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1 GENOMA HUMANO El genoma humano nuclear consiste en
aproximadamente 3 mil millones de nucletidos repartidos en los 23
pares de cromosomas, los cuales pueden contener desde 50 hasta 250
millones de pares de bases cada uno. Adems existe el genoma
mitocondrial que es circular y contiene aproximadamente 16,600
pares de bases y 37 genes, el cual se replica autnomamente del
nuclear y pueden existir varias copias por clula dependiendo del
tejido. El ncleo de la clula contiene aproximadamente el 99% del
ADN celular; el resto se encuentra en la mitocondria. El tamao
total del genoma humano es de 3,200 millones de nucletidos y de
stos, cerca de 3000 mil millones son eucromatina. Existen
aproximadamente 35, 0000 genes en el Humano y la mayora codifican
para protena, aunque el 5-10% son genes para ARN no traducible (no
codifican). La unidad estructural de la cromatina es el nucleosoma
que est formado por complejos histonas (H2A, H2B, H3 y H4 en el
octmero y H1 enlazadora) y ADN enrollado. Las histonas son
modificables (acetilacin y metilacin) y regulan el grado de
expresin de genes. Los genes que codifican para protenas contienen
generalmente un sitio de iniciacin y uno de terminacin de la
transcripcin, secuencias de exones, secuencias de intrones y
secuencias promotoras que regulan la iniciacin de la transcripcin.
Adems existen secuencias aumentadoras e inhibidoras de la
transcripcin que regulan la expresin de varios genes. Estas son las
que permiten por ejemplo cambios de expresin gentica por efectos
hormonales o nutricionales. La secuencia de nucletidos del ADN
sirve de molde para la sntesis de nuevas copias de ADN
(replicacin), para la sntesis de molculas de ARN (transcripcin) y
stas para la sntesis de protenas (traduccin). Esta transferencia de
informacin gentica de ADN a ARN a Protena se le conoce como el
Dogma Central de la Biologa Molecular.
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2 Las estructuras generales de las protenas son las siguientes: a)
Primaria: Es la secuencia de aminocidos. b) Secundaria: Son las
formas de alfa hlice o formas beta por enlaces de hidrgeno. c)
Terciaria: Es el plegamiento tridimensional que adquiere cada
protena. d) Cuaternaria: Es la formada cuando dos o ms polipptidos
se enlazan para constituirse en subunidades de una protena. La
estructura secundaria y terciaria de cada protena est dada por su
secuencia de aminocidos (estructura primaria) y por lo tanto est
determinada por la secuencia de ADN del gen que la codifica. Los
ARNm son transportados del ncleo al citoplasma y all son traducidos
a protenas en los ribosomas. Transporte y localizacin de las
Protenas. Una vez sintetizadas las protenas se transportan a sus
diferentes destinos intra o extracelulares a travs del
reconocimiento de seales que se encuentran en las mismas
estructuras de las protenas y son las siguientes: a) Protenas de
secrecin, enzimas lisosomales y receptores de membrana, tienen un
pptido seal hidrofbico aminoterminal.
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3 b) Protenas nucleares tienen una secuencia de aminocidos bsicos
en medio de su secuencia c) Protenas mitocondriales tienen un
pptido seal bsico aminoterminal. d) Protenas Peroxisomales tienen
la secuencia Serina-Lisina-Leucina (SKL) en su extremo carboxilo
terminal. Las protenas que se transportan a diferentes organelas
generalmente son asistidas por protenas chaperones moleculares, los
cuales tambin facilitan la adquisicin de la estructura terciaria y
cuaternaria de las protenas. Los diferentes niveles de regulacin de
la expresin gentica son los siguientes: a) Transcripcional: Sntesis
de ARN a partir de su molde de ADN. b) Postranscipcional:
Procesamiento y maduracin del ARN heterogneo nuclear y estabilidad
y tansporte del ARN mensajero. c) Traduccional: Velocidad de
sntesis de la protena en ribosomas. d) Postraduccional: Transporte
de la protena a su sitio funcional, estabilidad de la protena y
modificaciones covalentes (fosforilacin, acetilacin, ubiquitinacin,
hidrlisis) Transcripcin. Depende de secuencias de ADN promotoras
basales y elementos de respuesta reguladores. A las primeras se
unen los factores de transcripcin, como TF II que interaccionan con
la ARN polimerasa II que transcribe genes que codifican para
protenas. A los elementos de respuesta se unen receptores nucleares
como son por ejemplos los de hormonas esteroides, vitamina D, cido
retinoico, hormonas tiroideas, receptores activadores de
proliferacin peroxisomal (PPARs). En la regulacin de la
transcripcin tambin participa la cromatina a travs de cambios
Epigenticos. stos son modificaciones heredables pero que no causan
un cambio en la secuencia del cdigo gentico (es decir, no son
mutaciones). Los ms importantes son metilacin de citosinas en
secuencias CpG y metilacn y acetilacin de histonas, principalmente
H2 y H3. En general, la metilacin disminuye la expresin del gen y
la acetilacin la aumenta. Frmacos como la decitabina disminuyen la
metilacin de ADN y la tricostatina A inhiben la desacetilacin de
histonas; con este tratamiento genes hipermetilados (como los
supresores de tumores) son activados en su expresin.
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4 Postranscripcional. El proceso de corte y empalme (splicing),
consiste en enlazar exones separados y retirar las secuencias de
intrones, para generar ARN mensajeros maduros. Esto lollevan a cabo
partculas de Ribonucleoprotenas nucleares. Un defecto de este
proceso ocasiona que el ARNm no se traduzca o que se traduzca
errneamente. Cuando esto ocurre la clula desencadena un proceso de
degradacin del ARNm llamado Decaimiento de ARN sin Sentido. Adems,
con la nueva informacin del genoma humano se calcula que el 30-40%
de los genes presentan empalme alternativo, es decir, pueden
seleccionarse exones diferentes de un mismo gen en diferentes
tejidos o en diferentes circunstancias metablicas. Traduccional A
nivel de traduccin del ARNm los factores de iniciacin son los ms
importantes en regular la velocidad y eficiencia de la sntesis de
protenas. El factor de iniciacin IF2 es inhibido por fosforilacin y
esto causa un bloqueo de la traduccin. Infecciones virales, por
ejemplo pueden tener este efecto. Uno de los factores IF4 de la
iniciacin, por el contrario se activa al ser fosforilado; en
algunos tumores est aumentada su fosforilacin. Insulina estimula la
sntesis de protenas al estimular las vas de MAP kinasas y Akt-TOR
que activan al factor IF4. Recientemente se ha observado que
algunas protenas oncognicas y supresoras de tumores pueden ser
reguladas en su expresin por las secuencias no traducidas en el
extremo 5 y 3de su ARNm (UTRs). As por ejemplo el receptor de
estrgenos y la protena BRCA1 pueden disminuir su expresin en
algunos cnceres mamarios. Postraduccional. Las protenas recin
sintetizadas son enviadas a sus destinos finales mediante seales
qumicas y transportadores chaperones moleculares. Algunos procesos
requieren hidrlisis o modificaciones covalentes, como es el caso
del marcador de
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5 manosa 6-fosfato para enzimas lisosomales. Otras modificaciones
covalentes como la fosforilacin regulan la actividad de algunas
protenas como son las protenas reguladoras del metabolismo. La
ubiquitinacin marca a las protenas para su degradacin por el
complejo de proteasoma. Bibliografa. Devlin, TM. Bioqumica con
Aplicaciones Clnicas. 4.Ed Revert, 2004. Baynes JW y Dominiczak.
Bioqumica Mdica. 2.Ed, 2006. Lodish H. Biologa Celular y Molecular
5 Ed, Panamericana, 2004
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6 DIAGNSTICO MOLECULAR EN MEDICINA La mayor parte de las mutaciones
que causan enfermedades hereditarias son tan pequeas que no pueden
identificarse mediante anlisis citogenticos como cariotipos. Cuando
existen deleciones de un segmento de un gen o de un gen completo,
como en casos de Distrofia Muscular de Duchenne la delecin se puede
identificar mediante: a) Southern blot. Utilizando una sonda (ADN
complementario al gen de inters) marcada radiactivamente se observa
la ausencia o una disminucin en la longitud del segmento de ADN
hibridizado. b) PCR. Utilizando oligonucletidos iniciadores
(sentido y antisentido) que flanquean cada uno de los exones de un
gen se detecta ausencia de amplificacin para los exones deletados.
c) FISH. Utilizando una sonda de ADN fluorescente complementaria al
gen de inters se observa ausencia de hibridacin en el cromosoma
afectado. Duplicaciones de genes y expansiones de nucletidos.
Cuando existen amplificaciones en el nmero de copias de un gen,
como en el caso del oncogen myc asociado a Neuroblastoma en
humanos, se puede detectar generalmente mediante: a) Southern blot.
Se observa como un fragmento de mayor longitud o de mayor
intensidad. Tambin cuando existen rearreglos genticos en que
segmentos alejados de un gen son yuxtapuestos por recombinacin, se
pueden identificar por Southern blot como un fragmento de longitud
anormal.
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7 Un tipo de expansin de nucletidos analizados frecuentemente en
clnica son los Microsatlites. stos son repeticiones en tndem de
secuencias cortas de nucletidos, generalmente de 2 a 20. Se
encuentran dispersas a lo largo del genoma y algunas en la vecindad
de algn gen. Aunque su funcin no se conoce son marcadores tiles de
Polimorfismo y segregacin cromosomal. Es decir, es posible asociar
una mutacin en un individuo directamente al cromosoma del padre o
al de la madre. Estos Microsatlites pueden expanderse o deletarse y
este suceso puede asociarse a alteraciones cromosomales que llevan
al Cncer; proceso que se conoce como Prdida de Heterozigocidad
(LOH). Para deteccin de mutaciones puntuales comunes conocidas,
como por ejemplo en las enfermedades Anemia de Clulas Falciformes,
algunos tipos de Talasemias, de Fibrosis Qustica, Fenilcetonuria y
Gaucher entre pocas otras, se pueden utilizar las siguientes
aplicaciones de PCR: a) Hibridacin con Oligonucletido Especfico de
Alelo (ASO). En este mtodo se asla ADN genmico del paciente y se
hace PCR con oligonucletidos iniciadores cercanos al sitio de la
mutacin. El producto de PCR se hibridiza con un Oligonucletido 100%
complementario a la secuencia silvestre (normal) y con otro
Oligonucletido 100% complementario a la secuencia mutada. Este
formato se utiliza con frecuencia en la tipificacin molecular para
antgenos de histocompatibilidad mayor (HLA-MHC). b) PCR Especfica
de Alelo. Se utiliza un Oligonucletido iniciador, generalmente el
Sentido con su ltimo nuclotido del extremo 3 complementario a la
secuencia silvestre y otro Oligonucletido con el extremo 3
complementario a la secuencia mutada; con ambos oligos Sentido se
acompaan del mismo oligo Antisentido. Solo habr producto de PCR
cuando el oligo Sentido sea complementario a la secuencia
blanco.
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8 c) PCR y Anlisis de Enzima de Restriccin (PCR-RFLP). Algunas
veces la mutacin crea o altera un sitio reconocido por una enzima
de restriccin especfica. Es el ejemplo de la anemia de clulas
falciformes y en algunos Polimorfismos o variaciones genticas. En
estos casos se aisla ADN genmico y se amplifica mediante PCR la
regin que contiene el sitio de la mutacin y despus se incuba con la
enzima de restriccin especfica. Es muy til en clnica para tamizar
varias muestras cuando se trata de mutaciones muy frecuentes.
ESCANEO MOLECULAR DE MUTACIONES. Cuando se sospecha que un gene
puede estar mutado en cierta enfermedad, pero no se conoce el sitio
exacto de la mutacin, el primer abordaje es recurrir a alguno de
los siguientes mtodos para definir la regin o rea (p. Ej. Exones)
en donde pueda estar la mutacin; una vez identificado el exn
alterado, se procede a secuenciar el ADN para conocer la mutacin:
Polimorfismo de Cadena Sencilla de ADN (SSCP) y Anlisis de
Heterodplices (HET). Se aisla ADN genmico y se amplifican regiones
codificantes (exones) del gen utilizando Oligos iniciadores
separados por regiones de 150 a 200 pares de bases. Con fragmentos
de este tamao es posible detectar cambios en la movilidad
electrofortica de cadenas de ADN sencillas disociadas o de
heteroduplex mutantes. Prueba de la Protena Truncada (PTT).
Mutaciones que causan la lectura prematura de un codn de terminacin
en el ARN mensajero producen protenas truncadas. Principalmente son
mutaciones i) sin sentido, ii) por cambios de fase (de lectura del
Cdigo Gentico) y iii) errores de empalme (procesamiento del ARNhn a
ARNm). ste es el mtodo de eleccin para genes en donde prevalece la
presencia de mutaciones truncantes, por ejemplo BRCA1 para cncer
mamario, APC para cncer de colon, Distrofina para distrofia
muscular. Es ms fcil a nivel de ADN que
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9 a nivel de ARNm, por el fenmeno de Decaimiento de ARNm sin
sentido. (ver Regulacin de la traduccin). Microarreglos de ADN.
Esta es una nueva tecnologa emergente en la cual secuencias de
oligonucletidos son arregladas a alta densidad en renglones y
columnas dentro del espacio de una laminilla de microscopa. La
longitud puede ser desde menos de 10 nucletidos hasta ms de 100 y
un espacio de unos pocos centmetros puede contener miles de
secuencias diferentes que permiten analizar cientos de diferentes
variaciones en la secuencia nucleotdica de un gene. Esta tecnologa
se usa tambin para obtener perfiles de expresin gentica. Los genes
que se expresan en un tejido estn representados en su poblacin de
ARNm y este se puede extraer de tejidos tumorales para comparar los
genes que aumentan o disminuyen en su expresin en comparacin al
tejido normal. Western blot e inmunohistoqumica. Estos mtodos
permiten identificar directamente la expresin de la protena. En el
western (inmunotransferencia) la protena se identifica por su peso
molecular mediante electroforesis y anticuerpos especficos. En la
IHQ se utiliza el anticuerpo para detectar a la protena en cortes
histolgicos que permiten su evaluacin en cuanto a su estado de
expresin y de localizacin tisular. Bibliografa. Devlin, TM.
Bioqumica con Aplicaciones Clnicas. 4.Ed Revert, 2004. Baynes JW y
Dominiczak. Bioqumica Mdica. 2.Ed, 2006. Lodish H. Biologa Celular
y Molecular. 5 Ed, 2005
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10 ENZIMAS, VITAMINAS Y NUTRIENTES Una variedad de nutrientes como
cidos grasos, colesterol y carbohidratos inducen cambios de
expresin gentica para enzimas del metabolismo; las vitaminas son
esenciales para la actividad de muchas enzimas que controlan el
metabolismo. Se calcula que casi una tercera parte de las
mutaciones que afectan a las enzimas del metabolismo, afectan el Km
(afinidad) de la enzima por su sustrato o por su coenzima
(vitamina); en estos casos son potenciales de ser tratados con
altas dosis de vitaminas. Las enzimas en base a su funcin pueden
ser: Oxidoreductasas, transferasas, hidrolasas, liasas, isomerasas
y ligasas. Las enzimas consisten en cadenas polipeptdicas o
proteicas cuya actividad esencial es la de catalizar reacciones,
las cuales generalmente consisten en la formacin o ruptura de
enlaces covalentes disminuyendo la energa de activacin de una
reaccin. La estructura de las enzimas est determinada por su
secuencia primaria de aminocidos y la conformacin de su estructura
secundaria, terciaria y cuaternaria le conferir una forma especial
para cada enzima que influir en su especificidad. El Sitio Activo
de la enzima consiste en un Sitio de Unin para su substrato y en un
Sitio Cataltico. El reconocimiento del substrato y por lo tanto la
especificidad de unin por la enzima se lleva a cabo a travs de la
formacin de mltiples uniones no covalentes como inicas, de hidrgeno
e hidrofbicas entre las cadenas laterales de los aminocidos en el
Sitio de Unin y el Substrato. Una excepcin la constituyen las
Ribozimas, que son molculas de ARN con actividad cataltica. Algunas
enzimas requieren de cofactores (molculas orgnicas o inorgnicas
dbilmente unidas a la enzima, por ejemplo Zinc, calcio, etc.) o
grupos prostticos
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11 (fuertemente unidos, por ejemplo hemo en citocromos), o
coenzimas (participan en el proceso cataltico y se comportan como
un segundo substrato, por ejemplo vitaminas)para su actividad.
Cuando se hace un anlisis del efecto de la concentracin de
Substrato [S] sobre la formacin de Producto [P], se obtienen entre
otros, 2 parmetros importantes: la Velocidad Mxima (Vmax) y la
Constante de Michaelis (Km). La primera depende en parte de la
Cantidad de enzima presente y la segunda es un parmetro de la
Afinidad de sta por su Substrato. Aunque existen otras constantes
cinticas importantes para el bioqumico, estas dos son de las ms
relevantes en clnica para estudiar el efecto de mutaciones sobre la
actividad enzimtica. La actividad de las enzimas tiene 3 niveles
generales de regulacin: a) Expresin gentica. Por ejemplo
transcripcin. b) Covalente. Por ejemplo fosforilacin. c) Alostrico.
Estimulacin o inhibicin por metabolitos Si existe por ejemplo una
disminucin en la Vmax de una enzima asociada a una enfermedad
posiblemente est disminuida su cantidad (expresin). Si existe un
aumento en el Km (ste tiene una relacin inversa con la afinidad)
est disminuida su afinidad por su sustrato. En algunos Errores
Innatos del Metabolismo estos parmetros son importantes y pueden
definir el manejo del paciente. Las enzimas son susceptibles de ser
inhibidas: a) Inhibicin Competitiva, es reversible y el inhibidor
es estructuralmente similar al substrato natural; la Km aumenta y
la Vmax no cambia. b) No Competitiva, el inhibidor se une a un
sitio diferente al del substrato y disminuye la actividad an del
complejo E-S; la Vmax disminuye, la Km no cambia. c) Incompetitiva
se une solo al complejo E-S; cambian la Km aparente y la Vmax. d)
Inhibicin Irreversible, generalmente implica un cambio covalente en
la enzima. Varios agentes quimioteraputicos tienen este efecto,
como sulfas, metotrexate.
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12 Algunos Marcadores Clnicos Enzimticos. Muchas enfermedades tanto
hereditarias como adquiridas son causadas por defectos en la
actividad de alguna enzima. Aunque muchas actividades pueden
medirse mediante biopsia del tejido afectado y en cultivo de
tejidos del paciente, desde el punto de vista de Enzimologa Clnica
la presencia de ciertas actividades enzimticas en plasma o suero,
son marcadores tiles de dao tisular. Algunos ejemplos de los ms
aplicables son los siguientes: Creatina FosfoKinasa. Est formada
por dos subunidades, M (tipo Muscular) y B (tipo Cerebral). En
cerebro predomina la Isoenzima CPK1 (BB), en Msculo la CPK3(MM) y
solo en Miocardio la forma CPK2(MB). Un incremento abrupto de CPK2
srica en un lapso de 24 horas es indicador de infarto al miocardio.
Lactato Deshidrogenasa. Est formada por 4 subunidades de dos tipos
denominadas H (corazn) y M (msculo). Existen 5 combinaciones
diferentes de subunidades desde la HHHH (LDH1) que predomina en
corazn, hasta la MMMM (LDH5) que predomina en hgado y msculo
esqueltico. En las primeras 24 horas de dao al miocardio existe un
aumento de LDH1 que puede persistir por 48horas, lo cual es
indicativo de infarto. Un aumento posterior de la isoenzima LDH5 es
indicativo de dao heptico por congestin. Transaminasas. La
Aspartato Aminotransferasa (GOT) y la Alanina Aminotransferasa
(GPT), son enzimas abundantes en Hgado y Corazn y se utilizan como
indicadores de dao tisular. GPT es ms abundante en Hgado y GOT en
Corazn. Algunos otros marcadores son fosfatasa alcalina para hgado
y hueso, amilasa para pncreas y gamaglutamiltransferasa para hgado.
Existen identificadas aproximadamente 50 enfermedades genticas
humanas en que la mutacin disminuye la afinidad (aumenta el Km) de
la enzima por su
14. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
13 coenzima vitamnica y que pueden ser controladas con tratamiento
vitamnico. Algunas de las ms frecuentes son las que responden a
tiamina, biotina, cobalamina, cido flico, vitamina K y zinc.
Algunas enzimas del metabolismo responden con cambios de expresin
gentica por nutrientes y vitaminas. En las siguientes secciones
revisaremos el papel de algunas de ellas en el metabolismo.
Bibliografa. Devlin, TM. Bioqumica con Aplicaciones Clnicas. 4.Ed
Revert, 2004. Baynes JW y Dominiczak. Bioqumica Mdica. 2.Ed, 2006.
Colman J y Rhom K-H. Bioqumica: Texto y Atlas. 3. Ed Panamericana,
2004. Fairfield K and Fletcher RH. Vitamins for chronic disease
prevention in adults.JAMA 287:3116, 2002
15. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
14 METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS Y LPIDOS Los principales
carbohidratos absorbidos en el intestino son glucosa, fructosa y
galactosa. Existen en la membrana de las clulas transportadores
especficos de glucosa, GLUT 1 a GLUT 5, los cuales tienen la
siguiente distribucin principal: GLUT 1 y GLUT 3: Permiten la
captacin basal en cerebro y eritrocito. GLUT 2: Se encuentra en
Hgado, Clulas beta del pncreas y en rin. Sensor de la concentracin
de glucosa circulante. GLUT 4: Se encuentra principalmente en
msculo esqueltico y tejido adiposo. Es inducible su funcin por
insulina. Para ser utilizada por los tejidos la primera reaccin que
ocurre para la glucosa es la fosforilacin a Glucosa 6-fosfato, por
una familia de Hexoquinasas (I a IV). La Glucoquinasa (Hexoquinasa
IV) predomina en hgado y pncreas y es un sensor tambin (junto con
GLUT 2) de los niveles de glucosa circulantes. La glucosa
fosforilada tiene los siguientes destinos dentro de la clula: a)
Oxidacin mediante Gluclisis aerbica (hasta Ciclo de Krebs) o
Anaerbica (hasta Piruvato---Lactato). Funcin: producir energa en
forma de ATP o equivalentes reductores (NADH, FADH). b)
Glucognesis. Sntesis de Glucgeno a partir de Glucosa 6-F. Funcin:
reserva de energa. c) Lipognesis: Sntesis de cidos grasos (y
triglicridos) a partir de Acetil CoA. Funcin: reserva de energa. d)
Oxidacin por Va de las Pentosas: Formacin de equivalentes
reductores (NADPH) y ribosa 5-fosfato.Funcin: Para sntesis de cidos
grasos (NADPH) y para sntesis de nucletidos (ribosa)
16. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
15 GLUCLISIS. Existen tres niveles principales de regulacin de la
va glucoltica: Hexoquinasa: Glucosa Glucosa 6-fosfato.
Fosfofructoquinasa 1: Fructosa 6-fosfato Fructosa 1,6 difosfato.
Piruvato Quinasa: Fosfoenolpiruvato Piruvato. Hexoquinasas y
Glucoquinasa: Enzimas aparentemente inducibles. Hexoquinasas I a
III tienen un bajo Km (alta afinidad) por glucosa en comparacin a
la Glucoquinasa (Hexo IV) y se expresan principalmente en msculo y
tejido adiposo. Parecen ser inducibles por insulina. Mutaciones en
la Glucoquinasa pancretica se asocian a Diabetes mellitus Tipo II.
De los tres el paso de la Fosfofructoquinasa 1 es el ms
estrictamente regulado. Tiene 2 estimuladores alostricos
importantes: Alto AMP (y por tanto bajo ATP) y Fructosa 2,6
difosfato. Fosfofructoquinasa 1 Su actividad depende
importantemente de la Fosfofructoquinasa/fosfatasa 2 Esta enzima
forma Fructosa 2,6 di fosfato a partir de Fructosa 6-fosfato. Altos
niveles de F2,6DP, estimulan la actividad de Fosfofructoquinasa 1,
para formar Fructosa 1,6 difosfato a partir de Fructosa 6- fosfato
tambin. Fofofructoquinasa/fosfatasa 2 tiene dos actividades: -
Kinasa (fosforila): Fructosa 6-fosfato Fructosa 2,6 difosfato. -
Fosfatasa (desfosforila): Fructosa 2,6 difosfato Fructosa 6
fosfato. La actividad de kinasa predomina cuando la enzima misma
(FFKP2) est desfosforilada en condiciones de Alta Insulina y Bajo
Glucagon. La actividad de fosfatasa predomina con la enzima
fosforilada por Baja Insulina y Alto Glucagon. Piruvato Quinasa: Es
inhibida por fosforilacin (alto Gllucagon / baja Insulina) y
estimulada por desfosforilacin. El producto de Fosfofructoquinasa
1, Fructosa 1,6
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16 difosfato es un potente estimulador alostrico. Citrato del Ciclo
de Krebs es un inhibidor alostrico. Insulina aumenta su expresin
gentica. En condiciones anaerbicas como en isquemia se acumula
Lactato por reduccin de Piruvato y ste no puede seguir la va
oxidativa del Ciclo de Krebs, que produce ms energa.
GLUCONEOGNESIS. Es la va opuesta de la gluclisis. Difiere de sta en
las 3 reacciones de arriba que son catalizadas por enzimas
diferentes. En el resto de las reacciones participan enzimas
comunes para ambas vas. gluconeognesis es formacin nueva de glucosa
y est aumentada en casos de ayuno, por efecto de altos niveles de
Glucagon y Bajos de Insulina. Cuatro reacciones principales
difieren de la gluclisis: Piruvato Fosfoenolpiruvato. Catalizada
por la Piruvato Carboxilasa y Fosfoenolpiruvatocarboxiquinasa. Esta
conversin es el punto principal de regulacin; la Carboxilasa
requiere Biotina y es estimulada alostricamente por Acetil CoA y la
Carboxiquinasa es estimulada en su expresin gentica por Glucagon e
inhibida en sta por Insulina. La Fructosa 1,6 disfosfatasa cataliza
la reaccin inversa de la FFK 1 y la Glucosa 6- fosfatasa la reaccin
inversa de las Hexoquinasas. Esta ultima actividad est ausente en
msculo esqueltico cardaco y su deficiencia en Hgado es una de las
causas ms frecuentes de Glucogenosis. GLUCOGNESIS Y GLUCOGENLISIS:
Glucgeno se forma a partir de Glucosa 1-fosfato que proviene de
Glucosa 6- fosfato. - Glucgeno Sintetasa. Regula la Glucognesis y
presenta dos formas, una Activa (desfosforilada) y otra Inactiva
(fosforilada). Su fosforilacin (inactivacin)
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17 ocurre cuando hay altos niveles de Glucagon y bajos de insulina.
Esto ocasiona aumento de AMPcclico y activacin de protenas quinasas
que fosforilan a esta enzima y a la Glucgeno Fosforilasa. Glucosa
es un efector alostrico positivo para la Sintetasa. - Glucgeno
Fosforilasa. Es estimulada por fosforilacin (alto Glucagon/baja
Insulina), cuando hay altos niveles de AMPcclico por efecto de
Glucagon o agonistas adrenrgicos. CICLO DE LOS CIDOS
TRICARBOXILICOS (KREBS) En este ciclo convergen las vas de oxidacin
aerbica de carbohidratos, lpidos y aminocidos, resultando en la
produccin de CO2. El ciclo de Krebs se lleva a cabo en la matriz
mitocondrial en donde se encuentra en contacto con la Cadena
Respiratoria de la membrana interna mitocondrial, la cual lleva a
cabo la fosforilacin oxidativa que culmina con la sntesis de ATP.
Los equivalentes reductores (NADH y FADH) generados en el ciclo de
Krebs se incorporan a los Complejos I y II de la Cadena
repiratoria, generando 3 y 2 molculas de ATP, respectivamente. El
piruvato generado durante la gluclisis aerobia, es transportado a
la matriz mitocondrial donde contina su oxidacin por accin del
Complejo de Piruvato Deshidrogenasa (PDH), cuyo producto final es
ACETIL CoA. Esta acetil CoA entra al Ciclo de Krebs condensndose
con Oxalacetato para producir Citrato. El Complejo de Piruvato
Deshidrogenasa es multienzimtico y est formado por tres sistemas
enzimticos E1, E2 y E3. El E1 requiere de Tiamina como Coenzima, el
E2 cido Lipoico y el E3 FAD. Las subunidades E2 y E3 son comunes a
las del Complejo de alfa-Cetoglutarato Deshidrogenasa del Ciclo de
Krebs y a la de la alfa- Cetocido Deshidrogenasa del catabolismo de
los aminocidos ramificados Leucina, Isoleucina y Valina. La
actividad de PDH es inhibida alostricamente por
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18 sus productos (Acetil CoA y NADH) y estimulada por sus
substratos Piruvato y CoA. Adems es inhibida por fosforilacin (PDH
kinasa) y activada por desfosforilacin (PDH fosfatasa). Mutaciones
en las subunidades E1 de PDH causan acumulacin de piruvato y
lactato (Acidosis Lctica), en tanto que mutaciones en el Complejo
E3 causan acumulacin de lactato, alfa-cetoglutarato y alfacetocidos
ramificados. En el Ciclo de Krebs, altos niveles de ATP inhiben la
actividad de Citrato Sintetasa y de Isocitrato deshidrogenasa;
altos niveles de NADH inhiben alfa-cetoglutarato deshidrogenasa.
Esta ultima reaccin produce Succinil CoA a partir de alfa-
cetoglutarato, en forma similar a la reaccin de PDH. Algunos
aminocidos gluconeognicos durante su catabolismo producen Succinil
CoA, alfa-cetoglutarato u oxalacetato, incorporndose as a este
Ciclo. Esto es particularmente significativo en condiciones de
ayuno en que es necesario sintetizar nueva glucosa.
20. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
19 METABOLISMO DE LPIDOS Los cidos grasos en forma de triglicridos
son la reserva ms importante de fuente de energa alcanzando hasta
el 80% del almacn total. Sntesis de cidos Grasos. El precursor
inicial de los cidos Grasos es la Acetil CoA, la cual se deriva
principalmente de Glucosa durante la gluclisis aerobia y la
descarboxilacin oxidativa de Piruvato. Esta ultima reaccin
catalizada por el Complejo de Piruvato Deshidrogenasa se lleva a
cabo en mitocondria, en tanto que la sntesis de cidos Grasos se
lleva a cabo en Citoplasma. Acetil CoA no atraviesa las membranas
mitocondriales, por lo tanto sale en forma de Citrato el primer
intermediario del Ciclo de Krebs, que es producto de la Citrato
Sintetasa. El Citrato s se transporta hacia el citoplasma y all es
desdoblado a sus constituyentes Acetil CoA y Oxalacetato. Este
ultimo es oxidado por la Enzima Mlica citoplsmica, la cual produce
NADPH, el cual junto con el producido a partir de la Va de las
Pentosas se utiliza en las reacciones de reduccin en la Sntesis de
cidos Grasos. Acetil CoA Carboxilasa cataliza el paso limitante
(regulador) de la va; produce Malonil CoA mediante carboxilacin de
Acetil CoA a partir de CO2 y es una enzima que requiere, al igual
que otras Carboxilasas, a Biotina como Cofactor. Adems es
estimulada alostricamente por el mismo Citrato proveniente de
mitocondria y es inhibida por fosforilacin dependiente de AMP
cclico. Adems esta enzima es inducible a nivel de expresin gentica
por Insulina e inhibida en su expresin por sus productos Acidos
Grasos, principalmente de Cadena Larga y Poli-insaturados. Malonil
CoA es un inhibidor de la Carnitina Palmitoil Transferasa I que es
la enzima transportadora de cidos Grasos a la Mitocondria,
previniendo as el catabolismo de las cadenas creciente de cidos
Grasos. La Malonil CoA es substrato para el
21. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
20 Complejo de la Sintetasa de cidos Grasos. Este es el complejo
enzimtico que utiliza NADPH para la elongacin de las cadenas en
ciclos de alargamiento de 2 tomos de carbono por ciclo. La
elongacin generalmente se detiene en 16 tomos de carbono que
corresponden al Acido Palmtico. A partir de este cido Graso se
sintetizan otros, mediante Elongacin e Insaturacin. La primera se
puede realizar en mitocondria y retculo endoplsmico y la
Insaturacin en retculo principalmente, formndose as cidos Grasos
Insaturados por ejemplo de 18 carbonos (Oleico, Linoleico,
Linolnico) y de 20 carbonos (Araquidnico). Este ltimo es el
precursor de las Prostaglandinas. El doble enlace de estos lpidos
generalmente se encuentra en una configuracin cis lo cual le da una
mayor fluidez a las membranas de las que forman parte, lo cual
previene en cierta forma agregados slidos de lpidos en los tejidos.
Es importante tambin el hecho de que los Poliinsaturados de Cadena
Larga son ms eficientes en inhibir la sntesis endgena de lpidos,
por inhibicin en la expresin gentica de Acetil CoA Carboxilasa y de
la Sintetasa de cidos Grasos, con las implicaciones nutricionales
que ello implica. En estados de alimentacin rica en Carbohidratos
acompaados de niveles altos circulantes de Insulina se aumenta la
actividad de las enzimas lipognicas Citrato Liasa, Acetil CoA
Carboxilasa, Sintetasa de Acidos Grasos y Desaturasa. Los cidos
Grasos se esterifican con Glicerol-Fosfato formando los
Triglicridos, los cuales en hgado se ensamblan con Apoprotenas para
formar Lipoprotenas de Muy Baja Densidad (VLDL), que son exportadas
por el Hgado a la circulacin. Los tejidos perifricos,
principalmente Msculo y Tejido Adiposo, captan los cidos Grasos de
los Triglicridos de las Lipoprotenas a travs de la accin de
Lipoprotena Lipasa, la cual se encuentra en la membrana del
endotelio vascular y es inducible por Insulina. Los cidos Grasos
son constituyentes de los llamados Lpidos Complejos, como los
Fosfolpidos y los Esfingolpidos. De los primeros, los ms abundantes
en Humanos
22. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
21 son fosfatidilcolina, fosfatidil etanolamina y fosfatidilserina.
Otro fosfolpido, Fosfatidilinositol, que se encuentra en las
membranas es un importante precursor de los Segundos Mensajeros
Diacilglicerol e Inositol triFosfato. Estos participan en las
seales de transduccin intracelular desencadenada por varias
hormonas. Otro fosfolpido Dipalmitoil lecitina es el surfactante
pulmonar producido por los pneumocitos II y que previene la
atelectasia pulmonar. De los Esfingolpidos la Esfingomielina es
peculiar en que est constituida por fosfolpidos y contiene cidos
Grasos de Cadena muy larga como el cido Nervnico. Otro grupo de
Esfingolpidos son los Cerebrsidos, como el Galactocerebrsido que es
abundante en cerebro y que se acumula en la Enfermedad de Krabbe o
Leukodistrofia Globoide, por deficiencia de la enzima lisosomal
Galactocerebrosidasa. Los Glucocerebrsidos se acumulan en hgado y
bazo en la Enfermedad de Gaucher, por deficiencia de
Glucorebrosidasa, siendo sta la ms frecuente de las Enfermedades
por Atesoramiento Lisosomal. Sntesis de Colesterol. La sntesis de
colesterol es particularmente mayor en Hgado, Intestino y Tejidos
Esteroidognicos (corteza adrenal, ovario, testculo, placenta). El
Colesterol se sintetiza tambin a partir de Acetil CoA y la enzima
reguladora de la va es la Hidroxi Metil Glutaril CoA Reductasa (HMG
CoA Reductasa). Esta enzima utiliza NADPH de la Va de las Pentosas
para producir Mevalonato, se encuentra en Retculo Endoplsmico y es
inhibida por fosforilacin. Cuando existen altos niveles
intracelulares de Colesterol, disminuye la expresin de la HMG CoA
Reductasa y disminuye su actividad, inhibindose la sntesis de novo
de ms colesterol. Los tejidos captan colesterol principalmente a
partir de las Lipoprotenas de Baja Densidad (LDL), que tienen un
componente proteco, la Apoprotena B, que se une al Receptor de LDL
en tejidos perifricos. Una vez unido a su Receptor, LDL es
23. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
22 endocitada y el colesterol es liberado en lisosomas y
transportado al citoplasma. Actualmente se utilizan en ciertos
casos inhibidores de la HMG CoA Reductasa (estatinas) para inhibir
la sntesis endgena de colesterol y la captacin de LDL extracelular
mediada por su Receptor. Mutaciones en este Receptor causan
Hipercolesterolemia Familiar. El aumento en la sntesis de
colesterol y cidos grasos es mediada a nivel gentico por los
factores de transcripcin SREB-P; insulina ejerce sus efectos
lipognicos a travs en parte de estos factores. Beta Oxidacin de
cidos Grasos. En condiciones de ayuno existe un aumento en la
movilizacin de lpidos del tejido adiposo a travs de la activacin de
la Triglicrido Lipasa (Lipasa Sensible a Hormona) que es estimulada
mediante fosforilacin dependiente de AMP cclico por efecto de
Glucagon y adicionalmente por Epinefrina y ACTH. La Lipasa produce
cidos Grasos Libres a partir de triglicridos y despus de activarse
a sus derivados Acil-CoA son acarreados a la matriz mitocondrial
por accin de las enzimas Carnitina Palmitoil Transferasa I y II
(CPTI yII). La CPTI es la inhibida por malonil CoA durante la
sntesis activa de cidos Grasos. La disponibilidad de suficientes
cantidades de Carnitina es importante para la funcin de transporte
a mitocondria y la consecuente beta-oxidacin. En mitocondria la
Acil CoA Deshidrogenasa u Oxidasa de cidos Grasos lleva a cabo el
desdoblamiento progresivo en ciclos de dos tomos de carbono. Los
productos finales son Acetil CoA que entran al Ciclo de Krebs,
generndose en el proceso equivalentes de ATP como tal o en forma de
equivalentes reductores (NADH y FADH). Por cada 2 carbonos se
producen 5 equivalentes de ATP en la beta-oxidacin y cada Acetil
CoA que entra al Ciclo de Krebs genera otros 12 equivalentes de
ATP. La activacin a Acil-CoA del Acido Palmtico para entrar a
mitocondria requiere de una
24. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
23 inversin de 2 ATPs, que restados a la ganancia generada por su
nmero de 16 carbonos produce una ganancia neta de 129 ATPs. La
beta-oxidacin mitocondrial como la fuente ms importante de
produccin energtica depende de estos tres factores: a) La velocidad
de produccin de cidos Grasos Libres por la Lipasa Sensible a
Hormonas (Liplisis); b) La concentracin citoplsmica de Malonil CoA
el cual es un inhibidor de CPTI; y c) La disponibilidad de
Carnitina. Cuando est muy aumentada la beta oxidacin al punto de
que la cantidad producida de Acetil CoA excede la capacidad del
Ciclo de Krebs, ese exceso de Acetil CoA es utilizado para la
formacin de Cuerpos Cetnicos. Estos son el Acetoacetato,
-Hidroxibutirato y Acetona y aunque pueden ser utilizados como
fuente de energa por el cerebro y msculo en condiciones de ayuno
muy prolongado, la mayor cantidad de ellos no se utilizan y puede
generar condiciones graves como Acidosis Metablica. En Diabetes
Mellitus Insulino-Dependiente son la causa de la Cetoacidosis
Diabtica. El transporte de lpidos (triglicridos, colesterol,
fosfolpidos y cidos grasos) a partir del intestino ocurre en
partculas de quilomicrones. La captura de cidos grasos en msculo y
tejido adiposo ocurra a travs de la actividad de Lipoprotena Lipasa
y produce Quilomicrones remanentes que son captados por el
hepatocito. Los cidos grasos en hepatocitos son secretados a travs
de partculas de VLDL. Las partculas de LDL son bajas en cidos
grasos y ricas en colesterol; stas junto con HDL que participa en
la transferencia reversa de colesterol son captadas por el
hepatocito. Bibliografa. Devlin, TM. Bioqumica con Aplicaciones
Clnicas. 4.Ed Revert, 2004. Baynes JW y Dominiczak. Bioqumica
Mdica. 2.Ed, 2006.
25. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
24 Colman J y Rhom K-H. Bioqumica: Texto y Atlas. 3. Ed
Panamericana, 2004.
26. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
25 METABOLISMO DE PROTENAS La digestin de las protenas empieza en
el estmago con la pepsina, que es una proteasa que se activa a pH
cido. Se contina en intestino delgado donde serinas- proteasas
pancreticas como la tripsina, quimiotripsina, carboxipeptidasas y
elastasa que se secretan en forma precursora se activan y continan
la digestin. Aminocidos libres y pptidos pequeos se absorben va
porta. Los aminocidos son los constituyentes principales de las
protenas. Sin embargo en ciertas condiciones como ayuno prolongado
y diabetes se metabolizan para generar fuente de energa, como
precursores de Glucosa (Glucognicos) o de Cuerpos Cetnicos
(Cetognicos). Algunos aminocidos son Esenciales y se adquieren en
la dieta y otros son No-Esenciales y se sintetizan en el organismo.
La mayora de los Glucognicos tienen como producto principal:
Succinil CoA, alfa- Ceto Glutarato, Oxalacetato o Fumarato (del
Ciclo de Krebs), y otros producen Piruvato (Gluconeognesis).
Alanina es el ms comnmente gluconeognico a travs de convertirse en
gluconeognico. Los Cetognicos producen Acetoacetato, Acetil CoA y
Acetoacetil CoA; Leucina es el tpico cetognico. Alfa-Ceto Glutarato
y Oxalacetato. Se forman por transaminacin generalmente de
aminocidos como Glutamato (alfa-Ceto Glutarato) y Aspartato (OAA).
Estas reacciones son las Transaminasas que se miden en Clnica para
pruebas de funcionamiento heptico. Piruvato. Aunque diferentes
aminocidos pueden convertirse en Piruvato, Alanina es el ms
importante de este grupo. En condiciones de deprivacin nutricional,
la degradacin de protena muscular es fuente de aminocidos
gluconeognicos principalmente Alanina y Glutamato. Succinil CoA. A
este intermediario del Ciclo de Krebs convergen los aminocidos:
Valina, Isoleucina, Metionina y Treonina, adems de lpidos de cadena
impar y
27. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
26 ramificada. Existen dos reacciones importantes en esta va
metablica en comn que requiere de dos Vitaminas esenciales:
-Propionil CoA Carboxilasa (Biotina) que cataliza de Propionil CoA
a Malonil CoA. -Malonil CoA Mutasa (adenosil-B12) que cataliza de
Malonil CoA a Succinil CoA. Deficiencia en estas vitaminas o en la
actividad de estas enzimas ocasionan las Acidemias Propinicas o
Malnicas, por acumulacin de substrato. Fumarato. A este
intermediario del Ciclo de Krebs converge la Fenilalanina y la
Tirosina, la cual se deriva de la primera por la reaccin de la
Fenilalanina Hidroxilasa, deficiente en la mayora de los pacientes
con Fenilcetonuria. Homocistena, Hiperhomocistinemia y Riesgo
Cardiovascular y Defectos de Tubo Neural. Es un intermediario en la
va de sntesis del aminocidos Cistena a partir de Metionina. A la
mitad de la va Homocistena puede continuar hasta completarse la
sntesis de Cistena o puede remetilarse para reconvertirse en
Metionina. En la va hacia Cistena una disminucin en la actividad de
la enzima Cistationina Sintetasa causa Homocistinuria por
acumulacin de Homocistena. En la va de sntesis (reconversin) de
Metionina la enzima Metionina Sintasa utiliza como Cofactores a un
derivado de Acido Flico(metil Tetrahidrofolato) y de Vitamina B12
(metil Cobalamina). Se han identificado dos polimorfismos en el gen
de la enzima Metilentetrahidrofolato Reductasa (MTHFR), que
convierte metilen- THF a metil-THF (Ala677Val y Glu1298Ala) que
causan una disminucin en su actividad. Como consecuencia existe una
disminucin de metil-THF para la reaccin de Metionina Sintasa y
acumulacin de homocistena con homocistinuria. Esta alteracin se ha
asociado a trastornos cardiovasculares debido a que el exceso de
sta se oxida y causa peroxidacin en lpidos de partculas de
Lipoprotenas de Baja Densidad (LDL), que se acumulan y desencadenan
Aterosclerosis.
28. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
27 La hiperhomocistinemia se ha asociado tambin a Defectos de Tubo
Neural. Esto se debe a que la deficiencia en la actividad de MTHFR
disminuye los niveles de metil-THF para la sntesis de metionina
(Metionina Sintasa). Esto adems previene la formacin de otras
formas de cido flico (formil-THF y metenil-THF) necesarios para la
sntesis de nucletidos. Ciclo de la Urea. Tiene dos funciones
principales, destoxificacin de amonio a travs de la formacin de
Urea excretable y sntesis del aminocido Arginina. Este Ciclo
consiste en 6 reacciones enzimticas de las cuales 3 se llevan a
cabo en la matriz mitocondrial y 3 en citoplasma. La primera
reaccin y reguladora del Ciclo es la de Carbamil Fosfato Sintetasa
la cual requiere como activador alostrico positivo de N-acetil
Glutamato. La segunda reaccin es la de la sntesis de Citrulina a
partir de Ornitina y Carbamil Fosfato, catalizada por la Ornitina
Transcarbamilasa. Deficiencias en cada una de estas enzimas son la
causa de Hiperamonemia de Tipo I y II, respectivamente. Pueden
existir defectos en las otras enzimas del Ciclo pero son menos
frecuentes. En la penltima reaccin se forma Arginina (y Fumarato)
por accin de la Argininosuccinasa. Esta Arginina puede servir para
participar en la sntesis de protenas o como precursor de Ornitina
para la reaccin de la Ornitina Transcarbamilasa. Por ejemplo el rin
aporta Arginina al hgado para que ste aumente la sntesis de Urea
por disponibilidad de Ornitina. El Ciclo de la Urea se conecta con
el Ciclo de Krebs a travs de la produccin de Fumarato. La
Hiperamonemia Tipo II por deficiencia de Ornitina Transcarbamilasa
se acompaa de Aciduria Ortica, a diferencia de la Tipo I. Esto se
debe a que se acumula Carbamil Fosfato que difunde al citoplasma en
donde se incorpora a la va de sntesis de Nucletidos de Pirimidinas,
en donde uno de los productos finales de la va es el Acido Ortico
(OMP). Esto tiene importante valor diagnstico.
29. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
28 La hiperamonemia es txica para el cerebro, en parte porque la
actividad de Glutamato deshidrogenasa sintetiza glutamato a partir
de -cetoglutarato y amonio, disminuyendo la disponibilidad del
primero para el ciclo de Krebs (cidos tricarboxlicos). METABOLISMO
DE NUCLEOTIDOS DE PURINAS Y PIRIMIDINAS. PURINAS. La sntesis de
novo de Purinas se inicia con la formacin de Fosforribosil
PiroFosfato (PRPP) por la PRPP sintetasa, a partir de Ribosa
producida por la Va de las Pentosas de carbohidratos. PRPP sirve de
substrato tanto para la sntesis de Purinas como de Pirimidinas. La
primera reaccin exclusiva de Purinas y reguladora de la va es la de
la PRPP amidotransferasa, que utiliza adems al aminocido Glutamina
como cosustrato. Despus de varias reacciones el primer nucletido de
purina sintetizado es el de
30. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
29 Inosina (IMP) y en el transcurso de esta va hay dos reacciones
en las que se utilizan derivados de Acido Flico. A partir de ste se
forman alternativamente los nucletidos de Adenina (AMP) por un lado
y de Guanina (GMP) por otro. Estos 3 nucletidos son inhibidores
alostricos de la PRPP amidotransferasa. Por otro lado ATP estimula
la sntesis de GMP y recprocamente GTP estimula la sntesis de AMP.
De esta manera se establece un balance en la concentracin de ambos
nucletidos. En el catabolismo de Purinas eventualmente se forma
Hipoxantina que por accin de la Xantina Oxidasa (inhibible por
Alopurinol) produce Acido Urico. En esta va catablica existe un
paso catalizado por la Adenosina Desaminasa que previa a la
formacin de Hipoxantina y la deficiencia de esta enzima causa el
Sndrome de Inmunodeficiencia Combinada Severa, a causa de la
acumulacin de niveles txicos de adenosina. La Hipoxantina y la base
libre de Guanina pueden ser reutilizadas por la clula en casos de
alta demanda de sntesis de ADN, a travs de la accin de la enzima
Hipoxantina-Guanina Fosforribosil Transferasa en lo que se conoce
como la Va de Salvamento; los productos son las formas IMP y GMP,
respectivamente. Esta enzima utiliza PRPP para restablecer los
nucletidos y cuando est mutada causa el Sndrome severo de
Lesch-Nyhan, que se acompaa de trastornos neurolgicos e
hiperuricemia. PIRIMIDINAS. La primera reaccin de esta va es
similar a la primera del Ciclo de la Urea y es catalizada por la
Carbamil Fosfato Sintetasa II citoplsmica, la cual utiliza
Glutamina en vez de amonio como donador del grupo amino para formar
Carbamil Fosfato. Esta enzima es la reguladora principal de la
velocidad de la va de sntesis de Pirimidinas, la cual conduce a la
formacin del intermediario Acido Ortico y de este
31. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
30 al nucletido de Uridina (UMP). Este Acido ortico es el que se
acumula en la Hiperamonemia II por deficiencia de Ornitina
Transcarbamilasa. A partir de UTP se sintetiza el nucletido de
Citosina (CTP) por aminacin en donde nuevamente el donador del
grupo amino es el aminocido Glutamina. El nucletido de Timina (TMP)
se sintetiza tambin a partir de un nucletido de Uridina (dUMP), en
una reaccin que requiere de otro derivado de Acido Flico (metilen-
Tetrahidrofolato). Bibliografa. Devlin, TM. Bioqumica con
Aplicaciones Clnicas. 4.Ed Revert, 2004. Baynes JW y Dominiczak.
Bioqumica Mdica. 2.Ed, 2006. Colman J y Rhom K-H. Bioqumica: Texto
y Atlas. 3. Ed Panamericana, 2004.
32. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
31 INTEGRACIN METABLICA Las vas metablicas principales relacionadas
con el metabolismo de Carbohidratos, Lpidos y Aminocidos estn
conectadas entre s y dependen del estado nutricional y hormonal del
organismo. Los metabolismos de Carbohidratos y Lpidos convergen en
un intermediario comn ACETIL COENZIMA A. Altos Niveles de Insulina
(Estado de Alimentacin). Cuando hay ingesta alimenticia existe
estmulo principalmente de carbohidratos para la liberacin de
Insulina por las clulas beta del pncreas. Esta glucosa es fuente
importante de energa para tejidos perifricos principalmente el
cerebro y eritrocitos que dependen casi exclusivamente de este
aporte, en donde se utilizan mediante Gluclisis aerbica completa en
Cerebro y hasta lactato en eritrocitos. El Hgado utiliza la glucosa
mediante Gluclisis y Ciclo de Krebs, aumenta la Glucognesis para
almacn de glucosa y aumenta tambin la Va de las Pentosas. El exceso
de glucosa ingerida sigue la Va de Sntesis de Acidos Grasos
principalmente en el Hgado, los cuales se ensamblan con Apoprotenas
para salir a la circulacin como parte de Lipoprotenas VLDL. En este
estado en que existe una relacin alta Insulina/Glucagon, el tejido
adiposo captura cidos grasos libres de las partculas de VLDL a
travs de la accin de la Lipoprotena Lipasa, que es inducida en su
expresin principalmente en este tejido. En msculo tambin se expresa
esta enzima pero ms en estados de ayuno. Msculo capta y utiliza
tambin glucosa para oxidarla a travs de la Gluclisis y Ciclo de
Krebs y para almacenarla como glucgeno. El eritrocito carece de
mitocondria por lo tanto genera lactato a partir de piruvato, el
cual es recapturado por el hgado para oxidarlo a Acetil CoA y cidos
grasos. Los Lpidos de la dieta son absorbidos principalmente en
forma de Quilomicrones y los cidos grasos que contiene son
utilizados por tejidos perifricos, principalmente tejido adiposo y
msculo.
33. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
32 Va de Lipognesis a Partir de Carbohidratos El exceso de Acetil
CoA generado en la gluclisis es utilizado para la sntesis de cidos
grasos Altos Niveles de Glucagon (Estados de Ayuno). En las
primeras horas de ayuno la relacin Insulina /Glucagon disminuye
(predomina Glucagon) y el glucgeno heptico es catabolizado por la
Va de Glucogenlisis para producir glucosa la cual es utilizada
principalmente por el Cerebro. El msculo y eritrocito tambin
utilizan esa glucosa, pero el eritrocito la devuelve al Hgado en
forma de Lactato (Ciclo de Cori) y el Msculo en forma de Alanina
(Ciclo de Glucosa-Alanina). Despus de 14 horas de ayuno la protena
muscular es fuente de aminocidos a travs de protelisis. Los
aminocidos Alanina y Glutamina son los principales que son
exportados por el msculo debido a que son generados por
transaminacin de otros aminocidos. Entre stos, los
34. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
33 aminocidos de cadena ramificada Leucina, Isoleucina y Valina son
los predominantemente desaminados transfirindose sus grupos amino
para la formacin de Alanina y Glutamina. La descarboxilacin
oxidativa de estos alfa-cetocidos (aminocidos sin grupo amino)
ramificados es continuada en Hgado, donde se vuelven precursores
gluconeognicos o cetognicos. Mientras que la Alanina de msculo es
utilizada directamente por Hgado para Gluconeognesis, la Glutamina
es convertida previamente a Alanina en Intestino. En Hgado, la
Alanina puede seguir la va Gluconeognica al convertirse en Piruvato
por transaminacin y el Ciclo de la Urea aumenta debido al aumento
en la disposicin de aminocidos desaminados. Debido a los altos
niveles circulantes de Glucagon, se desencadena la Liplisis en
Tejido Adiposo, con un aumento en la liberacin de cidos grasos
libres y glicerol a la circulacin. Estos cidos grasos son captados
principalmente por Hgado, aunque pueden ser utilizados tambin por
Msculo y Corazn. En Hgado siguen la va de la beta-oxidacin
mitocondrial para producir la energa necesaria para mantener la
Gluconeognesis y el glicerol entra a la gluconeognesis. Una vez
saturado el Ciclo de Krebs por la produccin masiva de Acetil CoA,
sta sigue la va de Sntesis de Cuerpos Cetnicos, despus de 3 a 4 das
de ayuno, dependiendo del estado nutricional previo del individuo.
En ayunos muy prolongados de varios das los cuerpos cetnicos se
convierten en fuente importante de energa para el cerebro, debido a
que la gluconeognesis heptica disminuye y los cuerpos cetnicos
atraviesan la barrera hemato-enceflica. Leptina es una hormona
sintetizada en tejido adiposo que aumenta la saciedad y el gasto
energtico a travs en parte de efectos neuroendcrinos y perifricos.
En los ncleos arcuato y paraventricular de hipotlamo acta a travs
de receptores especficos (leptina Rb) y disminuye la expresin de
neuropptido Y (orexignico) y aumenta la sntesis de melanocortina
(anorxica), a travs de una va de transduccin dependiente de los
factores JAK-STAT de transcripcin. En tejidos perifricos aumenta la
expresin de protenas desacoplantes de la cadena respiratoria en
mitocondria, como UCP1 en tejido adiposo pardo, UCP2 en hgado y
tejido adiposo blanco y UCP2 en msculo. Adems aumenta la expresin
de genes de la beta oxidacin de cidos grasos.
35. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
34 Diabetes. En Diabetes Mellitus Insulino-Dependiente, la baja de
Insulina con relacin a Glucagon, provoca que el Hgado se mantenga
gluconeognico y cetognico, aun despus de una ingesta alimenticia.
Debido a la gluconeognesis continua del hgado, ste contribuye a la
hiperglucemia. Los tejidos perifricos, principalmente msculo y
tejido Adiposo, disminuyen su captacin de glucosa por la
deficiencia de insulina. Estos tejidos dependen de insulina para
expresar en la membrana un transportador de glucosa (GLUT4), que es
inducido por la hormona. Hay protelisis para mantener el aporte de
substratos gluconeognicos para el hgado. Existe
hipertrigliceridemia debido a liplisis aumentada en tejido adiposo
que exporta cidos grasos libres al hgado. Estos se utilizan para
beta-Oxidacin y el exceso son reesterificados para formar
Lipoprotenas de VLDL y eventualmente desarrollar esteatosis
heptica. El aumento en VLDL circulante no puede ser compensado con
aumento en captacin de cidos grasos en tejidos perifricos, dado que
est disminuida la expresin de la Lipoprotena Lipasa dependiente de
Insulina. En la Diabetes Mellitus No Insulino-Dependiente, la
presencia normal o elevada de Insulina previene la liplisis
descontrolada en tejido adiposo y en consecuencia rara vez presenta
cetoacidosis. Generalmente presenta resistencia a insulina por
defectos en las seales de transduccin despus de que la hormona se
une a su receptor. Tambin presenta hipertrigliceridemia por aumento
en la sntesis de novo de lpidos, dado que el hgado se mantiene
lipognico. Bibliografa. Devlin, TM. Bioqumica con Aplicaciones
Clnicas. 4.Ed Revert, 2004. Baynes JW y Dominiczak. Bioqumica
Mdica. 2.Ed, 2006. Colman J y Rhom K-H. Bioqumica: Texto y Atlas.
3. Ed Panamericana, 2004.
36. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
35 DEFECTOS GENTICOS DEL METABOLISMO El estudio del genoma humano
ha revelado que la mayora de los errores innatos del metabolismo
causados por defectos enzimticos se transmiten en un modo autosmico
recesivo y enfermedades causadas por defectos en factores de
transcripcin se transmiten generalmente en forma autosmica
dominante. Enfermedades metablicas que se manifiestan clnicamente
en periodo neonatal, son causadas en su mayora por mutaciones en
genes que codifican para enzimas. La gran mayora de los Errores
Innatos del Metabolismo involucran anormalidades en Actividades
Enzimticas y Transporte de Protenas. Se han clasificado dos grandes
Categoras: 1. Alteraciones que afectan un solo sistema funcional:
Endocrino, Inmune, Coagulacin o Lipoprotenas; que afectan un solo
rgano: Intestino, Rin, Eritrocitos o Tejido Conectivo. Ejemplos en
esta Categora son Hipotiroidismo, Inmunodeficiencias Primarias,
Anemia Hemoltica, Hemofilia, Colagenopatas, Marfan, etc. 2.
Alteraciones en vas metablicas que son comunes a varios tejidos u
rganos o que afectan a un solo rgano pero con repercusiones
sistmicas que afectan a otros rganos. En esta categora estn
incluidos la mayor parte de los Errores Innatos del Metabolismo
Intermediario que incluyen defectos en el metabolismo de
carbohidratos, aminocidos y lpidos ya sea por alteracin primaria de
la actividad enzimtica o secundaria a alteraciones vitamnicas;
Enfermedades por Atesoramiento Lisosomal y Enfermedades por
defectos en el Transporte Intracelular de protenas, en las que estn
incluidas defectos en el transporte de protenas a su destino
intracelular (organelas) o extracelular (secrecin). Desde el punto
de vista fisiopatolgico esta categora de enfermedades se divide en:
a) Enfermedades que alteran la sntesis o catabolismo de molculas
complejas. Todas las enfermedades por atesoramiento lisosomal estn
en este grupo en el que existe insuficiencia en la degradacin de
mucopolisacridos, mucolpidos, esfingolpidos, etc.,
37. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
36 que se acumulan en el tejido afectado. Alteraciones en la
biognesis peroxisomal y mitocondrial por transporte defectuoso de
protenas o enzimas, como en los casos de Adrenoleucodistrofia
Neonatal Ligada al Cromosoma X en el que hay defectos en el
transporte de cidos grasos de cadena muy larga que son oxidados en
esa organela, el Sndrome de Zellweger en el que hay una disminucin
o ausencia de sntesis de peroxisomas, lo cual ocasiona tambin una
acumulacin de cidos grasos largos y disminucin en la sntesis de
cidos biliares que se sintetizan normalmente en esa organela, o el
caso de Hiperoxaluria en el que una mutacin de la enzima glioxilato
aminotransferasa errneamente causa el transporte de la enzima a
mitocondria en vez de a peroxisomas. Otras enfermedades causadas
por defectos en el trfico intracelular de protenas son la
deficiencia de alfa1-antitripsina en enfisema familiar, el
transportador de cloro en fibrosis qustica, el receptor de LDL en
hipercolesterolemia familiar y el sndrome glicoproteco entre otros,
que son ejemplos en los que mutaciones en los genes para estas
protenas alteran su transporte de retculo endoplsmico a membrana
plasmtica. b) El grupo de Errores Innatos del Metabolismo
Intermediario, los cuales se caracterizan por una intoxicacin aguda
o progresiva causada por una acumulacin de substratos proximales al
sitio de la lesin enzimtica. Entre stos se encuentran las
siguientes: - Aminoacidopatas como la fenilcetonuria (deficiencia
de fenilalanina hidroxilasa), enfermedad de la orina de jarabe de
maple (deficiencia de alfa-cetocidos deshidrogenasa de aminocidos
de cadena ramificada), homocistinuria (deficiencia de cistationina
sintetasa o de dihidrofolato reductasa). - Acidurias orgnicas que
afectan el metabolismo de los aminocidos de cadena ramificada como
son la acidemia metil malnica por deficiencia de metil malonil CoA
mutasa, acidemia propinica por deficiencia de propionil CoA
carboxilasa, acidemia isovalrica por deficiencia de isovaleril CoA
deshidrogena. - Defectos en el Ciclo de la Urea como las
hiperamonemias tipo I y II por deficiencia de carbamilfosfato
sintetasa I mitocondrial y de ornitina transcarbamilasa,
respectivamente.
38. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
37 Intolerancia a carbohidratos como en la galactosemia por
deficiencia de la UDP- galactosa-transferasa, de galactoquinasa o
de UDP-gal-epimerasa y la intolerancia a la fructosa por
deficiencia de aldolasa B heptica. c) Errores Innatos del
Metabolismo Intermediario causados por defectos en la produccin o
utilizacin de energa y que afectan principalmente a tejidos como
corazn, cerebro, msculo e hgado. - Glucogenosis causada por ejemplo
por deficiencia de glucosa 6-fosfatasa (glucogenosis I o enfermedad
de von Gierke), por deficiencia de glucosidasa lisosomal
(glucogenosis II o enfermedad de Pompe), deficiencias en enzimas
desramificadora y ramificadoras de glucgeno (glucogenosis III y
IV), deficiencia de glucgeno fosforilasa (V o enfermedad de McArdle
y VI), deficiencia de fosfofructoquinasa I (VII) y otros defectos
en enzimas glicolticas. - Acidemias Lcticas congnitas por
deficiencia de piruvato carboxilasa (gluconeognesis) y piruvato
deshidrogenasa (descarboxilacin de piruvato a Acetil CoA). -
Defectos en la oxidacin de cidos grasos que incluyen: alteraciones
en la captacin celular de carnitina, deficiencias de carnitina
palmitoiltransferasa I y II, carnitina translocasa, deshidrogenasas
de cidos grasos largos, medios y cortos, por ejemplo. La
deficiencia ms frecuente es la disminucin de Deshidrogenasa de
cidos grasos de cadena media mitocondrial. La deficiencia de
carnitina generalmente se debe a un defecto en el transporte de
este compuesto. - Defectos en la Cadena Respiratoria. Estos son
clasificados desde el punto de vista de gentica molecular como:
mutaciones del genoma nuclear que codifica para protenas
mitocondriales (I); mutaciones puntuales del genoma mitocondrial
(II); deleciones y duplicaciones del genoma mitocondrial (III); y
defectos genticos indefinidos (IV). Este espectro de mutaciones
puede afectar la funcin de alguna de las subunidades polipeptdicas
de los Complejos Respiratorios I a V, ya sean codificados en ncleo
o en el mismo genoma mitocondrial. Ejemplos representativos son la
Neuropata Optica Hereditaria de Leber (LHON) que afecta al Complejo
I principalmente, la Epilepsia
39. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
38 Mioclnica y Fibras Rojas Rasgadas (MERRF), por mutaciones
principalmente de un ARN de transferencia mitocondrial necesario
para la sntesis de protenas en esa organela, la Encefalopata
Mitocondrial con Acidosis Lctica (MELAS), por mutaciones tambin en
otro ARNt, cardiomiopatas hipertrficas, entre otras. El Sndrome de
Dificultad Metablica Neonatal, generalmente cursa con tres tipos de
presentaciones: Dificultad Neurolgica tipo Intoxicacin, Dificultad
Neurolgica tipo Deficiencia de Energa o con Hipoglucemia con
Disfuncin Heptica. Entre las ms frecuentes se encuentran en la de
tipo intoxicacin la enfermedad con orina de jarabe de maple por
deficiencia de alfa-cetocido deshidrogenasa (de aminocidos de
cadena ramificada) y acidurias orgnicas por deficiencia de metil
malonil CoA mutasa, de propionil CoA carboxilasa, acidemia
isovalrica y deficiencia mltiple de carboxilasas. Entre las de tipo
deficiencia de energa con acidosis lctica y cetosis, se encuentran
las deficiencias de piruvato deshidrogenasa y de piruvato
carboxilasa, as como de Complejos I y IV de la cadena respiratoria;
la hiperglicinemia no cettica sin hiperamonemia cursa como
deficiencia de energa. Entre las deficiencias del ciclo de la urea
ms frecuentes con hiperamonemia y sin cetoacidosis se encuentran la
deficiencia de ornitina transcarbamilasa y de carbamil fosfato
sintetasa. Entre las Hipoglucemias con Hepatomegalia y disfuncin
heptica las ms frecuentes son la Glicogenosis Tipo I por
deficiencia de glucosa 6- fosfatasa, Glicogenosis Tipo III por
deficiencia de enzima desramificadora de glucgeno y deficiencia de
fructosa 1,6 difosfatasa. Las enfermedades por Atesoramiento
Lisosomal rara vez se manifiestan con sntomas agudos en perodo
neonatal. Generalmente se presentan con hepatoesplenomegalia,
facies toscas, ascitis, cambios seos y pueden cursar con niveles
normales de lactato, amonio y glucosa. En esta figura se observan
las consecuencias metablicas de una deficiencia de Glucosa 6-
fosfatasa (Glucogenosis tipo I):
40. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
39 En una acidemia propinica (deficiencia de propionil CoA
carboxilasa) y metil malnica (deficiencia de metil malonil CoA
mutasa), puede haber hiperamonemia por inhibicin de carbamil
fosfato sintetasa I y acidosis lctica por inhibicin de piruvato
carboxilasa. Bibliografa. Harrisons, PRINCIPLES OF INTERNAL
MEDICINE, 16Th . Ed, 2005. Devlin, TM. Bioqumica con Aplicaciones
Clnicas. 4.Ed Revert, 2004. Baynes JW y Dominiczak. Bioqumica
Mdica. 2.Ed, 2006.
41. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
40 CARCINOGENESIS, ONCOGENES Y GENES SUPRESORES DE TUMORES
APOPTOSIS Apoptosis o muerte celular programada es un mecanismo
altamente regulado de induccin de muerte celular bajo diferentes
estmulos, como dao genotxico al ADN, deprivacin de citocinas o la
activacin de receptores de membrana plasmtica como el del Factor de
Necrosis Tumoral (TNF). Existe una va mitocondrial y una
extramitocondrial. La primera, se manifiesta como un colapso en el
gradiente electroqumico de mitocondria que da lugar a la apertura
de un Poro de Transicin Membranal, que causa una liberacin de
citocromo c mitocondrial al citoplasma y la activacin de Apaf1;
estas dos protenas juntas activan a su vez a una enzima proteoltica
llamada Caspasa-9, la cual a su vez procesa y activa a la Caspasa
3, la cual es una enzima efectora de apoptosis que corta a enzimas
como poli ADP ribosa polimerasa (PARP) y laminina, culminando en
muerte celular. La segunda va se desencadena a partir de la
activacin de receptores de membrana que inducen activacin de
Caspasa 8, la cual a su vez activa a la Caspasa 3 efectora. Existen
varias molculas proapoptticas (BAX, BAD, BID, AIF, etc) y anti-
apoptticas (BCL-2, BCL-XL, IAP). Revisaremos cmo diferentes agentes
alteran el proceso de apoptosis ligado al desarrollo de Cncer.
42. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
41 Existen 3 grandes agentes mutagnicos capaces de producir cncer
en humanos: 1- Qumicos 2- Fsicos 3- Virales AGENTES QUIMICOS. Los
agentes qumicos pueden inducir cambios moleculares en el ADN,
frecuentemente metilacin por agentes alkilantes que se encuentran
en las nitrosaminas del humo del tabaco o las de combustin vegetal.
Por ejemplo la metilacin de guaninas (O-6-metilguanina) causa un
apareamiento errneo con timina (en vez de citosina normal), por lo
que se induce una mutacin. Los benzo pirenos como las nitrosaminas
pueden ser activados metablicamente por el sistema enzimtico de
p450 que se encuentra en retculo endoplsmico. Este sistema es
inducible por la presencia del agente qumico y da lugar a derivados
alkilantes o benzopirnicos altamente reactivos que metilan o forman
aductos con las bases nucleotdicas del ADN. Existe variacin gentica
individual en el tipo de citocromos p450 que expresa una persona y
esta variacin puede influir en la susceptibilidad a desarrollar
cncer ante alguno de esto agentes. Existen algunas enzimas
destoxificantes que por el contrario catalizan la inactivacin de
agentes qumicos potencialmente mutagnicos entre ellas se encuentran
las mejor estudiadas: Glutationa transferasa,
UDP-Glucuronosiltransferasa, Alkil-transferasa, Alcohol y
Acetaldehdo deshidrogenasa y N-Acetiltransferasa AGENTES FISICOS.
Los agentes fsicos ms importantes en carcinognesis son: radiacin
por luz ultravioleta, la radiacin ionizante, y las fibras
minerales. La luz ultravioleta induce tpicamente la formacin de
dmeros de pirimidinas y produce mutaciones por transicin tipo de CC
a TT. Esta es la causa principal de carcinomas de clulas basales y
escamosos de piel. Se han identificado en este tipo de carcinomas
frecuentes mutaciones inducidas por luz ultravioleta en el gene
supresor de tumores p53. Las radiaciones ionizantes producen sus
efectos mutagnicos a travs de la emisin de partculas cargadas como
electrones, protones, partculas alfa o metales pesados que pueden
directamente ionizar el ADN; las radiaciones electromagnticas como
los rayos X y rayos gama tienen efectos ionizantes a travs de
interaccionar con los orbitales electrnicos de los tomos con los
que interactan generando elementos ionizante. Aunque la radiacin
ionizante puede
43. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
42 producir mutaciones puntuales discretas sus efectos ms severos
son la induccin de fracturas de doble cadena de ADN en los
cromosomas. Una fuente importante de radiacin es el radn que se
encuentra en la tierra y que emana como gas radiactivo; ste se ha
asociado a cncer de pulmn en humanos. Algunos ejemplos de cnceres
asociados a radiaciones laborales o teraputicas son cncer de piel,
de pulmn, leucemias, mama y seas. Los asbestos son fibras minerales
que se cristalizan y adquieren formas elongadas que son fagocitadas
e inducen la formacin de radicales libres. Su coincidencia con
radiaciones gama o de partculas alfa tiene un efecto sinrgico en su
potencial mutagnico. Esto puede inducir alteraciones cromosomales
como inversiones, deleciones y translocaciones. El cncer pulmonar y
el mesotelioma son los ms frecuentemente asociados a asbestos; con
menor frecuencia lo estn cnceres gastrointestinales. AGENTES
VIRALES. Los virus ms frecuentemente asociados a cnceres humanos
son, los virus con genoma de ADN: Papilomavirus: Cncer
cervicocuterino (tipos 16,18, 33) y de piel (tipos 5, 8, 17). Virus
de Hepatitis B y C: Carcinoma Hepatocelular. Virus Herpes
(Epstein-Barr): Linfoma de Burkitt, Carcinoma Nasofarngeo,
Enfermedad de Hodgkin. Entre los Virus con genoma de ARN los
retrovirus son los ms asociados a algunos tipos de cncer: HTLV-I:
Leucemia/linfoma de Clulas T. HTLV-II: Leucemia de Clulas Peludas.
Los papilomavirus expresan entre otras dos protenas altamente
oncognicas, E6 y E7. La protena E6 se une a la protena supresora de
tumores p53 e induce su degradacin. La protena E7 se une e inactiva
a la protena supresora de tumores Rb. En el caso de los virus de
hepatitis se observa un aumento en la expresin de la Protena X, la
cual induce una estimulacin de la va intracelular mitognica ras-
raf-MAP kinasa; adems esa protena X parece unirse e inhibir a la
protena p53. Para el virus de Epstein-Barr, la expresin de una
protena LMP1 induce la activacin de linfocitos B a travs de la
transcripcin de genes por el factor de transcripcin NFkB y del
aumento en la expresin de la protena oncognica bcl-2 que inhibe
la
44. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
43 apoptosis; adems se ha observado que LMP1 anclada a la membrana
plasmtica puede actuar como factor de crecimiento activado y
transducir seales de proliferacin celular en linfocitos B. Los
retrovirus son una familia de virus cuyo genoma es ARN y que lo
integran al genoma de la clula husped despus de convertirlo a ADN
complementario mediante la actividad de Transcriptasa Reversa. Este
genoma codifica para protenas de la cpsula y envoltura virales,
para su transcriptasa reversa, para la proteasa, procesadora de
protenas virales y varias protenas reguladoras de la expresin de
genes propios del virus. Una protena en particular, Tax, tiene
potencial oncognico al estimular la expresin de Interleucina 2 y de
su receptor, as como de otros factores de crecimiento como GM-CSF,
TNF, los proto- oncogenes c-fos y c-sis, entre otros. ONCOGENES.
Los Proto-oncogenes celulares son genes que se encuentran
normalmente en el genoma humano y que codifican para protenas que
tienen funciones asociadas a estmulos normales de proliferacin
celular. Algunas de estas funciones son factores de crecimiento,
transduccin celular y segundos mensajeros, expresin gentica y
comunicacin celular: - Factores de crecimiento. - Receptores con
actividad de tirosina kinasas. - Protenas kinasas de serina y
treonina. - Protenas G y reguladoras de protenas G. - Factores de
transcripcin. Las mutaciones que dan lugar a la sobreactivacin de
los proto-oncogenes en humanos pueden ser de varios tipos, por
ejemplo: - Mutaciones puntuales: por ejemplo la sustitucin de un
aminocido por otro produce la sobreactivacin de ras en cncer de
colon, de pulmn, pncreas, tiroides. - Amplificacin: por ejemplo myc
en neuroblastoma, leucemias y cncer pulmonar y mamario, Her/neu en
carcinoma mamario, mdm-2 en sarcomas, - Translocaciones genticas:
por ejemplo bcr-abl en leucemia mieloide crnica, de myc-Igs en
linfoma de Burkitt, receptor de cido retinoico en leucemia
promieloctica aguda, bcl-2 en linfoma folicular.
45. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
44 Generalmente las mutaciones en los oncogenes son activadoras,
somticas, adquiridas y se manifiestan en forma dominante, es decir
la activacin de un solo alelo predispone a la proliferacin celular.
GENES SUPRESORES DE TUMORES. Estos genes codifican para protenas
que previenen la proliferacin celular excesiva y cuyas funciones
normales para las protenas supresoras mejor conocidas incluyen las
siguientes: - p53: Factor de transcripcin que disminuye la entrada
a la fase S del Ciclo Celular. - Rb-1: Protena asociada primero a
retinoblastoma y que posteriormente se ha encontrado alterada en
osteosarcomas, carcinomas de prstata, pulmn y mama. Previene la
entrada a la fase S del Ciclo Celular. - NF-1: Asociada a
neurofibromatosis, a neuroblastoma y a melanoma. Tiene una funcin
reguladora negativa sobre ras al estimular su actividad de GTPasa,
lo cual induce la inactivacin de esta oncoprotena al convertirse de
su forma activas ras-GTP a su forma inactiva ras-GDP. - WT-1:
Asociada al tumor de Wilms es un factor de transcripcin involucrado
en el desarrollo genitourinario normal. - APC: Asociado a cncer de
colon y a poliposis adenomatosa familiar que participa en seales de
transcripcin inducida por factores de crecimiento. - PTEN: Asociado
a algunos carcinomas de mama, prstata, folicular tiroideo y glioma,
tiene actividad de tirosina fosfatasa, que revierte la fosforilacin
de protenas activadas por oncoprotenas. - VHL: En el sndrome de von
Hippel-Lindau y carcinoma renal y hemangioblastoma, regula la
estabilidad de algunos ARNs y la elongacin de la transcripcin de
algunos genes. Dentro del grupo de Genes Supresores de Tumores se
encuentran los genes que codifican para protenas que funcionan en
la reparacin de daos al ADN (se les conoce tambin como Genes
Mutadores). Las mejor identificadas en cnceres humanos son: - BRCA
1 y 2: asociadas a cncer mamario y de ovario familiar. Parecen
funcionar como factores de transcripcin que se activan en los
procesos de reparacin del ADN.
46. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
45 - HMSH-2 y hMLH-1: se encuentran mutados en un gran porcentaje
de familias con Carcinoma Colorrectal Nopolipsico Hereditario.
Funcionan normalmente en la reparacin de apareamientos errneos del
ADN. La participacin de BRCA1 y 2 junto con otros complejos
proteicos es ilustrada en esta Figura. Dao a la doble cadena de ADN
como el inducido por radiaciones ionizantes activa la fosforilacin
y activacin de BRCA1 la cual se asocia a BRCA2 y RADs, realizndose
una reparacin por recombinacin. Tambin se activa la expresin de p53
y esto induce apoptosis en caso de permanecer el dao en el ADN. Si
p53 est mutado o insuficiente se desencadena la proliferacin
celular. En caso de algunos cnceres mamarios se ha observado la
deficiencia dual de BRCA1 y p53. En cncer de colon se ha avanzado
ms en la serie de eventos multifactoriales que desencadenan la
neoplasia. Se observa que la mutacin inicial del gen de APC induce
cambios displsicos que aunados a mutaciones de oncogenes y
genes
47. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
46 supresores de tumores como ras y MSH, MLH (reparacin) y p53 se
manifiesta como carcinoma. Eventos similares se cree que ocurren en
otros cnceres. En esta figura se observa la funcin reparadora de
los complejos MSH, MLH y PMS2 sobre un defecto de complementariedad
en la doble cadena de ADN. En el caso de los genes supresores de
tumores las mutaciones son inactivadoras, pueden ser hereditarias y
adquiridas y se pueden manifestar en forma recesiva. En algunos
cnceres humanos se hereda una mutacin en uno de los genes
supresores de tumores y en el tejido afectado se puede observar
otra mutacin en el alelo normal inactivando completamente su
funcin; a este proceso se le conoce como prdida de heterozigocidad.
Algunos ejemplos son mutaciones en los genes de p53, Rb, NF1, APC,
MSH2 y MLH1. Las mutaciones heredadas pueden ser identificadas en
muestras de ADN de linfocitos perifricos y la prdida de
heterozigocidad generalmente mediante biopsia y anlisis de ADN del
tejido afectado.
48. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
47 Dos esquemas bien estudiados de interaccin de protenas
oncognicas y supresoras de tumores lo constituyen el caso de ras y
de p53 con Rb, en forma general: ONCOGENES Y GENES SUPRESORES DE
TUMORES EN SINDROMES HUMANOS Aqu se resumen las funciones conocidas
de diferentes protenas oncognicas o supresoras de tumores cuyas
mutaciones se han identificado asociadas a sndromes neoplsicos
humanos. BRCA1 , BRCA2 y RAD51: en conjunto reconocen rupturas de
doble cadena en el ADN, como las inducidas por radiacin y se
activan para reparar el dao mediante un proceso de recombinacin.
BRCA1 se ha observado que es importante en permitir una expresin
adecuada de p53. Su deficiencia se asocia a Cncer Mamario y de
Ovario Familiar. MLH1, MSH2 y PMS: reconocen apareamientos errneos
introducidos durante la replicacin del ADN y llevan a cabo la
reparacin. Su deficiencia se asocia a Cncer Colorectal Hereditario
No Polipsico. VHL: esta protena supresora de tumores controla la
elongacin de la transcripcin de ciertos genes al inhibir al factor
de elongacin Elongina SIII. Su deficiencia causa
49. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
48 la enfermedad de Von Hippel-Landau, la cual predispone a una
variedad de cnceres como Carcinoma de Clulas Claras de Rin,
Hemangioblastoma y Feocromocitoma. PTEN: es una protena fosfatasa
que revierte los estados de fosforilacin inducidos por PI3 kinasa
de la va activadora de ras. Mutaciones inactivadoras de su gen est
asociado a una variedad de cnceres humanos como glioblastoma,
astrocitoma, carcinoma de clulas pequeas de pulmn, carcinomas de
prstata, endometrio y renal, entre otros. Su frecuencia de
mutaciones en este gen supresor de tumores es casi tan alta a la de
p53 en humanos. P53: Induce la expresin, entre otros genes, el de
p21 la cual inhibe al complejo ciclina-cdk, inhibiendo la
proliferacin celular. La protena p53 es activada por fosforilacin
por la protena ATM, la cual por otra parte est mutada en el sndrome
de Ataxia-Telangiectasia. P53 induce la expresin de la oncoprotena
mdm-2, la cual a su vez induce la degradacin por ubiquitinacin de
p53. NF1: estimula la actividad de GTPasa de ras inactivando su va
de transduccin de seales de proliferacin. WT1: acta como factor de
transcripcin necesario para el desarrollo embrionario renal y de
aparato genitourinario. Reprime la expresin de factores de
crecimiento como TGF-, PDGF-A e IGFII. Su deficiencia causa Tumor
de Wilms. APC: esta protena mutada en Poliposis Adenomatosa de
Colon inhibe, junto con la Glicgeno Sintasa Kinasa 3 (GSK3), a la
protena -Catenina la cual activa al factor de transcripcin Tcf-4
que media la expresin de genes de proliferacin celular. CAMBIOS
EPIGENETICOS Uno de los cambios en expresin gentica de protenas
oncognicas o supresoras de tumores, es la determinada por efecto de
metilacin en las regiones promotoras de algunos genes. Para la
categora de genes supresores de tumores se ha encontrado que la
metilacin en regiones ricas en pares de citosina-guanina (CpG)
causa una disminucin en su expresin. Entre otros los siguientes
genes supresores de tumores estn disminuidos en su expresin por
hipermetilacin: p16, p73, APC, BRCA1. HMLH1, GSTP1 y MGMT. Esta
ltima enzima (metil guanina metil transferasa, MGMT) es la enzima
que repara la metilacin de genes alterados por exposicin a
nitrosaminas. Recientemente se ha encontrado que en cncer de colon,
la disminucin de la transcripcin de esta enzima reparadora MGMT
por
50. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
49 hipermetilacin de su gen, causa un aumento en la mutagnesis de
p53 por agentes qumicos alkilantes. Ejemplos de tumores afectados
por hipermetilacin de genes supresores de tumores son: Cncer
Mamario: por GSTP1, BRCA1, p16 y E-caderina. Cncer Colorectal: p16,
MGMT, APC. Cncer de Pulmn: p16, MGMT, GSTP1 Dado que la
hipermetilacin en regiones promotoras se acompaa de una disminucin
en la transcripcin del gen, estos cambios epigenticos no presentan
mutacin en la secuencia gnica. En algunos tumores ocurre el efecto
contrario, esto es, una hipometilacin que se acompaa de un aumento
en la expresin de un oncogen. Como en el caso de tumores de
endometrio asociados a un aumento en la expresin del factor de
crecimiento IGF2. Bibliografa: Harrisons Principios de Medicina
Interna. 15 th Ed.. McGraw Hill, 2001. Torroella Kour, M y Villa
Trevio,S. Bases Genticas del Cncer. F.C.E., Mxico, 1998. Cox T
Biologa Molecular en Medicina. Ed. Panamericana, 1998.
51. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
50 ONCOGENES Y GENES SUPRESORES DE TUMORES. APOPTOSIS. Apoptosis o
muerte celular programada es un mecanismo altamente regulado de
induccin de muerte celular bajo diferentes estmulos, como dao
genotxico al ADN, deprivacin de citocinas o la activacin de
receptores de membrana plasmtica como el del Factor de Necrosis
Tumoral (TNF). Existe una va mitocondrial y una extramitocondrial.
La primera, se manifiesta como un colapso en el gradiente
electroqumico de mitocondria que d lugar a la apertura de un Poro
de Transicin Membranal, que causa una liberacin de citocromo c
mitocondrial al citoplasma y la activacin de Apaf1; estas dos
protenas juntas activan a su vez a una enzima proteoltica llamada
Caspasa-9, la cual a su vez procesa y activa a la Caspasa 3, la
cual es una enzima efectora de apoptosis que corta a enzimas como
poli ADP ribosa polimerasa (PARP) y laminina, culminando en muerte
celular. La segunda va se desencadena a partir de la activacin de
receptores de membrana que inducen activacin de Caspasa 8, la cual
a su vez activa a la Caspasa 3 efectora. Existen varias molculas
proapoptticas (BAX, BAD, BID, AIF, etc.) y anti- apoptticas (BCL-2,
BCL-XL, IAP). ONCOGENES. Los Proto-oncogenes celulares son genes
que se encuentran normalmente en el genoma humano y que codifican
para protenas que tienen funciones asociadas a estmulos normales de
proliferacin celular. Algunas de estas funciones son factores de
crecimiento, transduccin celular y segundos mensajeros, expresin
gentica y comunicacin celular: - Factores de crecimiento. -
Receptores con actividad de tirosina kinasas. - Protenas kinasas de
serina y treonina. - Protenas G y reguladoras de protenas G. -
Factores de transcripcin. Las mutaciones que dan lugar a la
sobreactivacin de los proto-oncogenes en humanos pueden ser de
varios tipos, por ejemplo: - Mutaciones puntuales: por ejemplo la
sustitucin de un aminocido por otro produce la sobreactivacin de
ras en cncer de colon, de pulmn, pncreas, tiroides.
52. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
51 - Amplificacin: por ejemplo myc en neuroblastoma, leucemias y
cncer pulmonar y mamario, Her/neu en carcinoma mamario, mdm-2 en
sarcomas, - Translocaciones genticas: por ejemplo bcr-abl en
leucemia mieloide crnica, de myc-Igs en linfoma de Burkitt,
receptor de cido retinoico en leucemia promieloctica aguda, bcl-2
en linfoma folicular. Generalmente las mutaciones en los Oncogenes
son activadoras, somticas, adquiridas y se manfiestan en forma
dominante, es decir la activacin de un solo alelo predispone a la
proliferacin celular. GENES SUPRESORES DE TUMORES. Estos genes
codifican para protenas que previenen la proliferacin celular
excesiva y cuyas funciones normales para las protenas supresoras
mejor conocidas incluyen las siguientes: - p53: Factor de
transcripcin que disminuye la entrada a la fase S del Ciclo
Celular. - Rb-1: Protena asociada primero a retinoblastoma y que
posteriormente se ha encontrado alterada en osteosarcomas,
carcinomas de prstata, pulmn y mama. Previene la entrada a la fase
S del Ciclo Celular, tambin. - NF-1: Asociada a neurofibromatosis,
a neuroblastoma y a melanoma. Tiene una funcin reguladora negativa
sobre ras al estimular su actividad de GTPasa, lo cual induce la
inactivacin de esta oncoprotena al convertirse de su forma activas
ras-GTP a su forma inactiva ras-GDP. - WT-1: Asociada al tumor de
Wilms es un factor de transcripcin involucrado en el desarrollo
genitourinario normal. - APC: Asociado a cncer de colon y a
poliposis adenomatosa familiar que participa en seales de
transcripcin inducida por factores de crecimiento. - PTEN: Asociado
a algunos carcinomas de mama, prstata, folicular tiroideo y glioma,
tiene actividad de tirosina fosfatasa, que revierte la fosforilacin
de protenas activadas por oncoprotenas. - VHL: En el sndrome de von
Hippel-Lindau y carcinoma renal y hemangioblastoma, regula la
estabilidad de algunos ARNs y la elongacin de la transcripcin de
algunos genes. Dentro del grupo de Genes Supresores de Tumores se
encuentran los genes que codifican para protenas que funcionan en
la reparacin de daos al ADN (se les conoce tambin como Genes
Mutadores). Las mejor identificadas en cnceres humanos son:
53. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
52 - BRCA 1 y 2: asociadas a cncer mamario y de ovario familiar.
Parecen funcionar como factores de transcripcin que se activan en
los procesos de reparacin del ADN. - HMSH-2 y hMLH-1: se encuentran
mutados en un gran porcentaje de familias con Carcinoma Colorrectal
Nopolipsico Hereditario. Funcionan normalmente en la reparacin de
apareamientos errneos del ADN. Dao a la doble cadena de ADN como el
inducido por radiaciones ionizantes activa la fosforilacin y
activacin de BRCA1 la cual se asocia a BRCA2 y RADs, realizndose
una reparacin por recombinacin. Tambin se activa la expresin de p53
y esto induce apoptosis en caso de permanecer el dao en el ADN. Si
p53 est mutado o insuficiente se desencadena la proliferacin
celular. En caso de algunos cnceres mamarios se ha observado la
deficiencia dual de BRCA1 y p53. En cncer de colon se ha avanzado
ms en la serie de eventos multifactoriales que desencadenan la
neoplasia. Se observa que la mutacin inicial del gen de APC induce
cambios displsicos que aunados a mutaciones de oncogenes y genes
supresores de tumores como ras y MSH, MLH (reparacin) y p53 se
manifiesta como carcinoma. Eventos similares se cree que ocurren en
otros cnceres. En el caso de los genes supresores de tumores las
mutaciones son inactivadoras, pueden ser hereditarias y adquiridas
y se pueden manifestar en forma recesiva. En algunos cnceres
humanos se hereda una mutacin en uno de los genes supresores de
tumores y en el tejido afectado se puede observar otra mutacin en
el alelo normal inactivando completamente su funcin; a este proceso
se le conoce como prdida de heterozigocidad. Algunos ejemplos son
mutaciones en los genes de p53, Rb, NF1, APC, MSH2 y MLH1. Las
mutaciones heredadas pueden ser identificadas en muestras de ADN de
linfocitos perifricos y la prdida de heterozigocidad generalmente
mediante biopsia y anlisis de ADN del tejido afectado. Dos esquemas
bien estudiados de interaccin de protenas oncognicas y supresoras
de tumores lo constituyen el caso de ras y de p53 con Rb, en forma
general:
54. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
53 ONCOGENES Y GENES SUPRESORES DE TUMORES EN SINDROMES HUMANOS Aqu
se resumen las funciones conocidas de diferentes protenas
oncognicas o supresoras de tumores cuyas mutaciones se han
identificado asociadas a sndromes neoplsicos humanos. -BRCA1 ,
BRCA2 y RAD51: en conjunto reconocen rupturas de doble cadena en el
ADN, como las inducidas por radiacin y se activan para reparar el
dao mediante un proceso de recombinacin. BRCA1 se ha observado que
es importante en permitir una expresin adecuada de p53. Su
deficiencia se asocia a Cncer Mamario y de Ovario Familiar.
55. Universidad Autonoma de San Luis Potos Facultad de Medicina
54 -MLH1, MSH2 y PMS: reconocen apareamientos errneos introducidos
durante la replicacin del ADN y llevan a cabo la reparacin. Su
deficiencia se asocia a Cncer Colorectal Hereditario No Polipsico.
-VHL: esta protena supresora de tumores controla la elongacin de la
transcripcin de ciertos genes al inhibir al factor de elongacin
Elongina SIII. Su deficiencia causa la enfermedad de von
Hippel-Landau, la cual predispone a una variedad de cnceres como
Carcinoma de Clulas Claras de Rin, Hemangioblastoma y
Feocromocitoma. -PTEN: es una protena fosfatasa que revierte los
estados de fosforilacin inducidos por PI3 kinasa de la va
activadora de ras. Mutaciones inactivadoras de su gen est
asociad