4.3 utilizacion del amonio y ciclo de la urea 13
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Ciclo de la urea y alteraciones
Mg Inés Arnao Salas
2013
EAP Medicina Humana
• Eliminación del grupo amino: Reacciones de
Transaminación, Descarboxilación y
Desaminación oxidativa.
• Utilización del amonio: Glutamato deshi-
drogenasa, glutamina sintetasa, asparagina
sintetasa, carbamoil-P sintetasa.
• Ciclo de la úrea: funciones y alteraciones.
• Transportadores de úrea.
• Aplicación clínica: deficiencia de Ornitina
transcarbamilasa.
Eliminación del grupo amino
Reacciones de eliminación del grupo amino
• Transaminación
• Desaminación Directa
• A) Serina deshidratasa. Requiere de PP y forma piruvato
• B) Treonina deshidratasa. Requiere de PP y forma cetobutirato
• C) Glutaminasa y asparaginasa
• D) Histidina urocanato
• Desaminación oxidativa
• A) Glutamato deshidrogenasa
• B) L-amino oxidasa
• C) D-amino oxidasa
Transaminación
• Primer paso del catabolismo de la mayoría de AA.
• Enzimas: aminotransferasas (hígado, riñón, intestino y músculo)
• Sustratos: alfa AA y alfa ceto glutarato.
• Productos: alfa cetoácido (der del AA original) y glutamato.
• Coenzima: piridoxal P
• Usan los pares Glu/CetoGlut, Asp/OA, Ala/pyr.
• Excepción: lisina y treonina.
• Enzimas inducibles (tiroxina, glucocorticoides)
Componentes de la transaminación
• Son específicas para uno o unos pocos donadores de grupo amino.
• Funcionan en el anabolismo y catabolismo. Reacción reversible
• AST : aminotransferasa aspártica o TGO.
• Transfiere grupos amino del glutamato al OA para formar aspartato ciclo de la úrea.
• ALT: aminotransferasa alanina o GPT
• Transfiere grupos amino de la alanina al cetoglutarato piruvato y glutamato ”colector” de N procedente de la alanina.
Especificidad de sustrato
TRANSAMINACIÓN
Keq = 1
Reacciones de desaminación no oxidativa
• Serina deshidratasa
L-Serina Piruvato + NH4+
• Treonina deshidratasa
L-Treonina a- cetobutirato + NH4+
Fosfato de Piridoxal
Fosfato de Piridoxal
Eliminación del grupo amino
Enzima mitocondrial,
dependiente de P
Muy activa en
hígado, riñón,
branquias.
En hígado, inhibida
por pH bajo y
estimulada por NH3
Glutamato deshidrogenasa
Mitocondria
Hígado, riñón
Alto Km para NH3
Para liberar el grupo amino, la
transaminación se acopla a la GluDH
En el catabolismo de AA, actúa de manera concertada con la GDH.
Las amino oxidasas eliminan grupos amino
D amino amino en plantas y paredes celulares de microorganismos. Presentes en la dieta y se metabolizan en el hígado.
Estas flavoproteínas se
encuentran en los
peroxisomas junto con la
catalasa
Riñón e hígado de
mamíferos
Fijación del NH3
Biogénesis del N orgánico
Carbamoil P sintetasa
• Existen 2 isoenzimas:
a) mitocondrial (CPS-I) .
NH3 + HCO3- + 2ATP CP + 2ADP + Pi
b) citosólica (CPS-II)
Gln + HCO3- + 2ATP + H2O
CP + 2ADP + Pi + Glu
Glutamato deshidrogenasa
CE 1. 4. 1. 2
Aminación reductiva
Mitocondria
NH4+ Cetoglutarato +
NADH + H+
NAD+
Estimulada
por ADP y
GDP
NADPH + H+
NADP+
Estimulada
por ATP y
GTP
Glutamato
GLUTAMATO
DESHIDROGENASA
Glutamato deshidrogenasa
Homohexamérica
Glutamato DH humana
• GLUD 1 y GLUD 2, en matriz mitocondrial.
• GLUD 1: hígado, cerebro, páncreas y riñones
pero no en músculos.
• Importante en el metabolismo del N, glutamato y
homeostasis energética.
• Inhibido por GTP
• GLUD 2: retina, testículos y cerebro.
• Importante para reciclar el glutamato en la
neurotrasmisión.
Efectos multi-orgánicos de HHS
Neurochem Int. 2011: 59(4): 445–455
Efectos multi-orgánicos de HHS
Neurochem Int. 2011: 59(4): 445–455
Glutamina
• Acarreador importante del amonio.
• Donador de grupo amino de muchas reacciones biosintéticas.
• Síntesis en músculo hígado y riñón.
• Concentración en estado post- absortivo = 0.5-0.6 mmol/l.
Regulación de la glutamina sintetasa
• Citosólica.
• El hígado y cerebro
• Formada por 8
subunidades idénticas,
pudiendo existir como
tetrámero.
• Inhibidores: gly, ser, ala
y C-P.
• Activador: oxoglutarato
• (+) desadenilación:
activa
• (-) adenilación : inactiva
• Inhibida por metionina
sulfoximina.
GS
GS AMP
activa
inactiva
Asparagina sintetasa
Equilibrio en el metabolismo de amonio
• Fuentes:
• 1.- Transaminación acoplada a GDH
• Oxidasa de AA (peroxisómica)
• 3.- Serina y treonina deshidratasa
• 4.- Aminooxidasa (mitocondrias)
• 5.- Hidrólisis de Gln intestinal y renal
• Escisión de la Gly enNH4, CO2 formando N5,N10 metilenTHF
• Desaminación de purina y pirimidinas
• Ureasa bacteriana
• Utilización:
• 1.- Síntesis de Glutamato (GluDH)
• 2.- Síntesis de Glutamina
• 3.- Síntesis de úrea
• 4.- Excreción de NH4+ en orina
En tejidos extra hepáticos se realiza la
remoción de 2 mol de amonio
NADH NAD+
a-Ketoglutarate + NH4+ Glutamate
Glutamine
NH4+ + ATP
ADP + Pi
Glutamato deshidrogenasa
Glutamine sintetasa
Excreción de amonio a nivel renal
Glutaminasa
Glutamate
Glutamine
NH4+
a-Ketoglutarate
+
NH4+
NAD+ NADH
Glutamate dehydrogenase
Proceso sensible a pH. Mantiene la homeostasis ácido básica y elimina N
Glutaminasa mitocondrial dependiente de P
(30%)
En el hígado, el N de los AA se convierte
en úrea
a-Amino acid
a-Keto acid
a-Ketoglutarate
Glutamate
Aminotransferase
NAD+ + H2O
Glu dehydrogenase
NADH + NH4+
UREA
Urea
cycle
Transporte de N al hígado
Etapas en la eliminación del
amonio
Excreción de compuestos N urinario
• Compuesto Fuente
• Urea catabolismo de AA,
formación de amonio
• Urobilinógeno ruptura del hemo
• N-Metilhistidina ruptura de la proteína
miofibrilar
• Creatinina creatina muscular
• Aminoácidos proteínas tisulares,
pirimidinas
• Acido úrico Degradación de purinas
1. Urea es el 85-90% del nitrógeno en orina (20-35 g / 24 h). 2. Amonio es 2-3% (0.7-1 g) 3. El resto de compuestos nitrogenados (10%): ácido úrico, creatinina , creatina
Ciclo de la úrea
• Transforma el ión amonio en úrea.
• Permite la síntesis de arginina.
• Localización: mitocondrias y citosol del
hepatocito.
• Se requiere 4 enlaces de alta energía .
• Los átomos de N provienen: NH4+ y Asp
GlutDH NH4+ Carbamil-P úrea
Glu
AST Asp Arginosuccinato úrea
Comprende las siguientes reacciones:
1. Síntesis de carbamil fosfato
2. Síntesis de citrulina
3. Síntesis de argininsuccinato
4. Ruptura de argininsuccinato
5. Hidrólisis de arginina
CICLO DE LA UREA
Balance del ciclo de la úrea
Glutamina
Glutamina
Hepatocitos periportales Hepatocitos perivenosos
Glutamina
Glutamato
NH4+
1 Urea
Vena porta
Glutamina
NH4+
Glutamato
NH4+
2
Vena hepática
Urea
Ciclo glutamato/glutamina
Ciclo de la urea
Eliminación del amonio
Regulación de la ureogénesis
• Existen 2 tipos de regulación:
1) Control a largo plazo: proteínas de la dieta y ayuno.
2) Corto plazo: carbamil-P sintetasa I.
activador alostérico: N-acetil glutamato
• La síntesis de carbamil-P depende de las concentraciones mitocondriales de Arg y Glu
Glu
Fumarato
2ATP
2ATP
NH4+
+
HCO3-
Carbamil-P
Glutamato
Aminoácidos
N-acetilGlutamato
+
+ Arg
Acetil- CoA
Citrulina
Ornitina
Ornitina
Citrulina
Arginina
Arginosuccinato
Aspartato
Urea
4
5
3
1
2
Mitocondria Citosol
Relaciones del ciclo de la úrea con el
ciclo de Krebs
NH4+
RIÑON
Urea
2-Oxo
-glut
HCO3-
NH4+ NH4
+
HCO3- (1) Urea Urea
HIGADO
Glucosa Glucosa
(4) Glu
Gln (3)
NH4+
(2)
Glu
Gln Su
stra
tos
ener
gét
icos
Respuesta a la acidosis metabólica de los mecanismos de eliminación de amonio
30%
70%
Rol del riñón bajo condiciones
fisiológicas (a) y en acidosis (b)
a b
J Clin Nutr 2004; 79: 185-97
Destino de la urea
• Excreción a nivel renal
• Parte de la urea difunde al intestino:
ureasa bacteriana.
• Pacientes con insuficiencia renal:
hiperamonemia
Transportadores de úrea (UT)
• La reabsorción pasiva de úrea se realiza mediante proteínas transportadoras de úrea (UT)
• UT-A1-4 son expresados en túbulos renales y UT-A5 sólo en testículos.
• UT-B1 es expresado en los glóbulos rojos.
• Niveles altos de úrea en los fluídos, participan en mecanismos de osmoregulación.
• Niveles urémicos de úrea inhiben el transporte de Arg en células endoteliales.
Niveles de urea y amonio en
sangre
• Significado fisiológico:
• Uremia : índice de funcionamiento renal
• Amonemia: índice de funcionamiento hepático.
Hiperamonemia > 60 umoles/L
• La deficiencia de alguna de las enzimas del
ciclo de la urea suelen conllevar a
hiperamonemia y alcalosis respiratoria.
• Manifestaciones: letargia, hipotermia y apnea,
Visión borrosa, temblores, habla incoherente y
por último coma y muerte
Hiperamonemias
Hiperamoniemias congénitas Hiperamoniemias adquiridas
Defectos del ciclo de la urea Síndrome de Reye
Defecto de transporte de los metabolitos intermediarios del ciclo de la urea:
LIP (Intolerancia proteica lisinúrica) y HHH.
Fallo hepático
Acidurias orgánicas Tratamiento con valproato
Trastornos de la beta-oxidación
de los ácidos grasos
Infecciones por bacterias ureasa
Otros errores innatos del metabolismo Tratamiento de la leucemia
Enfermedades sistémicas graves (RN)
Alteraciones en el transporte de
aminoácidos
Biochemical Society Transactions (2005) Volume 33, part 1
Síndrome HHH
• Hiperornitemia, hiperamonemia, Homocitrulinemia
• Deficit de transporte de la ornitina a la mitocondria.
• Ello causa una deficiencia funcional de ornitina transcarbamilasa y ornitina aminotransferasa.
• Los signos clínicos iniciales son el coma por hiperamonemia, convulsiones e hipotonía, puede causar deficiencia mental.
• Características bioquímicas: hiperamonemia, excreción urinaria de homocitrulina, hiperornitinemia plasmática y excreción elevada de ácido orótico.
Enfermedades congénitas del
ciclo de la úrea • Hiperamonemia I: CP-sintetasa.
• Hiperamonemia II: OTC
• Deficiencia de argininosuccinato sintetasa: citrulemia, hiperamonemia.
• Deficiencia de arginosuccinato liasa: argino-succinato en sangre.
• Deficiencia de arginasa: Argininemia.
• Deficiencia de acetilglutamato sintasa: hiperamonemia
Hiperamonemia tipo I
Hiperamonemia tipo I
Citrulinuria
Acidemia arginosuccínica
Deficit de
arginasa
Causas de la toxicidad del
amonio • Interfiere con los intercambios iónicos a
través de membrana.
• Disminuye la concentración de alfa cetoglutarato.
• El NH4+ se incorpora al Glu Gln (edema cerebral).
• La Gln forma por transaminación alfa ceto glutarámico (tóxico).
⇑ [NH4+] ⇑ uso deα-cetoglutarato ⇓ TCA ⇓ [ATP] Necrosis
Celular
Caso clínico: Hiperamonemia
• Un lactante de 6 meses comenzó a vomitar de forma ocasional y dejó de ganar peso.
• Las pruebas habituales de laboratorio: normales
• Síntomas: somnolencia habitual, temperatura: 39.4 ºC, pulso acelerado y hepatomegalia.
• Electroencefalograma : numerosas anomalías.
• El lactante no retenía la leche (por sonda) por lo que se le administró glucosa por vía i.v. Mejoró
• Análisis de orina: presencia de Gln y uracilo .
• Análisis de sangre: hiperamonemia.
Preguntas de bioquímica
• ¿Qué enzimas podrían estar afectadas?
• ¿Por qué la concentración de Gln era elevada?
• ¿Cómo se altera el equilibrio ácido-básico por la hiperamonemia?
• El paciente fue tratado usando los procedimientos disponibles: Dieta de 1.5 g/kg de peso (2 años). Su peso y estatura fueron normales.¿Cuál es el efecto de la dieta en un niño en crecimiento en términos de equilibrio N?
• ¿Cómo trataría a un paciente similar el día de hoy?
60 h tras el nacimiento
Síntomas clínicos
Alcalosis respiratoria
hiperamonemia
Plasma
L-citrulina no detectable L-citrulina elevada
Eliminación renal de orotato
normal anormal
Déficit de
CPS-I Déficit de
OTC
Alteraciones
compensadoras
L-arginina
L –ornitina
L-glutamina
L-alanina
L-argino succinato
Déficit de argino-
succinato sintetasa
Déficit de argino-
succinasa
Diagnóstico de
enfermedades
del ciclo de la úrea
Acido fenilacético
Fenilacetil glutamina
Acido hipúrico Glicina Benzoato
Glutamina
Tratamiento de hiperamonemias
200 a 600 mg/kg/día
200-300 mg/kg/día
Tratamiento de Hiperamonemias con
Cetoácidos
Valina Leucina
Bibliografía
• Bioquímica : Herrera
• Bioquímica un enfoque clínico: Marks
• Bioquímica : Mathews
• Bioquímica: Montgomery
• Bioquímica: Díaz Zagoya – Hicks
• Bioquímica clínica: González de Buitrago
• Bioquímica: Villavicencio
• Van de Poll, Marcel y col. Renal metabolism of aminoacids: its role in interorgan aminoacid. Am J Clin Nutr 2004; 79: 185-97
MUCHAS GRACIAS
POR SU ATENCIÓN