Glicina + Succinil-CoA
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INTRODUCCIÓN. Las hemoproteinas constituyen un grupo de moléculas implicadas en diversas funciones, tales como la unión del oxígeno ( hemoglobina ) , el metabolismo del oxígeno ( oxidasas, peroxidasas, catalasas e hidroxilasas) o el transporte de electrones ( citocromos ). Por este motivo, el grupo hemo se sintetiza en casi todos los seres vivos y la ruta de biosíntesis es probablemente idéntica en todos los mamíferos. BIOSÍNTESIS DEL GRUPO HEMO. Las porfirias son un grupo de enfermedades ocasionadas por alteraciones de la biosíntesis del grupo hemo y caracterizadas por la acumulación de determinados precursores. El grupo hemo se sintetiza principalmente en la médula ósea y en el hígado. En concreto el 85% del grupo hemo se sintetiza en las células eritroides y se destina a la producción de hemoglobina , mientras que el restante se sintetiza en el hígado y sirve como grupo prostético de enzimas dependientes del citocromo P450 y de otras hemoproteinas. De las ocho enzimas implicadas, la primera y las tres últimas actúan en la mitocondria y las otras cuatro en el citosol. La biosíntesis se inicia con la condensación de la glicina y succinil-CoA en una reacción catalizada por la delta aminolevulínico-sintasa para formar ALA (ácido deltaaminolevulínico ), actuando el piridoxal fosfato como cofactor. Este paso es el regulador de la síntesis, ya que la enzima es inhibida por el grupo hemo. El ALA es transportado al citosol donde, mediante un proceso de condensación catalizado por la porfobilinógeno-sintasa, dos moléculas de ALA se transforman en porfobilinógeno. Mediante la acción de la hidroximetilbilano-sintasa se condensan cuatro moléculas de PBG para dar lugar al hidroximetilbilano. Éste se transforma en uroporfirinógeno III por la acción de la uroporfirinógeno IIIsintasa. En ausencia de la enzima puede haber una ciclación espontánea a uroporfirinógeno I, un isómero que no conduce a la formación del grupo hemo. Pero al ser la concentración de la enzima mayor que la de la hidroximetilbilano-sintasa , se sintetiza predominantemente el uroporfirinógeno III, que por la uroporfirinógenodescarboxilasa se transforma en coproporfirinógeno III. Esta molécula es transportada al interior de la mitocondria, donde la coproporfirinógeno-oxidasa lo transforma en protoporfirinógeno IX, que a su vez, mediante la protoporfirinógeno-oxidasa se convierte en protoporfirina IX. Finalmente se incorpora el ion ferroso gracias a la ferroquelatasa, para dar lugar al grupo hemo. Glicina + Succinil-CoA ALA-sintasa Ácido delta-aminolevulínico PBG-sintasa MITOCONDRIA Déficit de porfobilinógeno-sintasa Porfobilinógeno HMB-sintasa Porfiria aguda intermitente Hidroximetilbilano Uroporfirinógeno III-sintasa Porfiria eritropoyética congénita Uroporfirinógeno III Uroporfirinógeno-descarboxilasa Coproporfirinógeno III Coproporfirinógeno-oxidasa Porfiria cutanea tarda CITOSOL Coproporfiria hereditaria Protoporfirinógeno IX Protoporfirinógeno-oxidasa Porfiria variegata Protoporfirina IX Fe (II) Ferroquelatasa HEMO Protoporfiria eritropoyética MITOCONDRIA Se han utilizado diversos criterios para clasificar las porfirias cómo por ejemplo el tipo de tejido de origen (hígado o sistema eritropoyético) pero actualmente se prefiere clasificarlas en primarias (heredadas) y secundarias (adquiridas).Las primarias son menos frecuentes que las secundarias. Las primarias a su vez pueden agruparse en función de los síntomas clínicos en tres tipos: Neurológicas : En estas, los ataques agudos presentan manifestaciones como neuropatía periférica, parálisis, psicosis, coma y cólico abdominal, siendo la duración de los episodios variable y pudiendo sobrevenir la muerte. Los ataques se pueden desencadenar por etanol , fármacos anticonvulsivos, las dietas hipocalóricas y las alteraciones hormonales ligadas a la pubertad o la menstruación. Dentro de este grupo se incluirían la porfiria aguda intermitente y el déficit de PBGsintasa. Cutáneas : Aparece una fotosensibilidad cutánea importante, de forma que la luz solar causa fuertes lesiones en la piel, en la que se depositan uro, copro y protoporfirinas. Éstas últimas son las más liposolubles, localizandose en las membranas celulares y causando una sensación dolorosa inmediata, mientras que las demás porfirinas son más hidrosolubles y se depositan en compartimentos acuosos, retrasándose la aparición de lesiones. Aquí se incluyen la porfiria eritropoyética congénita, la porfiria cutánea tarda y la protoporfiria eritropoyética. Mixtas : Son porfirias con síntomas clínicos neurológicos y cutáneos. Incluyen la coproporfiria hereditaria y la porfiria variegata. En las adquiridas es frecuente el aumento de la eliminación de coproporfirinas por la orina en casos de intoxicación por etanol, éter, morfina, óxido nitroso, o plomo y otros metales pesados. La causa de ello es la inhibición de la actividad de alguna de las enzimas de la biosíntesis del hemo, a diferencia de las porfirias primarias, que se deben a las bajas concentraciones enzimáticas. Dentro de este grupo encontramos la tirosinemia, la intoxicación por plomo, el alcoholismo, quelatos de Zn, ferropenia. PORFIRIAS. Déficit de porfobilinógeno-sintasa. Es una enfermedad muy rara y la más recientemente descrita, con un patrón de herencia autosómico recesivo. La enzima humana tiene cuatro lugares catalíticos cada uno con un átomo de Zn que protege los grupos sulfhidrilos importantes. El Pb puede desplazar al Zn, por lo que la valoración de esta actividad enzimática es un buen índice de exposición al Pb. Además se distinguen electroforéticamente tres formas enzimáticas que aparecen con diferentes frecuencias (80%, 18%, 1%)y ello comporta una susceptibilidad diferente a la intoxicación por Pb. Los pacientes heterocigotos(50% actividad) son prácticamente asintomáticos y el polimorfismo del enzima es responsable de las diferencias que existen en cuanto a los síntomas clínicos(neurológicos) de los homocigotos(2% actividad): neuropatía, dolor abdominal. Las intoxicaciones por etanol, plomo o hierro pueden producir porfirias adquiridas por inhibición de la enzima, al igual que en la tirosinemia, debido a que se forma succinilacetona, análogo estructural del ALA. Aumenta notablemente la excreción de ALA y coproporfirina III en orina y se observan concentraciones eritrocitarias elevadas de protoporfirina IX. El tratamiento es semejante al de la PAI, que veremos a continuación. Porfiria aguda intermitente. Resulta del déficit de hidriximetilbilano-sintasa y su patrón de herencia es autosómico dominante. Esta porfiria es más frecuente en mujeres y suele aparecer tras la pubertad. La mayoria de los heterocigotos son asintomáticos a menos que se encuentren expuestos a factores tales cómo los esteroides gonadales, fármacos porfirogénicos y dietas pobres en calorias o periodos de ayuno, por tanto se trata de una enfemedad ecogénica. Los síntomas neurológicos se concretan, sobre todo, en el dolor abdominal aunque también se observan neuropatías motoras. Parece ser que esta fue la enfermedad que sufrió Van Gogh, quién la adquirió a causa del contacto habitual con los diferentes componentes de sus útiles de pinturas. En esta porfiria se eliminan grandes cantidades de PBG y ALA en la orina. Sin embargo, el diagnóstico definitivo requiere de la determinación de la actividad del enzima HMB-sintasa, también llamada PBG-desaminasa, en los eritrocitos. El tratamiento de los ataques agudos consiste en analgésicos narcóticos para el dolor abdominal y fenotiacinas para las náuseas, los vómitos, la ansiedad y la inquietud. Además para reducir la eliminación del precursor de la porfirina y conseguir una recuperación más rápida se emplea el hem intravenoso, en forma de hematina, hemalbúmina o hem-arginato. Porfiria eritropoyética congénita. También llamada enfermedad de Günther, sigue un patrón autosómico recesivo y el defecto básico consiste en la deficiencia de la uroporfirinógeno III-sintasa. Como ya hemos dicho en ausencia del enzima se produce una ciclación espontánea a uroporfirinógeno I, quien no conduce a la formación del grupo hemo. Sin embargo al ser su concentración mayor que la de la enzima anterior, el producto mayoritario es el uroporfirinógeno III. Los enfermos presentan anemia hemolítica (por formación de cristales intraeritrocitarios de porfirinas) y una fotosensibilidad cutánea característica, sobre todo a la luz solar (ampollas y vesículas, engrosamiento de la piel con hipo e hiperpigmentación, e hipertricosis en la cara).Las porfirinas se depositan en los dientes y en los huesos y como consecuencia los dientes son de color marrón rojizo y fluorescentes a la luz ultravioleta de mayor longitud de onda. Por esto se la ha relacionado con situaciones aparentes de vampirismo. Suele presentarse en el periodo neonatal y se puede detectar en la vida intrauterina al medir porfirinas en el líquido amniótico o la actividad del enzima en las células amnióticas, en familias de riesgo. Los pacientes tienen en la orina concentraciones elevadas de porfirinas, sobre todo de la uroporfirina I. Como tratamiento las tranfusiones de sangre son capaces de suprimir la eritropoyesis pero con la complicación de posible sobrecarga de hierro. La esplenectomía puede reducir la hemólisis. Porfiria cutánea tarda. Es la forma de porfiria más frecuente, aparece en la edad media y adulta, y es más común en hombres que en mujeres. El déficit de uroporfirinógeno-descarboxilasa comprende un conjunto de patologias adquiridas o esporádicas (tipo I) y heredadas (tipos II y III) I. Se debe a la disminución de la actividad enzimática en el hígado, pero en los eritrocitos es normal. Es la más común. II. Disminución de la actividad enzimática en el hígado y en los eritrocitos, siguiendo un patrón de herencia autosómico dominante. III. El déficit hereditario del enzima se limita al hígado. Los síntomas principales consisten en fotosensibilidad, sin alteraciones neurológicas. Los factores que contribuyen al desarrollo de la enfermedad son el exceso de alcohol, los estrógenos, el hierro y los compuestos organoclorados. Las porfirinas se encuentran aumentadas en hígado, plasma, orina y heces. Las porfirinas urinarias son fundamentalmente uroporfirina, 7-carboxilato porfirina y una porfirna anómala denominada isocoproporfirina, que se halla en heces, plasma y orina. Se le asocia últimamente a infecciones por el virus de la hepatitis C y al SIDA. Además, hay estudios que revelan que la frecuencia de mutaciones en el gen asociado con la hemocromatosis (HFE) es más alta en pacientes con PCT que en la población general. Se pueden conseguir mejorías con flebotomías para reducir el hierro hepático (sangrías).También se puede tratar con cloroquina e hidroxicloroquina, que forman complejos con las porfirinas y favorecen su excreción. Porfiria hepatoeritropoyética. Se trata de un déficit de la URO-descarboxilasa, como la PCT, pero de tipo autosómico recesivo. Desde el punto de vista clínico es idéntica a la PEC y se acompaña de los mismos síntomas, pero el exceso de producción de porfirinas tiene lugar, además de en la médula ósea, en el hígado. Coproporfiria hereditaria. La enzima deficiente es la coproporfirinógeno-oxidasa y el patrón de herencia es autosómico dominante. Este enzima se encuentra en el espacio intermembrana de la mitocondria y da lugar al protoporfirinógeno IX, un derivado poco hidrosoluble. Los pacientes presentan síntomas neuroviscerales y fotosensibilidad cutánea. Los ataques se ven favorecidos por determinados fármacos (barbitúricos, anticonceptivos orales) y situaciones como la gestación, factores que ocasionan los ataques agudos de la PAI. En estos pacientes las coproporfirinas se encuentran aumentadas en heces, orina y bilis. Porfiria variegada. Se debe al déficit de actividad de la protoporfirinógeno-oxidasa y se hereda como rasgo autosómico dominante. Es especialmente frecuente en Sudáfrica, donde 3/1000 blancos la presentan, la mayoría descendientes de una familia de emigrantes holandesa. Sin embargo, la incidencia habitual es de 1/100.000. La porfirina sintetizada gracias a la PROTO-oxidasa es una forma oxidada, a diferencia de los porfirinógenos anteriores de la ruta, que son moléculas reducidas. Cursa con una hepatopatía y se trata de una porfiria mixta, es decir, los enfermos presentan síntomas neurológicos, fotosensibilidad o ambas situaciones. Los enfermos presentan una excreción elevada de protoporfirinas y coproporfirinas en heces, donde sufren transformaciones por las bacterias, por lo que el diagnóstico se hace preferentemente en la bilis. En los ataques agudos se encuentran aumentados en orina el ALA y el PBG. Los ataques agudos se tratan con hematina. Protoporfiria eritropoyética. Enfermedad autosómica dominante debida a la disminución de la actividad de la ferroquelatasa. Es la porfiria eritropoyética más frecuente. La enzima puede utilizar como sustratos alternativos al Fe(II), el Co(II) y el Zn(II), quien se encuentra a altas concentraciones en el eritroblasto en desarrollo. Por ello, la valoración de protoporfirina-Zn es un índice de la disponibilidad de hierro en estas células, y se encuentra elevado en las intoxicaciones por plomo y en las anemias. La fotosensibilidad es leve (quemaduras, prurito, edemas) y la hemólisis ligera o ausente. Pero en ocasiones el daño hepático es grave y progresivo. Se detectan altas concentraciones de protoporfirina IX en sangre, bilis y heces. Se puede reducir la fotosensibilidad con betacarotenos. Anemia sideroblástica ligada a X. Es consecuencia del déficit de actividad de la forma eritroide de la ALA-sintasa. Esta enzima es la que determina la velocidad de síntesis del grupo hemo, tiene el piridoxal fosfato actuando como cofactor y está sujeta a regulación negativa por el grupo hemo. Las isoenzimas de la ALA-sintasa, están codificadas por dos genes diferentes, uno es ubícuo, expresándose en todos los tejidos y el otro es específico de las células eritroides y se encuentra en el cromosoma X. La isoenzima eritroide es esencial para sintetizar al hemo destinado a la formación de hemoglobina, mientras que la isoenzima hepática es responsable de la producción del hemo necesario como cofactor para las enzimas dependientes del citocromo P450.De hecho, el etanol, los barbitúricos y algunos anticonvulsivos, al metabolizarse mediante el citocromo P450, se comportan como agentes porfirogénicos. En este paso no se acumulan productos intermedios porfirínicos, por lo que no se considera una verdadera porfiria. Sin embargo, los tratamientos de algunas porfirias se dirigen contra esta enzima, con inhibidores como la hemina o el hem-arginato. Los varones con esta enfermedad presentan eritropoyesis ineficaz, anemia hemolítica, palidez y debilidad. La anemia grave puede responder a tratamientos con piridoxina TÉCNICAS ANALÍTICAS. Un estudio completo de laboratorio de cualquier porfiria se inicia normalmente con pruebas selectivas de porfirinas o de sus precursores, ALA y PBG, en la orina, heces y sangre. Debido a su estructura, anillo de tetrapirrol con un sistema de dobles enlaces conjugados, las porfirinas muestran una intensa banda de absorción cerca de 400nm, conocida como la banda de Soret. Cuando se irradian con luz de esta longitud de onda, las porfirinas libres muestran una intensa fluorescencia de color rojo, propiedad que permite su detección y cuantificación en el laboratorio. La diferencia de solubilidad de las moléculas es importante para seleccionar el especímen a analizar. De hecho el PBG y la uroporfirina se excretan principalmente en la orina, mientras que las protoporfirinas lo hacen exclusivamente en la bilis y, por tanto, aparecen en las heces. ALA y PBG El procedimiento más utilizado fue introducido por Watson y consiste en que el PBG se condensa con el reactivo de Ehrlich ( p-dimetil-aminobenzaldehido ) para formar un complejo de color magenta. Para el estudio del porfobilinógeno, la muestra de orina debe mantenerse a ph neutro y protegerse de la luz (en orina de 24h, 5g de carbonato cálcico, frasco oscuro y ajustar a pH 9 con NaHCO3). El ácido delta-aminolevulínico es inestable al menos que se acidifique la orina (en orina de 24h, 10ml de ácido acético glacial, en frasco oscuro y refrigerar). Si es preciso analizar ambas sustancias, es preferible ajustar a un pH próximo a la neutralidad y congelar la parte alícuota de la orina. Porfirinas. El procedimiento general se basa en la extracción de las porfirinas en un disolvente orgánico, seguido por una nueva extracción con HCl. La fluorescencia se lee con una lámpara ultravioleta. Las determinaciones cuantitativas se basan en la extracción y diferenciación con disolventes, seguida de un método espectrofotométrico o fluorimétrico. Recientemente se ha conseguido una mejor resolución del fraccionamiento de las porfirinas por electroforesis o cromatografía en capa fina, después de la extracción, aunque este método presenta el inconveniente de requerir bastante tiempo. Pero con la aparición de la cromatografía líquida de alta presión, se ha conseguido realizar una identificación y cuantificación rápidas de las porfirinas. Además con esta técnica se pueden evitar posibles interferencias en la determinación urinaria de las porfirinas. Un ejemplo sería el caso de las quinolonas de segunda generación, que presentan un espectro de emisión de fluorescencia próximo al de las porfirinas (600nm) y esto puede dar lugar a falsos positivos. La HPLC (cromatografía líquida de alta presión) permite separar estas quinolonas (ofloxacino) de las porfirinas urinarias por tener diferentes tiempos de elución. Las muestras de orina para cuantificar porfirinas deben recogerse en recipiente de cristal oscuro que contenga 5g de carbonato sódico para una muestra de 24h. En las porfirias la orina puede ser normal, de color rojo o púrpura. En la PEC y PCT es habitualmente roja. En la PAI es normal pero se torna de color marrón al dejarla reposar y en la porfirinuria del saturnismo, la orina tiene un color normal. Las porfirinas fecales pueden determinarse cuantitativamente mediante extracción con ácidos, seguida del estudio con luz UV. En la protoporfiria las muestras fecales pueden presentar fluorescencia debido a su elevado contenido en protoporfirina. Existen también ensayos sobre porfirinas plasmáticas que parecen ser útiles en el manejo de la PCT. PORFIRIA HERENCIA PORFIRINA/PRECURSOR EXCRETADOS RUTA TEJIDO Déficit de PBG-sintasa Recesiva ALA, Coproporfirina III Orina Hepático Porfiria aguda intermitente Dominante ALA, PBG Orina Hepático Porfiria eritropoyética congénita Recesiva Uroporfirina I Orina Eritropoyético Porfiria cutanea tardía Dominante Uroporfirina I y III Orina Hepático Coproporfiria hereditaria Dominante ALA, PBG Coproporfirina III Orina Heces Hepático Porfiria variegata Dominante ALA , PBG Coproporfirina III Protoporfirina IX Orina Heces Hepático Protoporfiria eritropoyética Dominante Protoporfirina IX Heces Eritropoyético
