Metabolismo de los Metabolismo de los Aminoácidos yAminoácidos y

Ciclo de la UreaCiclo de la Urea

Dr. Giuliano Bernal DossettoDr. Giuliano Bernal DossettoDepartamento de Ciencias BiomédicasDepartamento de Ciencias Biomédicas

Facultad de MedicinaFacultad de MedicinaUniversidad Católica del NorteUniversidad Católica del Norte

Cycling of nitrogen in the Cycling of nitrogen in the biosphere. Gaseous biosphere. Gaseous nitrogen (Nnitrogen (N22) makes up ) makes up

80% of the hearth’s 80% of the hearth’s atmosphereatmosphere

Aminoácidos en la dietaAminoácidos en la dieta Un adulto sano que come adecuadamente se encuentra Un adulto sano que come adecuadamente se encuentra

en un estado en un estado balanceadobalanceado de nitrógeno. de nitrógeno.

En el individuo bien alimentado el nitrógeno excretado En el individuo bien alimentado el nitrógeno excretado proviene principalmente del proviene principalmente del excesoexceso de proteína de proteína consumida.consumida.

En el En el balance negativo de nitrógenobalance negativo de nitrógeno se excreta más se excreta más nitrógeno del que es consumido. Esto ocurre nitrógeno del que es consumido. Esto ocurre principalmente durante el ayuno y ciertas enfermedades.principalmente durante el ayuno y ciertas enfermedades.

Lo contrario sucede en el Lo contrario sucede en el balance positivo de nitrógenobalance positivo de nitrógeno, , el que ocurre principalmente en niños en desarrollo.el que ocurre principalmente en niños en desarrollo.

• Los aminoácidos no-esenciales son sintetizados a partir de un Los aminoácidos no-esenciales son sintetizados a partir de un --cetoácido precursorcetoácido precursor, mediante la transferencia de un grupo amino a su , mediante la transferencia de un grupo amino a su esqueleto carbonado.esqueleto carbonado.

• Las enzimas responsables son las Las enzimas responsables son las aminotransferasas aminotransferasas o o transaminasastransaminasas..

• La distribución tisular de estas enzimas es usado como diagnóstico de La distribución tisular de estas enzimas es usado como diagnóstico de daño.daño.

• Cuando existe Cuando existe daño hepáticodaño hepático y se produce y se produce hiperamonemia hiperamonemia se puede se puede suplementar la dieta consuplementar la dieta con -cetoácidos -cetoácidos precursores para laprecursores para la transaminacióntransaminación..

Piridoxal fosfato (PLP), cofactor de Piridoxal fosfato (PLP), cofactor de las transaminasaslas transaminasas

La transferencia de grupos fosfato ocurre La transferencia de grupos fosfato ocurre vía vía PLPPLP..

Esta coenzima se encuentra unida Esta coenzima se encuentra unida covalentementecovalentemente a la enzima a un residuo a la enzima a un residuo de lisina.de lisina.

Cuando un aminoácido se aproxima al Cuando un aminoácido se aproxima al sitio activo sitio activo desplaza la unión entre la lisina desplaza la unión entre la lisina y el PLPy el PLP y se une a este último. y se une a este último.

Glutamato libera amonio en la orinaGlutamato libera amonio en la orina

Los grupos amino de muchos aminoácidos son Los grupos amino de muchos aminoácidos son captados en el hígado en forma de captados en el hígado en forma de L-glutamatoL-glutamato..

En el hepatocito el glutamato es transportado En el hepatocito el glutamato es transportado desde el citosol a la mitocondria donde sufre desde el citosol a la mitocondria donde sufre desaminación oxidativadesaminación oxidativa..

Esta reacción es catalizada por la Esta reacción es catalizada por la glutamato glutamato deshidrogenasadeshidrogenasa, dependiente de , dependiente de NAD(P)NAD(P)++..

El destino del El destino del NHNH44++ liberado en esta reacción es liberado en esta reacción es

ser convertido en ser convertido en ureaurea..

Glutamina transporta amonio en la Glutamina transporta amonio en la sangresangre

Debido a la toxicidad del amonio este debe ser Debido a la toxicidad del amonio este debe ser transportado en forma de transportado en forma de glutaminaglutamina..

Glutamina no es tóxica y en la sangre se Glutamina no es tóxica y en la sangre se encuentra en encuentra en niveles elevadosniveles elevados..

El precursor es El precursor es glutamatoglutamato, mediante una , mediante una reacción catalizada por la reacción catalizada por la glutamina sintetasaglutamina sintetasa..

En el En el hígadohígado la glutamina es desaminada por la glutamina es desaminada por glutaminasaglutaminasa para convertirse nuevamente en para convertirse nuevamente en glutamato y liberar el ión amonio en forma de glutamato y liberar el ión amonio en forma de ureaurea..

Transporte de ión amonio en forma Transporte de ión amonio en forma de alanina desde el músculode alanina desde el músculo

Los aminoácidos degradados en el músculo Los aminoácidos degradados en el músculo para generar para generar energíaenergía son colectados en forma son colectados en forma de de glutamatoglutamato..

Glutamato puede ceder su grupo amino al Glutamato puede ceder su grupo amino al piruvatopiruvato y este convertirse en y este convertirse en alaninaalanina mediado mediado por la por la alanina aminotrasferasaalanina aminotrasferasa..

AlaninaAlanina viaja por el torrente sanguíneo hasta el viaja por el torrente sanguíneo hasta el hígadohígado donde es convertido a donde es convertido a glutamatoglutamato el cual el cual ingresa a la ingresa a la mitocondriamitocondria..

Ciclo Glucosa-AlaninaCiclo Glucosa-Alanina

Toxicidad del amonioToxicidad del amonio La intoxicación por amonio produce La intoxicación por amonio produce pérdida de concienciapérdida de conciencia y otros y otros

efectos en el cerebro.efectos en el cerebro.

Al parecer una Al parecer una pérdida de ATPpérdida de ATP en el cerebro sería el responsable. en el cerebro sería el responsable.

El exceso de amonio requiere producción de El exceso de amonio requiere producción de glutamatoglutamato mediado mediado por la por la glutamato deshidrogenasaglutamato deshidrogenasa cerebral. cerebral.

Posteriormente el Posteriormente el glutamatoglutamato se convierte en se convierte en glutaminaglutamina por la por la glutamina sintetasaglutamina sintetasa. Ambas enzimas son altamente expresadas . Ambas enzimas son altamente expresadas en el cerebro.en el cerebro.

Un exceso de glutamato a partir de Un exceso de glutamato a partir de -cetoglutarato-cetoglutarato podría podría inhibirinhibir el el ciclo de Krebsciclo de Krebs y disminuir la producción de ATP. y disminuir la producción de ATP.

Por otro lado una Por otro lado una disminución de glutamatodisminución de glutamato (convertido a (convertido a glutaminaglutamina) podría tener efectos adicionales ya que este ) podría tener efectos adicionales ya que este aminoácido y su derivado aminoácido y su derivado GABAGABA son neurotransmisores. son neurotransmisores.

CICLO DE LA UREACICLO DE LA UREA

La producción de urea tiene lugar en forma exhaustiva en el hígado.

En los organismos ureotélicos, el amoníaco en las mitocondrias de los hepatocitos se convierte en urea en este ciclo.

Esta vía fue descubierta en 1932 por Hans Krebs y Kurt Henseleit.

La urea producida es vertida a la sangre y posteriormente eliminada en el riñón a través de la orina.

El primer paso en el ciclo de la Urea es la formación de Carbamoil-fosfato.

Formación de Carbamoil-fosfatoFormación de Carbamoil-fosfato

Se inicia en el interior de las mitocondrias de los hepatocitos.

El amoniaco en la mitocondria proviene de la glutamina y el glutamato catalizadas por la glutaminasa y la glutamato deshidrogenasa respectivamente.

El amoníaco se condensa con HCO3- para producir

carbamoil-fosfato.

Reacción dependiente de ATP y catalizada por la carbamoil-fosfato-sintetasa I.

Enzima alostérica y modulada (+) por el N-acetilglutamato.

Formación de ureaFormación de urea

Una molécula de Una molécula de ornitinaornitina ( (αα--aminoácido), se combina con aminoácido), se combina con una molécula de carbamoil-fosfato para formar una molécula de carbamoil-fosfato para formar citrulinacitrulina. . Reacción catalizada por la Reacción catalizada por la ornitina transcarbomilasa.ornitina transcarbomilasa.

Se adiciona Se adiciona aspartatoaspartato a la citrulina formando a la citrulina formando argininosuccinatoargininosuccinato, mediante una , mediante una argininosuccinato sintetasaargininosuccinato sintetasa citosólica.citosólica.

El argininosuccinato es degradado por una El argininosuccinato es degradado por una argininosuccinato-liasaargininosuccinato-liasa produciendo produciendo fumarato fumarato y y argininaarginina..

La arginina es hidrolizada por La arginina es hidrolizada por arginasaarginasa, produciendo , produciendo ureaurea y regenerando y regenerando ornitinaornitina..

Los animales ureotélicos presentan gran cantidad de Los animales ureotélicos presentan gran cantidad de arginasaarginasa en el hígado. en el hígado.

Ciclo de Krebs/Ciclo de la ureaCiclo de Krebs/Ciclo de la urea

El fumarato producido en la reacción de la argininosuccinato liasa, ingresa a la mitocondria, donde es blanco de la fumarasa y malato deshidrogenasa para formar oxalacetato.

El aspartato que actúa como dador de nitrógeno en el ciclo de la urea se forma a partir del oxalacetato por transaminación desde el glutamato.

Dado que las reacciones de los dos ciclos están interconectados se les ha denominado como doble ciclo de Krebs.

Regulación del ciclo de la ureaRegulación del ciclo de la urea

El flujo del nitrógeno a través del ciclo de la urea dependerá de la composición de la dieta.

Una dieta rica en proteínas aumentará la oxidación de los aminoácidos, produciendo urea por el exceso de grupos aminos, al igual que en una inanición severa.

La principal enzima reguladora del ciclo es la carbamoil fosfato sintetasa I.

El regulador es N-acetilglutamato, el cual es sintetizado a partir de acetil-CoA y glutamato, catalizado por la N-acetilglutamato sintasa.

Vías de degradación de Vías de degradación de aminoácidos.aminoácidos.

El catabolismo de los aminoácidos es El catabolismo de los aminoácidos es responsable sólo del responsable sólo del 10% al 15%10% al 15% de la de la producción de energíaproducción de energía en humanos. en humanos.

La degradación de aminoácidos converge La degradación de aminoácidos converge a la formación de sólo a la formación de sólo 5 intermediarios del 5 intermediarios del Ciclo de KrebsCiclo de Krebs..

-cetoglutarato, succinil-CoA, fumarato, -cetoglutarato, succinil-CoA, fumarato, oxaloacetato y acetil-CoA.oxaloacetato y acetil-CoA.

Deficiencia de Carbamoil-fosfato sintetasa I Deficiencia de Carbamoil-fosfato sintetasa I y de N-acetilglutamato sintetasay de N-acetilglutamato sintetasa

En niños con estas deficiencias se observa En niños con estas deficiencias se observa hiperamonemiahiperamonemia severa.severa.

La deficiencia ocurre cuando hay niveles La deficiencia ocurre cuando hay niveles menores al 50%menores al 50% del nivel normal de la enzima.del nivel normal de la enzima.

ArgininaArginina es un tratamiento para estos niños. es un tratamiento para estos niños.

ArgininaArginina estimula a la estimula a la N-acetilglutamato sintetasaN-acetilglutamato sintetasa, y el , y el producto de esta estimula a su vez a la carbamoil-fosfato producto de esta estimula a su vez a la carbamoil-fosfato sintetasa I.sintetasa I.

En un caso de deficiencia de N-acetilglutamato sintetasa se En un caso de deficiencia de N-acetilglutamato sintetasa se administró administró carbamoil glutamatocarbamoil glutamato, un análogo de N-, un análogo de N-acetilglutamato.acetilglutamato.

Deficiencia de ornitina Deficiencia de ornitina transcarbomilasatranscarbomilasa

• Es la deficiencia mas común en el ciclo de la Urea, y se presenta con retardo mental e incluso la muerte.

• El gen para esta enzima se encuentra en el cromosoma X, por lo que los hombres son mas proclives a la patología que las mujeres que son heterocigotas.

• En el plasma de estos pacientes se encuentran altas concentraciones de amonio y ácido orótico.

• Este ácido se forma a partir de carbamoil-fosfato, el cual difunde al citosol y se condensa con aspartato para formar finalmente orotato.

Deficiencia de argininosuccinato-Deficiencia de argininosuccinato-sintetasa y argininosuccinato-liasasintetasa y argininosuccinato-liasa

Citrulina se acumula si esta no puede condensarse con Citrulina se acumula si esta no puede condensarse con aspartato, produciéndose citrulinemia.aspartato, produciéndose citrulinemia.

El gen se encuentra en el cromosoma 9 y ocurre en El gen se encuentra en el cromosoma 9 y ocurre en 1/100.000 personas.1/100.000 personas.

Un tratamiento paliativo consiste en la administración de Un tratamiento paliativo consiste en la administración de arginina para suplir la deficiencia de este aminoácido.arginina para suplir la deficiencia de este aminoácido.

Si argininosuccinato no es degradado este se acumula Si argininosuccinato no es degradado este se acumula en el plasma, al igual que lo hace el amonio.en el plasma, al igual que lo hace el amonio.

Esta patología es la de segunda recurrencia en el ciclo Esta patología es la de segunda recurrencia en el ciclo de la Urea.de la Urea.

Deficiencia de arginasaDeficiencia de arginasa Esta enzima se encuentra en el cromosoma 6 y es la Esta enzima se encuentra en el cromosoma 6 y es la

deficiencia menos común en el ciclo de la Urea.deficiencia menos común en el ciclo de la Urea.

Hay aumento en los niveles sanguíneos de arginina Hay aumento en los niveles sanguíneos de arginina (argininemia) y sus precursores del ciclo.(argininemia) y sus precursores del ciclo.

Para paliar los efectos se recomienda una dieta Para paliar los efectos se recomienda una dieta suplementada con aminoácidos esenciales pero sin suplementada con aminoácidos esenciales pero sin arginina.arginina.

No se observa una hiperamonemia severa como en la No se observa una hiperamonemia severa como en la mayoría de las otras deficiencias enzimáticas del ciclo.mayoría de las otras deficiencias enzimáticas del ciclo.

A pesar de la deficiencia se observa eliminación de A pesar de la deficiencia se observa eliminación de Urea, puesto que existe una segunda arginasa Urea, puesto que existe una segunda arginasa codificada en el cromosoma 14.codificada en el cromosoma 14.