MC-F-027. - OCW Universidad de Cantabria
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Tema 27. Metabolismo de las cadenas hidrocarbonadas de los aminoácidos. Panorámica de las rutas de degradación y destino de las cadenas de los aminoácidos . Co-enzimas transportadoras de restos monocarbonados: tetrahidrofolato, S-adenosilmetionina, cobalamina. Aminoácidos glucogénicos y cetogénicos. Destino metabólicos de los aminoácidos. El glutamato como precursor. Degradación de la fenilalanina. Fenilcetonuria, tirosinemias, alcaptonuria. Degradación de aminoácidos de cadenas ramificadas. Metilmalonil mutasa y 5'-dexosiadenosil cobalamina. Patología asociada. Esquema de la biosíntesis de los aminoácidos no esenciales. Aminoácidos como precursores de otras aminas biológicas. Síntesis y degradación del grupo hemo. Metabolismo del hierro. Porfirias. BIOQUÍMICA-1º de Medicina Departamento de Biología Molecular Javier León UC J. León Tema 27 1 Catabolismo de los esqueletos carbonados de los aminoácidos Glucógeno Pentosas-fosfato Glucosa Gly, Ala, Ser Cys, Trp Acidos Grasos Acetil CoA Piruvato Malato Fumarato Succinato Val, Ile, Thr, Met • Cetogénicos y glucogénicos: Ile, Phe, Tyr, Trp Sólo glucogénicos: Gly, Ala, Val, Pro, Ser, Thr Cys, Met, Asp, Asn, Glu, Gln UC J. León His, Arg Sólo cetogénicos: Leu, Lys Tema 27 Citrato OAA Asn, Asp Phe, Tyr Lys, Leu Ile, Phe,Tyr, Trp Ciclo de Krebs Succinil-CoA Isocitrato α-cetoglutarato Glu NADH + CO2 + H2O Arg, His, Gln, Pro 2 Transportadores de restos monocarbonados: 1) Biotina H N O= C N NH2 CO2 Biotina: Cofactor transportador de carboxilos COO- Lys ENZIMA La biotina es la coenzima de enzimas (carboxilasas) importantes: Propionil-CoA carboxilasa: Propionil-CoA Æ D-metilmalonil-CoA (catabolismo de Val, Ile, Met, Thr y de ácidos grasos impares) ¿Enzima??????: Piruvato Æ Oxalacetato (¿Ruta?) ¿Enzima??????: ¿ Acetil-CoA Æ Malonil-CoA (¿Ruta?) s? ima esos? z n e roc ué ¿Q tas o p ru qué UC J. León Tema 27 3 Transportadores de restos monocarbonados: 2) Tetrahidrofolato H N N H2N HN Pteridina NH 10 P- aminobenzoato H N H 5 N H N Glutamato H N H CH2 H CH2 N CH3 10 N H 5 transfiere -CH3 H N H N N5-metil-tetrahidrofolato (poco usado) N H Tetrahidrofolato (THF, FH4) H El tetrahidrofolato es un transportador de fragmentos monocarbonados con diferentes estados de oxidación del átomo de carbono COOH NH N5 H O COOH O 1 CH2 N H CH2 CH2 N 10N H Dihidrofolato (DHF, FH2) N5,N10-metilén-tetrahidrofolato transfiere -CH2-OH H N N H N H CH2 N C O transfiere H N CH2 N5,N10-metenil-tetrahidrofolato N CH H N10-formiltetrahidrofolato H N N5-formil-tetrahidrofolato C Tema 27 CH2 N UC J. León O HN H transfiere -C=O H 4 Transportadores de restos monocarbonados: 3) S-adenosilmetionina, AdoMet NH2 COO + H3N N N CH CH2 N N CH2 CH2 P + S CH3 O P P Metionina OH OH ATP Metionina adenosil transferasa PPi + Pi COO + H3N NH2 CH CH2 CH2 +S CH3 R R-CH3 CH2 O N N CH2 N N N H2 CH CH2 N N COO + H3N N N CH2 S O Varias Metil-transferasas OH OH UC J. León OH OH S-Adenosil metionina (AdoMet): transfiere metilos S-Adenosil homocisteína Tema 27 5 Transportadores de restos monocarbonados: 4) Cobalamina Catabolismo AA y AG - “Biochemistry”. 5ª ed. Berg, J., Tymoczko, J. Stryer, L. Ed. W.H. Freeman. 2003. Sintesis de Met y de AdoMet Descubierta en estudios de anemia perniciosa en 1926 Estructura de la ciano-B12 resuelta por Dorothy Crowfoot Hodgkin Se presenta en dos formas que participan en dos rutas del metabolismo humano UC J. León Tema 27 Dorothy Crowfoot Hodgkin (1910-1994). Premio Nobel de Química 1964 "for her determinations by X-ray techniques of the structures of important biochemical substances“ (sobre todo Penicilina y Vit. B12) 6 Regeneración de AdoMet (requiere Metil-cobalamina) + H3N COO- R N H2 CH N N CH2 CH3 + COO N H2 CH Varias Metil-transferasas O OH N N CH2 CH2 +S H3N N N CH2 R-CH3 CH2 N S CH2 N O OH OH OH S-Adenosil metionina (AdoMet) S-Adenosil homocisteína PPi + Pi Metionina adenosil transferasa ATP H3N + H2O AdoMet hidrolasa COO CH CH2 H3N + CH2 S CH3 Adenosina COO CH CH2 Metionina Sintasa CH2 SH Metionina Homocisteína MetilCobalamina Cobalamina Vit B12 H N UC J. León H CH2 N CH3 THF (Tetrahidrofolato) 5N-metil-THF N H Tema 27 7 Fase final de la degradación de Trp, Ile, Val y Met (requiere 5’deoxiadenosil-cobalamina) Val Ile Thr Met CH3—CH2—C—SCoA Propionil-CoA AG de cadena impar O ATP + CO2 Propionil-CoA carboxilasa (Biotina) ADP + Pi Ya o iad tud s e CH3 - OOC—CH—C—SCoA D-Metil-malonil-CoA O Metil-malonil-CoA epimerasa - OOC—CH—C—SCoA L –Metil-malonil-CoA CH3 O Metil-malonil-CoA mutasa (5’ Deoxiadenosil-Cobalamina) OOC—CH2—CH2—C—SCoA Succinil-CoA - O UC J. León Tema 27 8 Reacciones en las que interviene la cobalamina a) Síntesis de Met y regeneración de AdoMet R S-Adenosil metionina (AdoMet) PPi + Pi Metionina adenosil transferasa ATP H3N COO + S-Adenosil homocisteína AdoMet hidrolasa R-CH3 Metionina Sintasa CH Homocisteína Metionina CH2 CH2 MetilCobalamina Cobalamina S CH3 H3N + COO CH CH2 CH2 SH THF (Æ Depleccion de Metil-H4folato si ausencia d B12) 5N-metil-THF b) Degradación de propionil-CoA Acidos grasos impares CH3—CH2—C0—SCoA Propionil CoA CH3 Val, Ile, Thr, Met - OOC—CH—CO—SCoA - OOC—CH—CO—SCoA L -Metil Malonil CoA Metil Malonil CoA Mutasa 5’ Desoxiadenosil-Cobalamina CH3 - D-Metil Malonil CoA UC J. León OOC—CH2—CH2—CO—SCoA Succinil CoA Tema 27 9 Cinco aminoácidos se degradan a piruvato Glucógeno Fosfatos de pentosa Glucosa Lys, Leu Ile, Phe,Tyr, Trp Acidos Grasos Gly, Ala, Ser Cys, Trp Acetil CoA Piruvato Asn, Asp Isocitrato Malato Asp, Phe, Tyr Val, Ile, Thr, Met Citrato OAA Ciclo de Krebs Fumarato Succinato SuccinilCoA α-cetoglutarato Glu UC J. León Tema 27 NADH + CO2 + H2O Arg, His, Gln, Pro 10 Cinco aminoácidos se degradan a piruvato COO| H2N— CH | CH2—OH Ser COO| C =O | CH3 PLP Serina deshidratasa H2O NH4 Transaminasaminas (p.e. ALT) Ala Piruvato THF Serina hidroximetil transferasa 4 reacciones PLP Cys N5N10 metilentetrahidrofolato COO| CH2 | NH3+ Gly Acetoacetil-CoA 9 reacciones NAD+ Trp THF N5,N10-metilén-tetrahidrofolato Glicina sintasa H N NADH + H+ N N5,N10-metilentetrahidrofolato HCO3- + NH4+ CH2 H CH2 N H UC J. León Tema 27 11 Cinco aminoácidos (más Orn) se degradan a α-cetoglutarato Pro + H3N Urea γ-Orn transaminasa Arg Arginasa Glutamato γ-Semialdehido Orn* Glutaminasa Gln Glu COO CH CH2 CH2 C=O H 4 reacciones THF His NH4 Transaminasas α-ceto-glutarato COOC O CH2 UC J. León CH2 COO- Tema 27 12 Asn y Asp se degradan a oxalacetato H3N + CH Asn CH2 Glu α-KG COOC O CH2 COO- Oxalacetato Asp Asparaginasa C H2N NH4+ H2O COO Transaminasa O UC J. León Tema 27 13 Cuatro aminoácidos se degradan a succinil-CoA Val Met 5 reacciones 7 reacciones CO2 CH3-CH2-CO-COO- CH3-CH2-CO-S-CoA α-cetobutirato NH4 H2O Thr Propionil-CoA Thr deshidratasa (PLP) Biotina CH3 - OOC—CH —C—SCoA - OOC—CH2—CH2—C—SCoA O O Metilmalonil-CoA Succinil-CoA 6 reacciones Acetil-CoA Ile 4. Desaminación directa (Ser-dehidratasa y Thr dehidratasa) Ser UC J. León Tema 27 Thr Piruvato + NH4+ torio orda 6 c e R a2 Tem α-cetobutirato + NH4+ 14 Fase final de la degradación de Met, Trp, Ile, Val (pero no Leu) Met, Thr, Ile, Val AG impares CH3—CH2—C—SCoA Propionil-CoA O ATP + CO2 Tem a2 Propionil-CoA-carboxilasa (Biotina) 3 CH3 D-Metil-malonil-CoA - OOC—CH—C—SCoA O Metil-malonil-CoA epimerasa - OOC—CH—C—SCoA L –Metil-malonil-CoA CH3 O Metil Malonil-CoA Mutasa (5’ Desoxiadenosil-Cobalamina) OOC—CH2—CH2—C—SCoA Succinil-CoA - O UC J. León Tema 27 15 Seis aminoácidos se degradan a acetil-CoA Glucógeno Fosfatos de pentosa Glucosa Ile Trp Leu Acidos Grasos Lys, Leu Phe,Tyr, Trp Acetoacetil-CoA Gly, Ala, Ser Cys, Trp Asn, Asp Isocitrato Ciclo de Krebs Fumarato Succinato Val, Ile, Thr, Met Citrato OAA Malato Asp, Phe, Tyr Tiolasa Acetil CoA Piruvato SuccinilCoA α-cetoglutarato Glu UC J. León Tema 27 NADH + CO2 + H2O Arg, His, Gln, Pro 16 A Seis aminoácidos se degradan a acetil-CoA Phe Lys Trp Leu 9 reacciones Ala Tyr 6 reacciones Fumarato 14 reacciones Piruvato 5 reacciones Aceto-acetato Aceto-acetil-CoA 5 enfermedades genéticas 6 reacciones Ile Acetil-CoA Propionil-CoA Val UC J. León Succinil-CoA Enfermedad genética comun al catabolismo de Val, Ile y Leu Tema 27 17 Degradación de la fenilalanina y tirosina (1) | NH2 NADH + H2O NAD+ + H+ + O2 NH2 | CH2— CH—COO- Tetrahidrobiopterina CH2— CH—COO- HO Fenilalanina hidroxilasa (Reacción irreversible) Fenil alanina Tirosina La Dihidrobiopterina es un coenzima de las oxidasas de función mixta Ap N re o n e de der s n la se ece bi l a s a op es r i te tru o rin c a tur a NAD+ H 2N N H N NADH + H+ Dihidrobiopterina reductasa HN OH N HN HN O N H Oxidasa de función mixta OH N O OH 5,6,7,8 Tetrahidrobiopterina H N OH 7,8 Dihidrobiopterina R-OH RH NH2 CH2— CH—COOUC J. León Tema 27 O2 NH2 CH2— CH—COO- H2O HO 18 Seis aminoácidos se degradan a acetil-CoA Phe Lys Trp Leu 9 reacciones Ala Tyr 6 reacciones Fumarato 14 reacciones Piruvato 5 reacciones Aceto-acetato Aceto-acetil-CoA 5 enfermedades genéticas 6 reacciones Ile Acetil-CoA Propionil-CoA Val UC J. León Succinil-CoA Enfermedad genética comun al catabolismo de Val, Ile y Leu Tema 27 19 Fenilcetonuria (PKU) NH2 NH2 | | CH2— CH—COO- CH2— CH—COO- Fenilalanina (SE ACUMULA) HO Fenilalanina hidroxilasa Tirosina Transminasa Piruvato O Ala CH2— C—COO- Fenilpiruvato (se acumula en sangre y orina) •1934 :Asbjorn Fölling (en Oslo) observa la coloración verde-oliva de la orina de dos gemelos con retraso mental al añadirles FeCl3. Resultó ser fenilpiruvato. Posterioemente se encuentran más positivos en gemelos (3 parejas de 8 casos): se 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 Æ 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) de Phe Æ IQ medio 93% UC J. León Tema 27 20 Degradación de fenilalanina y tirosina (1) Phe hidroxilasa (Tetrahidrobipterina) O NHç || | CH2— C—COO- CH2— CH—COO- Phe Aminotransferasa HO HO Tirosina αCG Fenilcetonuria Tirosinemia II HC O HC Tirosinemia tradel recién nacido Oxidasa (vit. C) COO- Cis p-Hidroxifenilpiruvato Glu OH C—CH2—C—CH2—COOO HO CH2—COO- Maleil Acetoacetato Ácido Homogentísico Alcaptonuria Isomerasa O CH3—C—CH2—COO- -OOC CH Trans Acetoacetato O HC Hidrolasa C — CH2—C—CH2—COOO -OOC Fumaril Acetoacetato CH HC ario neces tos No es s compues lo as e im rs z e n d e Apren dios ni las UC J. Leóninterme COO- Tirosinemia I Fumarato Tema 27 21 Alcaptonuria Compuesto de color negro Tyr Oxidación espontánea COOHC O HC Oxidasa OH C—CH2—C—CH2—COO- HO O Maleil Acetoacetato Alcaptonuria CH2—COO- Ácido Homogentísico Nature Genetics 1996 volume 14 number 1 page 19 The molecular basis of alkaptonuria José 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 de Inmunología, Centro de Investigaciones Biológicas, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Velázquez 144, 28006-Madrid, Spain 3 Unidad de Biología Molecular, Hospital de la Princesa, Universidad Autónoma de Madrid, 28006-Madrid, Spain *J.M.F.-C. & B.G. contributed equally to this work. Correspondence should be addressed to M.A.P. e-mail: [email protected] UC J. León 2Departamento Tema 27 22 Fenilalanina Resumen de enfermedades del catabolismo de la Phe Fenilcetonuria (PKU) Tirosina Albinismo p-hidroxifenilpiruvato Tirosinemia II Melanina Ac. Homogentísico Alcaptonuria ario neces los No es tructura ni s s e to s la e der mpu apren los co e d s e s r nomb intermedio Maleil acetoacetato Fumaril acetoacetato Fumarato Tirosinemia I Acetoacetato F enilcetonúricos Leu – Phe – Val - Phe Tyr - Cromatografía en capa fina de muestras de sangre de recién nacido Tyr – Glu – His – UC J. León Tema 27 23 Degradación de aminoácidos alifáticos ramificados (1) Phe Lys Trp Leu 9 reacciones Ala Piruvato 5 reacciones Tyr 6 reacciones Fumarato 14 reacciones Aceto-acetato Aceto-acetil-CoA 6 reacciones Ile Acetil-CoA Propionil-CoA Val UC J. León Tema 27 Succinil-CoA El fallo en esta reacción supone una enfermedad genética comun al catabolismo de Val, Ile y Leu 24 Degradación de aminoácidos alifáticos ramificados (2) H3N COO + H3N CH COO + H3N CH CH2 CH3 CH3 CH3 Valina CH CH2 CH3—CH CH3—CH CH3—CH COO + Leucina Isoleucina Aminoácido ramificado Aminotransferasa (Músculo, riñón, SNC, tej adiposo) COO C O CH2 CH3—CH CH3—CH CH2 CH3 CH3 α CetoIsocaproato α Ceto β Metil Butirato α- Cetoácido ramificado DH = decarboxilasa + transacetilasa + lipoilDH (complejo similar a Piruvato DH y αCG DH) CoASH NAD+ CO2 NADH + H+ SCoA O SCoA SCoA C C O CH2 CH2 CH3—CH CH3 CH3 CH3—CH CH3—CH CH3 UC J. León C O C O s CH3—CH rio sto sa pue e c m e n co CH3 es los ios No rse med α Cetoisovalerato de ter ren in p A C COO COO Isobutiril CoA O ~ Acetil –CoA (producto de la PDH) Isovaleril CoA 2-Me- Butiril CoA Tema 27 25 Enfermedades congénitas de la degradación de aminoácidos ramificados H3N COO + H3N CH H3N CH CH3—CH CH3 CH2 Ap in ren No te d e rm er s ed se ne io lo ce s s sa ni c o r la m io s pu en e zim sto as s C C CH3—CH CH3 α CetoIsocaproato α Ceto β Metil Butirato α- Cetoácido ramificado DH = decarboxilasa + transacetilasa + lipoilDH (complejo similar a PirDH) SCoA SCoA C C CH3—CH CH3—CH CH3 CH2 Isobutiril CoA CH3 UC J. León Aminoácido ramificado Aminotransferasa (Músculo, riñón,SNC, tej adiposo) CH2 CH3—CH CH2 CO2 NADH+H+ O O C O CH3 CoASH NAD+ SCoA COO CH3—CH CH3 CH CH3 COO O COO Leucina Isoleucina COO + CH2 CH3—CH CH3 α Cetoisovalerato Tema 27 COO CH3—CH Valina C + O 2-Me- Butiril CoA O CH2 CH3—CH Orina en jarabe de arce CH3 Isovaleril CoA 26 Degradación de aminoácidos alifáticos ramificados (3) Val Ile Leu SCoA SCoA C C O CH3—CH SCoA CH2 CH3—CH CH3—CH CH3 CH2 CH3 CH3 Isobutiril CoA FADH2 Complejo Acil-CoA DH (FAD) FADH2 S-CoA C CH3—C Isovaleril CoA 2-Metil-Butiril CoA FADH2 S-CoA O C CH3—C S-CoA O C CH3—C CH CH2 Tiglil CoA Propionil CoA UC J. León Succinil CoA β- Metil crotonill CoA Acetil CoA -OOC—CH O CH3 CH3 Metilacrilil CoA O C O Acetoacetato 2—CH2—C—SCoA O Tema 27 27 Fase final de la degradación de Met, Trp, Ile, Val (pero no Leu) Met, Thr, Ile, Val CH3—CH2—C—SCoA Propionil-CoA AG impares O ATP + CO2 Propionil-CoA-carboxilasa (Biotina) CH3 - OOC—CH—C—SCoA D-Metil-malonil-CoA O Metil-malonil-CoA epimerasa - OOC—CH—C—SCoA L –Metil-malonil-CoA CH3 O Metil Malonil-CoA Mutasa (5’ Desoxiadenosil-Cobalamina) - OOC—CH2—CH2—C—SCoA O UC J. León Tema 27 Succinil-CoA Acidmia metilmalónica 28 Todos los aminoácidos AA no esenciales = BIOSINTETIZADOS Aromáticos: Fenilalanina, Triptófano, Tirosina Alifáticos: Glicina, Alanina, Prolina Aminoácidos esenciales Aromáticos: Fenilalanina, Triptófano Alifáticos ramific.: Valina, Leucina, Isoleucina Con azufre: Metionina, Cisteína Alifáticos ramific: Valina, Leucina, Isoleucina Con azufre: Metionina Alcohol: Treonina Alcohol: Serina, Treonina Básicos: Histidina, Lisina Básicos: Arginina, Histidina, Lisina “Esenciales condicionales”: Arginina, Glutamina, Cisteina, Glicina, Prolina, Tirosina Acidos: Aspartato, Glutamato Amidas: Asparagina, Glutamina UC J. León Tema 27 29 Biosíntesis de aminoácidos no esenciales PRECURSOR Piruvato α-Cetoglutarato Glu Glu OAA Asp Phe 3-fosfoglicerato Met + Ser Ser HCO3- + NH4+ (Asp + Orn RUTA AMINOACIDO transaminasa transaminasa Gln sintetasa ÆÆÆÆ(4 pasos) transaminasa Asn sintetasa Phe hidroxilasa Æ Æ Æ(3 pasos) Æ Æ Æ(3 pasos) Serhidroximetiltransferasa Gly sintasa Arg-succinato liasa Æ Ala Æ Glu Æ Gln Æ Pro Æ Asp Æ Asn Æ Tyr Æ Ser Æ Cys Æ Gly Æ Gly Æ Arg) UC J. León Tema 27 30 Biosíntesis de aminoácidos no esenciales Glucosa Glicina HCO3- + NH4+ Asparragina Cisteína Serina 3-Fosfoglicerato Glu Metionina Piruvato Glutamina Aspartato Alanina AcetilCoA OAA Citrato Ciclo Krebs Isocitrato Glutamina Glutamato Alfa- cetoglutarato Glutamato semialdehido Tirosina Fenilalanina UC J. León Prolina Tema 27 31 Sintesis de serina y glicina COONADH+H+ | CH-OH | CH2-O- P αKG Pi COOSerina deshidratasa | H2N— CH | H2O + NH4+ CH2—OH Serina 3-Fosfoglicerato COO| C=O | CH3 THF Piruvato Serina hidroximetil transferasa N5N10- metilentetrahidrofolato COO| CH2 | NH2 rio rdato Reco H N Glicina THF NAD+ Glicina sintasa N H CH2 CH2 N H NADH + H+ N5,N10-metilen-tetrahidrofolato - HCO3 + NH4 + Proteínas, especialmente colágeno Glicina UC J. León Tema 27 Glutation, creatina, porfirina, purinas 32 Síntesis de cisteína: Adomet como donadora de átomos de azufre H3N N H2 COO + CH CH2 N N CH3 N N CH2 S O PP+Pi OH OH OH S-Adenosil homocisteína S-Adenosil metionina (AdoMet) + N N O OH H3N CH CH2 CH2 +S ATP NH2 COO CH2 CH2 Met H3N N N + COO H3N CH CH2 H3N CH2 COO + CH Serina CH2OH CH2 H2O H3N Cistationina βsintasa (PLP) NH4+ Cistationina liasa (PLP) + H3N C + COO CH CH2 CH2 SH Homocisteína COOO COO CH S β-Cistationina + Adenosil homocisteína hidrolasa CH2 Homocistinuria COOCH CH2 CH3 UC J. León Alfa cetobutirato SH Cisteína Tema 27 33 Enfermedades del metabolismo de aminoácidos Enfermedad Incidencia (por 105 nac.) Enzima defectiva Efectos Albinismo 3 Tirosinasa No pigmentación Alcaptonuria 0,4 Homogentísico oxigenasa Orina oscura Homocistinuria 1 Cistationina sintasa Retraso mental Orina en jarabe de arce 0.4 Complejo deshidrogenasa de αcetoácidos ramificados Retraso mental, convulsiones, muerte temprana Acidemia metilmalónica 0.5 Metilmalonil-CoA mutasa Retraso mental, convulsiones, muerte temprana Fenilcetonuria 8 Phe hidroxilasa Retraso mental Hartnup 7 Transportador de Val, Leu, Ile, Tyr, Trp, Phe Fotosensibilidad, ataxia, seudo-pelagra Hiperamonemia tipo I 0.5 Carbamilfosfato sintetasa I (ciclo de la urea) Letargia, convulsiones, muerte prematura ario s neces No es s incidencia la e s r e d apren UC J. León Tema 27 34 Sintesis de prolina Citrato Isocitrato Ciclo de Krebs Rec α-cetoglutarato SuccinilCoA orda to rio Glu Arg, His, Gln, Pro *sei s co n la Arg Prolina O rn Arginasa H3N + Glutamato γ-Semialdehido Orn Purinas Glutaminasa COO CH CH2 CH2 C=O H 4 reacciones Glutamina Glu Pirimidinas His NH4 Transaminasas α-ceto-glutarato UC J. León Tema 27 35 Biosíntesis de aminoácidos no esenciales: Tyr a partir de Phe NADH + H2O NAD+ + H+ + O2 NH3+ Tetrahidrobiopterina NH3+ CH2— CH—COO- CH2— CH—COO- Fenilalanina Fenilalanina hidroxilasa = Fenilalanina monoxigenasa (Reacción irreversible) R ec orda HO Tirosina torio UC J. León Tema 27 36 Los aminoácidos son precursores de otras moléculas importantes en la fisología Glutamato Æ GABA, poliaminas (putrescina, espermidina) Triptofano Æ Niacina, Serotonina Histidina Æ Histamina Tirosina Æ Dopamina, adrenalina, melanina Lisina Æ Carnitina Serina Æ Etanolamina, colina Arginina Æ Creatina, creatinina, oxido nítrico Glicina Æ Porfirinas, creatina, glutation UC J. León Tema 27 37 El glutamato como precursor de otras moléculas Glutamina Alfa-cetoglutarato Glutamato Glutamato semialdehido Ornitina COO- CH2 CH2 H2N - CH - COOUC J. León Tema 27 Glutamato CO2 Dador de NH2 a otros cetoácidos GABA Prolina Poliaminas COOH CH2 PLP CH2 H2N CH2 Gamma-aminobutirato (GABA) 38 Síntesis de poliaminas H3N+ H3N+ CH2 CO2 CH2 CH2 CH2 CH2 Ornitina descarboxilasa CH2 H2N H2N – CH - COO- Putrescina Ornitina H3N+ CH2 H3N COO- + N H2 CH CH2 CH2 CH2 N N +S CO2 HN N N CH2 CH2 CH2 CH2 CH3 O N H2 CH2 CH2 N N CH2 H3N+ N S CH3 Espermidina OH OH N S-Adenosil metionina (AdoMet) CH2 O OH OH Metil-tioadenosina UC J. León Tema 27 39 El Trp es precursor de serotonina y niacina Triptófano NH + 3 COO - Cofactor de otra enzima importante que ya hemos visto N H O2 COO- Trp hidroxilasa = Trp monooxigenasa (Tetrahidrobiopterina) N NH3+ Niacina (Nicotinato) HO COO- N NAD+ , NADP+ H 5-hidroxi-triptófano DOPA Descarboxilasa = Decarboxilasa de AA aromáticos (PLP) NH3+ HO UC J. León Tema 27 N H 5- hidroxitriptamina (Serotonina) 40 La tirosina es precursora de catecolaminas H2 C H C Tirosina O Cofactor de otras dos enzimas importantes que ya hemos visto O NH3+ HO 02 OH Tyr Hiroxilasa (Tetrahidrobiopterina) H2 C Melaninas C H C H2 O CH C H3 OH O NH3+ HO HN HO Adrenalina OH L-DOPA (L-3,4-dihidroxiFenilalanina) Feniletanolamina N-metiltransferasa (S-Adenosil metionina) DOPA Descarboxilasa H2 C CH2 OH Dopamina Hidroxilasa C H NH3+ HO CH2 N H3+ HO OH OH Dopamina Nor-adrenalina ario neces adas No es imas implic z n se der la apren UC J. León Tema 27 41 La Arg y Gly son precursoras de creatina La histidina es precursora de histamina Arg + Gly COOCH2-CH-NH3+ + His CH3 -OOC Creatina NH CH3 -OOC N NH - CH2 – N – C -NH3+ CO2 O- - CH2 – N – C –NH – P PLP O Fosfo-creatina CH2-CH2 -NH3+ O- NH + Creatinina N NH Histamina La serina es precursora de colina y etanolamina COO| H2N— CH | CH2—OH HO-CH2-CH2-N(CH3)+ HO-CH2-CH2-NH2 Colina Etanolamina Ser UC J. León Tema 27 42 La lisina es precursora de carnitina Lys unida a proteína Lys -CH2-CH2-CH2-CH2-NH3+ Ascorbato -OOC-CH + 2-CH-CH2-N OH CH3 CH3 CH3 L-Carnitina Papel muy importante en ............ (Repasa el metabolismo de ácidos grasos) UC J. León Tema 27 43 Síntesis de oxido nítrico H3N COO + 2 NADPH 2 O2 CH CH2 + H3N 2 NADP+ 2 H2O COO CH CH2 ·NO CH2 NO sintasa CH2 N N C C O 2HN NH2+ H2N + CH2 CH2 Citrulina Arginina Síntesis de glutation Gly + ATP ATP Glu + Cys γ-Glutamilcisteina ADP + Pi UC J. León Tema 27 GSH Glutatión (GSH) Cys GS-SG H2O2 ADP + Pi γ-Glu 2 H2O Gly 44 Biosíntesis del hemo (1) COO CH2 CH2 + SCoA C O CH3 N CH3 NH O CH2 | NH2 δ-Ala δ- Aminolevulinato ( δ-ALA) H2O CH2 COO CH2 CH2 CH2 N 4 Porfobilinógenos Fe2+ CH3 CH2 δ-Ala dehidratasa= Porfobilinógeno sintasa (Zn) (CITOSOL) COO CH=CH2 CH2 COO- CH2 | NH2 4 NH4+ 5 pasos (4 en CITOSOL) HN N CH2 C • Inhibición alostérica • Represión de la expresión génica CH=CH2 C O CH2 CO2 CoA-SH - Glicina CH2 + CH2 (MITOCONDRIA) δ-ALA Sintasa PLP CH2— NH2 | COO- Succinil CoA CH3 CH2 COO- COO CH2 H | NH2 Porfobilinógeno COO- Protoporfirina IX Ferroquelatasa (MITOCONDRIA) CH3 CH3 CH=CH2 N CH3 N H Fe2+ H N No hay que aprenderse las estructura s a partir del δ-ALA N CH2 CH=CH2 CH2 COO- UC J. León CH2 CH3 CH2 COO- Hemo Tema 27 45 Bioíntesis de hemo (2) Pb Succinil CoA + Glicina PLP δ-Ala sintasa - Ferroquelatasa HEMO Fe++ δ- Aminolevulinato ( δ-Ala) Protoporfirina IX Oxidasa Protoporfirinogeno IX Oxidasa δ-Ala Pb δ-Ala H2O Coproporfirinógeno III δ-Ala dehidratasa Porfobilinógeno 3PBG 2CO2 Pb δ-Ala deaminasa 4NH4+ Uroporfirinógeno I Uroporfirinógeno Cosintasa CITOSOL Decarboxilasa Coproporfirinógeno III Uroporfirinógeno III Sitios de síntesis 4CO2 1) Hemglobina en eritroblastos de médula ósea (Æ 80% del hemo) 2) Mioglobina en músculo 3) Citocromos a, b, c en todos los tejidos UC J.en León 4) P450 hígado 5) Otras enzimnas en todos los tejidos (peroxidasa, catalasa, etc) Tema 27 46 Defectos en la ruta de biosíntesis de Porfirinas = Porfirias Gly + Succinil-CoA PLP δ-ALA sintasa δ-ALA COO COO CH2 CH2 CH2 CH2 | NH2 δ-Ala δ-ALA dehidratasa Porfobilinógeno δ-Ala deaminasa 4NH4+ N H (CITOSOL) Porfiria aguda intermitente Uroporfirinógeno I Uroporfirinógeno Cosintasa Uroporfirinógeno III Decarboxilasa 4CO2 N NH (MITOCONDRIA) HN N porfirinógeno MITOCONDRIA Porfiria congénita eritropoyética Porfiria cutánea tardía Coproporfirinógeno III Oxidasa 2CO2 Coproprofiria hereditaria Protoporfirinogeno IX Oxidasa Porfiria variegada Protoporfirina IX Ferroquelatasa Fe++ Protoporfiria eritropoyética Hemo No hay que aprenderse las enzimas ni los compuestos intremedios UC J. León Tema 27 47 Catabolismo del hemo Ferritin Hb CH3 NADPH + O2 Fe3+ + CO + NADP+ Biliverdina Biliverdín Reductasa ERITROCITOS CH3 HO CH=CH2 CH3 N COOCH2 COOCH2 CH2 CH2 N H Hemo oxigenasa CH3 N H CH3 N CH=CH2 OH Bilirrubina N CH3 N H Fe2+ H N CH2 N CH=CH2 CH2 COO- CH3 CH=CH2 CH3 MACROFAGOS, Células del SRE, BAZO SANGRE Bilirrubina transportada con albúmina HIGADO Transferasa 2 UDP-glucuronato 2 UDP Bilirrrubin-diglucurónido (B. conjugada) Si está en exceso se acumula en sangre = ICTERICIA (prehepática) Deficiencia transitoria de la transferasa en recién nacidos Expresión baja congénita de la transferasa = síndorme de Gilbert BILIS ICTERICIA Si no bien UCdrena J. León la vesícloa Tema 27 Bilirrrubin-diglucurónido 48 Metabolismo del hierro Fe2+ Fe2+ DIETA Ferroxidasa Fe3+ Fe3+ Transferrina INTESTINO Biosíntesis de hemo Hemoglobina (eritroblastos) Almacenaje Ferritina Mioglobina (músculo) Fe3+ Fe en exceso HIGADO BAZO MÉDULA ÓSEA SANGRE Citocromos (todos los tejidos, sobre todo en hígado) Hemosiderina (hígado) TEJIDOS UC J. León Tema 27 49 Estructura y regulación de la ferritina Estructura de la ferritina: 24 polipéptidos formando una “esfera” con ~3.000 atomos de hierro férrico en el interior (Berg et al. Biochemistry, 5th edition, Freeman) Deficiencia de Fe Æ Bajan los niveles de ferritina y suben los de transferrina Æ suninistro de Fe a tejidos IRE-BP (IRE– Binding Protein) mRNA de la Ferritina ORF de FERRITINA 5’ Aumenta el Fe IRE Fe AAAAA NO TRADUCCIÓN si no hay Fe La prpteina IRE-BP unida a Fe no se puede unir al IRE IRE (Iron-Response Element) TRADUCCIÓN en presencia de Fe 5’ Tema 27 UC J. León ORF de FERRITINA AAAAA 50 Hemocromatosis Dolor abdominal fatiga, artritis, piel bronceada, en algunos casos cáncer de hígado Autosómico recesivo. La enfermedad metabolica más frecuente: 1/200-400 en USA. Entre la poblacion de origen celta es portador ¼ Mutacion en el gen de una proteína (HFE1) que se une al receptor de transferrina y funciona como limitador del transporte de Fe. Si está mutado, se transporta excesivo hiero HFE1 normal: Unión normal a transferrina HFE1 mutado: Unión de alta afinidad Fe 3+ Transferrin a Fe3+ Transferrina HFE1 HFE1 Receptor de transferrina Receptor de transferrina Excesiva entrada de hierro UC J. León Tema 27 51 Dieta ANIMAL Absorción y transporte de vitamina B12 Células parietales B12 ESTÖMAGO B12 HÏGADO Factor intrínseco B12 Factor intrínseco B12 ILEON Células del epitelio intestinal Transcobalamina SANGRE B12 Factor intrínseco B12 Transcobalamina UC J. León Tema 27 52
