Lectura bioquimica

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METABOLISMO DE LAS PROTEÍNAS
Las porfirinas son compuestos cíclicos que se unen fácilmente a iones metálicos donde normalmente es hierro ferroso (Fe2+) o férrico (Fe3+). 
La metaloporfirina más frecuente en los seres humanos es el hemo que está formado por un Fe 2+ asociado en el centro de un anillo tetrapirrol de la protoporfirina IX. El hemo es el grupo prostético de la hemoglobina, la mioglobina, los citocromos, el sistema citocromo P450 (CYP) monooxigenasa, la catalasa, la óxido nítrico sintasa y la peroxidasa. Estas hemoproteínas se sintetizan y se degradan rápidamente. 
Por ejemplo, se sintetizan 6g a 7 g de hemoglobina cada día para reemplazar al hemo perdido a través del recambio normal de eritrocitos. La síntesis y la degradación simultáneas de las porfirinas asociadas y el reciclado de los iones de hierro unidos se coordina con el recambio metabólico de hemoproteínas. 
A. Estructura de las porfirinas: Las porfirinas son moléculas cíclicas formadas por la unión de 4 anillos pirrol a través de puentes de metenilo. Tres características estructurales de estas moléculas son importantes para entender su importancia médica
1. Cadenas laterales: las diferentes porfirinas varían en la naturaleza de sus cadenas laterales que están unidas a cada uno de los 4 anillos pirrol. 
Las uroporfirinas contienen cadenas laterales de acetato (–CH2–COO–) y de propionato (–CH2–CH2–COO–), las coproporfirinas contienen grupos metilo (–CH3 ) y propionato, y la protoporfirina IX (y el hemo) contiene grupos vinilo (–CH=CH2 ), metilo y propionato.
2. Distribución de las cadenas laterales: las cadenas laterales de las porfirinas pueden ordenarse alrededor del núcleo tetrapirrol de cuatro maneras diferentes, designadas por medio de los números romanos I a IV. Sólo las porfirinas de tipo III, que contienen una sustitución asimétrica en el anillo D, son fisiológicamente importantes en los seres humanos.
DATO: la protoporfirina IX es un miembro de la serie de tipo III
3. Porfirinógenos: estos precursores de las porfirinas (ej:uroporfirinógeno) existen en una forma incolora, químicamente reducida, y sirven como productos intermedios entre el porfobilinógeno y las protoporfirinas oxidadas –coloreadas– en la biosíntesis del hemo
B. Biosíntesis del hemo: Los sitios más importantes de biosíntesis del hemo son el hígado donde sintetiza una serie de hemoproteínas (particularmente proteínas del CYP) y las células de la médula ósea productoras de eritrocitos, que son activas en la biosíntesis de la hemoglobina
DATO: más del 85 % de toda la síntesis de hemo ocurre en tejido hematopoyético.
En el hígado, la velocidad de síntesis del hemo es muy variable; responde a las alteraciones en las reservas del hemo celular causadas por demandas fluctuantes para hemoproteínas. En cambio, la síntesis del hemo en las células eritroides es relativamente constante y coincide con la velocidad de síntesis de la globina. La reacción inicial y las tres últimas etapas en la formación de las porfirinas tienen lugar en las mitocondrias, mientras que las etapas intermedias de la vía biosintética tienen lugar en el citosol. 
DATO: los eritrocitos maduros carecen de mitocondrias y son incapaces de sintetizar el hemo
1. Formación del ácido Δ -aminolevulínico: 
todos los átomos de carbono y nitrógeno de la molécula de porfirina son proporcionados por la glicina (aminoácido no esencial) y succinil-coenzima A (intermediario del ciclo de los ATC), que se condensan para formar el ácido δ-aminolevulínico (ALA) en una reacción catalizada por la ALA sintasa (ALAS). Esta reacción necesita fosfato de piridoxal (PLP) como coenzima y es la etapa determinante y que controla la velocidad en la biosíntesis de las porfirinas. 
DATO: existen dos isoformas de ALAS, 1 y 2, producidas por distintos genes cada una y controladas por diferentes mecanismos. La ALAS1 se halla en todos los tejidos mientras que la ALAS2 es específica de los tejidos eritroides. Las mutaciones con pérdida de función en ALAS2 dan por resultado anemia sideroblástica ligada a X.
· Efecto del hemo (hemina): cuando la producción de porfirinas rebasa la disponibilidad de las apoproteínas necesarias, se acumula el hemo y se convierte en hemina por oxidación de F 2+ a Fe3+. 
La hemina disminuye la cantidad (y por tanto la actividad) de la ALAS1 reprimiendo la transcripción de su gen, aumentando la degradación de su ARN mensajero y disminuyendo el transporte de la enzima a la mitocondria. 
DATO: en las células eritroides, la ALAS2 está bajo el control de la disponibilidad de hierro intracelular
 
· Efecto de los fármacos: la administración de cualquier serie de fármacos provoca un aumento significativo en la actividad ALAS1 hepática. Estos fármacos son metabolizados por el sistema monooxigenasa del CYP microsómico que es un sistema de hemoproteína oxidasa que se encuentra en el hígado. 
En respuesta a estos fármacos aumenta la síntesis de las proteínas del CYP, lo que induce un aumento del consumo del hemo, un componente de estas proteínas. Esto a su vez, causa una disminución en la concentración de hemo en las células del hígado. La disminución de las concentraciones intracelulares de hemo induce un aumento en la síntesis de la ALAS1 y promueve un aumento correspondiente en la síntesis de ALA
2. Formación del porfobilinógeno: la condensación de 2 moléculas de ALA para formar el porfobilinógeno por acción de la ALA deshidratasa que contiene cinc (porfobilinógeno sintasa) es extremadamente sensible a la inhibición por iones de metales pesados (ej:plomo), que reemplaza al cinc. Esta inhibición es responsable de la elevación del ALA y de la anemia que se observa en el envenenamiento con plomo. 
3. Formación del uroporfirinógeno: la condensación de 4 porfobilinógenos produce el tetrapirrol lineal hidroximetilbilano, que se cicla e isomeriza por medio de la uroporfirinógeno III sintasa para producir el uroporfirinógeno III asimétrico. Este tetrapirrol cíclico experimenta la descarboxilación de sus grupos acetato y genera coproporfirinógeno III. Estas reacciones tienen lugar en el citosol.
4. Formación del hemo: 
el coproporfirinógeno III entra en la mitocondria y dos cadenas laterales de propionato se descarboxilan por medio de la coproporfirinógeno III oxidasa a grupos vinilo para generar el protoporfirinógeno IX, que se oxida a protoporfirina IX. 
La introducción del hierro (Fe2+) en la protoporfirina IX puede ser un proceso espontáneo, pero su velocidad aumenta por acción de la ferroquelatasa, una enzima que, como la ALA deshidratasa que es inhibida por el plomo
A. Porfirias: Las porfirias son defectos hereditarios (u ocasionalmente adquiridos) poco frecuentes de la síntesis del hemo que provocan un aumento de la acumulación y la excreción de las porfirinas o de sus precursores. Cada porfiria da lugar a la acumulación de un único patrón de productos intermedios causada por la carencia de una enzima en la vía sintética del hemo. 
DATO: 
· con pocas excepciones las porfirias se heredan como trastornos autosómicos dominantes
· el término porfiria se refiere al color rojo azulado causado por las porfirinas pigmentoides en la orina de algunos pacientes con defectos en la síntesis del hemo
1. Manifestaciones clínicas:
las porfirias se clasifican como eritropoyéticas o hepáticas dependiendo de si la carencia enzimática se presenta en las células eritropoyéticas de la médula ósea o en el hígado.
Las porfirias hepáticas pueden a su vez clasificarse en agudas o crónicas. En general, las personas con una carencia enzimática previa a la síntesis de los tetrapirroles presentan signos abdominales y neuropsiquiátricos, mientras que quienes tienen defectos enzimáticos que inducen la acumulación de los productos intermedios del tetrapirrol presentan fotosensibilidad (es decir, picor en la piel [prurito], que se les quema cuando queda expuesta a la luz visible).
DATO: la fotosensibilidad es resultado de la oxidación de porfirinógenos incoloros a porfirinas coloreadas; éstas son moléculas fotosensibilizadorasque se piensa participan en la formación de radicales superóxido a partir del oxígeno. Estas especies reactivas de oxígeno pueden causar daño oxidativo a las membranas y provocan la liberación de enzimas destructoras desde los lisosomas
· Porfiria crónica: la porfiria cutánea tardía, la porfiria más común es una enfermedad crónica del hígado. La enfermedad está asociada con una carencia de la uroporfirinógeno descarboxilasa, pero la expresión clínica de la carencia enzimática está influida por varios factores como la sobrecarga hepática de hierro, la exposición a la luz solar, la ingestión de alcohol, la estrogenoterapia y la presencia de hepatitis B o C o infecciones por el VIH. El inicio clínico se produce normalmente durante la cuarta o quinta década de la vida. La acumulación de las porfirinas induce los síntomas cutáneos, así como la formación de una orina de color rojo a marrón a la luz natural y de color rosa a rojo bajo la luz fluorescente.
· Porfirias hepáticas agudas: las porfirias hepáticas agudas (carencia de ALA deshidratasa, porfiria, porfiria aguda intermitente, coproporfiria hereditaria y porfiria variegata) se caracterizan por ataques agudos de síntomas gastrointestinales, neuropsiquiátricos y motores que pueden acompañarse de fotosensibilidad. Las porfirias que inducen una acumulación del ALA y el porfobilinógeno como la porfiria aguda intermitente, causan dolor abdominal y trastornos neuropsiquiátricos, que van de ansiedad al delirio. Los síntomas de las porfirias hepáticas agudas se desencadenan frecuentemente por el uso de fármacos como los barbitúricos y el etanol, que inducen la síntesis del sistema microsómico de oxidación de fármacos del CYP, que contiene hemo. Esto disminuye aún más la cantidad del hemo disponible, lo que, a su vez, promueve un aumento de la síntesis de la ALAS1. 
· Porfirias eritropoyéticas: las porfirias eritropoyéticas crónicas (porfiria eritropoyética congénita y protoporfiria eritropoyética) se caracterizan por la aparición de exantemas y ampollas cutáneas en la primera infancia.
DATO: los pacientes con protoporfiria eritropoyética también corren el riesgo de sufrir una enfermedad hepatobiliar
2. Aumento de la actividad de la ácido Δ-aminolevulínico sintasa: una característica común de las porfirias es una disminución de la síntesis del hemo. En el hígado, el hemo funciona normalmente como un represor del gen de la ALAS1. Por consiguiente, la ausencia de este producto final provoca un aumento en la síntesis de la ALAS1 (desrepresión). Esto causa un aumento de la síntesis de los productos intermedios que se produce antes del bloqueo genético. La acumulación de estos productos tóxicos es la fisiopatología principal de las porfirias.
3. Tratamiento: durante los ataques de porfiria aguda, los pacientes necesitan atención médica, en particular tratamiento para el dolor y los vómitos. La intensidad de los síntomas agudos de las porfirias se puede disminuir mediante la inyección intravenosa de hemina y glucosa, que reduce la síntesis de ALAS1. En las porfirias con fotosensibilidad, también resulta útil protegerse de la luz solar, la ingestión de βcaroteno (un quelante de radicales libres) y la flebotomía
B. Degradación del hemo: Tras aproximadamente 120 días en la circulación, los eritrocitos son captados y degradados por el sistema reticuloendotelial, particularmente en el hígado y en el bazo. Aproximadamente, el 85 % del hemo destinado a la degradación proviene de los eritrocitos. El resto procede de la degradación de hemoproteínas distintas de la hemoglobina. 
1. Formación de la bilirrubina: la primera etapa en la degradación del hemo está catalizada por el sistema microsómico de la hemooxigenasa de las células reticuloendoteliales. En presencia de NADPH y adenina y de O2 , la enzima cataliza tres oxigenaciones sucesivas que provocan la apertura del anillo de porfirina (que convierte el hemo cíclico en biliverdina lineal), la producción de monóxido de carbono (CO) y la liberación de Fe2+.
DATO: el CO tiene una función biológica como molécula de señalización y antiinflamatorio
La biliverdina (un pigmento de color verde) se reduce para formar la bilirrubina, de color rojo anaranjado. La bilirrubina y sus derivados se denominan colectivamente pigmentos biliares.
DATO: los colores cambiantes de un hematoma reflejan el patrón variable de productos intermedios que se producen durante la degradación del hemo
La bilirrubina, única de los mamíferos, parece funcionar a concentraciones bajas como un antioxidante. Para realizar esta función se oxida a biliverdina, que a continuación se reduce por acción de la biliverdina reductasa y regenera la bilirrubina
2. Captación de la bilirrubina por el hígado: la bilirrubina es sólo ligeramente soluble en el plasma y por ende se transporta al hígado unida de manera no covalente a la albúmina. La bilirrubina se disocia de la molécula transportadora de albúmina, entra en el hepatocito por difusión facilitada y se une a las proteínas intracelulares en particular a la proteína ligandina
DATO: ciertos fármacos aniónicos, como los salicilatos y las sulfamidas pueden desplazar la bilirrubina de la albúmina permitiendo que la primera entre en el SNC. Esto causa un posible daño neuronal en los lactantes
 
3. Formación de diglucurónido de bilirrubina: en el hepatocito aumenta la solubilidad de la bilirrubina por la unión de 2 moléculas de ácido glucurónico produciéndose glucurónido de bilirrubina. ( este proceso se denomina conjugacióN) 
La reacción está catalizada por la bilirrubina UDP-glucuroniltransferasa microsómica (bilirrubina UGT), que utiliza UDP y ácido glucurónico como dador de glucuronato. 
DATO: grados variables de deficiencia de bilirrubina UGT provocan los síndromes de CriglerNajjar I y II y el síndrome de Gilbert; el Crigler-Najjar I es la deficiencia más grave
4. Secreción de la bilirrubina en la bilis: el diglucurónido de bilirrubina (bilirrubina conjugada [BC]) es transportada activamente contra un gradiente de concentración al interior de los canalículos biliares y luego a la bilis. Esta etapa dependiente de energía y limitante de la velocidad es susceptible de deterioro en la enfermedad hepática. La bilirrubina no conjugada (BNC) normalmente no se secreta
DATO: una carencia de la proteína necesaria para transportar la BC fuera del hígado provoca el síndrome de Dubin-Johnson
5. Formación de urobilinas en el intestino: el diglucurónido de bilirrubina es hidrolizado y reducido por las bacterias del intestino para dar urobilinógeno (compuesto incoloro). La mayor parte del urobilinógeno es oxidado por las bacterias intestinales a estercobilina que da a las heces el característico color marrón. Sin embargo, una parte del urobilinógeno es reabsorbido desde el intestino y entra en la sangre portal. Una parte de ese urobilinógeno participa en el ciclo enterohepático del urobilinógeno en el cual es captado por el hígado y luego vuelto a secretar en la bilis. El resto del urobilinógeno es transportado por la sangre a los riñones, donde se convierte en urobilina amarilla que se excreta lo que da a la orina su color característico. 
Metabolismo de la bilirrubina 
C. Ictericia: La ictericia es el color amarillo de la piel, el lecho ungueal y la esclerótica (parte blanca de los ojos) causado por el depósito de bilirrubina, secundario al aumento de los niveles de bilirrubina en la sangre (hiperbilirrubinemia).
Aunque no es una enfermedad, la ictericia suele ser el síntoma de un trastorno subyacente.
DATO: la concentración sanguínea de bilirrubina se halla normalmente sobre 1 mg/dl. Se constata ictericia a 2-3 mg/dl.]
1. Tipos de ictericia: la ictericia puede clasificarse en tres formas principales. Sin embargo, en la práctica clínica la ictericia es a menudo más compleja de lo que se indica en esta simple clasificación.
Por ejemplo, la acumulación de bilirrubina puede estar causada por defectos en más de una etapa de su metabolismo.
· Ictericia hemolítica:
 el hígado tiene la capacidad de unir y excretar3 000 mg de bilirrubina al día, mientras que la producción normal de bilirrubina es de sólo 300 mg/día. Este exceso de capacidad permite al hígado responder a un aumento de la degradación del hemo con un aumento correspondiente en la unión y la secreción de diglucurónido de bilirrubina. Sin embargo, la hemólisis masiva (ej: en pacientes con drepanocitosis, carencia de piruvato cinasa o de glucosa 6-fosfato deshidrogenasa) puede producir bilirrubina más rápido de lo que puede conjugarse. Se elevan los niveles de BNC en la sangre y se produce ictericia.
DATO: con hemólisis, si se produce y excreta más BC en la bilis, aumenta la cantidad de urobilinógeno que entra en la circulación enterohepática y aumenta el urobilinógeno urinario
· Ictericia hepatocelular: la lesión de las células hepáticas (ej: en pacientes con cirrosis o hepatitis) puede incitar a un aumento de los niveles de BNC en la sangre como consecuencia de una disminución de la conjugación. El urobilinógeno aumenta en la orina, porque el daño hepático reduce la circulación enterohepática de este compuesto y permite que entre más cantidad en la sangre, desde la cual se filtra hacia la orina. Por consiguiente, la orina se oscurece, mientras que las heces muestran un color de arcilla claro. Los niveles plasmáticos de aspartato aminotransferasa y alanina aminotransferasa (AST y ALT) se elevan.
DATO: si se produce BC pero no se excreta de manera eficiente del hígado a la bilis (colestasis intrahepática), puede difundirse (escapar) a la sangre y causar hiperbilirrubinemia conjugada
· Ictericia obstructiva: la ictericia no está causada por producción excesiva de bilirrubina o la reducción de su conjugación, sino que es consecuencia de la obstrucción del colédoco (colestasis extrahepática). 
Por ejemplo, la presencia de un tumor hepático o de cálculos biliares puede bloquear el conducto e impedir el paso de la BC al intestino. 
Los pacientes con ictericia obstructiva experimentan dolor gastrointestinal y náuseas y producen heces de color arcilla claro. El hígado devuelve la BC a la sangre (hiperbilirrubinemia). La BC se excreta finalmente en la orina (que oscurece en reposo) y se habla de bilirrubina urinaria. No hay presencia de urobilinógeno urinario. 
2. Ictericia en los neonatos: la mayoría de los recién nacidos (60 % de los nacidos a término y 80 % de los prematuros) muestran un aumento de la BNC la primera semana después de nacer (e ictericia fisiológica transitoria) porque la actividad de la bilirrubina UGT hepática es baja al nacer (alcanza los niveles del adulto en unas 4 semanas).
La BNC elevada que excede la capacidad de unión de la albúmina (20-25 mg/dl) puede difundir a los ganglios basales cerebrales, causar encefalopatía tóxica (kernícterus) e ictericia patológica. Por consiguiente, los neonatos con niveles de bilirrubina significativamente elevados son tratados con luz fluorescente azul (fototerapia), que convierte la bilirrubina en isómeros más polares y, por lo tanto, hidrosolubles. Estos fotoisómeros pueden excretarse en la bilis sin conjugación con el ácido glucurónico. 
DATO: a causa de las diferencias en la solubilidad, sólo la BNC atraviesa la barrera hematoencefálica y en la orina sólo aparece BC
3. Determinación de la concentración de bilirrubina: la bilirrubina se determina por medio de la reacción de Van der Bergh, en la que el ácido sulfanílico dinitrogenado reacciona con la bilirrubina para formar azodipirroles rojos que se mide colorimétricamente. 
En disolución acuosa de la BC, hidrosoluble reacciona con rapidez con el reactivo (en un minuto) y se dice que es de reacción directa. La BNC que es mucho menos soluble en disolución acuosa, reacciona más despacio. Sin embargo, cuando la reacción se lleva a cabo en metanol tanto la BC como la BNC son solubles y reaccionan con el reactivo; se obtiene de esta manera el valor de bilirrubina total. La bilirrubina de reacción indirecta que corresponde a la BNC, se obtiene restando la bilirrubina de reacción directa de la bilirrubina total. 
DATO: en el plasma normal, sólo un 4 % de la bilirrubina total está conjugada o es de reacción directa, porque la mayoría se segrega en la bilis