Metabolismo de los Aminoácidos y el Ciclo de la Urea

Degradación y Transporte de Nitrógeno

Transporte de nitrógeno al hígado y riñón: La mayor parte de las proteínas corporales se encuentran en el músculo. En condiciones de necesidad de energía, esta proteína es degradada y los grupos amino de los aminoácidos son transferidos a glutamina y alanina y transportados al hígado o al riñón. El principal destino de la glutamina y la alanina en la sangre es el hígado.

En este, la alanina aminotransferasa, la glutaminasa y la glutamato deshidrogenasa (GDH) liberan amoniaco que será utilizado para la formación de urea y su excreción por el riñón. La GDH no solo libera amoniaco sino que también produce NADH y alfa-cetoglutarato (un intermedio glucogénico). En condiciones de necesidad de energía, estos productos son muy beneficiosos.

Destino de la Glutamina y Alanina en el Hígado

Una vez en el hígado: La glutamina elimina el grupo amino de la cadena lateral en una reacción catalizada por la glutaminasa y genera glutamato. La alanina se somete a un proceso de transaminación a través de la alanina aminotransferasa (ALT), dando lugar a piruvato y glutamato. Sobre este glutamato actúa la GDH generando un ion amonio y un alfa-cetoglutarato, que puede ser utilizado de nuevo para la transaminación, repitiendo así el proceso. El piruvato que se forma al transaminar la alanina se usa como sustrato gluconeogénico para formar glucosa. (ciclo glucosa-alanina).

Acidosis Metabólica y el Riñón

En situaciones excepcionales, cuando sufrimos una acidosis metabólica, se puede disminuir esta situación con bicarbonato para basificar el medio. En esta situación, la glutamina y la alanina pueden llegar al torrente sanguíneo para dirigirse al riñón, donde actuarían la GDH y otras enzimas liberando iones amonio, los cuales se pueden eliminar directamente por la orina, en lugar de eliminarse como urea.

Excreción de Nitrógeno: Creatinina

Otra forma de excretar el nitrógeno proteico es la formación de creatinina (molécula que tiene 3 N). Esta se genera en el músculo esquelético de forma habitual. La creatinina pasa al torrente sanguíneo y se elimina en el riñón. Proviene de arginina y glicina.

Ciclo Glucosa-Alanina

Es una forma de síntesis de glucosa en el hígado donde se añade la liberación de N. En el músculo esquelético se forma alanina que pasa a piruvato y llega al hígado, se transamina y se forma glutamato, donde reside el grupo amino, libera el ion amonio camino del ciclo de la urea. Este piruvato se incorpora a la gluconeogénesis y se utiliza para la síntesis de glucosa que pasa al torrente sanguíneo y va al músculo. La glucosa llega al músculo esquelético que por glucólisis genera piruvato y el cual se transforma en alanina por la acción de ALT.

Síntesis de Creatinina

La fosfocreatina es un almacén de energía que tenemos en el músculo esquelético. Es el primer input para la contracción muscular. Almacenamos fosfocreatina porque el primer paso de la contracción muscular permite la formación de ATP a partir de esta fosfocreatina mediante la enzima creatina quinasa.

Etapas de Síntesis

1. La biosíntesis de creatinina comienza en el riñón y parte de arginina y glicina y está catalizada por la glicina amidinotransferasa. El amino de la arginina pasa a la glicina generando guanidinoacetato (3N) y se libera ornitina.
2. El guanidinoacetato sale al torrente y llega al hígado.
3. En el hígado se produce la unión de un grupo metilo al guanidinoacetato catalizada por una metiltransferasa. Este grupo metilo es donado por la S-adenosilmetionina (SAM). Así se forma la creatina y se libera S-adenosilhomocisteína (SAH).
4. La creatina viaja por la sangre hasta el músculo.
5. En el músculo, la creatina quinasa forma fosfocreatina que se almacena en el músculo esquelético. Esta última reacción se puede generar al revés para producir ATP (es reversible).
6. Tanto la creatina como la fosfocreatina generan creatinina sin necesidad de reacción enzimática. Esta creatinina pasa al torrente y va al riñón para su eliminación.

Ciclo de la Urea

Solo se produce en el hígado. Es el mecanismo de elección para la excreción de nitrógeno. El ciclo se produce en dos compartimentos celulares: mitocondrias y citoplasma. Las dos primeras reacciones ocurren en la mitocondria y las 3 restantes en el citoplasma. Se forma fumarato en el citoplasma que será un nexo de unión entre el ciclo de la urea y el ciclo de Krebs. La urea se produce en el hígado porque la última enzima de la ruta es la arginasa, que solamente está aquí.

Reacciones del Ciclo de la Urea

1. 1ª reacción (CPSI): no es estrictamente del ciclo, pero es esencial pues regula el ciclo. Está catalizada por carbamoilfosfato sintetasa I (CPSI), una enzima mitocondrial que une el ion amonio (primer grupo amino) con una molécula de bicarbonato para formar carbamoilfosfato. Esta reacción necesita el consumo de 2 ATP. La enzima CPSI tiene una total dependencia del N-acetilglutamato para su actividad.
2. 2ª reacción: La siguiente reacción está catalizada por la ornitina transcarbamilasa (enzima trimérica mitocondrial) y en ella participa la ornitina. La ornitina va a transferir su grupo carboxilo al carbamoilfosfato para generar citrulina y Pi. Para ello, la ornitina tiene que pasar a la matriz mitocondrial a través del transportador ornitina-citrulina. La citrulina, con el mismo transportador, pasará al citosol, donde tienen lugar las restantes reacciones del ciclo de la urea.
3. 3ª reacción: Una vez que la citrulina ha llegado al citosol, se produce la entrada del siguiente grupo amino aportado por el aspartato (dador del segundo grupo amino). Esta reacción está catalizada por la argininosuccinato sintetasa (tetrámero con 4 subunidades de 400 aa), de esta forma se obtiene argininosuccinato. Esta reacción requiere la hidrólisis de ATP a AMP y PPi.
4. 4ª reacción: El argininosuccinato se rompe por la actuación de argininosuccinato liasa generando fumarato y arginina.
5. 5ª reacción: La última reacción está catalizada por la arginasa 1 e implica la liberación, a partir de arginina, de urea y de ornitina.

La reacción global es: H₂O + Aspartato + NH₄⁺ + HCO₃^– + 3ATP → urea + 2ADP + 4Pi + AMP + 5H⁺ + fumarato.

Regulación del Ciclo de la Urea

Regulación por el producto de la reacción: La principal regulación del ciclo de la urea viene determinada por la 1ª reacción catalizada por la CPSI. Esta enzima requiere de la N-acetilglutamato. Éste está a su vez controlado por la N-acetilglutamato sintetasa, la cual necesita arginina. Por lo tanto, en último término, el control de la biosíntesis depende de arginina, que es el producto de la reacción.

Regulación por inducción de las enzimas del ciclo: al aumentar los niveles de amonio o de aminoácidos en el hígado, por dieta rica en proteínas o situaciones de inanición.

Conexión del Ciclo de la Urea y el Ciclo de Krebs

El punto de unión entre la urea y el ciclo de Krebs es el fumarato porque a partir del mismo se puede generar oxalacetato. Pueden seguir varios caminos:

• El oxalacetato mitocondrial podría volver a generar aspartato, que se incorpora al ciclo de la urea.
• El oxalacetato mitocondrial también podría seguir el ciclo de Krebs.
• El fumarato citoplasmático también puede transformarse en malato citoplasmático y este a su vez transformarse en oxalacetato citoplasmático, el cual va a la gluconeogénesis.

Cribado Neonatal

Cribado neonatal: actividad esencial en el contexto de la Salud Pública, dirigida a la identificación presintomática de determinados estados genéticos, endocrinos, metabólicos o infecciosos que amenazan la salud y la vida de los recién nacidos, mediante el uso de pruebas que les pueden ser aplicadas a todos y para los cuales una actuación sanitaria en los primeros días de su vida puede conducir a la eliminación o reducción significativa de la morbilidad, mortalidad o discapacidades asociadas.

La prueba consiste en la obtención de una muestra de sangre del talón del niño que posteriormente se analiza en un laboratorio especializado. Es suficiente con unas gotas que se depositan en una tarjeta de papel absorbente. La tarjeta contiene el formulario para la recogida de los datos de identificación del recién nacido, así como de la madre y un apartado para la autorización. El laboratorio se encarga de enviar los resultados a domicilio. Si los resultados están alterados, no significa que el niño tenga la enfermedad, sino que requiere nuevas pruebas para confirmar el diagnóstico.

Enfermedades que se Detectan

Entre las enfermedades que se detectan: hipotiroidismo congénito, fenilcetonuria, hiperplasia suprarrenal congénita, drepanocitosis, fibrosis quística, errores congénitos del metabolismo de aminoácidos (jarabe de arce, tirosinemia tipo I), errores congénitos del metabolismo de ácidos grasos (deficiencia primaria de carnitina…), errores congénitos del metabolismo de ácidos orgánicos (acidemia glutárica tipo I…).

Métodos de Diagnóstico

Método de cribado: espectrometría de masas en tándem, determinación de la concentración de aminoácidos a partir de la sangre impregnada en el papel. Esta técnica permite la cuantificación de múltiples aminoácidos.

Método de diagnóstico: cromatografía de intercambio iónico: confirmación de la concentración de aminoácidos en sangre del paciente: Cuantificación de metabolitos específicos relacionados con la patología.