDOS TRICARBOXILICOS (KREBS) En este ciclo convergen las vas de oxidacin aerbica de carbohidratos, lpidos y aminocidos, resultando en la produccin de CO2. El ciclo de Krebs se lleva a cabo en la matriz mitocondrial en donde se encuentra en contacto con la Cadena Respiratoria de la membrana interna mitocondrial, la cual lleva a cabo la fosforilacin oxidativa que culmina con la sntesis de ATP. Los equivalentes reductores (NADH y FADH) generados en el ciclo de Krebs se incorporan a los Complejos I y II de la Cadena repiratoria, generando 3 y 2 molculas de ATP, respectivamente. El piruvato generado durante la gluclisis aerobia, es transportado a la matriz mitocondrial donde contina su oxidacin por accin del Complejo de Piruvato Deshidrogenasa (PDH), cuyo producto final es ACETIL CoA. Esta acetil CoA entra al Ciclo de Krebs condensndose con Oxalacetato para producir Citrato. El Complejo de Piruvato Deshidrogenasa es multienzimtico y est formado por tres sistemas enzimticos E1, E2 y E3. El E1 requiere de Tiamina como Coenzima, el E2 cido Lipoico y el E3 FAD. Las subunidades E2 y E3 son comunes a las del Complejo de alfa-Cetoglutarato Deshidrogenasa del Ciclo de Krebs y a la de la alfa- Cetocido Deshidrogenasa del catabolismo de los aminocidos ramificados Leucina, Isoleucina y Valina. La actividad de PDH es inhibida alostricamente por
19. 19. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 18 sus productos (Acetil CoA y NADH) y estimulada por sus substratos Piruvato y CoA. Adems es inhibida por fosforilacin (PDH kinasa) y activada por desfosforilacin (PDH fosfatasa). Mutaciones en las subunidades E1 de PDH causan acumulacin de piruvato y lactato (Acidosis Lctica), en tanto que mutaciones en el Complejo E3 causan acumulacin de lactato, alfa-cetoglutarato y alfacetocidos ramificados. En el Ciclo de Krebs, altos niveles de ATP inhiben la actividad de Citrato Sintetasa y de Isocitrato deshidrogenasa; altos niveles de NADH inhiben alfa-cetoglutarato deshidrogenasa. Esta ultima reaccin produce Succinil CoA a partir de alfa- cetoglutarato, en forma similar a la reaccin de PDH. Algunos aminocidos gluconeognicos durante su catabolismo producen Succinil CoA, alfa-cetoglutarato u oxalacetato, incorporndose as a este Ciclo. Esto es particularmente significativo en condiciones de ayuno en que es necesario sintetizar nueva glucosa.
20. 20. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 19 METABOLISMO DE LPIDOS Los cidos grasos en forma de triglicridos son la reserva ms importante de fuente de energa alcanzando hasta el 80% del almacn total. Sntesis de cidos Grasos. El precursor inicial de los cidos Grasos es la Acetil CoA, la cual se deriva principalmente de Glucosa durante la gluclisis aerobia y la descarboxilacin oxidativa de Piruvato. Esta ultima reaccin catalizada por el Complejo de Piruvato Deshidrogenasa se lleva a cabo en mitocondria, en tanto que la sntesis de cidos Grasos se lleva a cabo en Citoplasma. Acetil CoA no atraviesa las membranas mitocondriales, por lo tanto sale en forma de Citrato el primer intermediario del Ciclo de Krebs, que es producto de la Citrato Sintetasa. El Citrato s se transporta hacia el citoplasma y all es desdoblado a sus constituyentes Acetil CoA y Oxalacetato. Este ultimo es oxidado por la Enzima Mlica citoplsmica, la cual produce NADPH, el cual junto con el producido a partir de la Va de las Pentosas se utiliza en las reacciones de reduccin en la Sntesis de cidos Grasos. Acetil CoA Carboxilasa cataliza el paso limitante (regulador) de la va; produce Malonil CoA mediante carboxilacin de Acetil CoA a partir de CO2 y es una enzima que requiere, al igual que otras Carboxilasas, a Biotina como Cofactor. Adems es estimulada alostricamente por el mismo Citrato proveniente de mitocondria y es inhibida por fosforilacin dependiente de AMP cclico. Adems esta enzima es inducible a nivel de expresin gentica por Insulina e inhibida en su expresin por sus productos Acidos Grasos, principalmente de Cadena Larga y Poli-insaturados. Malonil CoA es un inhibidor de la Carnitina Palmitoil Transferasa I que es la enzima transportadora de cidos Grasos a la Mitocondria, previniendo as el catabolismo de las cadenas creciente de cidos Grasos. La Malonil CoA es substrato para el
21. 21. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 20 Complejo de la Sintetasa de cidos Grasos. Este es el complejo enzimtico que utiliza NADPH para la elongacin de las cadenas en ciclos de alargamiento de 2 tomos de carbono por ciclo. La elongacin generalmente se detiene en 16 tomos de carbono que corresponden al Acido Palmtico. A partir de este cido Graso se sintetizan otros, mediante Elongacin e Insaturacin. La primera se puede realizar en mitocondria y retculo endoplsmico y la Insaturacin en retculo principalmente, formndose as cidos Grasos Insaturados por ejemplo de 18 carbonos (Oleico, Linoleico, Linolnico) y de 20 carbonos (Araquidnico). Este ltimo es el precursor de las Prostaglandinas. El doble enlace de estos lpidos generalmente se encuentra en una configuracin cis lo cual le da una mayor fluidez a las membranas de las que forman parte, lo cual previene en cierta forma agregados slidos de lpidos en los tejidos. Es importante tambin el hecho de que los Poliinsaturados de Cadena Larga son ms eficientes en inhibir la sntesis endgena de lpidos, por inhibicin en la expresin gentica de Acetil CoA Carboxilasa y de la Sintetasa de cidos Grasos, con las implicaciones nutricionales que ello implica. En estados de alimentacin rica en Carbohidratos acompaados de niveles altos circulantes de Insulina se aumenta la actividad de las enzimas lipognicas Citrato Liasa, Acetil CoA Carboxilasa, Sintetasa de Acidos Grasos y Desaturasa. Los cidos Grasos se esterifican con Glicerol-Fosfato formando los Triglicridos, los cuales en hgado se ensamblan con Apoprotenas para formar Lipoprotenas de Muy Baja Densidad (VLDL), que son exportadas por el Hgado a la circulacin. Los tejidos perifricos, principalmente Msculo y Tejido Adiposo, captan los cidos Grasos de los Triglicridos de las Lipoprotenas a travs de la accin de Lipoprotena Lipasa, la cual se encuentra en la membrana del endotelio vascular y es inducible por Insulina. Los cidos Grasos son constituyentes de los llamados Lpidos Complejos, como los Fosfolpidos y los Esfingolpidos. De los primeros, los ms abundantes en Humanos
22. 22. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 21 son fosfatidilcolina, fosfatidil etanolamina y fosfatidilserina. Otro fosfolpido, Fosfatidilinositol, que se encuentra en las membranas es un importante precursor de los Segundos Mensajeros Diacilglicerol e Inositol triFosfato. Estos participan en las seales de transduccin intracelular desencadenada por varias hormonas. Otro fosfolpido Dipalmitoil lecitina es el surfactante pulmonar producido por los pneumocitos II y que previene la atelectasia pulmonar. De los Esfingolpidos la Esfingomielina es peculiar en que est constituida por fosfolpidos y contiene cidos Grasos de Cadena muy larga como el cido Nervnico. Otro grupo de Esfingolpidos son los Cerebrsidos, como el Galactocerebrsido que es abundante en cerebro y que se acumula en la Enfermedad de Krabbe o Leukodistrofia Globoide, por deficiencia de la enzima lisosomal Galactocerebrosidasa. Los Glucocerebrsidos se acumulan en hgado y bazo en la Enfermedad de Gaucher, por deficiencia de Glucorebrosidasa, siendo sta la ms frecuente de las Enfermedades por Atesoramiento Lisosomal. Sntesis de Colesterol. La sntesis de colesterol es particularmente mayor en Hgado, Intestino y Tejidos Esteroidognicos (corteza adrenal, ovario, testculo, placenta). El Colesterol se sintetiza tambin a partir de Acetil CoA y la enzima reguladora de la va es la Hidroxi Metil Glutaril CoA Reductasa (HMG CoA Reductasa). Esta enzima utiliza NADPH de la Va de las Pentosas para producir Mevalonato, se encuentra en Retculo Endoplsmico y es inhibida por fosforilacin. Cuando existen altos niveles intracelulares de Colesterol, disminuye la expresin de la HMG CoA Reductasa y disminuye su actividad, inhibindose la sntesis de novo de ms colesterol. Los tejidos captan colesterol principalmente a partir de las Lipoprotenas de Baja Densidad (LDL), que tienen un componente proteco, la Apoprotena B, que se une al Receptor de LDL en tejidos perifricos. Una vez unido a su Receptor, LDL es
23. 23. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 22 endocitada y el colesterol es liberado en lisosomas y transportado al citoplasma. Actualmente se utilizan en ciertos casos inhibidores de la HMG CoA Reductasa (estatinas) para inhibir la sntesis endgena de colesterol y la captacin de LDL extracelular mediada por su Receptor. Mutaciones en este Receptor causan Hipercolesterolemia Familiar. El aumento en la sntesis de colesterol y cidos grasos es mediada a nivel gentico por los factores de transcripcin SREB-P; insulina ejerce sus efectos lipognicos a travs en parte de estos factores. Beta Oxidacin de cidos Grasos. En condiciones de ayuno existe un aumento en la movilizacin de lpidos del tejido adiposo a travs de la activacin de la Triglicrido Lipasa (Lipasa Sensible a Hormona) que es estimulada mediante fosforilacin dependiente de AMP cclico por efecto de Glucagon y adicionalmente por Epinefrina y ACTH. La Lipasa produce cidos Grasos Libres a partir de triglicridos y despus de activarse a sus derivados Acil-CoA son acarreados a la matriz mitocondrial por accin de las enzimas Carnitina Palmitoil Transferasa I y II (CPTI yII). La CPTI es la inhibida por malonil CoA durante la sntesis activa de cidos Grasos. La disponibilidad de suficientes cantidades de Carnitina es importante para la funcin de transporte a mitocondria y la consecuente beta-oxidacin. En mitocondria la Acil CoA Deshidrogenasa u Oxidasa de cidos Grasos lleva a cabo el desdoblamiento progresivo en ciclos de dos tomos de carbono. Los productos finales son Acetil CoA que entran al Ciclo de Krebs, generndose en el proceso equivalentes de ATP como tal o en forma de equivalentes reductores (NADH y FADH). Por cada 2 carbonos se producen 5 equivalentes de ATP en la beta-oxidacin y cada Acetil CoA que entra al Ciclo de Krebs genera otros 12 equivalentes de ATP. La activacin a Acil-CoA del Acido Palmtico para entrar a mitocondria requiere de una
24. 24. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 23 inversin de 2 ATPs, que restados a la ganancia generada por su nmero de 16 carbonos produce una ganancia neta de 129 ATPs. La beta-oxidacin mitocondrial como la fuente ms importante de produccin energtica depende de estos tres factores: a) La velocidad de produccin de cidos Grasos Libres por la Lipasa Sensible a Hormonas (Liplisis); b) La concentracin citoplsmica de Malonil CoA el cual es un inhibidor de CPTI; y c) La disponibilidad de Carnitina. Cuando est muy aumentada la beta oxidacin al punto de que la cantidad producida de Acetil CoA excede la capacidad del Ciclo de Krebs, ese exceso de Acetil CoA es utilizado para la formacin de Cuerpos Cetnicos. Estos son el Acetoacetato, -Hidroxibutirato y Acetona y aunque pueden ser utilizados como fuente de energa por el cerebro y msculo en condiciones de ayuno muy prolongado, la mayor cantidad de ellos no se utilizan y puede generar condiciones graves como Acidosis Metablica. En Diabetes Mellitus Insulino-Dependiente son la causa de la Cetoacidosis Diabtica. El transporte de lpidos (triglicridos, colesterol, fosfolpidos y cidos grasos) a partir del intestino ocurre en partculas de quilomicrones. La captura de cidos grasos en msculo y tejido adiposo ocurra a travs de la actividad de Lipoprotena Lipasa y produce Quilomicrones remanentes que son captados por el hepatocito. Los cidos grasos en hepatocitos son secretados a travs de partculas de VLDL. Las partculas de LDL son bajas en cidos grasos y ricas en colesterol; stas junto con HDL que participa en la transferencia reversa de colesterol son captadas por el hepatocito. Bibliografa. Devlin, TM. Bioqumica con Aplicaciones Clnicas. 4.Ed Revert, 2004. Baynes JW y Dominiczak. Bioqumica Mdica. 2.Ed, 2006.
25. 25. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 24 Colman J y Rhom K-H. Bioqumica: Texto y Atlas. 3. Ed Panamericana, 2004.
26. 26. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 25 METABOLISMO DE PROTENAS La digestin de las protenas empieza en el estmago con la pepsina, que es una proteasa que se activa a pH cido. Se contina en intestino delgado donde serinas- proteasas pancreticas como la tripsina, quimiotripsina, carboxipeptidasas y elastasa que se secretan en forma precursora se activan y continan la digestin. Aminocidos libres y pptidos pequeos se absorben va porta. Los aminocidos son los constituyentes principales de las protenas. Sin embargo en ciertas condiciones como ayuno prolongado y diabetes se metabolizan para generar fuente de energa, como precursores de Glucosa (Glucognicos) o de Cuerpos Cetnicos (Cetognicos). Algunos aminocidos son Esenciales y se adquieren en la dieta y otros son No-Esenciales y se sintetizan en el organismo. La mayora de los Glucognicos tienen como producto principal: Succinil CoA, alfa- Ceto Glutarato, Oxalacetato o Fumarato (del Ciclo de Krebs), y otros producen Piruvato (Gluconeognesis). Alanina es el ms comnmente gluconeognico a travs de convertirse en gluconeognico. Los Cetognicos producen Acetoacetato, Acetil CoA y Acetoacetil CoA; Leucina es el tpico cetognico. Alfa-Ceto Glutarato y Oxalacetato. Se forman por transaminacin generalmente de aminocidos como Glutamato (alfa-Ceto Glutarato) y Aspartato (OAA). Estas reacciones son las Transaminasas que se miden en Clnica para pruebas de funcionamiento heptico. Piruvato. Aunque diferentes aminocidos pueden convertirse en Piruvato, Alanina es el ms importante de este grupo. En condiciones de deprivacin nutricional, la degradacin de protena muscular es fuente de aminocidos gluconeognicos principalmente Alanina y Glutamato. Succinil CoA. A este intermediario del Ciclo de Krebs convergen los aminocidos: Valina, Isoleucina, Metionina y Treonina, adems de lpidos de cadena impar y
27. 27. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 26 ramificada. Existen dos reacciones importantes en esta va metablica en comn que requiere de dos Vitaminas esenciales: -Propionil CoA Carboxilasa (Biotina) que cataliza de Propionil CoA a Malonil CoA. -Malonil CoA Mutasa (adenosil-B12) que cataliza de Malonil CoA a Succinil CoA. Deficiencia en estas vitaminas o en la actividad de estas enzimas ocasionan las Acidemias Propinicas o Malnicas, por acumulacin de substrato. Fumarato. A este intermediario del Ciclo de Krebs converge la Fenilalanina y la Tirosina, la cual se deriva de la primera por la reaccin de la Fenilalanina Hidroxilasa, deficiente en la mayora de los pacientes con Fenilcetonuria. Homocistena, Hiperhomocistinemia y Riesgo Cardiovascular y Defectos de Tubo Neural. Es un intermediario en la va de sntesis del aminocidos Cistena a partir de Metionina. A la mitad de la va Homocistena puede continuar hasta completarse la sntesis de Cistena o puede remetilarse para reconvertirse en Metionina. En la va hacia Cistena una disminucin en la actividad de la enzima Cistationina Sintetasa causa Homocistinuria por acumulacin de Homocistena. En la va de sntesis (reconversin) de Metionina la enzima Metionina Sintasa utiliza como Cofactores a un derivado de Acido Flico(metil Tetrahidrofolato) y de Vitamina B12 (metil Cobalamina). Se han identificado dos polimorfismos en el gen de la enzima Metilentetrahidrofolato Reductasa (MTHFR), que convierte metilen- THF a metil-THF (Ala677Val y Glu1298Ala) que causan una disminucin en su actividad. Como consecuencia existe una disminucin de metil-THF para la reaccin de Metionina Sintasa y acumulacin de homocistena con homocistinuria. Esta alteracin se ha asociado a trastornos cardiovasculares debido a que el exceso de sta se oxida y causa peroxidacin en lpidos de partculas de Lipoprotenas de Baja Densidad (LDL), que se acumulan y desencadenan Aterosclerosis.
28. 28. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 27 La hiperhomocistinemia se ha asociado tambin a Defectos de Tubo Neural. Esto se debe a que la deficiencia en la actividad de MTHFR disminuye los niveles de metil-THF para la sntesis de metionina (Metionina Sintasa). Esto adems previene la formacin de otras formas de cido flico (formil-THF y metenil-THF) necesarios para la sntesis de nucletidos. Ciclo de la Urea. Tiene dos funciones principales, destoxificacin de amonio a travs de la formacin de Urea excretable y sntesis del aminocido Arginina. Este Ciclo consiste en 6 reacciones enzimticas de las cuales 3 se llevan a cabo en la matriz mitocondrial y 3 en citoplasma. La primera reaccin y reguladora del Ciclo es la de Carbamil Fosfato Sintetasa la cual requiere como activador alostrico positivo de N-acetil Glutamato. La segunda reaccin es la de la sntesis de Citrulina a partir de Ornitina y Carbamil Fosfato, catalizada por la Ornitina Transcarbamilasa. Deficiencias en cada una de estas enzimas son la causa de Hiperamonemia de Tipo I y II, respectivamente. Pueden existir defectos en las otras enzimas del Ciclo pero son menos frecuentes. En la penltima reaccin se forma Arginina (y Fumarato) por accin de la Argininosuccinasa. Esta Arginina puede servir para participar en la sntesis de protenas o como precursor de Ornitina para la reaccin de la Ornitina Transcarbamilasa. Por ejemplo el rin aporta Arginina al hgado para que ste aumente la sntesis de Urea por disponibilidad de Ornitina. El Ciclo de la Urea se conecta con el Ciclo de Krebs a travs de la produccin de Fumarato. La Hiperamonemia Tipo II por deficiencia de Ornitina Transcarbamilasa se acompaa de Aciduria Ortica, a diferencia de la Tipo I. Esto se debe a que se acumula Carbamil Fosfato que difunde al citoplasma en donde se incorpora a la va de sntesis de Nucletidos de Pirimidinas, en donde uno de los productos finales de la va es el Acido Ortico (OMP). Esto tiene importante valor diagnstico.
29. 29. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 28 La hiperamonemia es txica para el cerebro, en parte porque la actividad de Glutamato deshidrogenasa sintetiza glutamato a partir de -cetoglutarato y amonio, disminuyendo la disponibilidad del primero para el ciclo de Krebs (cidos tricarboxlicos). METABOLISMO DE NUCLEOTIDOS DE PURINAS Y PIRIMIDINAS. PURINAS. La sntesis de novo de Purinas se inicia con la formacin de Fosforribosil PiroFosfato (PRPP) por la PRPP sintetasa, a partir de Ribosa producida por la Va de las Pentosas de carbohidratos. PRPP sirve de substrato tanto para la sntesis de Purinas como de Pirimidinas. La primera reaccin exclusiva de Purinas y reguladora de la va es la de la PRPP amidotransferasa, que utiliza adems al aminocido Glutamina como cosustrato. Despus de varias reacciones el primer nucletido de purina sintetizado es el de
30. 30. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 29 Inosina (IMP) y en el transcurso de esta va hay dos reacciones en las que se utilizan derivados de Acido Flico. A partir de ste se forman alternativamente los nucletidos de Adenina (AMP) por un lado y de Guanina (GMP) por otro. Estos 3 nucletidos son inhibidores alostricos de la PRPP amidotransferasa. Por otro lado ATP estimula la sntesis de GMP y recprocamente GTP estimula la sntesis de AMP. De esta manera se establece un balance en la concentracin de ambos nucletidos. En el catabolismo de Purinas eventualmente se forma Hipoxantina que por accin de la Xantina Oxidasa (inhibible por Alopurinol) produce Acido Urico. En esta va catablica existe un paso catalizado por la Adenosina Desaminasa que previa a la formacin de Hipoxantina y la deficiencia de esta enzima causa el Sndrome de Inmunodeficiencia Combinada Severa, a causa de la acumulacin de niveles txicos de adenosina. La Hipoxantina y la base libre de Guanina pueden ser reutilizadas por la clula en casos de alta demanda de sntesis de ADN, a travs de la accin de la enzima Hipoxantina-Guanina Fosforribosil Transferasa en lo que se conoce como la Va de Salvamento; los productos son las formas IMP y GMP, respectivamente. Esta enzima utiliza PRPP para restablecer los nucletidos y cuando est mutada causa el Sndrome severo de Lesch-Nyhan, que se acompaa de trastornos neurolgicos e hiperuricemia. PIRIMIDINAS. La primera reaccin de esta va es similar a la primera del Ciclo de la Urea y es catalizada por la Carbamil Fosfato Sintetasa II citoplsmica, la cual utiliza Glutamina en vez de amonio como donador del grupo amino para formar Carbamil Fosfato. Esta enzima es la reguladora principal de la velocidad de la va de sntesis de Pirimidinas, la cual conduce a la formacin del intermediario Acido Ortico y de este
31. 31. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 30 al nucletido de Uridina (UMP). Este Acido ortico es el que se acumula en la Hiperamonemia II por deficiencia de Ornitina Transcarbamilasa. A partir de UTP se sintetiza el nucletido de Citosina (CTP) por aminacin en donde nuevamente el donador del grupo amino es el aminocido Glutamina. El nucletido de Timina (TMP) se sintetiza tambin a partir de un nucletido de Uridina (dUMP), en una reaccin que requiere de otro derivado de Acido Flico (metilen- Tetrahidrofolato). Bibliografa. Devlin, TM. Bioqumica con Aplicaciones Clnicas. 4.Ed Revert, 2004. Baynes JW y Dominiczak. Bioqumica Mdica. 2.Ed, 2006. Colman J y Rhom K-H. Bioqumica: Texto y Atlas. 3. Ed Panamericana, 2004.
32. 32. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 31 INTEGRACIN METABLICA Las vas metablicas principales relacionadas con el metabolismo de Carbohidratos, Lpidos y Aminocidos estn conectadas entre s y dependen del estado nutricional y hormonal del organismo. Los metabolismos de Carbohidratos y Lpidos convergen en un intermediario comn ACETIL COENZIMA A. Altos Niveles de Insulina (Estado de Alimentacin). Cuando hay ingesta alimenticia existe estmulo principalmente de carbohidratos para la liberacin de Insulina por las clulas beta del pncreas. Esta glucosa es fuente importante de energa para tejidos perifricos principalmente el cerebro y eritrocitos que dependen casi exclusivamente de este aporte, en donde se utilizan mediante Gluclisis aerbica completa en Cerebro y hasta lactato en eritrocitos. El Hgado utiliza la glucosa mediante Gluclisis y Ciclo de Krebs, aumenta la Glucognesis para almacn de glucosa y aumenta tambin la Va de las Pentosas. El exceso de glucosa ingerida sigue la Va de Sntesis de Acidos Grasos principalmente en el Hgado, los cuales se ensamblan con Apoprotenas para salir a la circulacin como parte de Lipoprotenas VLDL. En este estado en que existe una relacin alta Insulina/Glucagon, el tejido adiposo captura cidos grasos libres de las partculas de VLDL a travs de la accin de la Lipoprotena Lipasa, que es inducida en su expresin principalmente en este tejido. En msculo tambin se expresa esta enzima pero ms en estados de ayuno. Msculo capta y utiliza tambin glucosa para oxidarla a travs de la Gluclisis y Ciclo de Krebs y para almacenarla como glucgeno. El eritrocito carece de mitocondria por lo tanto genera lactato a partir de piruvato, el cual es recapturado por el hgado para oxidarlo a Acetil CoA y cidos grasos. Los Lpidos de la dieta son absorbidos principalmente en forma de Quilomicrones y los cidos grasos que contiene son utilizados por tejidos perifricos, principalmente tejido adiposo y msculo.
33. 33. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 32 Va de Lipognesis a Partir de Carbohidratos El exceso de Acetil CoA generado en la gluclisis es utilizado para la sntesis de cidos grasos Altos Niveles de Glucagon (Estados de Ayuno). En las primeras horas de ayuno la relacin Insulina /Glucagon disminuye (predomina Glucagon) y el glucgeno heptico es catabolizado por la Va de Glucogenlisis para producir glucosa la cual es utilizada principalmente por el Cerebro. El msculo y eritrocito tambin utilizan esa glucosa, pero el eritrocito la devuelve al Hgado en forma de Lactato (Ciclo de Cori) y el Msculo en forma de Alanina (Ciclo de Glucosa-Alanina). Despus de 14 horas de ayuno la protena muscular es fuente de aminocidos a travs de protelisis. Los aminocidos Alanina y Glutamina son los principales que son exportados por el msculo debido a que son generados por transaminacin de otros aminocidos. Entre stos, los
34. 34. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 33 aminocidos de cadena ramificada Leucina, Isoleucina y Valina son los predominantemente desaminados transfirindose sus grupos amino para la formacin de Alanina y Glutamina. La descarboxilacin oxidativa de estos alfa-cetocidos (aminocidos sin grupo amino) ramificados es continuada en Hgado, donde se vuelven precursores gluconeognicos o cetognicos. Mientras que la Alanina de msculo es utilizada directamente por Hgado para Gluconeognesis, la Glutamina es convertida previamente a Alanina en Intestino. En Hgado, la Alanina puede seguir la va Gluconeognica al convertirse en Piruvato por transaminacin y el Ciclo de la Urea aumenta debido al aumento en la disposicin de aminocidos desaminados. Debido a los altos niveles circulantes de Glucagon, se desencadena la Liplisis en Tejido Adiposo, con un aumento en la liberacin de cidos grasos libres y glicerol a la circulacin. Estos cidos grasos son captados principalmente por Hgado, aunque pueden ser utilizados tambin por Msculo y Corazn. En Hgado siguen la va de la beta-oxidacin mitocondrial para producir la energa necesaria para mantener la Gluconeognesis y el glicerol entra a la gluconeognesis. Una vez saturado el Ciclo de Krebs por la produccin masiva de Acetil CoA, sta sigue la va de Sntesis de Cuerpos Cetnicos, despus de 3 a 4 das de ayuno, dependiendo del estado nutricional previo del individuo. En ayunos muy prolongados de varios das los cuerpos cetnicos se convierten en fuente importante de energa para el cerebro, debido a que la gluconeognesis heptica disminuye y los cuerpos cetnicos atraviesan la barrera hemato-enceflica. Leptina es una hormona sintetizada en tejido adiposo que aumenta la saciedad y el gasto energtico a travs en parte de efectos neuroendcrinos y perifricos. En los ncleos arcuato y paraventricular de hipotlamo acta a travs de receptores especficos (leptina Rb) y disminuye la expresin de neuropptido Y (orexignico) y aumenta la sntesis de melanocortina (anorxica), a travs de una va de transduccin dependiente de los factores JAK-STAT de transcripcin. En tejidos perifricos aumenta la expresin de protenas desacoplantes de la cadena respiratoria en mitocondria, como UCP1 en tejido adiposo pardo, UCP2 en hgado y tejido adiposo blanco y UCP2 en msculo. Adems aumenta la expresin de genes de la beta oxidacin de cidos grasos.
35. 35. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 34 Diabetes. En Diabetes Mellitus Insulino-Dependiente, la baja de Insulina con relacin a Glucagon, provoca que el Hgado se mantenga gluconeognico y cetognico, aun despus de una ingesta alimenticia. Debido a la gluconeognesis continua del hgado, ste contribuye a la hiperglucemia. Los tejidos perifricos, principalmente msculo y tejido Adiposo, disminuyen su captacin de glucosa por la deficiencia de insulina. Estos tejidos dependen de insulina para expresar en la membrana un transportador de glucosa (GLUT4), que es inducido por la hormona. Hay protelisis para mantener el aporte de substratos gluconeognicos para el hgado. Existe hipertrigliceridemia debido a liplisis aumentada en tejido adiposo que exporta cidos grasos libres al hgado. Estos se utilizan para beta-Oxidacin y el exceso son reesterificados para formar Lipoprotenas de VLDL y eventualmente desarrollar esteatosis heptica. El aumento en VLDL circulante no puede ser compensado con aumento en captacin de cidos grasos en tejidos perifricos, dado que est disminuida la expresin de la Lipoprotena Lipasa dependiente de Insulina. En la Diabetes Mellitus No Insulino-Dependiente, la presencia normal o elevada de Insulina previene la liplisis descontrolada en tejido adiposo y en consecuencia rara vez presenta cetoacidosis. Generalmente presenta resistencia a insulina por defectos en las seales de transduccin despus de que la hormona se une a su receptor. Tambin presenta hipertrigliceridemia por aumento en la sntesis de novo de lpidos, dado que el hgado se mantiene lipognico. Bibliografa. Devlin, TM. Bioqumica con Aplicaciones Clnicas. 4.Ed Revert, 2004. Baynes JW y Dominiczak. Bioqumica Mdica. 2.Ed, 2006. Colman J y Rhom K-H. Bioqumica: Texto y Atlas. 3. Ed Panamericana, 2004.
36. 36. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 35 DEFECTOS GENTICOS DEL METABOLISMO El estudio del genoma humano ha revelado que la mayora de los errores innatos del metabolismo causados por defectos enzimticos se transmiten en un modo autosmico recesivo y enfermedades causadas por defectos en factores de transcripcin se transmiten generalmente en forma autosmica dominante. Enfermedades metablicas que se manifiestan clnicamente en periodo neonatal, son causadas en su mayora por mutaciones en genes que codifican para enzimas. La gran mayora de los Errores Innatos del Metabolismo involucran anormalidades en Actividades Enzimticas y Transporte de Protenas. Se han clasificado dos grandes Categoras: 1. Alteraciones que afectan un solo sistema funcional: Endocrino, Inmune, Coagulacin o Lipoprotenas; que afectan un solo rgano: Intestino, Rin, Eritrocitos o Tejido Conectivo. Ejemplos en esta Categora son Hipotiroidismo, Inmunodeficiencias Primarias, Anemia Hemoltica, Hemofilia, Colagenopatas, Marfan, etc. 2. Alteraciones en vas metablicas que son comunes a varios tejidos u rganos o que afectan a un solo rgano pero con repercusiones sistmicas que afectan a otros rganos. En esta categora estn incluidos la mayor parte de los Errores Innatos del Metabolismo Intermediario que incluyen defectos en el metabolismo de carbohidratos, aminocidos y lpidos ya sea por alteracin primaria de la actividad enzimtica o secundaria a alteraciones vitamnicas; Enfermedades por Atesoramiento Lisosomal y Enfermedades por defectos en el Transporte Intracelular de protenas, en las que estn incluidas defectos en el transporte de protenas a su destino intracelular (organelas) o extracelular (secrecin). Desde el punto de vista fisiopatolgico esta categora de enfermedades se divide en: a) Enfermedades que alteran la sntesis o catabolismo de molculas complejas. Todas las enfermedades por atesoramiento lisosomal estn en este grupo en el que existe insuficiencia en la degradacin de mucopolisacridos, mucolpidos, esfingolpidos, etc.,
37. 37. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 36 que se acumulan en el tejido afectado. Alteraciones en la biognesis peroxisomal y mitocondrial por transporte defectuoso de protenas o enzimas, como en los casos de Adrenoleucodistrofia Neonatal Ligada al Cromosoma X en el que hay defectos en el transporte de cidos grasos de cadena muy larga que son oxidados en esa organela, el Sndrome de Zellweger en el que hay una disminucin o ausencia de sntesis de peroxisomas, lo cual ocasiona tambin una acumulacin de cidos grasos largos y disminucin en la sntesis de cidos biliares que se sintetizan normalmente en esa organela, o el caso de Hiperoxaluria en el que una mutacin de la enzima glioxilato aminotransferasa errneamente causa el transporte de la enzima a mitocondria en vez de a peroxisomas. Otras enfermedades causadas por defectos en el trfico intracelular de protenas son la deficiencia de alfa1-antitripsina en enfisema familiar, el transportador de cloro en fibrosis qustica, el receptor de LDL en hipercolesterolemia familiar y el sndrome glicoproteco entre otros, que son ejemplos en los que mutaciones en los genes para estas protenas alteran su transporte de retculo endoplsmico a membrana plasmtica. b) El grupo de Errores Innatos del Metabolismo Intermediario, los cuales se caracterizan por una intoxicacin aguda o progresiva causada por una acumulacin de substratos proximales al sitio de la lesin enzimtica. Entre stos se encuentran las siguientes: - Aminoacidopatas como la fenilcetonuria (deficiencia de fenilalanina hidroxilasa), enfermedad de la orina de jarabe de maple (deficiencia de alfa-cetocidos deshidrogenasa de aminocidos de cadena ramificada), homocistinuria (deficiencia de cistationina sintetasa o de dihidrofolato reductasa). - Acidurias orgnicas que afectan el metabolismo de los aminocidos de cadena ramificada como son la acidemia metil malnica por deficiencia de metil malonil CoA mutasa, acidemia propinica por deficiencia de propionil CoA carboxilasa, acidemia isovalrica por deficiencia de isovaleril CoA deshidrogena. - Defectos en el Ciclo de la Urea como las hiperamonemias tipo I y II por deficiencia de carbamilfosfato sintetasa I mitocondrial y de ornitina transcarbamilasa, respectivamente.
38. 38. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 37 Intolerancia a carbohidratos como en la galactosemia por deficiencia de la UDP- galactosa-transferasa, de galactoquinasa o de UDP-gal-epimerasa y la intolerancia a la fructosa por deficiencia de aldolasa B heptica. c) Errores Innatos del Metabolismo Intermediario causados por defectos en la produccin o utilizacin de energa y que afectan principalmente a tejidos como corazn, cerebro, msculo e hgado. - Glucogenosis causada por ejemplo por deficiencia de glucosa 6-fosfatasa (glucogenosis I o enfermedad de von Gierke), por deficiencia de glucosidasa lisosomal (glucogenosis II o enfermedad de Pompe), deficiencias en enzimas desramificadora y ramificadoras de glucgeno (glucogenosis III y IV), deficiencia de glucgeno fosforilasa (V o enfermedad de McArdle y VI), deficiencia de fosfofructoquinasa I (VII) y otros defectos en enzimas glicolticas. - Acidemias Lcticas congnitas por deficiencia de piruvato carboxilasa (gluconeognesis) y piruvato deshidrogenasa (descarboxilacin de piruvato a Acetil CoA). - Defectos en la oxidacin de cidos grasos que incluyen: alteraciones en la captacin celular de carnitina, deficiencias de carnitina palmitoiltransferasa I y II, carnitina translocasa, deshidrogenasas de cidos grasos largos, medios y cortos, por ejemplo. La deficiencia ms frecuente es la disminucin de Deshidrogenasa de cidos grasos de cadena media mitocondrial. La deficiencia de carnitina generalmente se debe a un defecto en el transporte de este compuesto. - Defectos en la Cadena Respiratoria. Estos son clasificados desde el punto de vista de gentica molecular como: mutaciones del genoma nuclear que codifica para protenas mitocondriales (I); mutaciones puntuales del genoma mitocondrial (II); deleciones y duplicaciones del genoma mitocondrial (III); y defectos genticos indefinidos (IV). Este espectro de mutaciones puede afectar la funcin de alguna de las subunidades polipeptdicas de los Complejos Respiratorios I a V, ya sean codificados en ncleo o en el mismo genoma mitocondrial. Ejemplos representativos son la Neuropata Optica Hereditaria de Leber (LHON) que afecta al Complejo I principalmente, la Epilepsia
39. 39. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 38 Mioclnica y Fibras Rojas Rasgadas (MERRF), por mutaciones principalmente de un ARN de transferencia mitocondrial necesario para la sntesis de protenas en esa organela, la Encefalopata Mitocondrial con Acidosis Lctica (MELAS), por mutaciones tambin en otro ARNt, cardiomiopatas hipertrficas, entre otras. El Sndrome de Dificultad Metablica Neonatal, generalmente cursa con tres tipos de presentaciones: Dificultad Neurolgica tipo Intoxicacin, Dificultad Neurolgica tipo Deficiencia de Energa o con Hipoglucemia con Disfuncin Heptica. Entre las ms frecuentes se encuentran en la de tipo intoxicacin la enfermedad con orina de jarabe de maple por deficiencia de alfa-cetocido deshidrogenasa (de aminocidos de cadena ramificada) y acidurias orgnicas por deficiencia de metil malonil CoA mutasa, de propionil CoA carboxilasa, acidemia isovalrica y deficiencia mltiple de carboxilasas. Entre las de tipo deficiencia de energa con acidosis lctica y cetosis, se encuentran las deficiencias de piruvato deshidrogenasa y de piruvato carboxilasa, as como de Complejos I y IV de la cadena respiratoria; la hiperglicinemia no cettica sin hiperamonemia cursa como deficiencia de energa. Entre las deficiencias del ciclo de la urea ms frecuentes con hiperamonemia y sin cetoacidosis se encuentran la deficiencia de ornitina transcarbamilasa y de carbamil fosfato sintetasa. Entre las Hipoglucemias con Hepatomegalia y disfuncin heptica las ms frecuentes son la Glicogenosis Tipo I por deficiencia de glucosa 6- fosfatasa, Glicogenosis Tipo III por deficiencia de enzima desramificadora de glucgeno y deficiencia de fructosa 1,6 difosfatasa. Las enfermedades por Atesoramiento Lisosomal rara vez se manifiestan con sntomas agudos en perodo neonatal. Generalmente se presentan con hepatoesplenomegalia, facies toscas, ascitis, cambios seos y pueden cursar con niveles normales de lactato, amonio y glucosa. En esta figura se observan las consecuencias metablicas de una deficiencia de Glucosa 6- fosfatasa (Glucogenosis tipo I):
40. 40. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 39 En una acidemia propinica (deficiencia de propionil CoA carboxilasa) y metil malnica (deficiencia de metil malonil CoA mutasa), puede haber hiperamonemia por inhibicin de carbamil fosfato sintetasa I y acidosis lctica por inhibicin de piruvato carboxilasa. Bibliografa. Harrisons, PRINCIPLES OF INTERNAL MEDICINE, 16Th . Ed, 2005. Devlin, TM. Bioqumica con Aplicaciones Clnicas. 4.Ed Revert, 2004. Baynes JW y Dominiczak. Bioqumica Mdica. 2.Ed, 2006.
41. 41. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 40 CARCINOGENESIS, ONCOGENES Y GENES SUPRESORES DE TUMORES APOPTOSIS Apoptosis o muerte celular programada es un mecanismo altamente regulado de induccin de muerte celular bajo diferentes estmulos, como dao genotxico al ADN, deprivacin de citocinas o la activacin de receptores de membrana plasmtica como el del Factor de Necrosis Tumoral (TNF). Existe una va mitocondrial y una extramitocondrial. La primera, se manifiesta como un colapso en el gradiente electroqumico de mitocondria que da lugar a la apertura de un Poro de Transicin Membranal, que causa una liberacin de citocromo c mitocondrial al citoplasma y la activacin de Apaf1; estas dos protenas juntas activan a su vez a una enzima proteoltica llamada Caspasa-9, la cual a su vez procesa y activa a la Caspasa 3, la cual es una enzima efectora de apoptosis que corta a enzimas como poli ADP ribosa polimerasa (PARP) y laminina, culminando en muerte celular. La segunda va se desencadena a partir de la activacin de receptores de membrana que inducen activacin de Caspasa 8, la cual a su vez activa a la Caspasa 3 efectora. Existen varias molculas proapoptticas (BAX, BAD, BID, AIF, etc) y anti- apoptticas (BCL-2, BCL-XL, IAP). Revisaremos cmo diferentes agentes alteran el proceso de apoptosis ligado al desarrollo de Cncer.
42. 42. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 41 Existen 3 grandes agentes mutagnicos capaces de producir cncer en humanos: 1- Qumicos 2- Fsicos 3- Virales AGENTES QUIMICOS. Los agentes qumicos pueden inducir cambios moleculares en el ADN, frecuentemente metilacin por agentes alkilantes que se encuentran en las nitrosaminas del humo del tabaco o las de combustin vegetal. Por ejemplo la metilacin de guaninas (O-6-metilguanina) causa un apareamiento errneo con timina (en vez de citosina normal), por lo que se induce una mutacin. Los benzo pirenos como las nitrosaminas pueden ser activados metablicamente por el sistema enzimtico de p450 que se encuentra en retculo endoplsmico. Este sistema es inducible por la presencia del agente qumico y da lugar a derivados alkilantes o benzopirnicos altamente reactivos que metilan o forman aductos con las bases nucleotdicas del ADN. Existe variacin gentica individual en el tipo de citocromos p450 que expresa una persona y esta variacin puede influir en la susceptibilidad a desarrollar cncer ante alguno de esto agentes. Existen algunas enzimas destoxificantes que por el contrario catalizan la inactivacin de agentes qumicos potencialmente mutagnicos entre ellas se encuentran las mejor estudiadas: Glutationa transferasa, UDP-Glucuronosiltransferasa, Alkil-transferasa, Alcohol y Acetaldehdo deshidrogenasa y N-Acetiltransferasa AGENTES FISICOS. Los agentes fsicos ms importantes en carcinognesis son: radiacin por luz ultravioleta, la radiacin ionizante, y las fibras minerales. La luz ultravioleta induce tpicamente la formacin de dmeros de pirimidinas y produce mutaciones por transicin tipo de CC a TT. Esta es la causa principal de carcinomas de clulas basales y escamosos de piel. Se han identificado en este tipo de carcinomas frecuentes mutaciones inducidas por luz ultravioleta en el gene supresor de tumores p53. Las radiaciones ionizantes producen sus efectos mutagnicos a travs de la emisin de partculas cargadas como electrones, protones, partculas alfa o metales pesados que pueden directamente ionizar el ADN; las radiaciones electromagnticas como los rayos X y rayos gama tienen efectos ionizantes a travs de interaccionar con los orbitales electrnicos de los tomos con los que interactan generando elementos ionizante. Aunque la radiacin ionizante puede
43. 43. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 42 producir mutaciones puntuales discretas sus efectos ms severos son la induccin de fracturas de doble cadena de ADN en los cromosomas. Una fuente importante de radiacin es el radn que se encuentra en la tierra y que emana como gas radiactivo; ste se ha asociado a cncer de pulmn en humanos. Algunos ejemplos de cnceres asociados a radiaciones laborales o teraputicas son cncer de piel, de pulmn, leucemias, mama y seas. Los asbestos son fibras minerales que se cristalizan y adquieren formas elongadas que son fagocitadas e inducen la formacin de radicales libres. Su coincidencia con radiaciones gama o de partculas alfa tiene un efecto sinrgico en su potencial mutagnico. Esto puede inducir alteraciones cromosomales como inversiones, deleciones y translocaciones. El cncer pulmonar y el mesotelioma son los ms frecuentemente asociados a asbestos; con menor frecuencia lo estn cnceres gastrointestinales. AGENTES VIRALES. Los virus ms frecuentemente asociados a cnceres humanos son, los virus con genoma de ADN: Papilomavirus: Cncer cervicocuterino (tipos 16,18, 33) y de piel (tipos 5, 8, 17). Virus de Hepatitis B y C: Carcinoma Hepatocelular. Virus Herpes (Epstein-Barr): Linfoma de Burkitt, Carcinoma Nasofarngeo, Enfermedad de Hodgkin. Entre los Virus con genoma de ARN los retrovirus son los ms asociados a algunos tipos de cncer: HTLV-I: Leucemia/linfoma de Clulas T. HTLV-II: Leucemia de Clulas Peludas. Los papilomavirus expresan entre otras dos protenas altamente oncognicas, E6 y E7. La protena E6 se une a la protena supresora de tumores p53 e induce su degradacin. La protena E7 se une e inactiva a la protena supresora de tumores Rb. En el caso de los virus de hepatitis se observa un aumento en la expresin de la Protena X, la cual induce una estimulacin de la va intracelular mitognica ras- raf-MAP kinasa; adems esa protena X parece unirse e inhibir a la protena p53. Para el virus de Epstein-Barr, la expresin de una protena LMP1 induce la activacin de linfocitos B a travs de la transcripcin de genes por el factor de transcripcin NFkB y del aumento en la expresin de la protena oncognica bcl-2 que inhibe la
44. 44. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 43 apoptosis; adems se ha observado que LMP1 anclada a la membrana plasmtica puede actuar como factor de crecimiento activado y transducir seales de proliferacin celular en linfocitos B. Los retrovirus son una familia de virus cuyo genoma es ARN y que lo integran al genoma de la clula husped despus de convertirlo a ADN complementario mediante la actividad de Transcriptasa Reversa. Este genoma codifica para protenas de la cpsula y envoltura virales, para su transcriptasa reversa, para la proteasa, procesadora de protenas virales y varias protenas reguladoras de la expresin de genes propios del virus. Una protena en particular, Tax, tiene potencial oncognico al estimular la expresin de Interleucina 2 y de su receptor, as como de otros factores de crecimiento como GM-CSF, TNF, los proto- oncogenes c-fos y c-sis, entre otros. ONCOGENES. Los Proto-oncogenes celulares son genes que se encuentran normalmente en el genoma humano y que codifican para protenas que tienen funciones asociadas a estmulos normales de proliferacin celular. Algunas de estas funciones son factores de crecimiento, transduccin celular y segundos mensajeros, expresin gentica y comunicacin celular: - Factores de crecimiento. - Receptores con actividad de tirosina kinasas. - Protenas kinasas de serina y treonina. - Protenas G y reguladoras de protenas G. - Factores de transcripcin. Las mutaciones que dan lugar a la sobreactivacin de los proto-oncogenes en humanos pueden ser de varios tipos, por ejemplo: - Mutaciones puntuales: por ejemplo la sustitucin de un aminocido por otro produce la sobreactivacin de ras en cncer de colon, de pulmn, pncreas, tiroides. - Amplificacin: por ejemplo myc en neuroblastoma, leucemias y cncer pulmonar y mamario, Her/neu en carcinoma mamario, mdm-2 en sarcomas, - Translocaciones genticas: por ejemplo bcr-abl en leucemia mieloide crnica, de myc-Igs en linfoma de Burkitt, receptor de cido retinoico en leucemia promieloctica aguda, bcl-2 en linfoma folicular.
45. 45. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 44 Generalmente las mutaciones en los oncogenes son activadoras, somticas, adquiridas y se manifiestan en forma dominante, es decir la activacin de un solo alelo predispone a la proliferacin celular. GENES SUPRESORES DE TUMORES. Estos genes codifican para protenas que previenen la proliferacin celular excesiva y cuyas funciones normales para las protenas supresoras mejor conocidas incluyen las siguientes: - p53: Factor de transcripcin que disminuye la entrada a la fase S del Ciclo Celular. - Rb-1: Protena asociada primero a retinoblastoma y que posteriormente se ha encontrado alterada en osteosarcomas, carcinomas de prstata, pulmn y mama. Previene la entrada a la fase S del Ciclo Celular. - NF-1: Asociada a neurofibromatosis, a neuroblastoma y a melanoma. Tiene una funcin reguladora negativa sobre ras al estimular su actividad de GTPasa, lo cual induce la inactivacin de esta oncoprotena al convertirse de su forma activas ras-GTP a su forma inactiva ras-GDP. - WT-1: Asociada al tumor de Wilms es un factor de transcripcin involucrado en el desarrollo genitourinario normal. - APC: Asociado a cncer de colon y a poliposis adenomatosa familiar que participa en seales de transcripcin inducida por factores de crecimiento. - PTEN: Asociado a algunos carcinomas de mama, prstata, folicular tiroideo y glioma, tiene actividad de tirosina fosfatasa, que revierte la fosforilacin de protenas activadas por oncoprotenas. - VHL: En el sndrome de von Hippel-Lindau y carcinoma renal y hemangioblastoma, regula la estabilidad de algunos ARNs y la elongacin de la transcripcin de algunos genes. Dentro del grupo de Genes Supresores de Tumores se encuentran los genes que codifican para protenas que funcionan en la reparacin de daos al ADN (se les conoce tambin como Genes Mutadores). Las mejor identificadas en cnceres humanos son: - BRCA 1 y 2: asociadas a cncer mamario y de ovario familiar. Parecen funcionar como factores de transcripcin que se activan en los procesos de reparacin del ADN.
46. 46. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 45 - HMSH-2 y hMLH-1: se encuentran mutados en un gran porcentaje de familias con Carcinoma Colorrectal Nopolipsico Hereditario. Funcionan normalmente en la reparacin de apareamientos errneos del ADN. La participacin de BRCA1 y 2 junto con otros complejos proteicos es ilustrada en esta Figura. Dao a la doble cadena de ADN como el inducido por radiaciones ionizantes activa la fosforilacin y activacin de BRCA1 la cual se asocia a BRCA2 y RADs, realizndose una reparacin por recombinacin. Tambin se activa la expresin de p53 y esto induce apoptosis en caso de permanecer el dao en el ADN. Si p53 est mutado o insuficiente se desencadena la proliferacin celular. En caso de algunos cnceres mamarios se ha observado la deficiencia dual de BRCA1 y p53. En cncer de colon se ha avanzado ms en la serie de eventos multifactoriales que desencadenan la neoplasia. Se observa que la mutacin inicial del gen de APC induce cambios displsicos que aunados a mutaciones de oncogenes y genes
47. 47. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 46 supresores de tumores como ras y MSH, MLH (reparacin) y p53 se manifiesta como carcinoma. Eventos similares se cree que ocurren en otros cnceres. En esta figura se observa la funcin reparadora de los complejos MSH, MLH y PMS2 sobre un defecto de complementariedad en la doble cadena de ADN. En el caso de los genes supresores de tumores las mutaciones son inactivadoras, pueden ser hereditarias y adquiridas y se pueden manifestar en forma recesiva. En algunos cnceres humanos se hereda una mutacin en uno de los genes supresores de tumores y en el tejido afectado se puede observar otra mutacin en el alelo normal inactivando completamente su funcin; a este proceso se le conoce como prdida de heterozigocidad. Algunos ejemplos son mutaciones en los genes de p53, Rb, NF1, APC, MSH2 y MLH1. Las mutaciones heredadas pueden ser identificadas en muestras de ADN de linfocitos perifricos y la prdida de heterozigocidad generalmente mediante biopsia y anlisis de ADN del tejido afectado.
48. 48. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 47 Dos esquemas bien estudiados de interaccin de protenas oncognicas y supresoras de tumores lo constituyen el caso de ras y de p53 con Rb, en forma general: ONCOGENES Y GENES SUPRESORES DE TUMORES EN SINDROMES HUMANOS Aqu se resumen las funciones conocidas de diferentes protenas oncognicas o supresoras de tumores cuyas mutaciones se han identificado asociadas a sndromes neoplsicos humanos. BRCA1 , BRCA2 y RAD51: en conjunto reconocen rupturas de doble cadena en el ADN, como las inducidas por radiacin y se activan para reparar el dao mediante un proceso de recombinacin. BRCA1 se ha observado que es importante en permitir una expresin adecuada de p53. Su deficiencia se asocia a Cncer Mamario y de Ovario Familiar. MLH1, MSH2 y PMS: reconocen apareamientos errneos introducidos durante la replicacin del ADN y llevan a cabo la reparacin. Su deficiencia se asocia a Cncer Colorectal Hereditario No Polipsico. VHL: esta protena supresora de tumores controla la elongacin de la transcripcin de ciertos genes al inhibir al factor de elongacin Elongina SIII. Su deficiencia causa
49. 49. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 48 la enfermedad de Von Hippel-Landau, la cual predispone a una variedad de cnceres como Carcinoma de Clulas Claras de Rin, Hemangioblastoma y Feocromocitoma. PTEN: es una protena fosfatasa que revierte los estados de fosforilacin inducidos por PI3 kinasa de la va activadora de ras. Mutaciones inactivadoras de su gen est asociado a una variedad de cnceres humanos como glioblastoma, astrocitoma, carcinoma de clulas pequeas de pulmn, carcinomas de prstata, endometrio y renal, entre otros. Su frecuencia de mutaciones en este gen supresor de tumores es casi tan alta a la de p53 en humanos. P53: Induce la expresin, entre otros genes, el de p21 la cual inhibe al complejo ciclina-cdk, inhibiendo la proliferacin celular. La protena p53 es activada por fosforilacin por la protena ATM, la cual por otra parte est mutada en el sndrome de Ataxia-Telangiectasia. P53 induce la expresin de la oncoprotena mdm-2, la cual a su vez induce la degradacin por ubiquitinacin de p53. NF1: estimula la actividad de GTPasa de ras inactivando su va de transduccin de seales de proliferacin. WT1: acta como factor de transcripcin necesario para el desarrollo embrionario renal y de aparato genitourinario. Reprime la expresin de factores de crecimiento como TGF-, PDGF-A e IGFII. Su deficiencia causa Tumor de Wilms. APC: esta protena mutada en Poliposis Adenomatosa de Colon inhibe, junto con la Glicgeno Sintasa Kinasa 3 (GSK3), a la protena -Catenina la cual activa al factor de transcripcin Tcf-4 que media la expresin de genes de proliferacin celular. CAMBIOS EPIGENETICOS Uno de los cambios en expresin gentica de protenas oncognicas o supresoras de tumores, es la determinada por efecto de metilacin en las regiones promotoras de algunos genes. Para la categora de genes supresores de tumores se ha encontrado que la metilacin en regiones ricas en pares de citosina-guanina (CpG) causa una disminucin en su expresin. Entre otros los siguientes genes supresores de tumores estn disminuidos en su expresin por hipermetilacin: p16, p73, APC, BRCA1. HMLH1, GSTP1 y MGMT. Esta ltima enzima (metil guanina metil transferasa, MGMT) es la enzima que repara la metilacin de genes alterados por exposicin a nitrosaminas. Recientemente se ha encontrado que en cncer de colon, la disminucin de la transcripcin de esta enzima reparadora MGMT por
50. 50. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 49 hipermetilacin de su gen, causa un aumento en la mutagnesis de p53 por agentes qumicos alkilantes. Ejemplos de tumores afectados por hipermetilacin de genes supresores de tumores son: Cncer Mamario: por GSTP1, BRCA1, p16 y E-caderina. Cncer Colorectal: p16, MGMT, APC. Cncer de Pulmn: p16, MGMT, GSTP1 Dado que la hipermetilacin en regiones promotoras se acompaa de una disminucin en la transcripcin del gen, estos cambios epigenticos no presentan mutacin en la secuencia gnica. En algunos tumores ocurre el efecto contrario, esto es, una hipometilacin que se acompaa de un aumento en la expresin de un oncogen. Como en el caso de tumores de endometrio asociados a un aumento en la expresin del factor de crecimiento IGF2. Bibliografa: Harrisons Principios de Medicina Interna. 15 th Ed.. McGraw Hill, 2001. Torroella Kour, M y Villa Trevio,S. Bases Genticas del Cncer. F.C.E., Mxico, 1998. Cox T Biologa Molecular en Medicina. Ed. Panamericana, 1998.
51. 51. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 50 ONCOGENES Y GENES SUPRESORES DE TUMORES. APOPTOSIS. Apoptosis o muerte celular programada es un mecanismo altamente regulado de induccin de muerte celular bajo diferentes estmulos, como dao genotxico al ADN, deprivacin de citocinas o la activacin de receptores de membrana plasmtica como el del Factor de Necrosis Tumoral (TNF). Existe una va mitocondrial y una extramitocondrial. La primera, se manifiesta como un colapso en el gradiente electroqumico de mitocondria que d lugar a la apertura de un Poro de Transicin Membranal, que causa una liberacin de citocromo c mitocondrial al citoplasma y la activacin de Apaf1; estas dos protenas juntas activan a su vez a una enzima proteoltica llamada Caspasa-9, la cual a su vez procesa y activa a la Caspasa 3, la cual es una enzima efectora de apoptosis que corta a enzimas como poli ADP ribosa polimerasa (PARP) y laminina, culminando en muerte celular. La segunda va se desencadena a partir de la activacin de receptores de membrana que inducen activacin de Caspasa 8, la cual a su vez activa a la Caspasa 3 efectora. Existen varias molculas proapoptticas (BAX, BAD, BID, AIF, etc.) y anti- apoptticas (BCL-2, BCL-XL, IAP). ONCOGENES. Los Proto-oncogenes celulares son genes que se encuentran normalmente en el genoma humano y que codifican para protenas que tienen funciones asociadas a estmulos normales de proliferacin celular. Algunas de estas funciones son factores de crecimiento, transduccin celular y segundos mensajeros, expresin gentica y comunicacin celular: - Factores de crecimiento. - Receptores con actividad de tirosina kinasas. - Protenas kinasas de serina y treonina. - Protenas G y reguladoras de protenas G. - Factores de transcripcin. Las mutaciones que dan lugar a la sobreactivacin de los proto-oncogenes en humanos pueden ser de varios tipos, por ejemplo: - Mutaciones puntuales: por ejemplo la sustitucin de un aminocido por otro produce la sobreactivacin de ras en cncer de colon, de pulmn, pncreas, tiroides.
52. 52. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 51 - Amplificacin: por ejemplo myc en neuroblastoma, leucemias y cncer pulmonar y mamario, Her/neu en carcinoma mamario, mdm-2 en sarcomas, - Translocaciones genticas: por ejemplo bcr-abl en leucemia mieloide crnica, de myc-Igs en linfoma de Burkitt, receptor de cido retinoico en leucemia promieloctica aguda, bcl-2 en linfoma folicular. Generalmente las mutaciones en los Oncogenes son activadoras, somticas, adquiridas y se manfiestan en forma dominante, es decir la activacin de un solo alelo predispone a la proliferacin celular. GENES SUPRESORES DE TUMORES. Estos genes codifican para protenas que previenen la proliferacin celular excesiva y cuyas funciones normales para las protenas supresoras mejor conocidas incluyen las siguientes: - p53: Factor de transcripcin que disminuye la entrada a la fase S del Ciclo Celular. - Rb-1: Protena asociada primero a retinoblastoma y que posteriormente se ha encontrado alterada en osteosarcomas, carcinomas de prstata, pulmn y mama. Previene la entrada a la fase S del Ciclo Celular, tambin. - NF-1: Asociada a neurofibromatosis, a neuroblastoma y a melanoma. Tiene una funcin reguladora negativa sobre ras al estimular su actividad de GTPasa, lo cual induce la inactivacin de esta oncoprotena al convertirse de su forma activas ras-GTP a su forma inactiva ras-GDP. - WT-1: Asociada al tumor de Wilms es un factor de transcripcin involucrado en el desarrollo genitourinario normal. - APC: Asociado a cncer de colon y a poliposis adenomatosa familiar que participa en seales de transcripcin inducida por factores de crecimiento. - PTEN: Asociado a algunos carcinomas de mama, prstata, folicular tiroideo y glioma, tiene actividad de tirosina fosfatasa, que revierte la fosforilacin de protenas activadas por oncoprotenas. - VHL: En el sndrome de von Hippel-Lindau y carcinoma renal y hemangioblastoma, regula la estabilidad de algunos ARNs y la elongacin de la transcripcin de algunos genes. Dentro del grupo de Genes Supresores de Tumores se encuentran los genes que codifican para protenas que funcionan en la reparacin de daos al ADN (se les conoce tambin como Genes Mutadores). Las mejor identificadas en cnceres humanos son:
53. 53. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 52 - BRCA 1 y 2: asociadas a cncer mamario y de ovario familiar. Parecen funcionar como factores de transcripcin que se activan en los procesos de reparacin del ADN. - HMSH-2 y hMLH-1: se encuentran mutados en un gran porcentaje de familias con Carcinoma Colorrectal Nopolipsico Hereditario. Funcionan normalmente en la reparacin de apareamientos errneos del ADN. Dao a la doble cadena de ADN como el inducido por radiaciones ionizantes activa la fosforilacin y activacin de BRCA1 la cual se asocia a BRCA2 y RADs, realizndose una reparacin por recombinacin. Tambin se activa la expresin de p53 y esto induce apoptosis en caso de permanecer el dao en el ADN. Si p53 est mutado o insuficiente se desencadena la proliferacin celular. En caso de algunos cnceres mamarios se ha observado la deficiencia dual de BRCA1 y p53. En cncer de colon se ha avanzado ms en la serie de eventos multifactoriales que desencadenan la neoplasia. Se observa que la mutacin inicial del gen de APC induce cambios displsicos que aunados a mutaciones de oncogenes y genes supresores de tumores como ras y MSH, MLH (reparacin) y p53 se manifiesta como carcinoma. Eventos similares se cree que ocurren en otros cnceres. En el caso de los genes supresores de tumores las mutaciones son inactivadoras, pueden ser hereditarias y adquiridas y se pueden manifestar en forma recesiva. En algunos cnceres humanos se hereda una mutacin en uno de los genes supresores de tumores y en el tejido afectado se puede observar otra mutacin en el alelo normal inactivando completamente su funcin; a este proceso se le conoce como prdida de heterozigocidad. Algunos ejemplos son mutaciones en los genes de p53, Rb, NF1, APC, MSH2 y MLH1. Las mutaciones heredadas pueden ser identificadas en muestras de ADN de linfocitos perifricos y la prdida de heterozigocidad generalmente mediante biopsia y anlisis de ADN del tejido afectado. Dos esquemas bien estudiados de interaccin de protenas oncognicas y supresoras de tumores lo constituyen el caso de ras y de p53 con Rb, en forma general:
54. 54. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 53 ONCOGENES Y GENES SUPRESORES DE TUMORES EN SINDROMES HUMANOS Aqu se resumen las funciones conocidas de diferentes protenas oncognicas o supresoras de tumores cuyas mutaciones se han identificado asociadas a sndromes neoplsicos humanos. -BRCA1 , BRCA2 y RAD51: en conjunto reconocen rupturas de doble cadena en el ADN, como las inducidas por radiacin y se activan para reparar el dao mediante un proceso de recombinacin. BRCA1 se ha observado que es importante en permitir una expresin adecuada de p53. Su deficiencia se asocia a Cncer Mamario y de Ovario Familiar.
55. 55. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina 54 -MLH1, MSH2 y PMS: reconocen apareamientos errneos introducidos durante la replicacin del ADN y llevan a cabo la reparacin. Su deficiencia se asocia a Cncer Colorectal Hereditario No Polipsico. -VHL: esta protena supresora de tumores controla la elongacin de la transcripcin de ciertos genes al inhibir al factor de elongacin Elongina SIII. Su deficiencia causa la enfermedad de von Hippel-Landau, la cual predispone a una variedad de cnceres como Carcinoma de Clulas Claras de Rin, Hemangioblastoma y Feocromocitoma. -PTEN: es una protena fosfatasa que revierte los estados de fosforilacin inducidos por PI3 kinasa de la va activadora de ras. Mutaciones inactivadoras de su gen est asociad