4.3 Utilizacion Del Amonio y Ciclo de La Urea 13

Ciclo de la urea y alteraciones Mg Inés Arnao Salas 2013

EAP Medicina Humana • Eliminación del grupo amino: Reacciones de Transaminación, Descarboxilación y Desaminación oxidativa. • Utilización del amonio: Glutamato deshidrogenasa, glutamina sintetasa, asparagina sintetasa, carbamoil-P sintetasa. • Ciclo de la úrea: funciones y alteraciones. • Transportadores de úrea. • Aplicación clínica: deficiencia de Ornitina transcarbamilasa.

Eliminación del grupo amino

Reacciones de eliminación del grupo amino • Transaminación • Desaminación Directa • A) Serina deshidratasa. Requiere de PP y forma piruvato • B) Treonina deshidratasa. Requiere de PP y forma cetobutirato • C) Glutaminasa y asparaginasa • D) Histidina  urocanato • Desaminación oxidativa • A) Glutamato deshidrogenasa • B) L-amino oxidasa • C) D-amino oxidasa

Transaminación • Primer paso del catabolismo de la mayoría de AA. • Enzimas: aminotransferasas (hígado, riñón, intestino y músculo) • Sustratos: alfa AA y alfa ceto glutarato. • Productos: alfa cetoácido (der del AA original) y glutamato. • Coenzima: piridoxal P • Usan los pares Glu/CetoGlut, Asp/OA, Ala/pyr. • Excepción: lisina y treonina. • Enzimas inducibles (tiroxina, glucocorticoides)

Componentes de la transaminación

Especificidad de sustrato • Son específicas para uno o unos pocos donadores de grupo amino. • Funcionan en el anabolismo y catabolismo. Reacción reversible • AST : aminotransferasa aspártica o TGO. • Transfiere grupos amino del glutamato al OA para formar aspartato  ciclo de la úrea. • ALT: aminotransferasa alanina o GPT • Transfiere grupos amino de la alanina al cetoglutarato  piruvato y glutamato  ”colector” de N procedente de la alanina.

TRANSAMINACIÓN

Keq = 1

Reacciones de desaminación no oxidativa • Serina deshidratasa

L-Serina

Fosfato de Piridoxal

Piruvato + NH4+

• Treonina deshidratasa Fosfato de Piridoxal

L-Treonina

a- cetobutirato + NH4+

Eliminación del grupo amino Enzima mitocondrial, dependiente de P Muy activa en hígado, riñón, branquias. En hígado, inhibida por pH bajo y estimulada por NH3

Glutamato deshidrogenasa

Mitocondria Hígado, riñón Alto Km para NH3

Para liberar el grupo amino, la transaminación se acopla a la GluDH

En el catabolismo de AA, actúa de manera concertada con la GDH.

Las amino oxidasas eliminan grupos amino

Estas flavoproteínas se encuentran en los peroxisomas junto con la catalasa Riñón e hígado de mamíferos D amino amino en plantas y paredes celulares de microorganismos. Presentes en la dieta y se metabolizan en el hígado.

Fijación del NH3

Biogénesis del N orgánico

Carbamoil P sintetasa • Existen 2 isoenzimas: a) mitocondrial (CPS-I) . NH3 + HCO3- + 2ATP  CP + 2ADP + Pi b) citosólica (CPS-II) Gln + HCO3- + 2ATP + H2O  CP + 2ADP + Pi + Glu

Glutamato deshidrogenasa

CE 1. 4. 1. 2 Aminación reductiva Mitocondria

NH4+

+

Cetoglutarato

NADH + H+ Estimulada por ADP y NAD+ GDP

GLUTAMATO DESHIDROGENASA

NADPH + H+ Estimulada por ATP y GTP NADP+

Glutamato

Glutamato deshidrogenasa

Homohexamérica

Glutamato DH humana • GLUD 1 y GLUD 2, en matriz mitocondrial. • GLUD 1: hígado, cerebro, páncreas y riñones pero no en músculos. • Importante en el metabolismo del N, glutamato y homeostasis energética. • Inhibido por GTP • GLUD 2: retina, testículos y cerebro. • Importante para reciclar el glutamato en la neurotrasmisión.

Efectos multi-orgánicos de HHS

Neurochem Int. 2011: 59(4): 445–455

Efectos multi-orgánicos de HHS

Neurochem Int. 2011: 59(4): 445–455

Glutamina • Acarreador importante del amonio. • Donador de grupo amino de muchas reacciones biosintéticas. • Síntesis en músculo hígado y riñón. • Concentración en estado postabsortivo = 0.5-0.6 mmol/l.

Regulación de la glutamina sintetasa • Citosólica. • El hígado y cerebro • Formada por 8

GS activa

GS

AMP

•

inactiva

• • • •

subunidades idénticas, pudiendo existir como tetrámero. Inhibidores: gly, ser, ala y C-P. Activador: oxoglutarato (+) desadenilación: activa (-) adenilación : inactiva Inhibida por metionina sulfoximina.

Asparagina sintetasa

Equilibrio en el metabolismo de amonio • Fuentes: • 1.- Transaminación acoplada a GDH • Oxidasa de AA (peroxisómica) • 3.- Serina y treonina deshidratasa • 4.- Aminooxidasa (mitocondrias) • 5.- Hidrólisis de Gln intestinal y renal • Escisión de la Gly enNH4, CO2 formando N5,N10 metilenTHF • Desaminación de purina y pirimidinas • Ureasa bacteriana

• • • • •

Utilización: 1.- Síntesis de Glutamato (GluDH) 2.- Síntesis de Glutamina 3.- Síntesis de úrea 4.- Excreción de NH4+ en orina

En tejidos extra hepáticos se realiza la remoción de 2 mol de amonio

NADH a-Ketoglutarate + NH4+

NAD+

Glutamate Glutamato deshidrogenasa

NH4+ + ATP

Glutamine sintetasa ADP + Pi Glutamine

Excreción de amonio a nivel renal Glutamine

Glutaminasa NAD+

NADH

NH4+

Glutamate dehydrogenase Glutamate

a-Ketoglutarate + NH4+ (30%)

Proceso sensible a pH. Mantiene la homeostasis ácido básica y elimina N Glutaminasa mitocondrial dependiente de P

En el hígado, el N de los AA se convierte en úrea NADH + NH4+ a-Amino acid

Aminotransferase a-Keto acid

Urea cycle

a-Ketoglutarate Glu dehydrogenase

Glutamate

NAD+ + H2O

UREA

Transporte de N al hígado

Etapas en la eliminación del amonio

Ciclo de la UREA

Excreción de compuestos N urinario • Compuesto • Urea • Urobilinógeno • N-Metilhistidina • Creatinina • Aminoácidos • Acido úrico

Fuente catabolismo de AA, formación de amonio ruptura del hemo ruptura de la proteína miofibrilar creatina muscular proteínas tisulares, pirimidinas Degradación de purinas

1. Urea es el 85-90% del nitrógeno en orina (20-35 g / 24 h). 2. Amonio es 2-3% (0.7-1 g) 3. El resto de compuestos nitrogenados (10%): ácido úrico, creatinina , creatina

Ciclo de la úrea • Transforma el ión amonio en úrea. • Permite la síntesis de arginina. • Localización: mitocondrias y citosol del hepatocito. • Se requiere 4 enlaces de alta energía . • Los átomos de N provienen: NH4+ y Asp GlutDH NH4+  Carbamil-P úrea Glu AST  Asp  Arginosuccinato úrea

CICLO DE LA UREA Comprende las siguientes reacciones:

1. 2.

3. 4. 5.

Síntesis de carbamil fosfato Síntesis de citrulina Síntesis de argininsuccinato Ruptura de argininsuccinato Hidrólisis de arginina

Balance del ciclo de la úrea

Eliminación del amonio Hepatocitos periportales

Glutamato Glutamina

1 NH4

+

Hepatocitos perivenosos

Glutamato 2

Urea

Vena porta

Glutamina

NH4+

Vena hepática

Glutamina

Urea Glutamina

NH4+

Ciclo glutamato/glutamina Ciclo de la urea

Regulación de la ureogénesis • Existen 2 tipos de regulación: 1) Control a largo plazo: proteínas de la dieta y ayuno.

2) Corto plazo: carbamil-P sintetasa I. activador alostérico: N-acetil glutamato • La síntesis de carbamil-P depende de las concentraciones mitocondriales de Arg y Glu

Mitocondria

Citosol Ornitina

Urea 5

2ATP NH4+

+

1

Arginina

Ornitina Carbamil-P

+

4

Fumarato

2

HCO3Citrulina

Arginosuccinato

N-acetilGlutamato + Arg

Glutamato

Citrulina

3

Acetil- CoA Aspartato

Aminoácidos

2ATP

Glu

Relaciones del ciclo de la úrea con el ciclo de Krebs

Respuesta a la acidosis metabólica de los mecanismos de eliminación de amonio

Sustratos energéticos

HIGADO HCO3-

HCO3-

(1)

Urea RIÑON

Urea

Urea Glucosa

Glucosa

2-Oxo -glut

Glu NH4+

NH4+

(2)

30%

Gln

(4)

Gln (3)

NH4+

Glu

70%

NH4+

Rol del riñón bajo condiciones fisiológicas (a) y en acidosis (b) a

J Clin Nutr 2004; 79: 185-97

b

Destino de la urea • Excreción a nivel renal • Parte de la urea difunde al intestino: ureasa bacteriana. • Pacientes con insuficiencia renal: hiperamonemia

Transportadores de úrea (UT) • La reabsorción pasiva de úrea se realiza mediante proteínas transportadoras de úrea (UT) • UT-A1-4 son expresados en túbulos renales y UT-A5 sólo en testículos. • UT-B1 es expresado en los glóbulos rojos. • Niveles altos de úrea en los fluídos, participan en mecanismos de osmoregulación. • Niveles urémicos de úrea inhiben el transporte de Arg en células endoteliales.

Niveles de urea y amonio en sangre • Significado fisiológico: • Uremia : índice de funcionamiento renal • Amonemia: índice de funcionamiento hepático. Hiperamonemia > 60 umoles/L • La deficiencia de alguna de las enzimas del ciclo de la urea suelen conllevar a hiperamonemia y alcalosis respiratoria. • Manifestaciones: letargia, hipotermia y apnea, Visión borrosa, temblores, habla incoherente y por último coma y muerte

Hiperamonemias Hiperamoniemias congénitas

Hiperamoniemias adquiridas

Defectos del ciclo de la urea

Síndrome de Reye

Defecto de transporte de los metabolitos intermediarios del ciclo de la urea: LIP (Intolerancia proteica lisinúrica) y HHH.

Fallo hepático

Acidurias orgánicas

Tratamiento con valproato

Trastornos de la beta-oxidación de los ácidos grasos

Infecciones por bacterias ureasa

Otros errores innatos del metabolismo

Tratamiento de la leucemia Enfermedades sistémicas graves (RN)

Alteraciones en el transporte de aminoácidos

Biochemical Society Transactions (2005) Volume 33, part 1

Síndrome HHH • Hiperornitemia, hiperamonemia, Homocitrulinemia • Deficit de transporte de la ornitina a la mitocondria. • Ello causa una deficiencia funcional de ornitina transcarbamilasa y ornitina aminotransferasa. • Los signos clínicos iniciales son el coma por hiperamonemia, convulsiones e hipotonía, puede causar deficiencia mental. • Características bioquímicas: hiperamonemia, excreción urinaria de homocitrulina, hiperornitinemia plasmática y excreción elevada de ácido orótico.

Enfermedades congénitas del ciclo de la úrea • Hiperamonemia I: CP-sintetasa. • Hiperamonemia II: OTC • Deficiencia de argininosuccinato sintetasa: citrulemia, hiperamonemia. • Deficiencia de arginosuccinato liasa: arginosuccinato en sangre. • Deficiencia de arginasa: Argininemia. • Deficiencia de acetilglutamato sintasa: hiperamonemia

Hiperamonemia tipo I

Hiperamonemia tipo I

Deficit de arginasa

Citrulinuria

Acidemia arginosuccínica

Causas de la toxicidad del amonio • Interfiere con los intercambios iónicos a través de membrana. • Disminuye la concentración de alfa cetoglutarato. • El NH4+ se incorpora al Glu  Gln (edema cerebral). • La Gln forma por transaminación  alfa ceto glutarámico (tóxico). ⇑ [NH4+]  ⇑ uso deα-cetoglutarato  ⇓ TCA 

⇓ [ATP]  Necrosis Celular

Caso clínico: Hiperamonemia • Un lactante de 6 meses comenzó a vomitar de forma ocasional y dejó de ganar peso. • Las pruebas habituales de laboratorio: normales • Síntomas: somnolencia habitual, temperatura: 39.4 ºC, pulso acelerado y hepatomegalia. • Electroencefalograma : numerosas anomalías. • El lactante no retenía la leche (por sonda) por lo que se le administró glucosa por vía i.v. Mejoró • Análisis de orina: presencia de Gln y uracilo . • Análisis de sangre: hiperamonemia.

Preguntas de bioquímica • ¿Qué enzimas podrían estar afectadas? • ¿Por qué la concentración de Gln era elevada? • ¿Cómo se altera el equilibrio ácido-básico por la hiperamonemia? • El paciente fue tratado usando los procedimientos disponibles: Dieta de 1.5 g/kg de peso (2 años). Su peso y estatura fueron normales.¿Cuál es el efecto de la dieta en un niño en crecimiento en términos de equilibrio N? • ¿Cómo trataría a un paciente similar el día de hoy?

Diagnóstico de enfermedades del ciclo de la úrea

60 h tras el nacimiento

Síntomas clínicos Alcalosis respiratoria hiperamonemia Plasma L-citrulina elevada

L-citrulina no detectable Eliminación renal de orotato

Alteraciones compensadoras L-argino succinato

L-arginina normal

anormal

L –ornitina L-glutamina

Déficit de arginosuccinato sintetasa

L-alanina

Déficit de CPS-I

Déficit de OTC

Déficit de arginosuccinasa

Tratamiento de hiperamonemias

Benzoato

Glicina

Acido hipúrico

200-300 mg/kg/día

Glutamina Acido fenilacético 200 a 600 mg/kg/día

Fenilacetil glutamina

Valina

Tratamiento de Hiperamonemias con Cetoácidos

Leucina

Bibliografía • • • • • • • •

Bioquímica : Herrera Bioquímica un enfoque clínico: Marks Bioquímica : Mathews Bioquímica: Montgomery Bioquímica: Díaz Zagoya – Hicks Bioquímica clínica: González de Buitrago Bioquímica: Villavicencio Van de Poll, Marcel y col. Renal metabolism of aminoacids: its role in interorgan aminoacid. Am J Clin Nutr 2004; 79: 185-97

MUCHAS GRACIAS

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