tema 17. degradación de aminoácidos y ciclo de la urea
TRANSCRIPT
TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea. Origen del nitrógeno de la urea. Transaminasas y vitamina B6. Glutaminasa. Glutamatog ydehidrogenasa. Glutamina sintetasa. Ciclo de la glucosa-alanina. Ciclo de la urea. Regulacion del ciclo de la urea. Enfermedades metabolicasrelacionadas con el ciclo de la urea. Rutas de degradacio n y destino de las cadenas de los aminoácidos Coenzimas transportadoras de restos cadenas de los aminoácidos. Coenzimas transportadoras de restos monocarbonados. Aminoácidos glucogénicos y cetogénicosDestinos metabólicos de los aminoácidos. Degradación de la fenilalanina. Fenilcetonuria, tirosinemias, alcaptonuria. Degradación de aminoácidos de , , p gcadenas ramificadas. Patología asociada
Proteína intracelular
Catabolismo de aminoácidos
SÍNTESIS DE PROTEÍNAS (TRADUCCIÓN)DEGRADACIONDE PROTEINAS
Proteína de la dieta
AminoácidosDIGESTION
NH4+
Bi í t i d Esqueletos carbonados4
Carbamil‐fosfato
Biosíntesis de AA, nucleótidos y otras aminas biológicas
Esqueletos carbonados
α‐cetoácidos
A til C A
Fumarato
CICLODE LA UREA
Asp
CICLODEKREBS
Acetil‐CoA
Cuerposcetónicos
Urea(producto de
Oxalacetato
GLUCONEO‐GÉNESIS
cetónicos
co2
pexcreción del nitrógeno)
Glucosa
GÉNESIS
El pool de aminoácidos está en equilibrio con las proteínas tisulares
EXCESO DEPROTS DIETA
Proteínas de la dieta(Req. 50‐60 g/día para 70 K 0 8 /K ) PROTS. DIETA70 Kg peso, ~0,8 g/Kg)
SINTESISABSORCIÓN
Otras rutas biosintéticas:bases, hormonas,
Pool de aminoácidos
~ 100 g
Proteínas tisulares
SINTESIS~ 300 g/d
neurotransmisores, etc
100 g DEGRADACIÓN
~ 300 g/d
DEGRADACIÓNY
EXCRECIÓN
Urea en orina~ 30‐40 g /día
Moléculas del ciclo Krebs y acetil‐CoA
Balance nitrogenado
Balance nitrogenado positivo:Se ingiere más N que el que se excreta (crecimiento infantil, embarazo, convalescencia)
Balance nitrogenado negati oBalance nitrogenado negativo: Se ingiere menos N que el que se excreta (malnutrición proteica, caquexia oncológica, dieta deficiente en AA esenciales)
4
Origen de los aminoácidos de la célula
• Proteínas de la dietaProteasas del tubo digestivo– Proteasas del tubo digestivo.
– Sistemas de transporte de aminoácidos• Co-transportadores específicos• Ciclo del - glutamilo
• Degradación de proteínas celulares– Proteasas celulares
• Lisosomales• Lisosomales• Citosólicas• Proteosoma
í• Biosíntesis a partir de precursores– Solamente sintetizamos aminoácidos “no esenciales”.
5
Aminoácidos esencialesAminoácidos esenciales
Aromáticos: Fenilalanina, Triptófano
Alifáticos ramificados: Valina, Leucina, Isoleucina
Con azufre: Metionina
Alcohol: TreoninaAlcohol: Treonina
Básicos: Histidina, Lisina
“Esenciales condicionales”:
Arginina, Glutamina, Cisteina, Glicina, Prolina, Tirosina
“Lehninger Principios deBioquímica", 4ª ed. Nelson, D.L.
6
y Cox, M.M. Omega. 2006.Capitulo 18
SERIN‐PROTEASAS
Cuatro tipos de proteasas(según su mecanismo de proteolisis)SERIN‐PROTEASAS
‐ Tripsina‐ Quimotripssina‐ Elastasa‐ Trombina
g p
SERIN‐PROTEASAS
‐ Trombina‐ Plasmina‐ Activdor del plasminógeno tisular (tPA)‐ Subtilisina
CISTEIN‐PROTEASAS‐ Caspasas‐ Catepsina B‐ CalpainasCalpainas‐ Papaina
METALOPROTEASAS‐ Carboxipeptidasa A y BCarboxipeptidasa A y B‐ Aminopeptidasas‐Metaloproteasas de matriz‐ Termolisina
Sustrato
CISTEIN‐PROTEASAS ASPARTIL‐PROTEASAS METALO‐PROTEASAS
ASPARTIL‐PROTEASAS‐ Pepsina‐ Renina‐ Catepsina DCatepsina D‐ Proteasa HIV
Principales enzimas proteolíticos del tubo digestivo
ESTÓMAGO
HCl
PepsinógenoH+
PepsinaProlipasa
PANCREAS
HCO3‐
Tripsinógeno
Quimotripsinógeno
EnteropeptidasaTripsina
Q i i iTripsina
Lipasa
Quimotripsinógeno
Proelastasa
Procarboxipeptidasas A, B
QuimotripsinaTripsina
Tripsina Elastasa
Carboxipeptidasas A, B*TripsinaProcarboxipeptidasas A, B p p
MUCOSA INTESTINAL Aminopeptidasas*
Enteropeptidasa (membrana celular)
*ExoproteasasEL resto son endoproteasas
Transporte de aminoácidos:Co‐transportadores aminoácido‐sodio
Especificidad de aminoácido Ejemplos
Aminoácidos neutros de pequeño tamaño Ala , Ser, Thrá d á d * l l h
*Relacionados con enfermedades hereditarias
Aminoácidos neutros y aromáticos grandes* Ile, Leu, Val, Tyr Trp, PheAminoácidos básicos* Arg, Lys, Gln, Ornitina, CistinaGlicina y prolina Pro, Gly, HidroxiprolinaAminoácidos ácidos Asp, Glu…… Más de 20 genes de transportadores de AA, 10 se expresan en epitelio intestinal
frecuentes
Ocho sistemas de co‐transporte de AA‐Na (también en otros tejidos)
Cotransporte de dipeptidos‐H+
d Na+AADipeptidos H+
Na+AA3 Na+
‐ “Bioquímica básica de Marks. Un enfoque clínico” Smith C Marks A D y Lieberman
K+
3 Na
2 K+
ATPclínico . Smith C., Marks A.D. y Lieberman. 2006.
VENA PORTATransportefacilitado
Enfermedades del transporte de AA: Enfermedad de H tHartnup
• La más frecuente aminoacidopatía junto con fenilcetonuria (6‐7/100.000)p j
• Defecto un gen del transportador de AA neutros y aromáticos (Val, Leu, Ile, Tyr, Trp, Phe) que se expresan en células intestinales y epiteliales de riñón.
• Se detectó en los años 50 en una familia (los Hartnup, Londres) en la que varias personas presentaban un síndrome semejante al de la pelagra (ausencia de nicotinamida).
• Estos AA (algunos esenciales) no son absorbidos en el intestino ni re‐absorbidos desde el filtrado glomerular a la sangre. Uno de los AA no transportados es el Trp, que es precursor de la nicotinamida
• Se trata con administración de niacina (vitamina B3) , que elimina los síntomas de pelagra, aunque no desaparece la amioaciduria
10
Enfermedades del transporte de AA a la célula: cistinuria
• Enfermedad autosómica recesiva, ~5/100.000• Cistina: Cys‐Cysy y• Defecto en un gen del transportador de cistina, Lys, Arg, Orn. De ellos sólo la Lys es esencial. •El problema más serio es la formación de cálculos renales de cristales de cistina, que es un aminoácido relativamente insoluble. • Tratamiento: beber mucha agua, y a veces con bicarbonato sódico para alcalinizar la orina (la Cistina es más soluble g , y p (en medio alcalino).
• El proteasoma es un gran complejo citoplásmico (26S) encargado de degradar proteínas‐Ubq
Bioquímica del proteasoma
• El proteasoma es un gran complejo citoplásmico (26S) encargado de degradar proteínas‐Ubq• Tiene al menos dos copias de 36 subunidades (=64)• Requiere ATP (seis subunidades son ATPasas)• Produce péptidos cortos• Hay unos 30 000 proteosomas en la célula tanto en núcleo como citosol• Hay unos 30.000 proteosomas en la célula, tanto en núcleo como citosol
PROTEOSOMA
Ubq
Hepta/octo/nona‐
Lehninger 4ª, cap. 27
Hepta/octo/nonapéptidos
Ubicuitilación de proteínas
Ubicuitina CO
+ ATP E1 SUbi itiC
O
E1: enzima activador de Ubicuitina
E1 SH
CO‐
+ Ubicuitina
AMP + PPi
Glicina C‐terminal Enlace tio‐ester
E2: Proteína transportadora de Ubicuitina.
E1 S
Ubi iti
CO
E2 SH+E1 SH + E2 S
Ubicuitina
CO
Ubicuitina Ubicuitina
E3: Ubicuitina ligasa (complejos de 4‐6 subs)
PROTEINA+ PROTEINAE3 E3
E2 S
Ubicuitina
C
O
+
PROTEINA
UbicuitinaUbicuitinaUbicuitina
Ubicuitina
Señalización específica de ubicuitilación/degradación
1. Secuencias PEST (12‐60 AA, ricas en Pro, Glu, Ser, Thr)
2. “Degrones”: secuencias en la proteinas de las que depende su degradación
3. Residuos aminoterminales (Arg, Lys, His, Phe, Leu) ( g, y , , , )
4. Fosforilaciones en Ser y Thr
Lehninger,4ªed, cap27Lehninger,4 ed, cap27
La degradación de cliclinas a lo largo del ciclo celular
ciclina Aciclina Eciclina B
iclin
aiv
eles
de
ciN
G0 G1 S G2 M
DegrónDegrón
Inhibidores de proteasas como anti‐retrovirales
"Biochemistry". 3ª ed. Garret, R.M. and Grisham,
Inhibidores de proteasas como antitumorales
Acumulacion de una proteina supresora de tumores (p27) en células de leucemia
0 10 50 100 200 nM Borzetomib (Velcade)
p27
tumores (p27) en células de leucemia
p27
Inhibidores de proteasas como antitumorales
TUMOR
METASTASIS
MMPs:ColagenasasgEstromalisisnasGelatinasas
Otras proteasas:
Inhibidores de
Otras proteasas:Activ. plasminógenoPSA
MMPs:TIMP-1TIMP-2
PROTEOLISIS
Proteína intracelular
Catabolismo de aminoácidos
SÍNTESIS DE PROTEÍNAS (TRADUCCIÓN)DEGRADACIONDE PROTEINAS
Proteína de la dieta
AminoácidosDIGESTION
NH4+
Bi í t i d Esqueletos carbonados4
Carbamil‐fosfato
Biosíntesis de AA, nucleótidos y otras aminas biológicas
Esqueletos carbonados
α‐cetoácidos
A til C A
Fumarato
CICLODE LA UREA
Asp
CICLODEKREBS
Acetil‐CoA
Cuerposcetónicos
Urea(producto de
Oxalacetato
GLUCONEO‐GÉNESIS
cetónicos
co2
pexcreción del nitrógeno)
Glucosa
GÉNESIS
Posibles causas de la toxicidad del amonio
Concentración de amonio en sangre: 30‐60 µM. Supone sólo el 2‐3% del nitrogéno excretado en orina (85% es urea, 30 g/24 h)• A concentraciones mayores de amonio (>0.2 mM): visión borrosa, pérdida de conciencia, letargia, lesiones cerebrales, coma. • El mal funcionamiento del ciclo de la urea por deficiencia en alguna de sus enzimas o por patología hepática (por ej cirrosis alcohólica) produce hiperamonemia.
POSIBLES CAUSAS:1) Bajan los niveles de α‐cetoglutarato al empujar la reacción de la GluDH hacia la formación de Glu y la de la Glnsintetasa hacia formación de Gln (ambas enzimas abundantes en tejido nervioso) baja la actividad del ciclo de Krebs baja la producción de ATP en la neurona
2) Baja la relación NADH/NAD+ baja la producción de ATP
NH4+
↓ Gl ↓ C t l t t
NH4+
Glutamina
+ NADH+ + H+
↓ Glutamato
Glutamato DHGln Sintetasa↓ ‐ CetoglutaratoGlutamina
NAD+
3) Bajan los niveles de glutamato al acelerar la síntesis de Gln por la Gln Sintetasa Baja la concentración del neurotransmisores glutamato y su derivado gamma‐aminobutirato (GABA)
Moléculas de excreción del amoníaco/amonio en animales terrestres
Formas de excreción de amonio en
Urea Acido úricoanimales terrestres
Mamíferostiburones
ReptilesAves
Friedrich Wöhler (1800‐1882)
El amoníaco es una base fuerte y podría producir un cambio de pH
NH4+ NH3 + H+ pK’ = 9,3
A pH fisiológico (7,4) la concentración de NH4+ es casi 100 veces la del NH3, que es la forma p g ( , ) 4 3, q
neutra, permeable a membranas.
El amonio debe transportarse al hígado (para sintetizar urea) en una forma no tóxica
Gln y Ala
AA Glu Gln y Ala Gln y Ala NH4+ Urea
TEJIDOS HIGADO
SANGRE
Reacciones de transaminación: aminotransferasas, transaminasas
NH3+ O O NH + A i t f3
H C COO- + C COO-
O NH3
H C COO- + C COO-
Aminotransferasa
R1 R2 R1 R2
Grupo prostético de las transaminasas unido
CH2OH H O NH2
Grupo prostético de las transaminasas, unido covalentemente a una Lys del centro activo
NH+
O
CH
OCH2 H
2
HOOCH2 H
C
2O3P‐
OOCH2 H
CH2
2O3P‐
Piridoxina (Vit B6)
NH+ CH3
Fosfato de Piridoxal (PLP)
NH+ CH3 NH+ CH3
Fosfato de PiridoxaminaPiridoxal (PLP)(PMP)
Mecanismo enzimático tipo “ping‐pong” de las aminotransferasas
ENZ‐PLP‐C ENZ‐PLP‐C NH
+CH
R1
COO‐O
H2O
Aminoácido 1
H
‐Cetoácido 1
ENZ‐PMP‐C NH2
Glutamato‐Cetoglutarato
ENZ‐PMP‐C‐ NH
+C―COO‐
H
CH2‐CH2‐COO‐
ENZ‐PLP‐C O
OOCH2 H
C
‐2O3P
H O
CH2
NH2
Fosfato de Piridoxal (PLP) Fosfato de Piridoxamina (PMP)
NH+ CH3 NH+
O
CH3
OCH2 H‐2O3P
Hay dos transaminasas que informan de la salud del hígado y corazón
Ala + α‐cetoglutarato Piruvato + Glutamato
GPT: Glutamato‐Piruvato Transaminasa = ALT: Alanina Transaminasa
GPT / ALT
Más específica de daño hepático
Asp + α‐cetoglutarato Oxalacetato + Glutamato
GOT / AST
GOT Gl O l T i AST A T iGOT: Glutamato‐Oxalacetato Transaminasa = AST: Aspartato Transaminasa
Valores normales en sangre: 2‐40 mU /ml. Puede llegar a 1000 en casos de hepatitis viral, cirrosis, isquemia cardiaca, hepatotoxicidad
Tema 26 08‐0925
Glutamina Sintetasa
COO
CHH3N+
COO
CH+H3N‐
COO
CHH3N+
ATP ADP NH4+ Pi
CH
CH2
CH2
3
COO
CH2
CH2
C
OO
CH2
CH2
C
OH2N P 2
Glutamato ‐ Glutamil fosfato Glutamina(intermediario)
12 subs x 50 kDa.Citosólica
Regulación alostérica de la Gln Sintetasa
Glutamato
NH4+
Gly
‐Gln Sintetasa
NH4 ATP
‐Ala
ADP + Pi
Regulacion covalente
Glutamina
AMP CTP
Carbamil‐fosfatoCarbamil fosfato
Nucleótidos de pirimidina
Reacciones bioquímicas que generan amonio
Aminotransferasas + glutamato dehidrogenasa (GDH)
NH3+
R‐CH + α‐CG α‐ceto‐AA + Glu
Aminotransferasas
R CH + α CG α ceto AA + Glu
COO‐ (suelen usar α‐CG y sonespecíficas para el AA)
Glutamato dehidrogenasaGlu + NAD+ α‐CG + NADH+ + NH4
+
(deaminación oxidativa)
Glutamato dehidrogenasa
Gln + H2O Glu + NH4+Glutaminasa
Desaminación directa (Ser‐dehidratasa y Thr dehidratasa)
Ser Piruvato + NH4+
Menos
Thr α‐cetobutirato + NH4+
Aminoacido oxidasa
importantes
AA + O2 + H2O α‐cetoA + H2O2 + NH4+
ADP GTPRegulación alostérica
COO
CH
CH
+H3N ‐+ H2O
COO
C
CH2
‐ONAD(P)+ NAD(P)H + H+
+ NH4+
+ ‐
CH2
CH2
GlutamatoCOO
CH2
CH2
COO
Glutamato Dehidrogenasa(GDH)
(Matriz mitocondrial,hí d bl
‐ Cetoglutarato
4
hígado, reversible, puede usar NAD+ o NADP+)
Suma de las reacciones de aminotransferasas y GDH:A i á id NAD+ á id NH ( i ) NADH H+Aminoácido + NAD+ ‐cetoácido + NH4 (mitoc)+ NADH + H+
UREA
COO
NH4+H2O
COO
CH
CH2
CH2
H3N+
Glutamina
COO
CH
CH2
CH2
H3N+
Glutamato
Glutaminasa
OH2N
(Matriz mitocondrial,Hígado, riñón)
C COOGlutaminasa
Ciclo de la glucosa‐alanina
Asp
NH +
CICLO DE LA UREA
Transaminasa‐Cetoglutarato
NH4+
UREA
Glutamato ‐CetoglutaratoGlutamato DH
HIGADO
UREA
Piruvato ALANINA
Transaminasa
GLUCOSA
Gluconeogénesis
SANGRE
Piruvato ALANINAGLUCOSA
SANGRE
TransaminasaGlucolisis
MUSCULO
Glutamato ‐ cetoglutarato
PROTEINAS
Cetoácido Aminoácido
Transaminasa
Resumen del transporte de N al hígado
NH4+ + ATP‐Cetoglutarato
MAYORIA DETEJIDOS
Glutamato GlutaminaAA
‐cetoácidoTransa‐minasas
Gln SintetasaADP+ Pi+ H2O
UREAGlutamato Glutamina
NH +
Glutaminasa CICLODE LA UREA
Gln SintetasaNH4+
HIGADOGlutamina
Glutamato ‐CetoglutaratoGlutamato DH
Piruvato Alanina
NH4+
A
NH4+
(INTES.)Piruvato Alanina
GLUCOSA
TransaminasaTransa‐minasas
AA
Asp
OAA+ Glutamato
Bacterias
Piruvato Alanina
SANGRE
AABacterias
MUSCULOGlutamina Glutamato ‐cetoglutarato
Piruvato AlaninaGLUCOSA
PROTEINAS
Transaminasas
Cetoácido Aminoácido
PROTEINASTransaminasas
Ciclo de la Urea (1)(ciclo de la ornitina, ciclo de Krebs‐Henseleit)
Carbamil fostato sintetasa I (CPSI, mitocondrial)
Pi + H+
P+
O C
Carbamil‐fosfato
2 ATPCHO
O‐
OO
NH2
2ADPBicarbonato
NH4+ +
Bicarbonato
Ciclo de la Urea (2)
C NH2
H3N+
HN
CH2
NH2P O C
O
Carbamil‐PO
CH2
CH2
CH2
H2N CH COO‐
CH2
CH2
H2N CH COO‐
Citrulina
OrnitinaTranscarbamilasa
Entrada a la mitocondria
PiOrn OrnitinaOrn
COO‐
CH2
CH Aspartato
COO‐+H3NCH2
‐OOC
Arginino‐succinatosintetasa
H3N
NH2+HN
CH
C
CH
COO‐NHC NH2HN
CH2
O
sintetasa
ATP AMP + PPi
CH2
CH2
CH2
H2N CH COO‐
CH2
CH2
H2N CH COO‐
Citrulina
Arginin‐succinato
2 Pi
Ciclo de la Urea (3)
CH2
CH
‐OOC
HC Fumarato
‐OOCCH
COO‐
Arginino‐SuccinatoLiasa
NH2+HN
CH2
CH2
C
COO‐NH NH2
NH2+HN
CH2
CH2
C
CH2
Arginin‐succinato
2
CH2
ArgininaH O
H2N CH COO‐
H2N CH COO‐
H2O
NH2O
+ NH3
CH2
CH2
CH2
+ C
NH2
CH2
H2N CH COO‐
Ornitina
UREA
Excreción (no podemos metabolizarla)Excreción (no podemos metabolizarla)
Relaciones entre el ciclo de la urea y el ciclo de los ácidos tricarboxílicos (2)
Aspartato CitratoAspartato
3
α-ceto-Glu
3
Isocitrato
CO2
Oxalacetato
2 NADH
Oxalacetato
3
2NADHCICLOUREA
GluAcetil‐CoA
Fumarato
CICLOKREBS
a‐Cetoglutarato
Malato
1H2O
Malato
Fumarato
1H2O
Fumarato
Succinato
CO2
Succinil‐CoA
2 Malato dehidrogenasa: isozimas citosólica y mitocondrial
1 Fumarasa: isozimas citosólica y mitocondrial
3 GOT/AST aminotransferase
Lanzadera Aspartato‐Malato
Ciclo de Krebs ‐TCA
Regulación del ciclo de la urea
• Inducción de enzimas por dieta rica en proteína• Regulación alostérica de la CPSI
AcetilCoA Arginina
OCH3 C
SCoA
AcetilCoACOO-
CH2
CH2O
g
+COO-
CH2
N- Acetil-GlutamatoSintasa
2
HN CH COO-
N- Acetil- Glutamato
CH3 C +
CH2
H2N CH COO-
Glutamato
HS-CoA
Glutamato
CPS IO+
HCO3- + NH4
+ H2N C O PCPS-I
2ATP 2ADP
Urea
Carbamil-fosfato
+ Pi
Enfermedades metabólicas del ciclo de la urea
Nombre Déficit enzimático Otras características
1) Deficiencia en CPS(Hiperamonemia I)
CPS I Glicina en plasma aumentada
2) Deficiencia en OTC(Hiperamonemia tipo II)
Orn Transcarbamilasa(OTC)
Glutamina en plasma aumentadaLigada al X. Retraso mental
3) Citrulinemia Arginino succinato sintetasa
Gln y Citrulina aumentadas en plasmaCitrulina en orina aumentada. Rarasintetasa
4) Arginino succinato aciduria Arginino succinato liasa Arginin‐ succinato en plasma y orina. Rara
5) Argininemia Arginasa Arginina elevada en plasma
Carbamil‐P
Carbamil‐fosfatoSintetasa IHCO3
‐
+ 2ATPUrea +NH4
+2ATP
Ornitina t b il
Ornitina
Arginina
F t
Urea
Arginasa
Arg‐succinato
Citrulina
transcarbamilasa
Citrulina
Arg‐succinato sintetasa
ATP
Arginin‐Succinato
Fumarato liasa
MitocondriaCitosol
CitrulinaCitrulinaAspartato
sintetasa
Catabolismo de los esqueletos carbonados de los aminoácidos
Glucógeno
Glucosa
AcidosGrasosPentosas‐
fosfato
Glucógeno
Lys, LeuIle, Phe,Tyr, Trp
‐fosfato
Gly, Ala, SerCys, Trp
Pi t Acetil CoA
OAACitrato
I it t
Piruvato Acetil CoA
Asn, Asp
Ciclo deKrebs
α‐ceto‐glutaratoSuccinil‐
Fumarato
Isocitrato
Phe, Tyr
Val, Ile, Thr, MetglutaratoSuccinil
CoAGlu• Cetogénicos y glucogénicos:
Ile, Phe, Tyr, TrpSólo glucogénicos:
NADH+
CO2Arg, His, Gln, Pro
Sólo glucogénicos:Gly, Ala, Val, Pro, Ser, ThrCys, Met,Asp Asn Glu Gln +
H2O
Asp, Asn, Glu, GlnHis, ArgSólo cetogénicos: Leu, Lys
Principales coenzimas para el transporte de fragmentos monocarbonados
1. Biotina2. Tetrahidrofolato3. Cobalamina4. S‐Adenosil metionina (SAM, AdoMet)
Transportadores de restos monocarbonados: 1) Biotina
CO=
NH
C
Biotina:C f t
NH2
LysCO2
N
COO‐
C
Cofactor transportador de carboxilos
Lys
ENZIMA
La biotina es la coenzima de enzimas (carboxilasas) importantes:
Propionil‐CoA carboxilasa:
Propionil‐CoA D‐metilmalonil‐CoA (catabolismo de Val, Ile, Met, Thr y de ácidos grasos impares)Propionil CoA D metilmalonil CoA (catabolismo de Val, Ile, Met, Thr y de ácidos grasos impares)
¿Enzima??????:
Piruvato Oxalacetato (¿Ruta?)(¿ )
¿Enzima??????:
Acetil‐CoA Malonil‐CoA (¿Ruta?)
H
O COOH1
El tetrahidrofolato es un
Transportadores de restos monocarbonados: 2) Tetrahidrofolato
N
NH
NH
NH2
NH NH
O
NH COOH
5 10
El tetrahidrofolato es un transportador de fragmentos
monocarbonados con diferentes estados de oxidación del átomo
Pteridina P‐ aminobenzoato Glutamato
O estados de oxidación del átomo de carbono
CH2
H5NH
NH
H
CH2
H
N
NH
N5‐metil‐tetrahidrofolatoNH
10
Tetrahidrofolato (THF, FH4)
NHCH3
‐CH3
transfiere
H
NH
CHN
NH
H
CH2
H
NCH2
N N5,N10‐metilén‐tetrahidrofolato
‐CH2‐OH
transfiere
NH
Dihidrofolato (DHF, FH2)
NH
CH25
10
N
CH2
H
NCH
N
NH
N5,N10‐metenil‐tetrahidrofolato
transfiereN CH2
NH
C
(DHF, FH2)
NH
N5‐formil‐tetrahidrofolato
N10‐formil‐tetrahidrofolato
O H
N CH2
HNC
O H
N formil tetrahidrofolato
‐C=OH
transfiere
Transportadores de restos monocarbonados: 4) S‐adenosilmetionina, AdoMet
CHP
COO
CH
CH2
H3N+
O
OH OH
CH2P
P
P
CH2
S
CH3
Metionina
+
ATP
Metionina adenosil transferasaPPi Pi
COO+ N H
transferasaPPi + Pi
COOCH
CH2
CH2
H3N
S
+
N
N
N
N
N H 2
CH2+
CH
CH2
CH2
H3N+
N
N
N
N
N H 2R R‐CH3
S
CH3 O
OH OH
CH2+ S
O
OH OH
CH2
Varias Metil‐transferasas
S‐Adenosil metionina (AdoMet): transfiere metilosS‐Adenosil homocisteína
COO‐
+ N HCOO
N HR R CH
Regeneración de AdoMet (requiere Metil‐cobalamina)
CH
CH2
CH2
H3N
S
+
N
N
N
N
N H 2
CH2
CH
CH2
CH2
S
H3N+
N
N
N
N
N H 2
CH2
R R‐CH3
+CH3 O
OH OH
2
S‐Adenosil metionina (AdoMet, SAM)
S
O
CH2
Varias Metil‐transferasas
OH OH
( , )S‐Adenosil homocisteína
AdoMetH2O
Metionina adenosil transferasa
ATP
PPi + Pi
COO
CHH3N+
hidrolasaAdenosinaCOO
CH
CH2
H3N+
ATP
CH2
CH2
SH
Homocisteína
CH2
S
CH3
Metionina
Metionina Sintasa
Homocisteína
NH
Metil‐Cobalamina
Cobalamina
Vit B12
5N‐metil‐THF THF (Tetrahidrofolato)CH2
H
NH
CH3
N
Vitaminas y metabolismo
Más relacionados con el metabolismo de glúcidos y lípidos
Más relacionados con el metabolismo de aminoácidos
Asn y Asp se degradan a oxalacetato
Glucógeno
Lys, Leu
Glucosa AcidosGrasos
Fosfatos de pentosa
y ,Ile, Phe,Tyr, Trp
Gly, Ala, SerCys, Trp
Piruvato Acetil CoA
Asp, Phe, Tyr
Asn, Asp
Ciclo de
OAA
Fumarato
Citrato
Isocitrato
Asp, Phe, Tyr
Val, Ile, Thr, Met
Krebs
α‐ceto‐glutaratoSuccinil‐
CoA
Fumarato
NADH
Glu
Arg His Gln Pro
CoA
NADH+
CO2 + H2O
Arg, His, Gln, Pro
Cinco aminoácidos se degradan a piruvato
Transaminasa(p.e. ALT) COO‐
|
COO‐|C = OSerina deshidratasa
PLP
Ala(p )|
H2N— CH |CH2—OH
Ser
C = O|CH3
Piruvato
Serina deshidratasa
H2O NH4
Cys
4 reacciones
Serina hidroximetiltransferasa
THF
5 10
PLP
COO‐|CH2
|
Gly
y
Acetoacetil‐CoA
fN5N10 metilen‐tetrahidrofolato
THFNAD+
Glicina sintasa
|NH3+
NH
N5,N10‐metilén‐tetrahidrofolato
Trp9 reacciones
HCO3‐ + NH4
+ N5,N10‐metilen‐NADH + H+ CH2
H
NH
CH2
N
N
tetrahidrofolato
NH
Phe hidroxilasa(Tetrahidrobiopterina)
Degradación de fenilalanina y tirosina
O
OH
NH2
|
CH2—CH—COO‐
OH
CH2—C—COO‐
p‐HidroxifenilpiruvatoTirosina
Aminotransferasa
(Tetrahidrobiopterina)
Phe
O| |
COO‐
HC
O
TirosinaDioxigenasa(vitamina C)
αCG Glu
Ci
FenilcetonuriaTirosinemia II Tirosinemia del
recién nacido
Homogentisato oxidasa
CH2—COO‐
HCC—
O
CH2—C—CH2—COO‐
O
Maleil AcetoacetatoÁ id H tí i
OH
OHCis Homogentisato oxidasa
Ácido Homogentísico
Isomerasa
CH3—C—CH2—COO‐
O
‐OOC
Alcaptonuria
Fumarilacetato hidrolasa
3 2
Acetoacetato
‐OOC
CH
HC
C —
O
CH2—C—CH2—COO‐
OTrans
CH
HC
COO‐
Fumarato
Fumaril Acetoacetato
Tirosinemia I(tirosinosis)( )
Fenilcetonuria (PKU)
NH2
|NH2
OH
|
CH2—CH—COO‐
Tirosina
2
|
CH2—CH—COO‐
FenilalaninaFenilalanina hidroxilasa
TirosinaFenilalanina
CH2—C—COO‐
O
F il i tAla
PiruvatoTransaminasa(SE ACUMULA)
Fenilpiruvato(se acumula en sangre y orina)
Ala
•1934 :Asbjorn Fölling (en Oslo) detecta fenilpiruvato en la orina de dos gemelos con retraso mental Posteriormente se encuentran más positivos en gemelos lo que sugiere el carácter genético de la enfermedad
•Autosómica recesiva. En la población general la frecuencia es de 1 cada 15.000 habitantes. Unas 20 mutaciones diferentes ASIGNATURA DE GENETICA
•Hasta que se estableció el escrining neonatal los enfermos de fenil cetonuria representaban un 1% de los internos de instituciones psiquiátricas (IQ medio 53%).
•La base molecular del retraso mental de los enfermos PKU es desconocida
•SE PUEDE CORREGIR SI SE DIAGNOSTICA PERINATALMENTE con tratamiento: dieta pobre (pero no carente) d Ph IQ di 93%
49
de Phe IQ medio 93%
Fenilalanina
Ti i
Fenilcetonuria (PKU)Resumen de enfermedades del catabolismo de la Phe
Tirosina
p‐hidroxifenilpiruvato
Tirosinemia IIAlbinismo
Ac. Homogentísico
Alcaptonuria
Melanina Tirosinemia transitoria RN
Maleil acetoacetato
Alcaptonuria
Fumarato Acetoacetato
Fumaril acetoacetatoTirosinemia I
F enilcetonúricos
Phe
Leu –Phe –
F enilcetonúricos
Val ‐
Tyr ‐Cromatografía en capa fina de muestras de sangre de recién nacidosGlu –
Ala –
y
Gly –
His –
Garrod, 1909“Errores congénitos del metabolismo”g
Alcaptonuria
C tCompuesto de color negro
OxidaciónTyr
OHOxidasa
COO‐
HC
HCC—CH2—C—CH2—COO‐
O
espontánea
OH CH2—COO‐
Ácido HomogentísicoAlcaptonuria
O
Maleil Acetoacetato
Nature Genetics 1996volume 14 number 1 page 19
Th l l b i f lk t iThe molecular basis of alkaptonuriaJosé M. Fernández‐Cañón*,1, Begoña Granadino*,2, Daniel Beltrán‐Valero de Bernabé2, Mónica Renedo3, Elena Fernández‐Ruiz3, Miguel A. Peñalva1 & Santiago Rodríguez de Córdoba2
1Departamento de Microbiología Molecular and 2Departamento de Inmunología, Centro de Investigaciones Biológicas, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Velázquez 144, p g , g g , j p g , q ,28006‐Madrid, Spain3Unidad de Biología Molecular, Hospital de la Princesa, Universidad Autónoma de Madrid, 28006‐Madrid, Spain
COO COO COO
Degradación de aminoácidos alifáticos ramificados
CH
CH3—CH
H3N+
CH3
CH
CH3—CH
H3N+
CH2
CH3
CH
CH3—CH
H3N+
CH2
CH33
Aminoácido ramificadoAminotransferasa
COO
Valina Isoleucina Leucinaα‐CG
GluCOO
C
CH3—CH
CH2
COO
C
CH3—CH
CH2
CH
OO
COO
C
CH3—CH
CH3
O
CH3
CH3
Cetoisovalerato Ceto MetilButirato
CetoIsocaproato
‐ Cetoácido ramificado DH= decarboxilasa + transacetilasa + lipoilDH(complejo similar a Piruvato DH y αCG DH)
+ CoASH
CO2
NAD+
+NADH + H+
C
CH3—CH
CH
CH3—CH
CH2
C
CH3—CH
CH2
OO
SCoASCoA SCoA
2
C O
CH3 CH3CH3
Isobutiril CoA 2‐Me‐ Butiril CoA Isovaleril CoA
Degradación de aminoácidos alifáticos ramificados (2)
Val Ile Leu
C C CO O O
SCoA SCoA SCoA
CH3—CH
CH3
CH3—CH
CH2
CH3
CH3—CH
CH2
CH3
Isobutiril CoA 2‐Metil‐Butiril CoA Isovaleril CoA2 Metil Butiril CoA
Complejo Acil‐CoA DH(FAD)
S‐CoA
FADH2
S‐CoA S‐CoA
FADH2FADH2
C
CH3—C
CH2CH
CH3
O C
CH3—C
O C
CH3—C
O
S CoA
CH3
3
Metilacrilil CoA Tiglil CoA ‐Metil crotonill CoA
Propionil CoA Acetil CoA Acetoacetato
Succinil CoA
Resumen de enfermedades congénitas del catabolismo de aminoácidos alifáticos ramificados
Val, Leu, Ile
Alfa‐cetoácidosJarabe de Arce (“orina con olor a jarabe de arce”)
‐ Cetoácido ramificado DH
Acil‐CoA( orina con olor a jarabe de arce )
Propionil‐CoA
Metil malonil‐CoA
Acidemia metilmalónica
Succinil‐CoA
Acidemia metilmalónica