Tema 17. Degradacion de aminoacidos

Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea. Origen del nitrógeno de la urea. Transaminasas. Glutaminasa. Glutamato dehidrogenasa. Glutamina sintetasa. Ciclo de la glucosa-­‐alanina. Ciclo de la urea. Regulación del ciclo de la urea. Rutas de degradación y des:no de las cadenas de los aminoácidos. Coenzimas transportadoras de restos monocarbonados. Aminoácidos glucogénicos y cetogénicos. Des:nos metabólicos de los aminoácidos. Degradación de la fenilalanina. Fenilcetonuria, :rosinemias, alcaptonuria. Degradación de aminoácidos de cadenas ramificadas. Patología asociada. Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Moléculas de excreción del amoníaco/amonio en animales terrestres 1. 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 neutra, permeable a membranas. Formas de excreción de amonio en animales terrestres. Urea Ácido úrico Mamíferos, :burones. Rep:les, aves. Friedrich Wöhler (1800-­‐1882) Sinte\zó por primera vez una molécula considerada «orgánica» como la urea a par:r de moléculas «inorgánicas» (cianuro potásico y sulfato amónico). Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Catabolismo de aminoácidos Proteína intracelular DEGRADACION DE PROTEÍNAS Proteína de la dieta SÍNTESIS DE PROTEÍNAS (TRADUCCIÓN) Aminoácidos DIGESTIÓN NH4+ Esqueletos carbonados Biosíntesis de AA, nucleó:dos y otras aminas biológicas α-­‐cetoácidos Carbamil-­‐fosfato Ace:l-­‐CoA Asp CICLO DE LA UREA Urea (producto de excreción del nitrógeno). CICLO DE KREBS Fumarato co2 Oxalacetato GLUCONEO-­‐ GÉNESIS Glucosa Javier León Serrano Cuerpos cetónicos Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea 1. El amonio (-­‐> NH3) es tóxico, sobre todo para el tejido nervioso. 2. El amonio se convierte en urea en el hígado.  El amonio se ha de transportar al hígado en una forma dis:nta de NH4+ AA  Glu  Gln y Ala SANGRE  NH4+  Urea Gln y Ala TEJIDOS HÍGADO Enzimas clave del metabolismo del grupo amino • Transaminasas o aminotransferasas: pueden transferir grupos aminos entre aminoácidos. • Glutaminasa: genera NH4+ y glutamato a par:r de Gln. • Glutamato dehidrogenasa: produce NH4+ y α-­‐CG a par:r de Glu en una reacción de desaminación oxida:va. En hígado. Reversible. • Glutamina sintetasa: incorpora NH4+ en Glutamato. CINCO ENZIMAS DEL CICLO DE LA UREA: •  La Carbamil-­‐fosfato sintetasa: condensa CO2 y NH4+ para dar carbamil-­‐fosfato. Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Reacciones bioquímicas que generan amonio 1.  Aminotransferasas + glutamato dehidrogenasa (GDH) NH3+ Aminotransferasas R-­‐CH + α-­‐CG α-­‐ceto-­‐AA + Glu (suelen usar α-­‐CG y son COO– específicas para el AA) Glutamato dehidrogenasa Glu + NAD+ α-­‐CG + NADH+ + NH4+ (deaminación oxida:va) 3. Glutaminasa Menos importantes Gln + H2O Glu + NH4+ 4.  Desaminación directa (Ser-­‐dehidratasa y Thr dehidratasa) Ser Piruvato + NH4+ Thr α-­‐cetobu:rato + NH4+ 5.  Aminoácido oxidasa AA + O2 + H2O α-­‐cetoAA + H2O2 + NH4+ Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Reacciones de transaminación: aminotransferasas, transaminasas Aminotransferasa + o transaminasas O NH3 NH3+ O H — C — COO– + C — COO– R1 R2 C ― COO– + H ― C ― COO– R1 R2 CH2OH H H Piridoxina (Vit B6) H NH2 O C H CH2 H H –2O
3P H –2O
Fosfato de Piridoxal (PLP) 3P Fosfato de Piridoxamina (PMP) Grupo prosté:co de las transaminasas, unido covalentemente a una Lys del centro ac:vo. Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Mecanismo enzimádco de las aminotransferasas es del dpo “ping-­‐pong” H2O ENZ-­‐PLP-­‐C R1 + N H ENZ-­‐PLP-­‐C O Aminoácido 1 C H COO– α-­‐Cetoácido 1 ENZ-­‐PMP-­‐C NH2 α-­‐Cetoglutarato Glutamato CH2 ― CH2 ― COO– ENZ-­‐PLP-­‐C H O ENZ-­‐PMP-­‐C-­‐ NH2 O C H CH2 H –2O
+ N C ― COO– H H 3P Fosfato de Piridoxal (PLP) H H –2O
3P Fosfato de Piridoxamina (PMP) Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Hay dos transaminasas que informan de la salud del hígado y corazón Ala + α-­‐cetoglutarato GPT / ALT Piruvato + Glutamato GPT: Glutamato-­‐Piruvato Transaminasa = ALT: Alanina Transaminasa. Más específica de daño hepá:co. GOT / AST Asp + α-­‐cetoglutarato Oxalacetato + Glutamato GOT: Glutamato-­‐Oxalacetato Transaminasa = AST: Aspartato Transaminasa. Valores normales en sangre: 2-­‐40 mU /ml. Puede llegar a 1.000 en casos de hepa::s viral, cirrosis, isquemia cardíaca, hepatotoxicidad. Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Regulación alostérica COO +H
3N -­‐ CH CH2 ADP GTP + – COO NAD(P)+ NAD(P)H + H+ –O + H2O CH2 COO Glutamato Glutamato Dehidrogenasa (GDH) C
CH2 + NH4+ CH2 COO α-­‐ Cetoglutarato (Matriz mitocondrial, hígado, reversible, puede usar NAD+ o NADP+) Suma de las reacciones de aminotransferasas y GDH: Aminoácido + NAD+  α-­‐cetoácido + NH4 (mitoc)+ NADH + H+ UREA H2O NH4+ COO +
H3N CH COO +
H3N CH CH2 Glutamina CH2 H2N C Glutaminasa (Matriz mitocondrial, hígado) O Javier León Serrano CH2 CH2 COO Glutamato Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Glutamina Sintetasa ATP ADP NH4+ Pi CH COO + H3N CH CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 C C COO COO + H3N CH COO +H
3N P O O H2N O Glutamato γ-­‐Glutamil fosfato Glutamina 12 subunidades de x 50 kDa. Citosólica. •  Gln sintetasa (GS) y Glutamato dehidrogenasa (GDH) presentes en todos los organismos. •  GS: citosólica. •  GDH: mitocondrial. •  Glutaminasa en todos los tejidos, más abundante en intes:no, hígado, riñón, cerebro (astrocitos). Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Regulación alostérica de la Gln Sintetasa Glutamato Gly ATP NH4+ – Gln Sintetasa – ADP + Pi Regulación covalente Glutamina AMP CTP Carbamil-­‐fosfato sintetasa II Carbamil-­‐fosfato Nucleóddos de pirimidina Javier León Serrano Ala Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Transporte de N al hígado MAYORÍA DE TEJIDOS NH4+ + ATP Glutamato Glutamina AA Transa-­‐ Gln Sintetasa ADP+ Pi+ H2O minasas α-­‐cetoácido α-­‐Cetoglutarato Gln Sintetasa NH4+ Glutaminasa Glutamato Glutamina NH4+ Glutamato α-­‐Cetoglutarato Glutamato DH NH4+ (INT) CICLO DE LA UREA Glutamina Bacterias Asp Piruvato Alanina Transaminasa OAA Transa-­‐ + minasas GLUCOSA AA Glutamato UREA HÍGADO SANGRE GLUCOSA Glutamina Piruvato Alanina Transaminasas Glutamato α-­‐cetoglutarato Transaminasas Cetoácido Aminoácido Javier León Serrano PROTEÍNAS MÚSCULO Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Transaminasas con marcadores de daño hepádco NH4+ + ATP Glutamato Glutamina AA Transa-­‐ Gln Sintetasa ADP+ Pi+ H2O minasas α-­‐cetoácido α-­‐Cetoglutarato NH4+ Gln Sintetasa Glutaminasa Glutamato Glutamina NH4+ Glutamato α-­‐Cetoglutarato Glutamato DH NH4+ (INT) Bacterias CICLO DE LA UREA Glutamina Asp Piruvato Alanina Transaminasa OAA Transa-­‐ + minasas GLUCOSA AA Glutamato Ala + α-­‐cetoglutarato GPT / ALT Piruvato + Glutamato GPT: Glutamato-­‐Piruvato Transaminasa = ALT: Alanina Transaminasa. Más específica de daño hepá:co. Asp + α-­‐cetoglutarato GOT / AST Oxalacetato + Glutamato Javier León Serrano MAYORÍA DE TEJIDOS UREA HÍGADO Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Ciclo de la glucosa-­‐alanina Asp Transaminasa α-­‐Cetoglutarato NH4+ Glutamato α-­‐Cetoglutarato Glutamato DH CICLO DE LA UREA UREA Transaminasa Piruvato ALANINA HÍGADO Gluconeogénesis GLUCOSA SANGRE GLUCOSA Piruvato ALANINA Glucólisis Transaminasa Glutamato α-­‐ cetoglutarato MÚSCULO PROTEÍNAS Transaminasa Cetoácido Aminoácido Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Posibles causas de la toxicidad del amonio Concentración de amonio en sangre: 30-­‐60 µM. Supone el 2-­‐3% del nitrogéno excretado en orina (85% es urea, 30 g /24 h; el resto crea:nina, crea:na y ácido úrico). •  A concentraciones mayores de amonio (> 0.2 mM): visión borrosa, pérdida de conciencia, letargia, lesiones cerebrales, coma... • El mal funcionamiento del ciclo de la urea, por deficiencia en alguna de sus enzimas o por patología hepá:ca (por ejemplo, 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 Gln sintetasa hacia formación de Gln (ambas enzimas abundantes en tejido nervioso).  Baja la ac:vidad del ciclo de Krebs  Baja la producción de ATP en la neurona. 2) Baja la relación NADH/NAD+  Baja la producción de ATP. NH4+ NH4+ ￬ α-­‐ Cetoglutarato ￬ Glutamato Glutamina Gln Sintetasa + NADH+ + H+ Glutamato DH 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-­‐aminobu:rato (GABA). 4) El exceso de Gln es tóxico para astrocitos. Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea ¿De dónde viene el nitrógeno que entra en el ciclo de la urea?  Uno de los dos nitrógenos de la urea viene del NH4+ libre y el otro del –NH2 del aspartato. 1. Reacciones de transaminación por transaminasas + glutamato dehidrogenasa: NH3+ R -­‐ CH + α-­‐Cetoglutrato (α-­‐CG) α-­‐ceto-­‐AA + Glu COO– Glu + OAA α-­‐CG + Asp GOT / AST Reacción de la glutamato dehidrogenasa (deaminación oxida:va): Glu + NAD+ α-­‐CG + NADH+ + NH4+ 2. Reacción de la glutaminasa: Gln + H2O Glu + NH4+ Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Ciclo de la Urea (1) (Ciclo de la ornidna, Ciclo de Krebs-­‐Henseleit) Carbamil fostato sintetasa I (CPSI, mitocondrial) ¿Por qué se necesitan dos ATPs si sólo hay un fosfato en el carbamil-­‐fosfato? Pi + H+ O– HO C + NH4+ + P 2 ATP O Javier León Serrano NH2 O 2ADP Bicarbonato O C Carbamil-­‐fosfato Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Ciclo de la Urea (2) P O O C NH2 O Carbamil-­‐P CH2 CH2 CH2 Entrada a la mitocondria OrniQna Transcarbamilasa H2N CH COO– Orn C HN H3N+ Pi Ornidna NH2 CH2 CH2 CH2 H2N CH COO– Citrulina itosol
c
l
a
a
Salid
COO– CH2 –OOC Aspartato CH +H
O HN C 3N CH2 COO– NH2 CH COO– NH Arginino-­‐succinato sintetasa CH2 CH2 HN Citrulina NH2+ CH2 CH2 CH2 H2N CH COO– C ATP AMP + PPi CH2 H2N CH COO– Arginin-­‐succinato 2 Pi Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Ciclo de la Urea (3) –OOC –OOC CH2 CH NH COO– C NH2+ HN CH2 CH2 CH2 CH Fumarato HC COO– NH2 HN C CH2 Arginino-­‐Succinato Liasa NH2+ CH2 CH2 H2N CH COO– H2N CH COO– Arginina Arginin-­‐succinato H2O + NH3 CH2 CH2 CH2 H2N CH COO– NH2 + O C NH2 UREA Ornidna Excrección. (No podemos metabolizarla, aunque muchas bacterias :enen ureasa). Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Proteínas de la dieta (Requerimiento: 50-­‐60 g /día para 70 Kg peso) EXCESO DE PROTS. DIETA Otras rutas biosintédcas: •  Glucosa. •  Bases. •  Hormonas. •  etc. Pool de aminoácidos ~ 100 g SÍNTESIS ~ 300 g DEGRADACIÓN ~ 300 g DEGRADACIÓN Y EXCRECIÓN Urea en orina ~ 30-­‐40 g /día Javier León Serrano Proteína dsular Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Composición de la orina 1.  0,5 a 2 L de orina/día. 2.  Urea es el 85-­‐90% del nitrógeno en orina (20-­‐35 g /24 h). 3.  Amonio es 2-­‐3% (0,7-­‐1 g). 4.  El resto de compuestos nitrogenados (10%): amonio, crea:nina, ácido úrico. 5.  Componentes nitrogenados: Urea (20-­‐35 g /24 h) >> NH4+ > crea:nina > > úrico >> otros componentes orgánicos no nitrogenados*. * Componentes no nitrogenados de la orina: *Aminoácidos (1-­‐3 g) >> cuerpos cetónicos, glucosa, proteínas (muy poco). Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Moléculas de excrección del nitrógeno procedente del catabolismo Urea N2COH4 Amonio, NH4+ Orn  Citrulina  Arg  Urea Ácido úrico N4C5O3H4 Orn  Citrulina  Arg Lehning CHEMIST
BIO
er RY Urea N2COH4 Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Balance del ciclo de la urea Carbamil-­‐fosfato Sintetasa I Carbamil-­‐P 2AT
P Orni:na HCO3– + NH4+ Urea Orni:na Arginasa H O Arginina 2
Arg-­‐succinato Fumarato liasa Arginin-­‐Succinato ATP Arg-­‐succinato sintetasa Citrulina Aspartato OrniQna transcarbamilasa Citrulina Mitocondria Citosol BALANCE (sin tener en cuenta el fumarato) NH4+ + HCO3– + Asp + 3ATP4– + H2O   urea + fumarato + 2ADP3– + 2Pi + PPi + AMP2– + 5H+ 2 Pi + H2O  se gastan 4 ATPs en total por urea. Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Relaciones entre el ciclo de la urea y el ciclo de los ácidos tricarboxílicos (1) AMINOÁCIDOS +NH
MITO-­‐CONDRIA Aspartato 4 CO2 Carbamil-­‐P Orni:na α-­‐cetoglutarato Glutamato Citrulina UREA Aspartato Oxalacetato 3 Oxalacetato Arginin-­‐ Succinato NADH 2 Malato Arginina Fumarato 1 H2O UREA 1 Fumarasa: isozimas citosólica y mitocondrial. 2 Malato dehidrogenasa: isozimas citosólica y mitocondrial. Malato + NAD+  OAA + NADH + H+ ; NADH  2,5 ATPs BALANCE GLOBAL DE LA SÍNTESIS DE UREA = 4 -­‐ 2,5 = 1,5 ATP 3 GOT/AST aminotransferase. Javier León Serrano Malato Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Relaciones entre el ciclo de la urea y el ciclo de los ácidos tricarboxílicos (2) Aspartato α-­‐ceto-­‐Glu Aspartato 3 3 Glu Ace:l-­‐CoA Oxalacetato CICLO UREA Citrato NADH 2 Isocitrato Oxalacetato 2 Malato NADH CO2 Malato 1 1 H2O Fumarato CICLO DE KREBS H2O a-­‐Cetoglutarato CO2 Fumarato Succinil-­‐CoA Succinato 1 Fumarasa: isozimas citosólica y mitocondrial. 2 Malato dehidrogenasa: isozimas citosólica y mitocondrial. 3 GOT/AST aminotransferase. Lanzadera Aspartato-­‐Malato. Ciclo de Krebs-­‐TCA. Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Regulación del ciclo de la urea •  Inducción de enzimas por dieta rica en proteína. •  Regulación alostérica de la CPSI. AcedlCoA O CH3 C SCoA COO– Arginina CH2 + N-­‐ AceQl-­‐Glutamato Sintasa CH2 CH2 H2N CH COO– Glutamato COO– O CH2 CH3 C HN CH COO– N-­‐ Acedl-­‐ Glutamato HS-­‐CoA + O HCO3– + NH4+ CPS-­‐I H2N C O P Carbamil-­‐fosfato 2ATP 2ADP + Pi Javier León Serrano Urea Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea El ciclo de la urea está compardmentalizado en la célula y en el hígado HCO3– + NH4+ Urea Orni:na Arginasa H O Arginina 2
Arg-­‐succinato Fumarato liasa Arginin-­‐Succinato ATP Arg-­‐succinato sintetasa Citrulina Aspartato Citosol SANGRE portal (del intes:no). Gln  Glu + NH4+ NH4+  urea Carbamil-­‐fosfato Sintetasa I Carbamil-­‐P 2ATP Orni:na OrniQna transcarbamilasa Citrulina Mitocondria Glutamina sintetasa Glutaminasa Ciclo urea Glu + NH4+  Gln SANGRE (al resto de tejidos). Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Enfermedades metabólicas del ciclo de la urea Nombre Déficit enzimádco Otras caracterísdcas 1) Deficiencia en CPS (Hiperamonemia I) CPS I Glicina en plasma aumentada. 2) Deficiencia en OTC (Hiperamonemia :po II) Orn Transcarbamilasa (OTC) Glutaminia en plasma aumentada Ligada al X. Retraso mental. 3) Citrulinemia 4) Arginino succinato aciduria 5) Argininemia Arginino succinato sintetasa Gln y Citrulina aumentadas en plasma. Citrulina en orina aumentada. Rara. Arginino succinato liasa Arginin-­‐ succinato en plasma y orina. Rara. Arginasa HCO3– + NH4+ Urea Orni:na Arginasa Arginina Arginina elevada en plasma. H2O Arg-­‐succinato liasa Arginin-­‐Succinato ATP Arg-­‐succinato sintetasa Citrulina Aspartato Citosol Fumarato Javier León Serrano Carbamil-­‐fosfato Sintetasa I Carbamil-­‐P 2ATP Orni:na OrniQna transcarbamilasa Citrulina Mitocondria Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Catabolismo de los esqueletos carbonados de los aminoácidos Glucógeno Pentosas-­‐ -­‐fosfato Glucosa Gly, Ala, Ser Cys, Trp Ácidos Grasos Ace:l CoA Piruvato Asn, Asp Phe, Tyr Val, Ile, Thr, Met Malato OAA Fumarato Succinato Cetogénicos y glucogénicos: Ile, Phe, Tyr, Trp Sólo glucogénicos: Gly, Ala, Val, Pro, Ser, Thr Cys, Met, Asp, Asn, Glu, Gln His, Arg Sólo cetogénicos: Leu, Lys Lys, Leu Ile, Phe, Tyr, Trp Citrato Ciclo de Krebs Succinil-­‐CoA Isocitrato α-­‐ceto-­‐glutarato Glu NADH + CO2 + H2O Javier León Serrano Arg, His, Gln, Pro Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Transportadores de restos monocarbonados: 1) Biodna H N O = C N CO2 NH2 Bio:na: Cofactor transportador de carboxilos. COO– Lys ENZIMA La bio:na es la coenzima de enzimas (carboxilasas) importantes: Propionil-­‐CoA carboxilasa: Propionil-­‐CoA  D-­‐me:lmalonil-­‐CoA (catabolismo de Val, Ile, Met, Thr y de ácidos grasos impares). Piruvato carboxilas: Piruvato  Oxalacetato (Gluconeogénesis). AceQl-­‐CoA carboxilasa: Ace:l-­‐CoA  Malonil-­‐CoA (síntesis de AG). Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Transportadores de restos monocarbonados: 2) Tetrahidrofolato El tetrahidrofolato es un transportador de fragmentos monocarbonados con diferentes estados de oxidación del átomo de carbono. 1 5 10 Pteridina P-­‐ aminobenzoato H N H 5 N H H CH2 H CH2 CH3 10 N H N5-­‐me:l-­‐tetrahidrofolato (poco usado) N H transfiere – CH3 Tetrahidrofolato (THF, FH4) H N H N 5 Glutamato H CH2 CH2 CH2 10 N H N5,N10-­‐me:lén-­‐tetrahidrofolato N transfiere – CH2– OH Dihidrofolato (DHF, FH2) H CH2 CH2 H N CH N transfiere N5,N10-­‐metenil-­‐tetrahidrofolato C O H N10-­‐formil-­‐ tetrahidrofolato CH2 C O Javier León Serrano HN H N5-­‐formil-­‐tetrahidrofolato transfiere – C = O H Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Transportadores de restos monocarbonados: 3) S-­‐adenosilmedonina, AdoMet COO + H3N CH CH2 CH2 + S CH2 P P CH3 P Medonina OH OH ATP MeQonina adenosil transferasa PPi + Pi R R-­‐CH3 COO + H3N CH CH2 CH2 CH2 CH2 + S COO + H3N CH CH2 CH3 S CH2 Varias MeQl-­‐transferasas OH OH OH OH S-­‐Adenosil me:onina (AdoMet): transfiere me:los. Javier León Serrano S-­‐Adenosil homocisteína Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Transportadores de restos monocarbonados: 4) Cobalamina Catabolismo AA y AG Síntesis 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 par:cipan en dos rutas del metabolismo humano. Dorothy Crowfoot Hodgkin (1910-­‐1994). Premio Nobel de Química en 1964. «For her determina:ons by X-­‐ray techniques of the structures of important biochemical substances» (sobre todo Penicilina y Vit. B12). Berg, Tymoczko and Stryer. Biochemistry, 7ª ed. W.H. Freeman, 2011. Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Regeneración de AdoMet (requiere Medl-­‐cobalamina) COO + H3N CH COO– + H3N CH CH2 R R-­‐CH3 CH2 CH2 + S CH2 S CH2 CH2 Varias MeQl-­‐transferasas CH3 OH OH OH OH S-­‐Adenosil medonina (AdoMet) PPi + Pi S-­‐Adenosil homocisteína MeQonina adenosil transferasa ATP COO + H3N CH S CH2 MeQonina Sintasa CH3 Medonina H CH2 CH3 N H Vit B12 Adenosina COO + H3N CH CH2 CH2 H2O AdoMet hidrolasa Cobalamina Medl-­‐Cobalamina 5N-­‐me:l-­‐THF Javier León Serrano THF (Tetrahidrofolato) CH2 SH Homocisteína Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Fase final de la degradación de Trp, Ile, Val y Met (requiere 5’deoxiadenosil-­‐cobalamina) Val Ile Thr Met Propionil-­‐CoA CH3 — CH2 — C — SCoA O ATP + CO2 Propionil-­‐CoA carboxilasa (BioQna) ADP + Pi CH3 D-­‐Medl-­‐malonil-­‐CoA –OOC — CH — C — SCoA O MeQl-­‐malonil-­‐CoA epimerasa –OOC — CH — C — SCoA L –Medl-­‐malonil-­‐CoA CH3 O Me?l-­‐malonil-­‐CoA mutasa (5’ Deoxiadenosil-­‐Cobalamina) –OOC — CH
2 — CH2 — C — SCoA Succinil-­‐CoA O Javier León Serrano AG de cadena impar Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Vitaminas y metabolismo Más relacionados con el metabolismo de glúcidos. Más relacionados con el metabolismo de aminoácidos. Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Cinco aminoácidos se degradan a piruvato Glucógeno Fosfatos de pentosa Ácidos Grasos Glucosa Gly, Ala, Ser Cys, Trp Ace:l CoA Piruvato OAA Asn, Asp Asn, Phe, Tyr Val, Ile, Thr, Met Lys, Leu Ile, Phe, Tyr, Trp Malato Fumarato Succinato Citrato Ciclo de Krebs Succinil-­‐CoA Isocitrato α-­‐ceto-­‐glutarato Glu NADH + CO2 + H2O Javier León Serrano Arg, His, Gln, Pro Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Cinco aminoácidos se degradan a piruvato Ser COO– | C = O | CH3 PLP COO– Serina deshidratasa | H2N — CH | CH2 — OH H2O NH4 Gly NAD+ COO– | CH2 | NH3+ 4 reacciones PLP Cys N5N10 me:len-­‐ tetrahidrofolato Acetoace:l-­‐CoA THF N5,N10-­‐me:lén-­‐tetrahidrofolato Glicina sintasa* H CH2 N5,N10-­‐me:len-­‐ NADH + H+ HCO3– + NH4+ tetrahidrofolato Ala Piruvato THF Serina hidroximeQl transferasa Transaminasaminas. (P.e.: ALT) CH2 N H *Glicina sintasa = Enzima de rotura de glicina. Javier León Serrano 9 reacciones Trp Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Cinco* aminoácidos se degradan a α-­‐cetoglutarato Glucógeno Fosfatos de pentosa Glucosa Gly, Ala, Ser Cys, Trp Ácidos Grasos Piruvato Asn, Asp Asn, Phe, Tyr Val, Ile, Thr, Met Lys, Leu Ile, Phe, Tyr, Trp Ace:l CoA Malato OAA Fumarato Succinato Citrato Ciclo de Krebs Succinil-­‐CoA Isocitrato α-­‐ceto-­‐glutarato Glu NADH + CO2 + H2O * Seis con la Orn.
Javier León Serrano Arg, His, Gln, Pro Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Asn y Asp se degradan a oxalacetato Glucógeno Fosfatos de pentosa Ácidos Grasos Glucosa Gly, Ala, Ser Cys, Trp Piruvato Ace:l CoA Asn, Asp Asn, Phe, Tyr Val, Ile, Thr, Met Lys, Leu Ile, Phe, Tyr, Trp Malato OAA Fumarato Succinato Citrato Ciclo de Krebs Succinil-­‐CoA Isocitrato α-­‐ceto-­‐glutarato Glu NADH + CO2 + H2O Javier León Serrano Arg, His, Gln, Pro Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Asn y Asp se degradan a oxalacetato H2O COO + H3N CH Asn CH2 H2N C NH4+ α-­‐KG Glu Asp Asparaginasa Oxalacetato Transaminasa O Javier León Serrano COO– C O CH2 COO– Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Cuatro aminoácidos se degradan a succinil-­‐CoA Glucógeno Fosfatos de pentosa Ácidos Grasos Glucosa Gly, Ala, Ser Cys, Trp Ace:l CoA Piruvato Asn, Asp Asn, Phe, Tyr Lys, Leu Ile, Phe, Tyr, Trp Malato OAA Fumarato Succinato Val, Ile, Thr, Met Citrato Ciclo de Krebs Succinil-­‐CoA Isocitrato α-­‐ceto-­‐glutarato Glu NADH + CO2 + H2O Javier León Serrano Arg, His, Gln, Pro Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Cuatro aminoácidos se degradan a succinil-­‐CoA Met 5 reacciones CH3 – CH2 – CO – COO– α-­‐cetobu:rato NH4 H2O Thr deshidratasa (PLP) Val 7 reacciones CH3 – CH2 – CO – S – CoA Propionil-­‐CoA CO2 CH3 –OOC — CH — C — SCoA –OOC — CH
2 — CH2 — C — SCoA O Bio:na Me:l-­‐ malonil-­‐CoA O Succinil-­‐CoA 6 reacciones Ace:l-­‐CoA Thr Ile Desaminación directa (Ser-­‐dehidratasa y Thr dehidratasa) Ser Piruvato + NH4+ Thr α-­‐cetobu:rato + NH4+ Thr deshidratasa Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Fase final de la degradación de Met, Trp, Ile, Val (pero no Leu) Val, Ile, Thr, Met Propionil-­‐CoA CH3 — CH2 — C — SCoA O ATP + CO2 Propionil-­‐CoA carboxilasa (BioQna) ADP + Pi CH3 –OOC — CH — C — SCoA D-­‐Medl-­‐malonil-­‐CoA O MeQl-­‐malonil-­‐CoA epimerasa –OOC — CH — C — SCoA L –Medl-­‐malonil-­‐CoA CH3 O Me?l-­‐malonil-­‐CoA mutasa (5’ Deoxiadenosil-­‐Cobalamina) –OOC — CH
2 — CH2 — C — SCoA O Javier León Serrano Succinil-­‐CoA AG impares Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Resumen de las reacciones en las que interviene la cobalamina a) Síntesis de Met y regeneración de AdoMet R S-­‐Adenosil me:onina (AdoMet) PPi + Pi MeQonina Sintasa Me:onina COO + H3N CH Cobalamina CH2 CH2 Homocisteína Medl-­‐ Cobalamina COO + H3N CH CH2 CH2 S 5N-­‐me:l-­‐THF CH3 THF ( Depleccion de Me:l-­‐H4folato si ausencia d B12) b) Degradación de propionil-­‐CoA CH3 — CH2 — CO — SCoA CH3 –OOC — CH — CO — SCoA –OOC — CH — CO — SCoA CH3 –OOC — CH
AdoMet hidrolasa R-­‐CH3 MeQonina adenosil transferasa ATP S-­‐Adenosil homocisteína 2 — CH2 — CO — SCoA Succinil CoA Ácidos grasos impares Propionil CoA D-­‐Me:l Malonil CoA L -­‐Me:l Malonil CoA MeQl Malonil CoA Mutasa 5’ Desoxiadenosil-­‐Cobalamina Javier León Serrano Val, Ile, Thr, Met SH Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Seis aminoácidos se degradan a acedl-­‐CoA Glucógeno Fosfatos de pentosa Glucosa Lys, Leu Phe, Tyr, Trp Ile Trp Leu Ácidos Grasos Acetoace:l-­‐CoA Gly, Ala, Ser Cys, Trp Ace:l CoA Piruvato Asn, Asp Asn, Phe, Tyr Val, Ile, Thr, Met Malato Citrato OAA Fumarato Succinato Tiolasa Ciclo de Krebs Succinil-­‐CoA Isocitrato α-­‐ceto-­‐glutarato Glu NADH + CO2 + H2O Javier León Serrano Arg, His, Gln, Pro Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Seis aminoácidos se degradan a acedl-­‐CoA Lys Trp Leu 9 reacciones Ala Piruvato Phe 5 reacciones 6 reacciones 14 reacciones Aceto-­‐acetato Fumarato Aceto-­‐ace:l-­‐CoA Ile Val 6 reacciones Tyr 5 enfermedades gené:cas. Ace:l-­‐CoA Succinil-­‐CoA Propionil-­‐CoA Enfermedad gené:ca común al catabolismo de Val, Ile y Leu. Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Degradación de la fenilalanina y drosina (1) NAD+ + H+ + O2 Tetrahidro-­‐ biopterina NH2 CH2 — CH — COO– NADH + H2O NH2 CH2 — CH — COO– HO
Fenilalanina hidroxilasa (Reacción irreversible) Fenilalanina Tirosina La Dihidrobiopterina es un coenzima de las oxidasas de función mixta Dihidrobiopterina reductasa NAD+ H 2 N N H N O H N N H NADH + H+ O H O H 5, 6, 7, 8 Tetrahidrobiopterina 7, 8 Dihidrobiopterina Oxidasa de función mixta NH2 CH2— CH—COO– NH2 RH CH2 — CH — COO– R-­‐OH O2 H2O HO
Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Fenilcetonuria (PKU) NH2 NH2 CH2 — CH — COO– CH2 — CH — COO– HO
Fenilalanina hidroxilasa Fenilalanina Tirosina Transminasa O CH2 — C — COO– Piruvato Ala Fenilpiruvato (se acumula en sangre y orina). • 1934: Asbjorn Fölling (en Oslo) detecta fenilpiruvato en la orina de dos gemelos con retraso mental. Posteriormente, se encuentran más posi:vos en gemelos, lo que sugiere el carácter gené:co de la enfermedad. • Autosómica recesiva. En la población general la frecuencia es de 1 cada 15.000 habitantes. Unas 20 mutaciones diferentes. • Hasta que se estableció el screening neonatal los enfermos de fenilcetonuria representaban un 1% de los internos de ins:tuciones 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  IQ medio 93%. Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Degradación de fenilalanina y drosina (1) Phe hidroxilasa (Tetrahidrobiopterina) O NH2 CH2 — CH — COO– Phe HO
CH2 — CH — COO– Aminotransferasa HO
αCG Glu Tirosina Fenilcetonuria Tirosinemia II p-­‐Hidroxifenilpiruvato Tirosinemia del recién nacido Dioxigenasa (vitamina C) COO– Cis HC HC Homogensitato oxidasa O C — CH2 — C — CH2 H O O Maleil Acetoacetato Alcaptonuria O HC Ácido Homogen{sico CH3 — C — CH2 — COO– –OOC CH CH2 — COO– O Isomerasa Trans OH
— COO– Fumarilacetato hidrolasa Acetoacetato C — CH2 — C — CH2 — COO– O –OOC Fumaril Acetoacetato CH HC Tirosinemia I (drosinosis) Javier León Serrano COO– Fumarato Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Alcaptonuria Compuesto de color negro Tyr Oxidación espontánea COO– HC O HC C — CH2 — C — CH2 — COO– Oxidasa O CH2 — COO– Maleil Acetoacetato Alcaptonuria Ácido Homogen{sico Nature Genedcs, 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 & Sandago Rodríguez de Córdoba2 1Departamento de Microbiología Molecular. 2Departamento de Inmunología, Centro de Inves:gaciones Biológicas, Consejo Superior de Inves:gaciones Cien\ficas, Velázquez 144, 28006-­‐Madrid, Spain. 3Unidad 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]
Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Resumen de enfermedades del catabolismo de la Phe Fenilalanina Fenilcetonuria (PKU) Tirosina Tirosinemia II Albinismo Melanina p-­‐hidroxifenilpiruvato Tirosinemia transitoria RN Ac. Homogen\sico Alcaptonuria Maleil acetoacetato Fumaril acetoacetato Tirosinemia I Fumarato Acetoacetato Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Enfermedades congénitas de la degradación de aminoácidos ramificados (1) COO + H3N CH COO + H3N CH CH3 — CH CH3 — CH CH2 CH2 CH3 CH3 — CH CH3 Valina CH3 Isoleucina COO C COO + H3N CH Leucina COO O COO O C CH3 — CH CH3 — CH CH3 CH2 C CH3 — CH CO2 NADH+H+ S-­‐CoA C O CH3 — CH CH3 Isobudril CoA CH3 α Ceto β Medl Budrato α CetoIsocaproato α-­‐ Cetoácido ramificado DH = decarboxilasa + transaceQlasa + lipoilDH (complejo similar a PirDH) CoASH NAD+ S-­‐CoA C S-­‐CoA O C CH3 — CH O CH2 CH2 CH3 — CH CH3 CH3 2-­‐Me-­‐ Budril CoA (Músculo, riñón, SNC, tejido adiposo). CH2 CH3 α Cetoisovalerato O Aminoácido ramificado Aminotransferasa. Isovaleril CoA Javier León Serrano Orina en jarabe de arce Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Degradación de aminoácidos alifádcos ramificados (2) Val SCoA O C Ile Leu SCoA SCoA O C O C CH3 — CH CH3 — CH CH2 CH3 CH2 CH3 — CH CH3 Isobudril CoA 2-­‐Medl-­‐Budril CoA FADH2 FADH2 S-­‐CoA O C CH3 — C Isovaleril CoA Complejo Acil-­‐CoA DH (FAD) FADH2 S-­‐CoA C CH3 O CH3 — C CH2 CH S-­‐CoA C O CH3 — C CH3 CH3 Medlacrilil CoA Tiglil CoA β-­‐ Medl crotonill CoA Propionil CoA Ace:l CoA Acetoacetato –OOC — CH
Succinil CoA 2 — CH2 — C — SCoA O Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Fase final de la degradación de Met, Trp, Ile, Val (pero no Leu) Val, Ile, Thr, Met CH3 — CH2 — C — SCoA Propionil-­‐CoA AG impares O ATP + CO2 Propionil-­‐CoA carboxilasa (BioQna) CH3 –OOC — CH — C — SCoA D-­‐Medl-­‐malonil-­‐CoA O MeQl-­‐malonil-­‐CoA epimerasa –OOC — CH — C — SCoA L –Medl-­‐malonil-­‐CoA CH3 O Me?l-­‐malonil-­‐CoA mutasa (5’ Deoxiadenosil-­‐Cobalamina) Succinil-­‐CoA –OOC — CH
2 — CH2 — C — SCoA O Javier León Serrano Acidemia medlmalónica Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea Resumen de enfermedades congénitas del catabolismo de aminoácidos alifádcos ramificados Val, Leu, Ile Alfa-­‐cetoácidos Jarabe de Arce («orina con olor a jarabe de arce»). Acil-­‐CoA Propionil-­‐CoA Me:l malonil-­‐CoA Acidemia medlmalónica Succinil-­‐CoA Javier León Serrano Bioquímica Estructural y Metabólica TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea BIBLIOGRAFÍA •  Lehninger Principles of Biochemistry. 5ª ed. Freeman, 2009. Cap 18. •  Mark’s Basic Medical Biochemistry. A clinical approach. 3ª ed. LWW., 2008. Caps 38, 39, 40. •  Feduchi y cols. Bioquímica: conceptos esenciales. Panamericana, 2011. Cap 15. •  Berg, Tymoczko and Stryer. Biochemistry. 7ª ed. WH. Freeman, 2011. Cap 23. •  Voet and Voet. Biochemistry. 4ª ed. Wiley, 2011. Cap 26. •  Baynes and Dominiczak. Bioquímica Médica. 3ª ed. Elsevier, 2011. Cap 19. •  Garre† and Grisham. Biochemistry. 4ª ed. 2009. Cap 25. Javier León Serrano