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maov/mlvm/julio de 2009
Metabolismo de Aminoácidos y Bases NitrogenadasMiguel Ángel Ordorica Vargas & María de la Luz Velázquez Monroy
El Metabolismo de compuestos nitrogenados incluye la síntesis y degradación de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas, para los cuales no existe un sistema de almacenamiento, como el de Glúci-dos y Lípidos. En nuestro curso, consideramos las bases nitrogenadas dentro del metabolismo deaminoácidos, porque todos los átomos de aquellas derivan de estos, y porque su degradación también produce intermediarios comunes a la de aminoácidos.
El catabolismo de aminoácidos incluye tres capítulos, primero las reacciones generales, que co-rresponden a las reacciones en que participan los aminoácidos completos, en la mayoría de ellas participa como coenzima el Fosfato de Piridoxal (PLP) segundo, el Ciclo de la Urea, es la ruta de síntesis de Urea a partir del Nitrógeno que se libera de los aminoácidos; por último, las reac-ciones particulares de cada una de las estructuras de carbono de los aminoácidos.
Reacciones Generales de Aminoácidos
Las reacciones generales de aminoácidos incluyen transaminación, deshidratación, descarboxila-ción, racemización y desaminación oxidativa. Transaminación y deshidratación son las formas de desaminación no oxidativa de los aminoácidos. Todas las enzimas que participan en estas reac-ciones emplean como coenzima el Fosfato de Piridoxal.
NH
+
OH
CH
CH2O
CH3
O
P O
O
O
Transaminación
Las enzimas de transaminación antiguamente se conocían como Transaminasas pero en la no-menclatura moderna se designan como Aminotransferasas. Catalizan el intercambio del Nitró-geno entre los -aminoácidos y diversos -oxoácidos producidos en el metabolismo. Como re-sultado de este intercambio, el aminoácido original se convierte en un cetoácido u oxoácido y el oxoácido original se transforma en aminoácido.
C
C
R
NH3
+H
OOC
C
R
O
OO
C
C
CH2
CH2
C
OO
O
O O
C
C
CH2
CH2
C
OO
H
O O
NH3
+
-Aminoácido -CetoácidoPLP
Glutamato-Cetoglutarato
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
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En todas las reacciones de las aminotransferasas la función del Fosfato de Piridoxal consiste enformar una base de Schiff con el aminoácido donador, después mediante un corrimiento de elec-trones, se libera el cetoácido producto, permaneciendo el grupo amino del aminoácido en forma de piridoxamina. En la segunda etapa, el cetoácido aceptor se une a la piridoxamina, formando una nueva base de Schiff que se rompe para liberar el -aminoácido producto.
N
CHO
OH
CH3
CH2 O P O
O
O
N
CHN
OH
CH3
CH2 O P O
O
O
C
H
C
O
OR
N
CHNH
OH
CH3
CH2 O P O
O
O
NH3
+C
H
C
O
OR
O
C C
O
OR
Las reacciones de transaminación constituyen la vía más importante de desaminación no oxida-tiva de los aminoácidos. Las transaminasas son enzimas intracelulares y su presencia en sangre es indicativa de daño tisular. Dentro de las células, las reacciones de transaminación está casi en equilibrio, con G 0 y pueden servir tanto para degradación como para síntesis de aminoácidos.
En general, estas enzimas son específicas de reacción, y además del principal, puedes usar otros sustratos. Casi todas usan el par Glutamato (donador)/-Cetoglutarato (aceptor). Todos los aminoácidos transaminan, excepto Lisina y Treonina, que siguen rutas distintas.
Entre las aminotransferasas más importantes se encuentran las siguientes:
Aspartato Aminotransferasa (AST, EC 2.6.1.1) antes conocida como Transaminasa Glu-tuamino Oxalacética (TGO).
Alanina Aminotransferasa (ALT, EC 2.6.1.2) antes se conocida como Transaminasa Glu-támico Pirúvica (TGP).
Cisteína aminotransferasa (EC 2.6.1.3) Glician amiotransferasa (EC 2.6.1.4) Tirosina aminotransferasa (EC 2.6.1.5) Leucina aminotransferasa (EC 2.1.6.6)
Deshidratasas
Las reacciones de deshidratación son características de los aminoácidos alifáticos hidroxilados Serina y Treonina. Las enzimas que catalizan estas reacciones pertenecen al grupo de las Liasas, las dos más importantes son Serina Deshidratasa (EC 4.2.1.13) y Treonina Deshidratasa (EC 4.2.1.16). Las reacciones de deshidratación se clasifican como una forma de desaminación no oxidativa de los aminoácidos.
NH4
+
C
CH
CH2
OH
OO
NH3
+ C
C
CH3
OO
O
SerinaDeshidratasa
Serina Piruvato
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
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Ambas reacciones proceden mediante la transposición del Oxígeno entre los carbonos y , y la eliminación simultánea del Nitrógeno amino.
Tanto la Serina como la Treonina pasan por otras reacciones además de la deshidratación. La Treonina Deshidratasa, antes conocida como Treonina Desaminasa, es una enzima muy activa, esta característica, junto con el hecho de que la Treonina participa en muchas otras reacciones, hacen que este aminoácido no llegue a transaminar.
NH4
+
C
CH
CH
CH3
OO
NH3
+
OH
C
C
CH2
CH3
OO
O
TreoninaDeshidratasa
Treonina a-Cetobutirato
Descarboxilación
En la clasificación digital de las enzimas, las descarboxilasas pertenecen al grupo de las Liasas. Estas enzimas catalizan la eliminación del carboxilo de los aminoácidos, generando un grupo de compuestos nitrogenados que se conocen como Aminas Biógenas.
-Aminoácido Amina Biógena
CO2
Las Aminas Biógenas tienen actividades biológicas importantes, algunos ejemplos son: Histami-na, Serotonina, Triptamina, GABA, -Alanina, de las cuales se trató al estudiar la estructura de aminoácidos y proteínas.
Racemización
Son reacciones de isomerización óptica en las cuales los aminoácidos l se convierten en d y vice-versa. Existen varias enzimas Racemasas, específicas para distintos aminoácidos (EC 5.1.1.1-15).
C
C
OO
R
HNH3
+C
C
OO
R
NH3
+H
Desaminación Oxidativa
Las reacciones de desaminación oxidativa son reacciones de oxido-reducción que requieren de coenzimas aceptoras de equivalentes reductores. En el metabolismo de aminoácidos la más im-portante es la desaminación oxidativa del Glutamato.
Glutamato Deshidrogenasa (EC 1.4.1.3)
Es una enzima mitocondrial. Cataliza la reacción de liberación del Nitrógeno más importante del metabolismo de aminoácidos, debido a que la transaminación, concentra los grupos amino de los aminoácidos en el Glutamato.
Puede usar NADH ó NADPH. La enzima es activada por ADP e inhibida por GTP y NADH.En el Hígado el Nitrógeno liberado en esta reacción se usa para sintetizar Urea
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
maov/mlvm/4
NH4
+OH2
C
CH2
CH2
CH
C O
O
NH3
+
O
OC
CH2
CH2
C
C O
O
O
O
OGlutamato - Cetoglutarato
NAD+ NADH
La misma enzima cataliza la reacción inversa, usando NADPH para convertir el -cetoglutarato en Glutamato.
Glutamina Sintetasa (EC 6.3.1.2)
También tiene lugar en la mitocondria. En tejidos extrahepáticos la Glutamina sintetasa transfor-ma el amoniaco en Glutamina, para ser transportado al Hígado.
C
CH2
CH2
CH
C O
O
NH3
+
O
O NH2
C
CH2
CH2
CH
C O
O
NH3
+
O
Glutamina
ATP
ADP + Pi
NH4+
H2O
Glutamato
La Glutamina es la principal forma de transporte de Nitrógeno. Su concentración en sangre es mayor que la de cualquier otro aminoácido.
Glutaminasa (EC 3.5.1.2)
La enzima también se encuentra en la mitocondria. La reacción consiste en la hidrólisis del enla-ce amida.
C
CH2
CH2
CH
C O
O
NH3
+
O
ONH2
C
CH2
CH2
CH
C O
O
NH3
+
O
Glutamina Glutamato
NH4+H2O
El Nitrógeno liberado se transforma en Urea. La Glutamina, también sirve como precursor en la síntesis de otros aminoácidos y bases nitrogenadas
En el riñón, la Glutaminasa participa en la excreción de ácidos al formar amonio, que es elimina-do en orina.
Aminoácido Oxidasas L (EC 1.4.3.2) y D (EC 1.4.3.3)
Enzimas peroxisomales específicas de aminoácidos L ó D. Las más activas son las D-oxidasas.
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
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C
C
OO
R
HNH3
+C
C
OO
R
O
- aminoácido - cetoácidoFMN FMNH2
O2H2O2
H2O
Catalasa
Son flavoproteínas, con capacidad de regenerar su grupo prostético, usando directamente Oxíge-no como agente oxidante. Forman Peróxido de Hidrógeno que es degradado por la Catalasahepática. La acción de aminoácido oxidasas elimina la quiralidad de los aminoácidos.
Ciclo de la Urea
La síntesis de Urea se realiza principalmente en el Hígado a partir de CO2, Amonio y Aspartato como donadores de Nitrógeno. Consume 3 moléculas de ATP, 2 hasta ADP y 1 hasta AMP, lo que es igual a 4 enlaces de alta energía, por cada molécula de Urea que se sintetiza.
Carbamilfosfato Sintetasa I (EC 6.3.4.16)
Se encuentra en la matriz mitocondrial. Introduce el primer átomo de Nitrógeno de la Urea, a par-tir de Amonio. Antiguamente se clasificaba como una Transferasa (Grupo 2), pero ahora se con-sidera una Sintetasa verdadera (Grupo 6). Esta enzima es específica para Amonio y CO2. Existeuna isoenzima en el citoplasma, que participa en la síntesis de bases pirimídicas, que utiliza Glu-tamina como donador de amino.
NH2 C O
O
P O
O
O
2 ATP + CO2 + NH4+ + 2 ADP + Pi
Carbamilfosfato
La deficiencia en la actividad de esta enzima produce Hiperamonioemia congénita tipo I.
La enzima es activada por N-Acetilglutamato, que es sintetizado en la reacción siguiente.
Glutamato N-Acetiltransferasa (EC 2.3.1.1)
La reacción también se lleva a cabo en la Mitocondria pero no es parte del Ciclo de la Urea. La enzima se activa cuando aumenta la concentración de Arginina.
C
CH2
CH2
CH
C O
NH3
+
O
O
O
CH3 C S CoA
O CH3 C N
O
C
CH2
CH2
CH
C O
O
O
ON-AcetilglutamatoGlutamato
CoA-SH
+Acetil-CoA
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
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La enzima es específica de reacción y también puede actuar sobre Aspartato y otros aminoáci-dos, pero más lentamente.
Ornitina Trascarbamilasa (EC 2.1.3.3)
Esta es la reacción de entrada del Carbamilo al Ciclo de la Urea. La enzima se encuentra en la matriz mitocondrial y transfiere el grupo Carbamilo del fosfato al amino de Ornitina. La hidrólisis del enlace anhidro mixto provee la energía necesaria para la formación del enlace.
NH2 C O
O
P O
O
O
NH3
+CH2
CH2
CH2
CH
C O
NH3
+
O
NH2 C NH
O CH2
CH2
CH2
CH
C O
NH3
+
O
Carbamilfosfato
+
Ornitina Citrulina
Pi
La reacción es irreversible por la hidrólisis del anhidro del Carbamilfosfato y porque la Citrulina producida sale de la mitocondria, por medio de una proteína translocadora, que la intercambia por Ornitina.
La deficiencia de actividad de Ornitina Transcarbamilasa produce Hiperamonioemia congé-nita tipo II.
Arginosuccinato Sintetasa (EC 6.3.4.5)
Esta enzima se encuentra en el citoplasma. La reacción consiste en la unión del grupo -amino de Aspartato, con el carbonilo del ureido de Citrulina promovida por la hidrólisis de una Molécula de ATP hasta AMP y Pirofosfato.
C
CH
CH2
C O
O
N
NH2
C
NH
CH2
CH2
CH2
CH
C O
NH3
+
O
O
O
C
CH
CH2
C O
O
NH3
+
O
ONHCNH2
O CH2
CH2
CH2
CH
C O
NH3
+
O
+
Aspartato
Arginosuccinato
Citrulina
ATP
AMP+PPi
Mediante esta reacción, el Aspartato contribuye con el segundo átomo de Nitrógeno de la Urea. El pirofosfato liberado es rápidamente hidrolizado por las pirofosfatasas celulares.
La deficiencia de Arginosuccinato Sintetasa produce Citrulinemia.
Arginosuccinato Liasa (EC 4.3.2.1)
Esta reacción también se efectúa en el citoplasma. Aunque en teoría es reversible, la eliminación rápida de sus productos la hace irreversible en el Ciclo.
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
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C
CH
CH2
C O
O
N
NH2
C
NH
CH2
CH2
CH2
CH
C O
NH3
+
O
O
O
CH
CH
C
O
O
C
O
O
NH2
+
NH2
C
NH
CH2
CH2
CH2
CH
C O
NH3
+
O
+
Fumarato
ArgininaArginosuccinato
El Fumarato liberado por la Arginosuccinato Liasa, puede usarse para regenerar Aspartato me-diante las reacciones de la Fumarasa y Malato Deshidrogenasa del ciclo del ácido Cítrico, y la Aspartato Aminotransferasa. Sí este es el caso, tomando en consideración que el NADH que se forma en la reacción de Malato Deshidrogenasa, al oxidarse en Cadena Respiratoria produce 3 moléculas de ATP, la síntesis de Urea requeriría únicamente de un ATP.
La deficiencia de esta enzima produce Acidemia Arginosuccínica.
Arginasa (EC 3.5.3.1)
Es una Hidrolasa citoplásmica muy activa.
NH2
+
NH2
C
NH
CH2
CH2
CH2
CH
C O
NH3
+
O
O
NH2CNH2
NH3
+CH2
CH2
CH2
CH
C O
NH3
+
O
+
Arginnina
Ornitina
Urea
H2O
La Ornitina que se forma, regresa al interior de la mitocondria para reiniciar el ciclo. La deficien-cia de Arginasa produce Arginemia.
La Urea que se libera es menos tóxica que el Amonio y sale a la circulación, para ser eliminada en el Riñón.
Síntesis de Aminoácidos No Esenciales
Los aminoácidos no esenciales se sintetizan mediante rutas muy variadas, algunas simples, otras no tanto y algunas muy complejas.
Alanina Aminotransferasa (EC 2.6.1.2)
La síntesis de Alanina se lleva a cabo mediante una reacción de transferencia de un grupo amino, que depende de la enzima Alanina Aminotransferasa. El Piruvato se convierte en Alanina acep-
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
maov/mlvm/8
tando el grupo -amino del Glutamato. La reacción es reversible y requiere de Fosfato de Piri-doxal como coenzima.
C
CH2
CH2
CH
C O
O
NH3
+
O
OC
CH2
CH2
C
C O
O
O
O
O
CH3
C
C O
O
O
CH3
CH
C O
NH3
+
O
Glutamato -Cetoglutarato
Piruvato Alanina
+ +PLP
En el tejido muscular, esta reacción se utiliza como un forma de exportar Nitrógeno. La Alanina sintetizada es liberada a la circulación para llegar al Hígado. Las células hepáticas captan la Ala-nina y la transforman en Piruvato, mediante la reacción inversa, catalizada por la enzima hepáti-ca. El Piruvato formado, puede pasar a la Gluconeogénesis y convertirse en Glucosa. La Glucosa sale del Hígado a la circulación y puede ser tomada por los tejidos, para completar el llamado ci-clo de la Alanina-Glucosa.
Antes de la nomenclatura sistemática, esta enzima se denominaba Transaminasa Glutámico-Pirúvica (TGP), nombre con el cual se designa todavía, sobre todo en clínica.
Aspartato Aminotransferasa (EC 2.6.1.1)
Esta enzima recibía el nombre Transaminasa Glutámico-Oxalacética, hasta la llegada de la nomenclatura sistemática. Cataliza una reacción de transaminación reversible. El carbono para la síntesis de Aspartato proviene de Oxalacetato, producido en el ciclo de Krebs o por Carboxila-ción de Piruvato. El Glutamato es el donador del grupo amino. La reacción también depende de Fosfato de Piridoxal.
C
CH2
CH2
CH
C O
O
NH3
+
O
OC
CH2
CH2
C
C O
O
O
O
O
CH2
C
C O
O
O
C OO
CH2
CH
C O
NH3
+
O
C OO
Glutamato -CetoglutaratoOxalacetato Aspartato
+ +PLP
Aminotransferasas (EC 2.6.1.1-5)
Las reacciones de transaminación pueden servir para sintetizar -Aminoácidos, mediante la transferencia de grupos amino a -Cetoácidos. Todas las Aminotransferasas dependen de PLP y casi todas usan Glutamato como donador de Amino.
C
CH2
CH2
CH
C O
O
NH3
+
O
OC
CH2
CH2
C
C O
O
O
O
O
R
C
C O
O
O
R
CH
C O
NH3
+
O
Glutamato -Cetoglutarato
-Cetoácido -Aminoácido
+ +PLP
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
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El Glutamato es la forma como se intercambia el Nitrógeno alfa de los aminoácidos.
Glutamato Deshidrogenasa (EC 1.4.1.3)
Además de obtenerse a partir de -Cetoglutarato, el Glutamato también se puede sintetizar invir-tiendo la reacción de Glutamato Deshidrogenasa.
NH4
+OH2
C
CH2
CH2
CH
C O
O
NH3
+
O
OC
CH2
CH2
C
C O
O
O
O
OGlutamato - Cetoglutarato
NADP+NADPH
En esta reacción, la Glutamato Deshidrogenasa usa NADPH como agente reductor.
Catabolismo del Carbono de Aminoácidos
Existen rutas particulares para cada aminoácido, pero todas ellas convergen hacia un grupo redu-cido de intermediarios metabólicos (ver Tabla 1). Algunos de estos intermediario son precursores de Glucosa, y los aminoácidos que los producen se llaman Glucogénicos. Otros intermediarios como Acetil-CoA y Acetoacetil-CoA, únicamente pueden formar ácidos grasos, y los aminoáci-dos que los forman son Cetogénicos. Los aminoácidos más grandes producen ambos tipos de in-termediarios y se consideran de metabolismo Mixto.
Tabla 1. Resumen del Metabolismo del Carbono de los Aminoácidos.Intermediario formado Aminoácidos Clasificación
PiruvatoAlanina, Cisteina, Serina, Glicina
Triptofano Glucogénicos puros Mixto
-Cetoglutarato Glutamato, Glutamina, Prolina, Arginina, Histidina Glucogénicos purosOxalacetato Aspartato y Asparagina Glucogénicos puros
Succinil-CoAMetionina, Valina
Treonina, Isoleucina Glucogénicos puros Mixtos
Fumarato Fenilalanina, Tirosina Mixtos
Acetil-CoALeucina
Treonina, Isoleucina, Triptofano Cetogénico puro Mixtos
Acetoacetil-CoALisina, Leucina
Fenilalanina, Tirosina, Triptofano Cetogénicos puros Mixtos
Metabolismo de Algunos Aminoácidos Específicos
Dos grupos de aminoácidos tiene metabolismo de interés especial, por la gran variedad de inter-mediarios que forman.
Catabolismo de Fenilalanina y Tirosina. Aminoácidos Mixtos
Fenilalanina-4-Hidroxilasa (EC 1.14.16.1)
Esta enzima inicia la degradación de Fenilalanina, pero además es responsable de la síntesis de Tirosina. Utiliza como coenzima la Tetrahidrobiopterina (THB) que se oxida a Dihidrobiopterina (DHB). La regeneración de THB depende de NADPH, como agente reductor de DHB.
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
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CH2
CH
C OO
NH3
+
CH2
CH
C OO
NH3
+
OHTirosina
Fenilalanina
O2 + THB DHB + H2O
NADPHNADP+
La Tetrahidrobiopterina tiene un núcleo de Pteridina, análogo al de Tetrahidrofolato.
NH
NH
NH
N
O
NH2
CH CH CH3
OH OH
N
NH
NH
N
O
NH
CH CH CH3
OH OHDihidrobiopterinaTetrahidrobiopterina
La ausencia de Fenilalanina Hidroxilasa provoca la Fenilcetonuria, una de las enfermedades metabólicas más frecuentes.
Cuando se acumula Fenilalanina, en lugar de formar Tirosina, se transamina y produce Fenilpiru-vato que inhibe a la Piruvato Deshidrogenasa y con ella, el metabolismo oxidativo de Glúcidos.
En los individuos Fenilcetonúricos la Tirosina es esencial porque no la pueden sintetizar.
Tirosina Transaminasa (EC 2.6.1.5)
Al igual que la anterior es una enzima mitocondrial. Mediante esta reacción, el Nitrógeno de la Tirosina entra a la reserva general, en forma de Glutamato.
CH2
C
C OO
O
OH
C
CH2
CH2
C
C O
O
O
O
OC
CH2
CH2
CH
C O
O
NH3
+
O
O
CH2
CH
C OO
NH3
+
OHp-Hidroxifenilpiruvato
- Cetoglutarato GlutamatoTirosina
++PLP
La ausencia de Tirosina Transaminasa produce Tirosinemia.
p-Hidroxifenilpiruvato Oxidasa ó p-Hidroxifenilpiruvato Dioxigenasa. (EC 1.13.11.27)
Es una reacción de descarboxilación oxidativa. El mecanismo de reacción consiste en la transpo-sición de la cadena lateral, promovida por la oxidación del grupo Oxo y del carbono 1 del anillo fenólico.
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
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CH2
C
C OO
O
OH
OH
OH
CH2
C OO
p-Hidroxifenilpiruvato Homogentisato
O2 CO2
Homogentisato Oxidasa, Homogentisato Oxigenasa ú Homogentisato 1,2-Dioxigenasa (EC 1.13.11.5)
La reacción consiste en la oxidación simultánea de los carbonos 1, hasta carboxilo, y 2 hasta ce-tona, con lo cual se abre el anillo benceno. Al desaparecer el carácter aromático, el OH en 4 se convierte en enol y adquiere la forma tautomérica de cetona, que es más estable.
OH
OH
CH2
C OO
CH2
C
C
CH2C
O
CH
OO
O
CH
COO
Homogentisato
O2
4-Maleilacetoacetato
La deficiencia de Homogentisato Oxidasa causa la enfermedad conocida como Alcaptonuria.
Maleilacetoacetato Isomerasa (EC 5.2.1.2)
Es una reacción en la cual se cambia la isomería geométrica.
CH2
C
C
CH2C
O
CH
OO
O
CH
COO
CCH
CH
CCH2
CCH2
C O
OOO
O
OMaleilacetoacetato Fumarilacetoacetato
El avance de esta reacción depende de la velocidad con que se elimina el Fumarilacetoacetatoproducido, pues se encuentra prácticamente en equilibrio.
Fumarilacetoacetato Hidrolasa ó Fumarilacetoacetasa (EC 3.7.1.2)
CCH
CH
C O
O
O
O
CCH
CH
CCH2
CCH2
C O
OOO
O
O CH3
CCH2
C O
OO
FumaratoFumarilacetoacetato
H2O
Acetoacetato
+
El Fumarato se puede oxidar en el ciclo de Krebs hasta Oxalacetato y por lo tanto es Glucogéni-co, mientras que el Acetoacetato es Cetogénico.
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
maov/mlvm/12
La enzima también actúa sobre otros 2, 4 ó 3, 5-dioxoácidos. Su deficiencia produce Tirosine-mia.
Síntesis de Catecolaminas
La Tirosina es el precursor de las catecolaminas neurotransmisoras Dopamina, Norepinefrinay Epinefrina, que se sintetizan en el sistema nervioso central y la médula suprarrenal.
Tirosina 3-Hidroxilasa, Tirosina 3-Monooxigenasa (EC 1.14.16.2)
Es activada por fosforilación, catalizada por una Tirosina Hidroxilasa Cinasa (EC 2.7.1.24) es-pecífica. Igual que la Fenilalanina Hidroxilasa, utiliza Tetrahidrobiopterina como coenzima.
CH2
CH
C OO
NH3
+
OH
CH2
CH
C OO
NH3
+
OH
OH
Tirosina 3,4-DihidroxifenilalaninaL-DOPA
O2 + THB DHB + H2O
NADPHNADP+
Su deficiencia se relaciona con el mal de Parkinson.
DOPA Descarboxilasa ó Descarboxilasa de Aminoácidos Aromáticos (EC 4.1.1.28)
La enzima utiliza Fosfato de Piridoxal como coenzima. La Dopamina es el primer neurotransmi-sor catecolamínico que se forma en la vía.
CH2
CH
C OO
NH3
+
OH
OH
CH2
CH2
NH3
+
OH
OH
3,4-DihidroxifenilalaninaL-DOPA
CO2
Dopamina
También actúa sobre otros aminoácidos aromáticos como Triptofano, Hidroxitriptofano y Tirosi-na. Su deficiencia se relaciona con el mal de Parkinson.
Dopamina Hidroxilasa, Dopamina -Hidroxilasa ó Dopamina -Monooxigenasa (EC 1.14.17.1)
Es una enzima de especificidad absoluta, usa ácido Ascórbico y es activada por Fumarato. Ade-más tiene Cobre +1 en su estructura.
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
maov/mlvm/13
CH2
CH2
NH3
+
OH
OH
CH
CH2
NH3
+
OH
OH
OH
Norepinefrina óNoradrenalina
Dopamina
O2 H2O
AscorbatoDehidro-
Ascorbato
Norepinefrina N-Metiltransferasa (EC 2.1.1.28)
Actúa sobre varias feniletanolaminas. Requiere S-Adenosilmetionina (SAM) como donador del grupo metilo, que se transforma en S-Adenosilhomocisteina (SAH)
CH2
CH
NH3
+
OH
OH
OH
CH
CH2
NH2
+
OH
OH
CH3
OH
Norepinefrina óNoradrenalina
Epinefrina óAdrenalina
SAM SAH
Síntesis de Melanina
La Tirosina también es precursora de la Melanina, el compuesto que da pigmentación a la piel. En los Melanocitos la síntesis se inicia con la enzima Tirosinasa.
Tirosinasa o Monofenol Monooxigenasa (EC 1.14.18.1)
Esta enzima forma parte de un grupo de enzimas que requieren Cobre y que son capaces de oxi-dar monofenoles y catecoles de diversos tipos.
CH2
CH
C OO
NH3
+
OH
CH2
CH
C OO
NH3
+
OH
OH
Tirosina 3,4-DihidroxifenilalaninaL-DOPA
O2 H2O
No se conoce el mecanismo exacto de la reacción. Su ausencia en los melanocitos produce Albi-nismo.
Esta misma enzima parece ser la responsable de los siguiente paso de la vía, en el cuales la L-DOPA se convierte primero en L-DOPAQuinona y después en L-DOPACromo.
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
maov/mlvm/14
CH2
CH
C OO
NH3
+
OH
OH
CH2
CH
C OO
NH3
+
O
O
L-DOPAQuinona3,4-DihidroxifenilalaninaL-DOPA
L-TyrO2
L-DOPAH2O
CH2
CH
C OO
NH3
+
O
O
O
O
NH
C OO
L-DOPACromo
L-TyrO2
L-DOPAH2O
L-DOPAQuinona
La descarboxilación del DOPACromo es espontánea, promovida por la resonancia de los electro-nes del Nitrógeno amínico.
OH
OH
NHO
O
NH
CO
O
5,6-DihidroxiindolL-DOPACromo
CO2
El resto de la vía consiste en una serie compleja de oxidaciones y polimerizaciones sucesivas que forman la Melanina a partir del Dihidroxiindol.
Catabolismo de Aminoácidos Ramificados
Los aminoácidos con cadenas laterales ramificadas Valina, Leucina e Isoleucina, siguen rutas metabólicas semejantes, pero con resultados diferentes, la Valina es Glucogénico, la Leucina es Cetogénico y la Isoleucina es Mixto.
Transaminación
Los tres aminoácidos inician su degradación en reacciones de transaminación catalizadas por la misma enzima que usa -Cetoglutarato como aceptor de Nitrógeno.
Se producen ácidos de cadena ramificada que inicialmente siguen un metabolismo como el de ácidos grasos.
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
maov/mlvm/15
C
CH
CH
NH3
+
CH3 CH3
OO C
CH
CH2
NH3
+O
O
CHCH3 CH3
C
CH
CH
NH3
+O
O
CH2
CH3
CH3
C
C
CH
O
CH3 CH3
OO
C
C
CH2
O
OO
CHCH3 CH3
C
C
CH
O
OO
CH2
CH3
CH3
-CG
Glu
-CG
Glu
-CG
Glu
Val Leu Ile
-Cetoisopentanoato
-Ceto--metilpentanoato-Cetoisohexanoato
Descarboxilación oxidativa
La reacción es semejante a la síntesis de Acetil-CoA por el complejo de la Piruvato Deshidro-genasa, pero las enzimas son libres. Hay una enzima para ceto-isohexanoato (Leu) y ceto-metilpentanoato (Ile) y otra para ceto-isopentanoato (Val). La unión a la Coenzima A, introduce los esqueletos de carbono a un metabolismo oxidativo, semejante al de los ácidos grasos.
S
C
CH
O
CH3 CH3
CoA S
C
CH2
O
CoA
CHCH3 CH3
S
C
CH
O
CoA
CH2
CH3
CH3
C
C
CH
O
CH3 CH3
OO C
C
CH2
O
OO
CHCH3 CH3
C
C
CH
O
OO
CH2
CH3
CH3
CoA-SH
CO2
Isobutiril-CoA
Isopentanoil-CoA -Metilbutiril-CoA
-Cetoisopentanoato -Ceto--metilpentanoato-Cetoisohexanoato
CoA-SH
CO2
CoA-SH
CO2
En la hipoglicinemia inducida por Leucina e isopentanoato, se inhibe el metabolismo de Valina pero no de Leu o Isoleucina.
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
maov/mlvm/16
Deshidrogenación
Hay una enzima específica para cada compuesto, todas dependen de FAD y forman enlaces trans.En la acidemia isopentanoica (Leu) la falta de la enzima específica, no afecta el metabolismo de Ile y Val.
S
C
C
O
CH2 CH3
CoA S
C
CH
O
CoA
CCH3 CH3
S
C
C
O
CoA
CH
CH3
CH3
S
C
CH
O
CH3 CH3
CoA
S
C
CH2
O
CoA
CHCH3 CH3
S
C
CH
O
CoA
CH2
CH3
CH3
FAD
FADH2
Isobutenil-CoA
Metilbutenil-CoAIsopentenil-CoA
FAD
FADH2
FAD
FADH2
Isobutiril-CoA Isopentanoil-CoA -Metilbutiril-CoA
Después de esta reacción se inicia la diferenciación de las rutas metabólicas.
Leucina. El Isopentenil-CoA derivado de Leucina, sigue el mismo metabolismo que los ácidos grasos con ramificaciones en carbonos nones, convirtiéndose en Hidroximetilglutaril-CoA, que puede producir cuerpos cetónicos o Colesterol.
Isopentenil-CoA Carboxilasa (EC 6.4.1.4)
Al igual que otras carboxilasas, esta enzima requiere Biotina como coenzima. Su ausencia provo-ca aciduria isopentenoica o metilcrotónica. La deficiencia de Biotina en la dieta, también tiene es-te síntoma.
C
CH
C
SO
CoA
CCH3
C OO
C
CHC
SO
CoA
CH3
CH3
Isopentenil-CoA 3-Metilgutaconil-CoA
ATP ADP+Pi
CO2
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
maov/mlvm/17
Enoil-CoA hidratasa
C
CH2
C
SO
CoA
CH2
CH3
C OO
OH
C
CH
C
SO
CoA
CH2
CH3
C OO
3-OH-3-metilgutaril-CoA
H2O
3-Metilgutaconil-CoA
Esta enzima es la misma Enoil-CoA Hidratasa de la beta oxidación.
Valina e Isoleucina. Valina e Isoleucina continúan con un reacción en común más, una hidrata-ción.
Hidratación
La misma enzimas metaboliza ambos compuestos, 3-OH-2-Metilbutiril-CoA (Ile) e 3-OH-Isobutiril-CoA (Val).
S
C
CH
O
CoA
CH3
CH2
OH
S
C
CH
O
CoA
CH
CH3
CH3
OH
S
C
C
O
CH2 CH3
CoA
S
C
C
O
CoA
CH
CH3
CH3
H2O
3-OH-Isobutiril-CoA 3-OH-2-Metilbutiril-CoA
H2O
Isobutenil-CoA Metilbutenil-CoA
El 3-OH-2-Metilisobutiril-CoA derivado de Isoleucina, tiene el mismo metabolismo que los áci-dos grasos con metilos en carbonos pares, produciendo Acetil-CoA (Cetogénica) y Propionil-CoA (Glucogénica) por eso la Isoleucina es un aminoácido de metabolismo Mixto.
L-(+)-3-Hidroxiacil-CoA Deshidrogenasa (EC 1.1.1.35)
Es la misma enzima de la matriz mitocondrial que actúa sobre ácidos grasos, de especificidad ab-soluta por el isómero L-(+)
CH3 CH CH C S
O
CoA
OH
CH3
CH3 C CH C S
O
CoA
O CH3
L-(+)-3-OH-2-Metilbutiril-CoA 2-MetilAcetoacetil-CoA
NAD+ NADH
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
maov/mlvm/18
Acetil:Acil-CoA Transacetilasa ó Acil-CoA-3-Cetotiolasa ó Tiolasa (EC 2.3.1.16)
Es igual a la de -Oxidación, que requiere el grupos –SH libres.
CH3 C
O
S CoACH3 C CH C S
O
CoA
O CH3
CH2 C S
O
CoACH3
Acetil-CoA2-Metilacetoacetil-CoA+
Propionil-CoA
CoA-SH
El metabolismo de la 3-OH-Isobutiril-CoA, derivada de Valina, es distinto al de ácidos grasos y forma sólo Propionil-CoA.
3-Hidroxiacil-CoA Desacilasa
Está ampliamente distribuida en los tejidos. También puede usar 3-Hidroxipropionil-CoA como sustrato.
CH2 CH C S
O
CoA
CH3
OH OH CH2 CH C O
OCH3
3-OH-Isobutiril-CoA 3-OH-Isobutirato
CoA-SHH2O
3-Hidroxibutirato Deshidrogenasa
O CH CH C O
OCH3
OH CH2CH C O
OCH3
SemialdehídoMetilmalónico
NADHNAD+
3-OH-Isobutirato
Es de especificidad absoluta.
Metilmalonil Semialdehído Deshidrogenasa
El mecanismo es semejante al de las Deshidrogenasas de Piruvato y -Cetoglutarato. Se elimina el grupo carboxilo y el aldehído se une a la CoA y se oxida a carboxilo.
CH3CH2C S
O
CoAO CH CH C O
OCH3
Propionil-CoA
NADHNAD+
SemialdehídoMetilmalónico CoA-SH CO2
No se sabe si es una enzima libre o un complejo.
La Propionil-CoA derivada de Isoleucina y Valina se metaboliza hasta Succinil-CoA, siguiendo la ruta que se presentó al estudiar la oxidación de ácidos grasos con número non de átomos de carbono o ramificaciones en carbonos pares, por eso la Valina es un aminoácido de metabolismo Glucogénico.
Metabolismo de Bases Nitrogenadas
Prácticamente todos los seres vivos sintetizan las Bases Nitrogenadas y muchos de ellos también las reciclan. Las vías de síntesis y degradación de bases nitrogenadas son muy diferentes. Las ba-ses púricas se sintetizan unidas a Ribosa, mediante rutas constituidas por muchos pasos, para formar desde el inicio nucleótidos; mientras que la ruta de síntesis de las pirimidinas consta de
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
maov/mlvm/19
pocos pasos, primero se forman bases libres y sólo al final se sintetizan los nucleótidos. En el ca-tabolismo, las bases pirimidicas se degradan completamente hasta intermediarios metabólicos Glucogénicos y/o Cetogénicos, mientras que el esqueleto cíclico de las purinas no se puede rom-per y se elimina como ácido Úrico.
Síntesis de Nucleótidos de Purina
Precursores de Purina
N 9
C 8
N 7C 5
C4
C 6
N 1
C 2
N 3
CO2
Aspartato
N10-Formil-THF
Amida de Gln
N5,N10-Metilen-THF
Glicina
El núcleo de Purina se construye átomo por átomo. La mayor contribución proviene de la Glicina, cuyos tres átomos pesados se incluyen en los anillos de Purina. Con excepción del Carbono 6, to-dos los átomos provienen de aminoácidos
Fosforribosilpirofosfato Sintasa
La enzima es inhibida por los ADP y GDP y por 2,3 - bisfosfoglicerato. El 5 - Fosforribosil -1-pirofosfato (PRPP) tiene muchos destinos como síntesis y recirculación de Purinas y Pirimidinas, síntesis de NAD y NADP.
O OH
OHOH
OPO
O
O O O
OHOH
P O P O
OPO
O
O
O
O
O
O
ATP AMP
Ribosa-5-Fosfato 5-Fosforribosil-1-pirofosfatoPRPP
El PRPP, es el reactivo limitante para la síntesis de purinas.
Glutamina PRPP Amidotransferasa
Es el sitio de regulación principal de la síntesis de Purinas. La enzima es inhibida por AMP, IMP y GMP, y activada por el sustrato PRPP. La inhibición de AMP + GMP es sinérgica y lo mismo AMP + IMP. La concentración alta de PRPP puede sobreponerse a la inhibición de nucleótidos.
O O
OHOH
P O P O
OPO
O
O
O
O
O
O
O NH2
OHOH
OPO
O
O
O NH3
+
O
NH3
+
O
O O
O
NH3
+
O
H2O PPi
5-Fosforribosil-1-pirofosfatoPRPP
5-Fosforribosillamina
Glutamina Glutamato
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
maov/mlvm/20
La síntesis de la ribosilamina, procede con inversión de la conformación del enlace glicosídico, de -Ribosilpirofosfato a -Ribosilamina. La Azaserina, un análogo de Glutamina, se utiliza en terapia anticancerosa, debido a su capacidad para inhibir esta reacción.
OC
CH C
H2
OC
CH
O
NH3
+
O
N+
N
Azaserina
Glicinamida Ribonucleótido Sintetasa
Es inhibida por nucleótidos de Hipoxantina, Adenina y Guanina, y activada por sustrato.
O NH2
OHOH
OPO
O
O
OC
CH2
O
NH3
+
O NH
OHOH
OPO
O
OC
O
CH2
NH3
+
5-Fosforribosillamina
Glicina
ATP ADP+Pi
5-Fosforribosilgicinamida
Fosforribosiglicinamida-N-Formil Tranferasa ó Fosforribosilglicinamida-N-Formil Sinteta-sa.
El nombre correcto de la enzima es Sintetasa, sin embargo, se hace énfasis en la participación de Tetrahidrofolato (THF), conservando el de Transferasa. El radical Formilo proviene de la Serina.
O NH
OHOH
OPO
O
OC
O
CH2
NH3
+
O NH
OHOH
OPO
O
OC
O
CH2
NH
CH
O
NH
NH
NH
N
N
NH
O
OO
O
O
NH2
O
CHO
NH
NH
NH
N
NH
NH
O
OO
O
O
NH2
O
ATP ADP+Pi
5-Fosforribosilgicinamida 5-Fosforribosil-N-formilglicinamida
N10-FormilTetrahidrofolato
Tetrahidrofolato
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
maov/mlvm/21
Fosforribosil-N-formilglicinamidina Sintetasa
O NH
OHOH
OPO
O
OC
NH
CH2
NH
CH
O
O NH
OHOH
OPO
O
OC
O
CH2
NH
CH
O
O NH3
+
O
NH3
+
O
O O
O
NH3
+
O
ATP ADP+Pi
5-Fosforribosil-N-formilglicinamidieina5-Fosforribosil-N-formilglicinamida
Glutamina Glutamato
Fosforribosil Aminoimidazol Sintetasa
O NH
OHOH
OPO
O
OC
NH
CH2
NH
CH
O
N
N
O
OHOH
OPO
O
O NH2
ATP ADP+Pi
5-Fosforribosil-N-formilglicinamidina 5-Fosforribosil Aminoimidazol
Fosforribosil Aminoimidazol Carboxilasa
Esta es una reacción de carboxilación poco común pues no requiere Biotina ni ATP.
N
N
O
OHOH
OPO
O
O NH2
CO
O
N
N
O
OHOH
OPO
O
O NH2
5-Fosforribosil-(5-Amino-4-Carboxi)-imidazol5-Fosforribosil AminoimidazolCO2
Fosforribosil Aminoimidazol Succinamida Sintetasa
N
N
O
OHOH
OPO
O
O NH2
CO
O
N
N
O
OHOH
OPO
O
O NH2
NH
OO O
O O
OO
O
NH3
+O
5-Fosforribosil-(5-Amino-4-Carboxiimidazol)
ATP ADP+Pi
Aspartato
1-(5'-Fosforribosil)-4-(N-Carboxi-succinamida)-5-aminoimidazol
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
maov/mlvm/22
Adenilsuccinato Liasa
El Fumarato liberado puede reconvertirse en Oxalacetato y transaminar a Aspartato o emplearse en Gluconeogénesis.
N
N
O
OHOH
OPO
O
O NH2
NH2
O
OO
O
O
N
N
O
OHOH
OPO
O
O NH2
NH
OO O
O O
Fumarato
1-(5'-Fosforribosil)-5-amino-4-carboxiamidaimidazol
1-(5'-Fosforribosil)-4-(N-Carboxi-succinamida)-5-aminoimidazol
Fosforribosilamino Carboxamidaimidazol Formil Transferasa
NH
NH
NH
N
N
NH
O
OO
O
O
NH2
O
CHO
NH
NH
NH
N
NH
NH
O
OO
O
O
NH2
O
N
N
O
OHOH
OPO
O
O NH2
NH2
O
N
N
O
OHOH
OPO
O
O NH
NH2
O
CH
O
ATP ADP+Pi
N10-FormilTetrahidrofolato
Tetrahidrofolato
1-(5'-Fosforribosil)-5-amino-4-carboxiamidaimidazol
1-(5'-Fosforribosil)-5-formamido-4-carboxiamidaimidazol
Nuevamente se trata de una sintetasa, pero en su nombre se hace énfasis en la participación del THF.
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
maov/mlvm/23
Inosinmonofosfato Ciclohidrolasa
N
N
O
OHOH
OPO
O
O NH
NH2
O
CH
O
N
NH
N
N
O
OHOH
OPO
O
O
O
1-(5'-Fosforribosil)-5-formamido-4-carboxiamidaimidazol
H2O
Inosinmonofosfato
El IMP es el primer nucleótido de purina sintetizado. La Inosina se transforma en Adenosina y Guanosina, por inclusión de otros átomos, que también provienen de aminoácidos.
Síntesis de AMP
Adenilosuccinato Sintetasa
La enzima es inhibida por el AMP. La síntesis requiere de GTP como fuente de energía
N
NH
N
N
O
OHOH
OPO
O
O
O
N
NH
N
N
O
OHOH
OPO
O
O
NH
O
O
O
O
OO
O
NH3
+O
Inosinmonofosfato Adenilsuccinato
GTP GDP+Pi
Aspartato
Adenilosuccinato Liasa
La enzima es activada por GTP, para nivelar las concentraciones de ambos nucleótidos
N
NH
N
N
O
OHOH
OPO
O
O
NH2
OO
O
O
N
NH
N
N
O
OHOH
OPO
O
O
NH
O
O
O
O
Adenosinmonofosfato
Fumarato
Adenilsuccinato
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
maov/mlvm/24
Síntesis de GMP
Inosinmonofosfato Deshidrogenasa
La enzima es inhibida por el GMP y requiere NAD como agente oxidante
N
NH
N
N
O
OHOH
OPO
O
O
O
NH
NH
N
N
O
OHOH
OPO
O
O
O
O
Inosinmonofosfato Xantosinmonofosfato
NAD+ NADH
Guanosinmonofosfato Sintetasa
La enzima es activada por ATP, para nivelar las concentraciones de ambos nucleótidos.
NH
NH
N
N
O
OHOH
OPO
O
O
O
O NH
NH
N
N
O
OHOH
OPO
O
O
O
NH2
O O
O
NH3
+
O
O NH3
+
O
NH3
+
O
Xantosinmonofosfato Guanosinmonofosfato
ATP AMP+Pi
Glutamina Glutamato
Síntesis de Nucleótidos de Pirimidina
Precursores de Pirimidina
N
CN
C
CC
AspartatoGlutamina
CO2
El núcleo de pirimidina se construye en pocos pasos, a partir de moléculas completas. La mayor contribución es de Aspartato. Con excepción del Carbono 2, todos los átomos provienen de ami-noácidos.
Carbamilfosfato Sintetasa 2
Es la isoenzima citoplásmica. Al contrario de la enzima mitocondrial del ciclo de la urea, utiliza Glutamina en lugar de amoniaco, como donador del Nitrógeno.
Forma parte de una proteína trivalente, con tres actividades catalíticas: (1) Síntesis de carbamil-fosfato, (2) Sintesis del carbamil aspartato y (3) Deshidratación a dihidroorotato
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
maov/mlvm/25
NH2 C O
O
P O
O
OO NH3
+
O
NH3
+
O
O O
O
NH3
+
O
+ CO2
2 ADP + 1 Pi
CarbamilfosfatoGlutamina Glutamato
2 ATP
+
Aspartato Transcarbamilasa
Es la misma proteína que la anterior pero esta actividad enzimática está en otro sitio activo. In-hibida por CTP y activada por ATP.
NH2 C O
O
P O
O
O
OO
O
NH3
+O
NH
NH2
O
O
O
O
O
Carbamilfosfato
+
Pi
Aspartato Carbamilaspartato
La energía para la condensación proviene indirectamente del ATP a través de la hidrólisis del en-lace anhidro del Carbamilfosfato
Dihidroorotasa
Es la última de las actividades de la proteína trivalente. La ciclización da como resultado el pri-mer derivado de pirimidina, el ácido Dihidroorótico.
NH
NH2
O
O
O
O
O NH
NH
O
O
O
O
H2O
Carbamilaspartato Dihidroorotato
Dihidroorotato Deshidrogenasa
Esta es una deshidrogenación de carbonos vecinales, dependiente de NAD+, en lugar del FAD, que se usa en el metabolismo de ácidos grasos y en el ciclo de Krebs. La deshidrogenación tam-bién elimina la quiralidad del carbono 1 del ácido Dihidroorótico.
NH
NH
O
O
O
O
NH
NH
O
O
O
O
NADH
Dihidroorotato
NAD+
Orotato
Orotato Fosforribosil Transferasa
Con esta reacción se genera el primer nucleótido de pirimidina el Orotidínmonofosfato (OMP).La reacción es irreversible debido la hidrólisis del pirofosfato
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
maov/mlvm/26
NH
NH
O
O
O
OO
OHOH
OPO
O
O
NH
NO
O
O
O
O O
OHOH
P O P O
OPO
O
O
O
O
O
O+
Orotato
PPi
5'-Fosforribosil-1'-pirofosfato Orotidin-5'- MonofosfatoOMP
OMP Descarboxilasa
En la reacción de descarboxilación se forma UMP. El UMP es fosforilado primero por la enzimaUridilato Cinasa para formar UDP que es sustrato de la Nucleósido Difosfato Cinasa que forma el UTP, a partir del cual se sintetiza el CTP.
O
OHOH
OPO
O
O
NH
NO
O
O
ON
NH
O
OO
OHOH
OPO
O
OCO2
Orotidin-5'- MonofosfatoOMP
Uridin-5'- MonofosfatoUMP
CTP Sintasa
Esta enzima cataliza una transferencia, pero requiere ATP. Es inhibida por CTP y activada por GTP
N
NH
O
O
OH OH
OPO
O
O O
POPO
O
O
O
O N
NH
NH2
O
OH OH
OPO
O
O O
POPO
O
O
O
O
O NH3
+
O
NH3
+
O
O O
O
NH3
+
O
ATP+H2O ADP+Pi
Glutamina Glutamato
UMP CTP
Ribonucleótido Reductasa
Los Desoxinucleótidos se obtienen a parir de los Nucleótidos por acción del sistema de Ribonu-cleótido Reductasa. Este es un sistema de transporte de electrones que actúa preferentemente so-bre nucleósidos difosfato y requiere NADPH y Tiorreductasa.
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
maov/mlvm/27
Timidilato Sintetasa
Es la enzima encargada de sintetizar la Timidia a partir de UMP, en una reacción que depende de Metilen-Tetrahidrofolato. El metileno del Metilen-THF generalmente es donado por Serina, me-diante la enzima Serina Transhidroximetilasa que depende de TPP.
El DHF que se forma es reconvertido a THF por la enzima DHF Reductasa que requiere NADPH.
N
NH
O
O
OH
OPO
O
O O N
NH
O
O
OH
OPO
O
O O
CH3
N
NH
O
OO
O
O
N
NH
NH
NNH2
O CH
NH
NH
O
OO
O
O
N
NH
NH
NNH2
O
N5,N10-Metinil-Tetrahidorfolato
Dihidrofolato
dUMP TMP
Los inhibidores de Timidilato sintetasa y DHF reductasa son importantes en la terapia del cáncer.
Ejemplos de inhibidores de TS, 5 - Fluorouracilo y 5 - Fluorouridina, que en el organismo se convierten en 5 – fluoro - dUMP, inhibidor suicida de la enzima.
El metotrexate, la aminopterina y el trimetoprim son algunos de muchos inhibidores de la DHFR.
Degradación de Nucleótidos de Purina
En los humanos, la degradación de los nucleótidos purina es incompleta porque no se puede rom-per el esqueleto de Purina, únicamente se oxida hasta ácido Úrico. Antes de oxidar la Purina has-
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
maov/mlvm/28
ta ácido úrico, primero se elimina el Fosfato, después se elimina el Nitrógeno y por último la Ri-bosa.
Los nucleósidos monofosfato se liberan por hidrólisis de los ácidos nucleicos.
Nucleotidasa
La degradación del Guanilato se inicia eliminando el fosfato.
N
NH
N
N
O
OHOH
OPO
O
O
O
NH2N
NH
N
N
O
OHOH
OH
O
NH2
H2O Pi
GMP Guanosina
Purinucleósido Fosforilasa
Es una reacción de fosforolisis, semejante a la que se presenta en la degradación del Glucógeno.
N
NH
N
N
O
OHOH
OH
O
NH2
N
NH
NH
N
O
NH2
Pi
Guanosina Guanina
Ribosa-1-P
Guanina Desaminasa
Abundante en Cerebro e Hígado de los seres humanos.
N
NH
NH
N
O
NH2NH
NH
NH
N
O
O
H2O NH3
Guanina Xantina
Xantina Oxidasa
Es una de las isoenzimas del citocromo P450.
NH
NH
NH
N
O
O N
N
N
N
O
O
O
H2O+O2 H2O2
Xantina Ácido Úrico
Además de Xantina, la enzima oxida otros compuestos aromáticos.
La degradación del Adenilato puede seguir varios caminos, el más importante se inicia con la pérdida del grupo amino.
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
maov/mlvm/29
Adenilato Desaminasa
N
NH
N
N
O
OHOH
OPO
O
O
NH2
N
NH
N
N
O
OHOH
OPO
O
O
O
H2O NH3
AMP IMP
El resto de la vía es igual a la de Guanilato
Nucleotidasa
N
NH
N
N
O
OHOH
OPO
O
O
O
N
NH
N
N
O
OHOH
OH
O
H2O Pi
IMP Inosina
Purinucleósido Fosforilasa
La deficiencia genética de esta enzima es la causa de un estado de inmunodeficiencia, provocado por la destrucción de las células T. No se conoce la razón de este efecto.
N
NH
N
N
O
OHOH
OH
O
N
NH
NH
N
OPi
InosinaHipoxantina
Ribosa-1-P
Xantina Oxidasa
N
NH
NH
N
O
NH
NH
NH
N
O
O N
N
N
N
O
O
O
Hipoxantina Xantina Ácido Úrico
H2O+O2 H2O2 H2O+O2 H2O2
En dos pasos consecutivos la enzima oxida la Hipoxantina hasta ácido Úrico.
El Adenilato también puede seguir una ruta de degradación semejante a la de Guanilato.
Nucleotidasa
Primero se hidroliza el fosfato para generar el nucleósido.
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
maov/mlvm/30
N
NH
N
N
O
OHOH
OPO
O
O
NH2
N
NH
N
N
O
OHOH
OH
NH2
H2O Pi
AMP Adenosina
Adenosina Desaminasa
La ausencia de esta enzima causa una inmunodeficiencia provocada por la destrucción de los lin-focitos T y B. La razón de este efecto no está bien comprendida. Se supone que la acumulación de Adenosina inhibe la síntesis de nucleótidos y con ella la de ácidos nucleicos.
N
NH
N
N
O
OHOH
OH
NH2
N
NH
N
N
O
OHOH
OH
OH2O NH3
Adenosina Inosina
La Inosina sigue la ruta de hidrólisis y oxidación descrita antes.
En ocasiones lugar de degradarse, el IMP puede entrar al Ciclo de Nucleótidos de Purina, por ac-ción de la enzima Adenilosuccinato Sintetasa, que condensa el IMP con una molécula de Aspar-tado, usando la energía de hidrólisis de GTP, para después convertirse nuevamente en AMP, por acción de la Adenilosuccinato Liasa, que rompe el Adenilosuccinato liberando Fumarato.
El ciclo de nucleótidos de Purina, tiene importancia en el músculo activo, ya que en estas condi-ciones, la vías anapleróticas del Ciclo de Krebs (Piruvato Carboxilasa) tienen actividad baja. En-tonces, el Fumarato formado en en el metabolismo de AMP, se convierte en fuente importante de intermediarios del ciclo de Krebs.
Recirculación de Bases Púricas
Esta vía permite recuperar los núcleos de purina, antes de que sean oxidados.
Hipoxantina Guanina Fosforribosil Transferasa
Convierte Hipoxantina y Guanina en los nucleótidos correspondientes IMP y GMP, usando 5’-Fosforribosil-1-pirofosfato como fuente de Ribosa-5’-monofosfato. La energía para la reacción se obtiene de la hidrólisis del pirofosfato.
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
maov/mlvm/31
N
NH
NH
N
O
NH2
N
NH
NH
N
O
N
NH
N
N
O
OHOH
OPO
O
O
O
N
NH
N
N
O
OHOH
OPO
O
O
O
NH2
PRPP PPi
Guanina
GMP
Hipoxantina
IMP
La ausencia de esta enzima provoca una enfermedad genética rara, denominada Síndrome de Lesch-Nyhan, caracterizada por comportamiento hiperagresivo.
Degradación de Nucleótidos de Pirimidina
Los nucleótidos pirimídicos siguen rutas con reacciones semejantes a las de las purinas, desami-nación, hidrólisis y oxidación, pero sus productos de oxidación se degradan hasta intermediarios metabólicos del ciclo del ácido cítrico ó de la síntesis de ácidos grasos. Por lo tanto, las pirimidi-nas tienen catabolismo mixto, tanto Glucogénico como Cetogénico.
Degradación de Uracilo y Citosina
La Citosina y el Uracilo siguen la misma ruta de degradación. Sin importar que proceda de RNA o DNA, la Citosina primero debe convertirse en Uracilo, perdiendo el grupo amino, para ser de-gradada.
CMP Desaminasa
Hay una enzima específica para el CMP y otra para el desoxi-CMP.
N
N
NH2
OO
OHOH
OPO
O
O N
NH
O
OO
OHOH
OPO
O
O
H2O NH3
CMP UMP
Nucleotidasa
Nuevamente hay una para UMP y otra para desoxi-UMP
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
maov/mlvm/32
N
NH
O
OO
OHOH
OPO
O
O N
NH
O
OO
OHOH
OHH2O Pi
UMP Uridina
Y también se encuentra una enzima para CMP y otra para desoxi-CMP.
N
N
NH2
OO
OHOH
OPO
O
O N
N
NH2
OO
OHOH
OHH2O Pi
CMP Citidina
Citidina Desaminasa
Hay una para Citidina y otra para desoxi-Citidina.
N
N
NH2
OO
OHOH
OH
N
NH
O
OO
OHOH
OHH2O NH3
Citidina Uridina
Uridina Fosforilasa
N
NH
O
OO
OHOH
OH
NH
NH
O
O
Pi
Uridina Uracilo
Ribosa-1-fosfato
También en esta reacción hay dos enzimas, una para Uridina y otra para desoxi-Uridina.
Dihidropiridina Deshidrogenasa
Reduce el Uracilo utilizando NADPH.
NH
NH
O
O NH
NH
O
O
HADPH
Uracilo Dihidrouracilo
NADP+
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
maov/mlvm/33
Dihidroprimidasa
Hidroliza el enlace amida N3-C4.
NH
NH
O
O
CH2
CH2 NH
C
NH2
O
C
O
O
H2O
Dihidrouracilo Ureidopropionato
Ureidopropionasa
Es otra hidrolasa de enlace amida.
CH2
CH2NH2 O
OCH2
CH2 NH
C
NH2
O
C
O
O
H2O
-AlaninaUreidopropionato
CO2 + NH3
Aminotransferasa
CH2
CHO
CO
O
CH2
CH2NH2
CO
O-Ceto-
Glutarato
Semialdehído-malónico
Glu
-Alanina
El Semialdehído malónico que se produce se oxida y convierte en Malonil-CoA, precursor para la síntesis de ácidos grasos, pro lo tanto, Citosina y Uracilo son Cetogénicas.
Degradación de Timina
Las reacciones de degradación de Timina proveniente del DNA, son del mismo tipo y se efectúan en la misma secuencia que las del metabolismo de Citosina y Uracilo, pero el producto final es diferente.
Nucleotidasa
N
NH
O
OO
OH
OPO
O
O
CH3
N
NH
O
OO
OH
OH
CH3
TMP
H2O Pi
Timidina
Uridina Fosforilasa
Parece la misma que participa en la fosforolísis de desoxi-Uridina, por lo que su nombre debía ser Timidina Fosforilasa, ya que la desoxi-Uridina es muy rara.
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
maov/mlvm/34
N
NH
O
OO
OH
OH
CH3
NH
NH
O
O
CH3 OO
OH
OH
P
O
O
O
Pi
TimidinaTimina d-Ribosa-
1-fosfato
+
Dihidropirimidina Deshidrogenasa
Depende de NADP+ reducido
NH
NH
O
O
CH3
NH
NH
O
O
CH3
HADPH
Timidina Dihidrotimidina
NADP+
Dihidroprimidasa
Hidroliza el enlace amida entre el carbonilo 4 y el amino 3.
NH
NH
O
O
CH3 CH
CH2 NH
C
NH2
O
C
OCH3O
H2O
Dihidrotimidina Ureidoisobutirato
Ureidopropionasa
CHCH2
NH2C
CH3
O
OCH
CH2 NH
C
NH2
O
O
OCH3
H2O
-AminoisobutiratoUreidoisobutirato
CO2 + NH3
Aminotransferasa
Utiliza Fosfato de Piridoxal como coenzima y -Cetoglutarato como aceptor del grupo amino.
CHCH
OC
CH3
O
OCH
CH2
NH2C
CH3
O
O
-Ceto-Glutarato
Semialdehído-metilmalónico
Glu
-Aminoisobutirato
El Semialdehído metilmalónico, sigue el mismo metabolismo que el esqueleto de carbonos de Valina.
Metabolismo de Aminoácidos y Bases Nitrogenadas
maov/mlvm/35
Semialdehído Metilmalónico Deshidrogenasa
En esta reacción, se elimina el carboxilo oxidándolo a CO2. El aldehído se une a la CoA y se oxi-da a carboxilo.
OCH
CHC
CH3
O
OCH3
CH2
CS
O
CoA
Propionil-CoA
NADHNAD+
Semialdehído-metilmalónico CoA-SH CO2
El mecanismo de la reacción es semejante al de las Piruvato Deshidrogenasa de la Glicólisis y -Cetoglutarato Deshidrogenasa del ciclo de Krebs, pero no se sabe si en este caso se trata deuna enzima o un complejo multienzimático.
El Propionil-CoA entra al ciclo de Krebs como Succinil-CoA. Esta vía de metabolismo del car-bono, es compartida por la Timina con los ácidos grasos con número non de átomos de carbono y los aminoácidos ramificados.
Vías de recirculación de Pirimidinas
Existen mecanismos de recirculación de Pirimidinas, semejantes al de Purinas, pero su importan-cia es menor, ya que todos los productos de degradación de las Pirimidinas son solubles y no se acumulan en el organismo.
