PARCIAL RESUELTO DE QUIMICA BIOLÓGICA (15)

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METABOLISMO 
DE 
AMINOACIDOS
Química Biológica
2018
REGULACION TRANSCRIPCIONAL DE 
LOS AMINOACIDOS
ORGANO REACCION SUSTRATO PRODUCTO ENZIMA
VALINA LEUCINA ISOLEUCINA
succinil CoA acetil CoA acetoacetato acetil CoA succinil CoA
Complejo multienzimático αCAR dehidrogenasaEnzimas
E1: αCAR dH
E2: dihidrolipoil acil 
transferasa
E3: dihidrolipoil 
dehidrogenasa
Cofactores
- TPP
- Acido lipoico
- CoA
- FAD
- NAD
Complejo multienzimático αCAR deshidrogenasa
Cofactores
- TPP
- Acido lipoico
- CoA
- FAD
- NAD
alfa-CAR
deshidrogenasa
Dihidrolipoil acil
transferesa
Enzimas
E1: αCAR dH
E2: dihidrolipoil acil 
transferasa
E3: dihidrolipoil 
dehidrogenasa
-cetoacido
R
AAR
-CAR
R
-cetoacido
-CAR Dihidrolipoil acil
transferasa
Acil
TPP
R
-CAR deshidrogenasa
(enzima desfosforilada activa)
-CAR deshidrogenasa
(enzima fosforilada inactiva)
-CAR CINASA
-CAR FOSFATASA
-CAR DH: DIFERENTES NIVELES DE REGULACIÓN
Lombardo y col. Am. J. Physiol. 277: E 685-692 (1999)
MUSCULO CARDIACO MUSCULO ESQUELETICO
MUSCULO CARDIACO MUSCULO ESQUELETICO
KINASE KINASE
MUSCULO CARDIACO MUSCULO ESQUELETICO
Regulación de la 
síntesis y 
degradación de AA 
depende:
Disponibilidad de 
sustratos y mecanismos 
alostéricos
Son importantes en la 
regulación a corto plazo
Regulación 
transcripcional de genes 
de enzimas claves
Son importantes en la 
adaptación a largo plazo 
de dietas especificas.
1) Regulación transcripcional de glutamina
2) Regulación del ciclo de la urea
3) Regulación transcripcional en la deprivación de AA
1) Regulación transcripcional de glutamina
- GLUTAMINA SINTASA: CONTROL TRANSCRIPCIONAL VIA GLUCOCORTICOIDES
 En tejidos periféricos (músculo esquelético, pulmón, cerebro, y tejido adiposo) la
deaminación de AA lleva a la formación de glutamato, el cual es convertido a
glutamina, vía la glutamina sintasa. En estos tejidos la expresión de la GS es
controlada transcripcionalmente por GLUCOCORTICOIDES.
 La inducción de GS mediada por glucocorticoides ocurre particularmente en
condiciones de trauma o alto grado de catabolismo y resulta en una síntesis
incrementada de glutamina a expensa de los AA que suministran grupos amino.
Desvergne (2006)
Esta involucrado en la restricción de la
inducción de GS por glucocorticoides, a
través de su unión con el NRSF (Elemento
silenciador restrictivo )
Puede unir a moléculas
receptoras de Glucocorticoides
(GR) e inducir una respuesta
positiva a los glucocorticoides.
Modelo esquemático del control de expresión de GS:
A: Células no neurales, se expresan moléculas activas
de GR, NRSF reprime la inducción hormonal y además
mantiene a niveles bajos la expresión de GS.
B: Células gliales, expresan altos niveles de moléculas
activas de GR y no expresan NRSF por lo que la
expresión de GS es alta.
C: Neuronas, no se expresa ni NRSF ni GR la expresión
de GS es baja.
Se han identificado regiones importantes en el gen de GS:
Elemento de Respuesta a Glucocorticoides (GRE)
Elemento silenciador de la GS (GSSE)
Avisar y col. (1999)
HOMEOSTASIS DE LA GLUTAMINA:
En el organismo es controlada en el Hígado y en menor medida en los 
Riñones por la actividad GLUTAMINASA, la cual participa en la liberación 
del NH4
+ y provisión de sustratos gluconeogenicos
La expresión de la Glutaminasa Tipo 
Hepática esta incrementada durante
Ayuno prolongado
Diabetes
Dietas ricas en proteínas
Cuando la degradación de AA está aumentada
A nivel molecular la REGULACION TRANSCRIPCIONAL DE LA GLUTAMINASA se 
da principalmente a través del glucagon (vía AMPc) y los glucocorticoides.
El mecanismo más aceptado que
involucra la transcripción inducida por
el glucagon vía AMPc, se lleva a cabo
mediante la activación mediada por
AMPc de la Proteína Kinasa A, la cual
fosforila a la Proteína de enlace del
Elemento de respuesta de AMP cíclico
(CREB) uniéndose a la secuencia
Elemento de respuesta de AMP cíclico
(CRE) presente en el gen de la
glutaminasa.
El mecanismo más aceptado que
involucra la transcripción inducida por
Glucocorticoides es mediada por
receptores. Se unen al GR, se translocan
al núcleo y se unen a la región GRE
presente en el gen.
CREB
CRE
P
Glucagon
Proteína 
Kinasa A
Glucocorticoides
GR
GRE
GR
La expresión de la Glutaminasa tipo renal responde principalmente:
A la acidosis metabólica desencadenada
por un ayuno prolongado o diabetes incontrolada
El catabolismo de la glutamina en la acidosis metabólica tiene un doble rol, 
contribuyendo a la restauración de la homeostasis metabólica:
1°) La generación de NH4
+ para la conversión de glutamina a glutamato y 
α-ketoglutarato facilitando la excreción de ácidos.
2°) El catabolismo de α-ketoglutarato esta ligada a la gluconeogesis aumentada, 
principal// vía la aumentada actividad de Fosfoenol Piruvato Carboxikinasa (PEPCK)
Receptores Nucleares estimulan la
transcripción del gen promotor de la PEPCK.
Esta estimulación esta marcada// reducida por
una mutación en la Unidad de Respuesta a
Glucocorticoides (GRU) ubicada dentro del
dominio de respuesta a glucocorticoides.
PEPCK
- Regula la gluconeogenesis en el hígado y riñón.
- Su actividad cambia por varias señales dietarias y hormonales.
- En el riñón es regulada por glucocorticoides y acidosis.
- Cassuto y col. han demostrado en líneas celulares de riñón que:
Una mutación en el sitio de unión del Factor
Nuclear de hepatocito-1 (HNF-1) en el gen
promotor de PEPCK reduce marcada// tanto la
actividad basal del gen promotor como su
respuesta a pH acido.
P2 GRU
Acidosis metabólica Glucocorticoides
GR
Gen PEPCK
HNF-1
2) Regulación transcripcional de la urea y homeostasis del amonio
La producción de UREA en el hígado se produce vía 
la actividad de las 5 enzimas del CICLO DE LA UREA: 
- Carbamoil Fosfato Sintetasa-1 (CPS-1)
- Ornitina Transcarbamoilasa (OTC)
- Argininosuccinato sintetasa (ASS)
- Argininosuccinato liasa (ASL)
- Arginasa
Es la principal vía de
detoxificación del amonio
Fuentes principales de
producción de amonio
La dieta con su contenido proteico.
La degradación de proteínas endógenas que ocurre
cuando hay una relativa// baja provisión de energía.
Regulaciones del Ciclo de la Urea
Regulaciones
A corto tiempo son principal// regulaciones alostéricas, tal como 
la activación de CPS-1 en presencia de n-acetylglutamato.
Además hay regulaciones transcripcionales coordinadas en la
expresión de las 5 enzimas del ciclo en respuesta a cambios
dietarios o metabólicos durante el desarrollo y la adultez.
Algunos factores de transcripción importantes han sido revelados:
- Es un regulador positivo del ciclo de la urea, ya que
produce una up-regulation mediada por el HNF4α sobre la
OTC.
- Mediante análisis de secuencia se encontraron la presencia
de dos sitios de unión al HNF4α en la región promotora de la
OTC, demostrando que el HNF4α es critico en la homeostasis
de la urea por regulación directa sobre la OTC.
- Es un regulador negativo del ciclo de la urea, ya que se
produce una down-regulation mediada por el PPARα sobre la
CPS-1, OTC, ASS y ASL.
- El mecanismo por el cual el PPARα ejerce su down
regulation sobre la expresión de genes de enzimas del ciclo
de la urea no se ha conocido.
NH3
HNF4α
(Factor Nuclear Hepático)
UREA
arginina
Arginina
succinato
ornitina citrulina
Carbamoil
Fosfato
OTC
Up-reg by HNF4α
PPARα
Carbamoil
Fosfato
UREA
arginina
Arginina
succinato
ornitina citrulina
NH3
ASS
Down-reg by PPARα
ASL
OTC
CPS-1
C/EBP
(Prot. de unión a la secuencia CCAAT)
- Es un regulador positivo del ciclo de la urea, ya que se
produce una up-regulation mediada por el C/EBP sobre
la CPS-1 y Arginasa.
- C/EBP es critico en la expresión de los genes de las
enzimas del ciclo de la Urea. Se ha encontrado una
caída dramática en la expresión de CPS-1 y Arginasa en
ratones con deficiencia en C/EBP.
- Hay evidencias de que C/EBP media larespuesta
secundaria a glucocorticoides, proponiendo que activan
al gen C/EBP, el cual activa el gen de la arginasa por
unión a la región enhancer.
- La misma dependencia de C/EBP sobre la respuesta
glucocorticoides tiene la CPS-1. El gen promotor de la
CPS-1 contiene un complejo modelo regulatorio
compuesto por múltiples sitios para receptores
glucocorticoides.
- También se ha demostrado que los niveles de C/EBP
en hígado y cultivo de hepatocitos son up-regulados por
Glucagon/AMPc. Los mecanismos moleculares de la
inducción de los genes CPS-1 y Arginasa por
Glucagon/AMPc vía C/EBP aun no han sido dilucidados.
Arginasa
Carbamoil
Fosfato
UREA
arginina
Arginina
succinato
ornitina citrulina
NH3 Up-reg by C/EBP
CPS-1
Glucocorticoides
Glucagon
3) Deprivación de AA e inducción del gen de expresión
Tres genes han sido extensa// explorados por su habilidad para responder a la 
deprivación de AA:
PROTEINAS CHOP: PROTEINAS HOMOLOGAS AL C/EBP 
Se encuentran inducidas por altos niveles de stress celular causado por una
gran variedad de agentes y deprivación de nutrientes
La activación de CHOP esta generalmente ligada a la activación de la
secuencia o elemento de respuesta al stress del RE (ERSE), mediado
principalmente por la acumulación de proteínas mal formadas en el RE.
Se ha demostrado que la limitación de AA regula la expresión de CHOP a
través de una especifica cadena de señales independientes de la cascada de
señalización del RE.
La regulación de la expresión de CHOP por la concentración de AA tiene tanto
componentes transcripcionales y post-transcripcionales. Recientemente se ha
localizado el Elemento de Respuesta de AA (AARE) en el promotor de CHOP.
GEN CODIFICANTE DE LA ASPARAGINA SINTETASA (AS)
Es usado como modelo para explorar la respuesta transcripcional a AA.
Cataliza la conversión de Aspartato a Asparagina (dependiente de glutamina y
ATP)
El ARNm de AS se acumula en cultivo de células de mamíferos en respuesta a
la inanición de Aspartato. La deprivación de un AA individual también induce
la acumulación de AS sugiriendo que AS responde a la señal de deprivación
de AA.
Dos elementos de respuesta llamados “Elementos de respuesta sensores a
Nutrientes”: NSRE-1 y NSRE-2, se han encontrado en una región promotora
de la AS humana y son requeridos para la activación de AS y para formar la
unidad de respuesta sensor a nutrientes, que media no solo la respuesta a la
deprivación de AA sino también la respuesta a la deprivación de glucosa.
Averous J. y col. (2003)
Proteínas TOR (Proteína diana de la rapamicina): 
Las Proteínas TOR regulan el balance entre la síntesis y degradación de
proteínas. La señalización TOR esta activa en presencia de nutrientes
suficientes para la síntesis proteica.
La inhibición de Proteínas TOR por rapamicina en levaduras simula la
deprivación de nutrientes.
Las TOR modulan la transcripción de genes involucrados en la biosíntesis de
AA y en la actividad de transportadores de AA. Además inhiben la autofagia en
levaduras y células mamarias, un proceso que degrada proteínas
citoplasmáticas y organelas para proveer de AA cuando los niveles de
nutrientes son bajos.
Cuando una suficiente cantidad de nutrientes es sensada, las proteínas TOR
actúan como una señal permisiva para el crecimiento y la síntesis proteica.
Las proteínas TOR regulan el equilibrio entre la síntesis y degradación de proteínas.
• Cuando la presencia de nutrientes es suficiente, la señalización TOR esta activa:
- Estimula la transcripción de genes involucrados en la biosíntesis de aminoácidos, la traducción
de los ARNm que codifican para componentes de la maquinaria de translación y la biosíntesis de
ribosoma
- Estimula la estabilización de transportadores de aminoácidos de alta afinidad.
• Cuando los niveles de nutrientes son bajos la proteínas TOR:
- Inhiben la autofagia
- Reprimen la transcripción de un subconjunto de los genes necesarios para la biosíntesis de
aminoácidos (inanición)
- Desestabiliza transporte general de aminoácidos
mTOR
NUTRIENTES
Biosíntesis de AA
Traducción y biosíntesis 
de ribosomas Biosíntesis de AA 
(inanición)
Autofagia
Estabiliza transporte de 
aminoácidos
Desestabiliza transporte 
de aminoácidos
Raught y col. (2001)