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RUTAS INTERMEDIAS (Capítulos 25 y 29 Bioquímica de Marks) Juan Carlos Zambrano Arteaga

RUTA DE LAS PENTOSAS FOSFATO

Capítulo 29 Bioquímica de Marks

RUTA DE LAS PENTOSAS FOSFATO La ruta de la pentosa fosfato (PPP o RPP), también conocida como lanzadera de pentosas fosfato o ciclo de Warburg-Lipmann-Dickens, es una ruta metabólica de oxidación parcial de la glucosa para generar azúcares de 3, 4, 5, 6 y 7 carbonos, aunque el azúcar principal generado es la ribosa (de cinco carbonos). La PPP es regulado por la insulina, es decir que sucede en las primeras dos horas después de la ingesta de alimentos.

FUNCIONES DE LA RUTA DE LAS PENTOSAS FOSFATO La ruta de las pentosas fosfato es un camino alterno de la oxidación de la glucosa, pero no para producir ATP, si no para realizar otras funciones esenciales, tales como:

✓ Generación de NADPH + H+ utilizado en la síntesis de ácidos grasos, esteroides, glutatión y otras moléculas. ✓ Proteger a las células de especias reactivas de oxígeno (ROS). ✓ Formación de ribosa-5-fosfato, la cual es requerida en la síntesis de nucleótidos, ácidos nucleicos (DNA y RNA), y coenzimas (NADH, FADH2, NADPH).

✓ Reducción de los niveles de glicemia y aporte de sustratos para la glucólisis.

FUNCIONES DE LAS RUTA DE LAS PENTOSAS FOSFATO

Coenzimas DNA RNA

PPP: Pentose Phosphate Pathway

FASES DE LA RUTA DE LAS PENTOSAS FOSFATO La PPP se realiza en dos fases: 1) Fase oxidativa y 2) Fase no oxidativa

FASES DE LA RUTA DE LAS PENTOSAS FOSFATO Fase oxidativa: Se da la oxidación de la glucosa para generar ribulosa-5- fosfato y NADPH+H+ Fase no oxidativa: Se da la formación de varios tipos de azucares, obteniendo como resultado final, fructosa y gliceraldehído (que pasan a glucólisis) y ribosa-5-fosfato (requerida en la síntesis de nucleótidos).

FUNCIONES DEL NADH y NADPH El NADH participan como modulador alostérico y generador de energía, mientras que el NADPH cumple varias funciones reductivas: 1) Biosíntesis de ácidos grasos, colesterol, azúcares, neurotransmisores y nucleótidos 2) Metabolismo de xenobióticos, 3) Antioxidante, reduce las concentraciones de radicales libres, 4) síntesis de óxido nítrico (NO), 5) Fagocitosis en leucocitos.

TALLER 1. Describa detalladamente la ruta de las pentosas fosfato (PPP). 2. Explique las diferencias entre la fase oxidativa y la fase no oxidativa de la PPP. 3. Mencione y explique las funciones de la ruta de las PPP.

FASE OXIDATIVA DE LA PPP La hexoquinasa, cataliza la fosforilación de la glucosa, luego la enzima glucosa-6-fosfato deshidrogenasa, convierte la glucosa-6-fosfato en 6fosfogluconolactona; en las reacciones siguiente se da la liberación de una molécula de CO2 y formación de ribulosa-5-fosfato.

3Glucosas

+ 3ATP

Hexoquinasa

1a

1b

1c

FASE OXIDATIVA COMPLETA

Por cada ciclo de la PPP, 3 moléculas de glucosa son oxidadas generando 3 moléculas de ribulosa-5-fosfato, las cuales inician la fase no oxidativa.

(lactonasa)

H

FASE NO OXIDATIVA DE LA PPP La fase no oxidativa se da mediante reacciones reversibles que permiten a los intermediarios de la glucólisis convertirse en azucares de cinco carbonos como la ribosa 5-fosfato.

La ruta requiere de 3 moléculas de ribulosa-5fosfato por cada ciclo de la PPP, por eso se inició en la fase oxidativa con 3 moléculas de glucosa. En la fase no oxidativa se generan 1 molécula de gliceraldehído-3-fosfato y dos moléculas de fructosa-6fosfato, los cuales ingresan a la glucólisis, para que la PPP pueda continuar su funcionamiento.

1a 1b 1c 1c 1a

1b

FASE NO OXIDATIVA

1b

1a

Síntesis de DNA y RNA 5-fosforibosil-1-pirofosfato.

1c

* * *

* * * Glucólisis

IMPORTANCIA DE LA RUTA DE LAS PENTOSAS FOSFATO El NADPH + H+ generado en la PPP, proporciona equivalentes reductores (2e- + 2H+), para las reacciones de biosíntesis de colesterol, hormonas esteroideas, neurotransmisores, ácidos grasos, fructosa y otras moléculas. Estos equivalentes reductores también se utilizan para reacciones de óxido-reducción, que actúan en la protección frente a la toxicidad de los radicales libres.

PPP COMO PRECURSOR DE NUCLEÓTIDOS La ribosa es un precursor de la síntesis de nucleótidos y es un constituyente indispensable en todas las células para la síntesis del material genético y además para permitir la producción de moléculas ricas en energía (ATP, GTP, CTP, TTP).

PRPP: 5-fosforibosil-1-pirofosfato

EL NADPH ES UTILIZADO EN LA SÍNTESIS DE LÍPIDOS, Y OTRAS MOLÉCULAS. En la fase oxidativa de la PPP, la glucosa se oxida a ribulosa-5-fosfato, mientras que la coenzima NADP+ se reduce hasta NADPH+H+. Esta coenzima reducida (NADPH+H+), es utilizada para la síntesis de ácidos grasos, colesterol, fosfolípidos, triacilglicéridos, hormonas esteroideas, fructosa y otras moléculas.

Por ejemplo, la síntesis de 1 mol de palmitato (ácido graso de 16 carbonos), requiere de 14 moles de NADPH+H+, 8 moles de acetil CoA y 7 moles de ATP.

EL NADPH ES UTILIZADO EN LA SÍNTESIS DE LÍPIDOS, Y OTRAS MOLÉCULAS.

REGULACIÓN DE LA PPP La PPP es regulada en la segunda reacción, en la cual la enzima glucosa-6-fosfato deshidrogenasa es inhibida por el NADPH y activada por el NADP+. Esta misma enzima es inducida por la insulina, después de la ingesta de alimentos. Además, la ruta de las pentosas fosfato se integra a la ruta glucolítica, ya que la fructosa-6-fosfato y el gliceraldehido-3-fosfato producidos en la PPP, son metabolizados por enzimas de la glucólisis. En el eritrocito la glucólisis se realiza en un 90%, mientras que la PPP en un 10%.

LESIÓN PROVOCADA POR RADICALES LIBRES Capítulo 24. Bioquímica de Marks

GENERACIÓN DE ESPECIES REACTIVAS DE OXÍGENO (ROS) En la cadena respiratoria se producen especies reactivas de Oxígeno (ROS), principalmente en el ciclo Q (entre el complejo I y el complejo III). Estas moléculas que tienen electrones desapareados pueden dañar el DNA, proteínas fosfolípidos, y membranas celulares, finalmente destruir las células.

GENERACIÓN DE ESPECIES REACTIVAS DE OXÍGENO (ROS) Las especies reactivas de oxígeno también son generadas por sistemas enzimáticos como las CYP2E, NADHPH oxidasa 2 (NOX2), óxido nítrico sintasa endotelial (eNOS) Xantina oxidorreductasa y otras.

http://scielo.sld.cu/pdf/ibi/v24n2/ibi07205.pdf, http://www.medigraphic.com/pdfs/revedubio/reb-2012/reb123d.pdf

PRODUCCIÓN DE RADICALES LIBRES: ESTALLIDO RESPIRATORIO

ESPECIES REACTIVAS DE NITRÓGENO OXIGENO (RNOS)

ESPECIES REACTIVAS DE OXÍGENO (ROS). El glutatión es un tripéptido, necesario para transformar el H2O2 en agua. Los eritrocitos y otros tipos de células, producen el anión superóxido (O°2) como un subproducto del metabolismo celular, el cual se transforma en H2O2, y este a su vez se disocia en dos moléculas de radical hidroxilo (siendo este el más peligroso). En los eritrocitos, los cuerpos de Heinz, que son agregados de hemoglobina entrecruzada sobre las membranas celulares producen una tensión mecánica en la célula y junto con el radical hidroxilo, causan hemólisis. Como consecuencia, los pacientes con deficiencia de las enzimas de la PPP pueden sufrir anemia hemolítica.

I) Oxígeno molecular II) Anión superóxido III) Peróxido de hidrógeno IV) Ión hidroxilo V) Radical hidroxilo VI) Agua

INACTIVACIÓN DE RADICALES LIBRES El anión superóxido (radical superóxido), es generado en la respiración mitocondrial, por radiaciones ionizantes, degradación de la hemoglobina y por otros mecanismos. Este radical es transformado en H2O2 por la enzima superóxido dismutasa (SOD).

Super óxido dismutasa

RADICALES LIBRES

GLUTATIÓN:GSH

SISTEMA DE DEFENSA DEL GLUTATIÓN EN EL ERITROCITO En el eritrocito, la PPP genera NADPH+H+, el cual es usado por la enzima glutatión reductasa para reducir el glutatión (GSH), este glutatión es requerido por la enzima glutatión peroxidasa para transformar el H2O2 en H2O.

SISTEMA DE DEFENSA DEL GLUTATIÓN Cuando la vía del glutatión se afecta, el peróxido de hidrógeno (H2O2), puede sufrir una reacción de homolítica, generando radicales hidroxilo (OH°). Este radical libre es el mas reactivo y puede provocar daño celular. Para evitar esta reacción, la catalasa (CAT) y la glutatión peroxidasa (GPX), transforman el H2O2 en agua. Si se forman radicales hidroxilo, estos son atenuados por los antioxidantes como la vitamina C o vitamina E.

http://www.pap.es/files/1116-2036-pdf/11_RPAP_68_Deficit_glucosa_6.pdf

SISTEMA DE DEFENSA ENZIMATICOS La catalasa es una enzima del peroxisoma que pertenece a la categoría de las oxidorreductasas y cataliza la descomposición del peróxido de hidrógeno (H202) en oxígeno molecular y agua. Esta enzima utiliza como cofactor al grupo hemo y al manganeso (Mn), su función principal es reducir los niveles d peróxido de hidrógeno intracelular.

VITAMINAS Y ANTIOXIDANTES Las vitaminas y otros antioxidantes como los flavonoides, aportan electrones a los radicales libres. Por ejemplo, cuando el radical hidroxilo (OH°) acepta un electrón, se transforma en ion hidroxilo (OH-), el cual es una especie inocua. Las vitaminas C y E, pasan a un estado de radicales libres menos agresivas, y finalmente pasan a su forma oxidada (forma inocua).

http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-75852004000200010

ACCIÓN DEL ALFA-TOCOFEROL

CONSUMO DE HABAS Las habas (Vicia faba) poseen algunos componentes como el isouramilo y la divicina que aumentan la concentración intracelular de H2O2. El consumo de habas puede afectar a personas con deficiencia de G6PDH provocándoles favismo, en el cual los pacientes presentan anemia hemolítica severa, hemoglobinuria, hematuria, fiebre, daño renal.

EL CONSUMO DE HABAS AUMENTA LA CONCENTRACIÓN DE H2O2

R= NH2 , divicina, R=OH = Isouracilo

ANEMIA HEMOLÍTICA EN PACIENTES CON DEFICIENCIAS ENZIMATICAS DE LA PPP La anemia hemolítica es un trastorno hemolítico, que causan la disminución de la masa de glóbulos rojos sanguíneos. En estos pacientes, la vida media de los glóbulos rojos en sangre periférica está disminuida. Una de las causas de anemia hemolítica es la deficiencia de glucosa-6fosfato deshidrogenasa (trastorno denominado favismo). En pacientes con esta enzima afectada, no producen la suficiente cantidad de NADPH+H+, y esto conduce a una disminución de glutatión reducido. En estas condiciones, la concentración de radicales libres aumenta anormalmente, lo que conlleva a la destrucción de los glóbulos rojos.

PEROXIDACIÓN LIPÍDICA Los radicales libres, atacan proteínas, ácidos nucleicos y ácidos grasos. Cuando el ataque se da en ácidos grasos se produce la peroxidación lipídica, mediante la cual ésta moléculas se fragmentan y forman nuevas especies reactivas, iniciando una reacción en cadena que conlleva a la destrucción celular, ej: ovocitos (en reproducción asistida).

DAÑO CELULAR POR PROVOCADO POR RADICALES LIBRES

DAÑO EN EL DNA

DEFENSA CONTRA LOS RADICALES LIBRES

ENFERMEDADES PRODUCIDAS POR RADICALES LIBRES

METABOLISMO DE LA FRUCTOSA Capítulo 29 bioquímica de Marks

METABOLISMO DE LA FRUCTOSA La fructosa se encuentra en la dieta como un componente de la sacarosa en frutas, azúcar refinado, jarabe de maíz y otros alimentos. La fructosa entra a las células epiteliales del intestino y de otros tipos de células por difusión facilitada mediante el transportador GLUT5.

METABOLISMO DE LA FRUCTOSA En la fructólisis, la fructosa se metaboliza a gliceraldehído y dihidroxiacetona-fosfato (intermediario de la glucólisis). Las reacciones son análogas a la glucólisis, aunque hay algunas diferencias en cuanto a las enzimas involucradas, como por ejemplo la fructoquinasa.

ENZIMAS DEL METABOLISMO DE LA FRUCTOSA: ALDOLASA A La aldolasa posee varias isoformas: Aldolasa A, B, C y fetal. Aldolasa A: La aldolasa A se encuentra en el embrión en desarrollo, se produce en grandes cantidades en el músculo del adulto, está presente en los eritrocitos y en la mayor parte de los tejidos. Los defectos en la aldolasa A causan la enfermedad de almacenamiento de glucógeno tipo XII (GSDXII). Es una alteración metabólica asociada anemia hemolítica, miopatía con intolerancia al ejercicio y rabdomiólisis.

Aldolasa A en eritrocitos

Aldolasa A en músculo

ENZIMAS DEL METABOLISMO DE LA FRUCTOSA: ALDOLASA B Aldolasa B: Presente en el hígado, corteza adrenal y mucosa del intestino delgado. La enzima posee baja afinidad por la fructosa-1fosfato, mientras que posee alta afinidad por la enzima fructosa-1,6bisfosfato, por esta razón, la fructosa tiende a acumularse en el hígado y su metabolismo es lento.

FK: Fructoquinasa, TK: triosaquinasa, TPI: Triosa-fosfato-isomerasa http://scielo.isciii.es/pdf/nh/v29n3/04revision03.pdf

DEFICIENCIA DE ALDOLASA B Los individuos con intolerancia hereditaria a la fructosa (IHF), presentan deficiencia de la enzima aldolasa B, por lo cual acumulan mayores cantidades de fructosa en el hígado, provocando hígado graso no alcohólico, hepatomegalia, ictericia, letargia. Además de ser tóxica para los tejidos celulares, altos niveles en fructosa-1-fosfato secuestran el fosfato inorgánico (Pi), en una forma no utilizable. La falta de fosfato inorgánico disponible causa una reducción de la glucogenólisis y gluconeogénesis en el hígado que resulta en hipoglicemia y además una disminución de la producción de ATP, que puede provocar disfunción hepática y renal.

ALDOLASA C Y ALDOLASA FETAL Aldolasa C: Está presente en el cerebro y no posee capacidad de fragmentar la fructosa-1-fosfato. Aldolasa Fetal: Presente en el hígado antes del nacimiento.

SÍNTESIS DE FRUCTOSA (VIA DEL POLIOL) La fructosa se sintetiza a partir de la glucosa por la vía del poliol. La glucosa se reduce hasta sorbitol, por acción de la enzima aldosa reductasa (presente en riñón, cristalino, vesículas seminales y otros tejidos), luego el sorbitol es oxidado a fructosa por la enzima sorbitol deshidrogenasa. Esta vía se realiza en las vesículas seminales, que sintetizan fructosa y se almacena en el líquido seminal. Los espermatozoides usan fructosa como fuente de energía, el consumo de este azúcar en estas células evita el colapso acrosómico mientras los espermatozoides permanecen en el líquido seminal.

http://www.medigraphic.com/pdfs/patol/pt-2011/pt112c.pdf

FORMACIÓN DE CATARATAS EN DIABETICOS En las personas con diabetes, la glucosa se incrementa no solo en la sangre si no también en otros fluidos como el humor vítreo. A altas concentraciones de glucosa, esta puede glucosilar proteínas y desnaturalizarlas o convertirse en sorbitol por la enzima aldosa reductasa. El transporte del sorbitol hacia la sangre es lento, por lo que se acumula en el cristalino y aumenta la presión osmótica, produciendo hinchamiento. Todos estos procesos favorece la formación de cataratas en pacientes con la diabetes no controlada.

METABOLISMO DE LA GALACTOSA (RUTA DE LELOIR) Capítulo 29 Bioquímica de Marks

METABOLISMO DE LA GALACTOSA (RUTA DE LELOIR) La ruta de Leloir o galactólisis es la vía metabólica encargada del catabolismo de la D-galactosa. Fue nombrada así en honor a Luis Federico Leloir. En la mayoría de los mamíferos, esta ruta se lleva a cabo principalmente en el hígado. En esta vía, la galactosa debe transformarse en glucosa-6-fosfato, para ingresar a glucólisis y obtener energía aprovechable en forma de ATP y calor.

Luis Federico Leloir Médico y bioquímico argentino Premio Nobel de química 1970

LUIS FEDERICO LELOIR – PREMIO NOBEL DE QUÍMICA 1970

METABOLISMO DE LA GALACTOSA La ruta de Leloir requiere de tres enzimas exclusivas del metabolismo de la galactosa y dos enzimas que son compartidas con la glucogenólisis. 1. Galactoquinasa 2. UDP galactosa-4epimerasa 3. Galactosa-1-fosfato uridil transferasa

4. Fosfoglucomutasa 5. UDP Glucosa pirofosforilasa

DEFICIENCIAS ENZIMÁTICAS DE LA RUTA DE LELOIR

Galactosa mutarrotasa (aldosa -1-epimerasa)

ENZIMAS DE LA RUTA DE LELOIR: UDP GALACTOSA-4EPIMERASA Una de las enzimas involucradas en el metabolismo de la galactosa es la UDP Galactosa-4-epimerasa. Esta enzima convierte la UDPgalactosa en su epímero UDP-glucosa, cambiado la configuración del grupo OH de la posición 4 del carbono.

DEFICIENCIAS ENZIMÁTICAS DE LA RUTA DE LELOIR Las enzimas requeridas para la conversión de la galactosa en glucosa6-fosfato, están presentes en varios tejidos, incluido el eritrocito y los tejidos fetales. Sin embargo, el hígado tiene una gran actividad de estas enzimas. Ahora, la capacidad de metabolizar la galactosa es mayor en los niños que en los adultos y la deficiencia de alguna de las enzimas implicadas en la ruta de Leloir, provoca galactosemia.

GALACTOSEMIA CLÁSICA (TIPO I) La galactosemia clásica (Tipo I), se debe a una deficiencia de galactosa-1-fosfato uridiltransferasa, que tiene como resultado la acumulación de galactosa-1-fosfato en los tejidos y la aparición de galactosa en sangre y orina. Uno de los problemas más graves de la galactosemia clásica es el retardo mental irreversible, además la acumulación de galactitol y galactosa en el cristalino, que aumenta la presión osmótica (favorece la formación de edema); también se producen glucosilaciones no enzimáticas de las proteínas, que finalmente provocan una nubosidad opaca del cristalino conocida como catarata. Algo similar ocurre con las personas diabéticas, solo que en estos pacientes se acumula glucosa, sorbitol y fructosa.

FORMACIÓN DE CATARATAS La mayoría de las proteínas del cristalino son de tipo alfa, beta y gamma. Ellas deben mantener un medio transparente, y por tal razón, deben estar en su forma nativa (estructura nativa). Algunas alteraciones, tales como cambios en el estado de oxidación, glucosílación de estas proteínas, cambios de la osmolaridad del medio, aumento de la presión osmótica, pueden provocar una desnaturalización o pérdida de la estructura nativa, disminución de la solubilidad y agregación molecular de dichas proteínas.

La desnaturalización y agregación proteica, produce un aumento de la dispersión de la luz (definición de catarata), que conlleva a una opacidad del cristalino.

GALACTOSEMIA CLÁSICA (TIPO I) En pacientes con galactosemia, es importante comenzar de inmediato el tratamiento, ya que pueden aparecer rápidamente nuevos síntomas tales como: convulsiones, insuficiencia hepática, ictericia, aumento del tamaño del hígado (hepatomegalia). La hipoglicemia y altos niveles de amoníaco (provocados por la insuficiencia hepática), también pueden llevar al coma o a la muerte.

GALACTOSEMIA CLÁSICA (TIPO I) En niños con galactosemia leve, que necesiten tratamiento, pero que no lo reciben, pueden presentar algunos trastornos tales como:

Cataratas a temprana edad. Retraso mental leve o retrasos en el aprendizaje. Problemas y retrasos en el habla (dispraxia verbal). Descoordinación motora (ataxia), manifestado como inestabilidad al andar. ✓ Retrasos en el crecimiento. ✓ ✓ ✓ ✓

GALACTOSEMIA NO CLÁSICA (TIPO II) Es trastorno se debe a una deficiencia de la enzima galactoquinasa. La galactosemia tipo II difiere de la tipo I en que la galactosemia y la galactosuria ocurren en ambas, pero en la tipo II no se forma galactosa-1-fosfato que se acumula en el hígado, por lo que la galactosemia no clásica es menos grave. En los dos tipos de galactosemia se presenta formación de cataratas debido a la acumulación de galactosa y galactitol en el cristalino. En la galactosemia tipo II, no hay afectación de hígado, riñones y cerebro, pero se caracteriza por un aumento de galactosa y galactitol en plasma (galactosemia) y orina (galactosuria).

GALACTOSEMIA TIPO III En la galactosemia tipo III pueden mostrar síntomas parecidos a los de la galactosemia clásica. En ambos casos se produce una acumulación galactosa 1-fosfato y galactosa y adicionalmente UDP-galactosa. Al ingerir leche (con lactosa), los pacientes pueden desarrollar hipotonía, vómitos, pérdida de peso, ictericia, hepatomegalia, esplenomegalia, aminoaciduria, problemas de crecimiento, cataratas y déficit cognitivo, e incluso la muerte.

SÍNTESIS DE LACTOSA La lactosa también llamada azúcar de la leche, es sintetizada por las hembras de los mamíferos y su concentración en la leche varía del 4 al 5%. La síntesis de lactosa se da en la glándula mamaria y suministra energía a los recién nacidos. La síntesis de lactosa requiere de 5 enzimas:

SÍNTESIS DE LACTOSA La lactosa se sintetiza solo en la glándula mamaria de la mujer adulta por cortos periodos de tiempo durante la lactancia. La lactosa sintasa, es una enzima presente en el retículo endoplasmático de las células (lactotropas), de esta glándula.

REGULACIÓN DE LA SECRECIÓN DE LECHE La prolactina estimula las células lactotropas de la glándula mamaria, para que estas produzcan caseínas, lactosa y otros componentes de la leche.

METABOLISMO DEL ETANOL (Capítulo 25 Bioquímica Marks)

TALLER 1. Describa los mecanismos usados para oxidar el etanol a acetaldehído (Enzima: catalasa, MEOS, etanol deshidrogenasa). Mencione algunas diferencias entre estos sistemas enzimáticos. 2. Explique la ruta de degradación completa del etanol hasta CO 2 + H2O, indicando las enzimas involucradas, sustratos y productos. 3. Realice un balance energético en moles de ATP para la oxidación completa de CO2 + H2O, considerando las tres vías (Etanol deshidrogenasa, MEOS y catalasa).

4. Describa la importancia de la enzima acetil-CoA sintetasa y mencione las diferencias mas importantes entre las dos isoformas (ACSI y ACSII). 5. Alberto Martini y Elisa Tonic son afectados por el consumo de etanol, explique la diferencia entre los dos casos.

METABOLISMO DEL ETANOL El etanol es una molécula relativamente pequeña, que puede ser soluble en agua o en solventes orgánicos, por lo que es fácilmente absorbible en el intestino mediante difusión pasiva. Una mínima cantidad (5%), penetra en las células de la mucosa gástrica del tracto gastrointestinal superior (Lengua, boca, esófago y estómago) en donde se metaboliza. El restante (95%), penetra en la sangre y de este entre el 85 y 98% se metaboliza en el hígado, solo un 2 – 10% se elimina por los pulmones y el riñón.

METABOLISMO DEL ETANOL El etanol es un combustible de la alimentación que se metaboliza a acetato, principalmente en el hígado. La ruta mayoritaria para el metabolismo del etanol es a través de la enzima alcohol deshidrogenasa hepática, la cual oxida el etanol a acetaldehído en el citosol. El acetaldehído se oxida posteriormente por la enzima acetaldehído deshidrogenasa hasta acetato, principalmente en la mitocondria.

ADH: Alcohol deshidrogenasa, ALDH: Acetaldehído deshidrogenasa

METABOLISMO DEL ETANOL Aproximadamente el 90% del acetaldehído que se genera, se metaboliza posteriormente a acetato en el hígado. La enzima implicada más importante es la acetaldehído deshidrogenasa (mitocondrial). El acetato generado por esta enzima, no tiene efectos tóxicos, ya que puede activarse a acetil-CoA en el hígado o en el músculo por la enzima acetil CoA sintetasa (ACS).

DESTINO DEL ACETATO En el hígado, la isoforma acetil-CoA sintetasa (ACSI), es una enzima citosólica que genera acetil CoA para su uso en las rutas citosólicas de síntesis de colesterol y ácidos grasos, mecanismo regulado por la insulina. A pesar de esto, la mayor parte del acetato generado pasa a la sangre y es captado y oxidado por otros tejidos, principalmente el corazón y el músculo esquelético que tiene una alta concentración de la isoforma mitocondrial de acetil CoA sintetasa (ACSII). La acetil-CoA producida, pasa al ciclo de Krebs y se oxida a CO2.

ADH: Alcohol deshidrogenasa, ALDH: Acetaldehído deshidrogenasa, ACS: Acetil CoA sintetasa.

ENZIMA ALCOHOL DESHIDROGENASA La enzima alcohol deshidrogenasa (ADH) posee varias isoformas, con especificidad variable para la longitud de la cadena del alcohol que es usado como sustrato. La isoforma que posee mayor afinidad por el etanol es la alcohol dehidrogenasa tipo I (ADH1A, ADH1B y ADH1C).

SISTEMA MICROSÓMICO DE OXIDACIÓN DE ETANOL Otra ruta importante de catabolismo de etanol en el hígado, es el sistema microsomal de oxidación de etanol (MEOS). La CYP2E1 es el complejo enzimático del sistema MEOS y es inducible en personas alcohólicas.

CYP2E1: Cytochrome P450 2E1, ADH: Alcohol deshidrogenasa, ALDH: Acetaldehído deshidrogenasa, MEOS: Microsomal ethanol oxidizing system.

SISTEMA MICROSÓMICO DE OXIDACIÓN DEL ETANOL La ruta MEOS también oxida el etanol a acetaldehído, siendo metabolizado un 20% del etanol total por esta vía.

La enzima microsómica principal implicada es una oxidasa (CYP2E1) de función mixta ubicada en el retículo endoplasmático, perteneciente al grupo de las enzimas citocromo P450, utiliza NADPH + H+ como donador adicional y O2 como aceptor de electrones.

SISTEMA MICROSÓMICO DE OXIDACIÓN DEL ETANOL En la ruta MEOS, tanto el etanol como el NADPH+H+ donan electrones en una reacción que reduce el O2 a H2O. El MEOS hace parte de la superfamilia de las enzimas del citocromo P450 que catalizan reacciones oxidativas. El citocromo P450 del MEOS es una proteína que contiene sitios de unión para O2, para etanol y NADPH+H +. La enzima con mayor actividad sobre el etanol es la CYP2E1, posee una Km de 11 mM, comparada con la enzima etanol deshidrogenasa (de la clase I), que posee una Km de 0.02 a 5 mM, por esta razón, la CPY2E1 es inducida cuando hay cantidades de etanol elevadas en el organismo.

SISTEMA DE LA CATALASA Un ruta adicional de la oxidación del etanol es mediante la enzima catalasa que convierte el etanol en acetaldehído. En esta misma reacción, el peróxido de hidrógeno se transforma en agua y el etanol en acetaldehído. Esta es la forma en la cual el etanol actúa como antioxidante.

https://themedicalbiochemistrypage.org/es/ethanol-metabolism-sp.php

RUTAS INVOLUCRADAS EN LA OXIDACION DEL ETANOL En resumen, son tres las rutas de oxidación del etanol, siendo la vía principal de catabolismo del etanol, la etanol deshidrogenasa. El sistema MEOS por su parte, es inducible, es decir que solo funciona en personas alcohólicas. Y finalmente el sistema de la catalasa, que ocurre en los peroxisomas. Este sistema también cataliza la formación de acetaldehído a partir de etanol.

RENDIMIENTO ENERGÉTICO DEL ETANOL Si se realiza el balance energético, considerando la ruta de la etanol deshidrogensa, el balance es de 16 ATP (considerando la equivalencia 1 NADH+H+ = 3 ATP, 1 FADH2 = 2 ATP) SISTEMA ALCOHOL DESHIDROGENASA 1 mol etanol → 2 NADH+H+ → 6 ATP 1 acetil-CoA → 12 ATP Gasto (ATP→AMP) 2 ATP →-2 ATP _____________________________________ Neto 16 ATP SISTEMA MICROSÓMICO DE OXIDACIÓN DE ETANOL 1 mol etanol → 1 NADH+H+ → 3 ATP 1 acetil-CoA → 12 ATP Gasto 5 ATP →-5 ATP _____________________________________ Neto 10 ATP

TOXICIDAD DEL ETANOL El consumo crónico de alcohol aumenta 5 a 10 veces la actividad hepática de la CYP2E1. A pesar de reducir los niveles de etanol en sangre, el acetaldehído se produce con mayor rapidez de la que puede eliminarse por la ALDH, lo que aumenta el riesgo de lesión hepática, e incluso el acetaldehído puede pasar a la sangre, e ingresar y producir daños en otros tejidos. Además, la enzima citrocromo P450 (CYP2E1), es capaz de generar radicales libres que también aumenta la lesión hepática (hepatopatía alcohólica) y finalmente cirrosis hepática.

SISTEMA MEOS Y RADICALES LIBRES

(benzene and nitrosamines) https://themedicalbiochemistrypage.org/ethanol-metabolism.php

TOXICIDAD DEL ETANOL La hepatopatía alcohólica es una consecuencia frecuente y a veces letal del abuso crónico del etanol, que puede manifestarse en tres formas: Hígado graso, 2) Hepatitis alcohólica y 3) Cirrosis, las cuales pueden presentarse individuales o combinadas. La ingesta de etanol, también tiene efectos agudos que incluye la inhibición de la β-oxidación de los ácidos grasos y la activación de la síntesis de triacilglicéridos o reesterificación, (que conlleva a un consumidor crónico a padecer hígado graso). La ingesta de alcohol también está asociada a acidosis láctica, hipoglicemia, cetoacidosis y otros trastornos dependiendo del estado de alimentación de la persona como la resaca (veisalgia) o guayabo (provocada por varias causas: inhibición de la acción de la ADH, inhibición de la gluconeogénesis, formación de acetaldehído, presencia de metanol, polifenoles).

TOXICIDAD DEL ETANOL (INTOXICACIÓN AGUDA) Como resultado del metabolismo del etanol, la relación NADH/NAD+ aumenta en el citosol, induciendo a la enzima lactato deshidrogenasa a sintetizar ácido láctico. El lactato pasa a la sangre y consecuentemente conduce a una acidosis láctica (cuando hay intoxicación aguda con alcohol). En conclusión, la depleción del NAD+ retarda la gluconeogénesis y deteriora la vía de consumo de piruvato, lactato, alanina, glicerol y otros moléculas.

Por otra parte, el aumento de la concentración de H+ intracelular (provocada por el ácido láctico), inhibe la actividad de la fosfofructoquinasa I en el hígado y por ende la producción de piruvato y ácido láctico a partir de glucosa. Sin embargo, la alanina pasa a ser una fuente de piruvato, que por las altas concentraciones de NADH + H+, también se transforma en lactato por acción de la enzima lactato deshidrogenasa.

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TOXICIDAD AGUDA DEL ETANOL La gluconeogénesis se afecta en 3 puntos principales por depleción de NAD+: 1. Glicerol-3-fosfato a DHA-P 2. Malato a OAA 3. Lactato a piruvato Otros puntos críticos son: → Alanina a piruvato → Piruvato a acetil-CoA (por exceso de NADH+H) y otras reacciones del ciclo de Krebs que generan NADH+H

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TOXICIDAD DEL ETANOL: INHIBICIÓN DEL CICLO DEL CORI

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Etanol → Alta relación NADH/NAD+

El ciclo de Cori es afectado, dado que el lactato no se transforma en piruvato en el hígado por los niveles bajos de NAD+ y la relación lactato/piruvato permanece alta.

TOXICIDAD AGUDA CON ETANOL (Inhibida por fomepizol)

(Inhibida por Disulfiram - Antabus)

Las enzimas ADH y ALDH no son reguladas por NADH, ADP, AMP o por otro modulador, lo que incrementa la relación NADH/NAD+

TOXICIDAD DEL ETANOL La acumulación de lactato en sangre también provoca una disminución de la eliminación de ácido úrico por el riñón, y esto produce hiperuricemia en alcohólicos crónicos. El ácido úrico fácilmente puede formar cristales por su baja solubilidad, los cuales pueden incrustarse en las articulaciones, desarrollar inflamación y producir lo que comúnmente se conoce como gota. La gota es una enfermedad producida por una acumulación de cristales de urato monosódico en distintas partes del cuerpo, sobre todo en las articulaciones, tejidos blandos y riñones. El urato monosódico proviene del ácido úrico.

Ácido úrico

Urato monosódico

Purinas

TOXICIDAD DEL ETANOL ✓ Algunos licores como la cerveza, son ricos en purinas, consumir dos o más veces al día incrementa el riesgo de gota. ✓ El metabolismo de etanol incrementa los niveles de AMP, precursor del ácido úrico. ✓ El ácido láctico proveniente del etanol disminuye la eliminación de ácido úrico por el riñón.

Cristales de ácido úrico

Cristales de urato de amonio

http://laboratoryinfo.com/types-of-crystals-in-urine/

Cristales de urato en luz polarizada

TOXICIDAD DEL ETANOL

Cetogénesis

El MEOS es citosólico, lo que incrementa las concentraciones de acetaldehído y ROS en el citosol.

TOXICIDAD POR ACETALDEHÍDO

TOXICIDAD POR ACETALDEHÍDO El acetaldehído también inhibe la síntesis de varias proteínas como ribonucleasas, tubulinas, factores de coagulación, calmodulina, en el hígado, en el corazón y otros tejidos. Además induce un aumento de radicales libres al unirse al glutatión, al consumir el NADPH+H+ y acelerar la cadena respiratoria.

TOXICIDAD POR ACETALDEHÍDO

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tBID (proteínas proapoptóticas), MAA (malondialdehyde-acetaldehyde protein Adduct), MTP (Mitochondrial permeability transition pore)

MOLÉCULAS REACTIVAS QUE FORMAN ADUCTOS

FORMACIÓN DE ADUCTOS Los aductos son compuestos químicos que se origina por combinación directa de dos especies químicas mediante enlaces covaletes. Por ejemplo el acetaldehído puede reaccionar con proteínas, alterando su estructura y su función. La acumulación de estas estructuras en las células provocan hinchamiento por entrada de agua. Los aductos también pueden formarse al combinarse el acetaldehído con DNA o con lípidos. Los aductos formandos se juntan para formar los cuerpos de Mallory en el citoplasma de la célula.

Aducto de acetaldehído

TOXICIDAD POR ACETALDEHÍDO En los hepatocitos las mitocondrias pueden aumentar de tamaño y son denominadas megamitocondrias, las cuales son comunes en los hepatocitos debido la intoxicación alcohólica. El acetaldehído y los radicales libres provocan un deterioro de las membranas celulares de la mitocondria, que conlleva a una disminución de la cadena respiratoria, disminución de la función mitocondrial y tumefacción de la matriz de la mitocondria (hinchamiento por entrada de agua).

GRADO DE ALCOHOL EN BEBIDAS ALCOHÓLICAS Las bebidas alcohólicas contienen diferentes concentraciones de etanol. Las cervezas son las que menos concentración de etanol poseen (410%), mientras que el tequila y el pisco poseen valores de 50-60%.

Agave tequilana

CONCENTRACIÓN DE ALCOHOL EN SANGRE Las concentraciones de alcohol se miden en mg de etanol por cada 100 ml de sangre. Dependiendo de la concentración de alcohol consumida, es el efecto producido en el organismo. Con un vaso de vino de 200 ml o 1.5 cervezas (450 ml), una persona puede alcanzar valores de 20 – 30 mg/dL de etanol en sangre, aunque esto varía con el género.

GRADO DE ALCOHOLEMIA Según la ley 1696 del 19 de diciembre de 2013, el grado de alcohol para una persona se clasifica dependiendo de la cantidad de alcohol ingerida. El grado cero por ejemplo va de 20 a 39 mg de etanol/ 100 ml de sangre total.

METABOLISMO DE LA CREATINA Pg 892 – 895 Capítulo 47 Bioquímica de Marks

FUENTES GENERADORAS DE ATP La cantidad de ATP en una célula en los casos típicos es solo suficiente para suministrar energía por 1 o 2 minutos, pero en neuronas y miocitos, puede durar unos pocos segundos. Estas células reciclan el ADP para formar ATP mediante la enzima adenilato quinasa, pero también usan la creatina fosfato, sintetizada durante periodos de reposo y consumida durante los periodos de actividad. La cretina fosfoquinasa (CPK), cataliza la síntesis de ATP a partir de creatina fosfato. La creatina fosfato por lo tanto actúa como un buffer de ATP en las células que tienen creatina fosfoquinasa.

METABOLISMO DE LA CREATINA El ATP no es una buena opción como molécula para almacenar reservas de ATP, ya que muchas enzimas se inhiben o se activan de forma alostérica dependiente de la concentración de ATP en el medio intracelular. Las células musculares, tienen la capacidad de almacenar uniones de fosfato de alta energía en forma de creatina fosfato.

METABOLISMO DE LA CREATINA Cuando se requiere energía, la creatina fosfato cede su fosfato al ADP para generar ATP de forma anaerobia. El ATP formado, se usa para realizar contracción muscular.

SÍNTESIS DE CREATINA La síntesis de creatina comienza en el riñón y se completa en el hígado. En el riñón, la glicina se combina con la arginina para formar acetato de guanidino. En esta reacción, el grupo guanidino de la arginina se transfiere a la glicina y el remanente de la molécula de arginina se libera como ornitina. La enzima que cataliza esta reacción se denomina: arginina glicina amidino transferasa (AGAT).

SÍNTESIS DE CREATINA El acetato de guanidina se desplaza al hígado en donde la Sadenosilmetionina (SAM), le transfiere un grupo metilo para formar creatina. La enzima que cataliza esta reacción se denomina: guanidinoacetato metiltransferasa (GAMT)

AGAT: arginina glicina amidino transferasa GAMT: guanidinoacetato metiltransferasa

SINTESIS DE FOSFOCREATINA La creatina formada es liberada por el hígado y se desplaza a través de la sangre hacia otros tejidos, en particular al corazón, cerebro y músculo esquelético, en donde reacciona con el ATP para formar creatina fosfato, que es un compuesto de alta energía. La enzima que cataliza esta reacción reversible es la creatina fosfoquinasa (CK o CPK). Un examen de CPK puede ayudar a diagnosticar daño muscular (rabdomiólisis), daño en tejido cardiaco (ataque cardiaco) o lesión cerebral.

USO DE LA FOSFOCREATINA La creatina-fosfato, actúa como una pequeña reserva de enlace fosfato de alta energía, que puede regenerar nuevamente ATP a partir de ADP y creatina fosfato (sin usar oxígeno). El ATP formado es comúnmente usado en la contracción muscular durante el ejercicio.

CICLO DE LA CREATINA En el momento de la utilización rápida de energía, el músculo utiliza la fosfocreatina, que ha sido previamente almacenada. Una vez la fosfocreatina se agota, el ATP es suministrado principalmente por glucólisis anaerobia.

SÍNTESIS DE CREATININA La creatina y la fosfatocreatina se encuentran en músculo, cerebro y sangre. La creatinina es formada en músculo y en el cerebro, a partir de la fosfatocreatina por una deshidratación no enzimática y pérdida del fosfato. La cantidad de creatinina producida se relaciona con la masa muscular y se mantiene constante día a día. La creatinina es excretada por los riñones y el nivel de excreción, es una medida de la función renal. Una subida en los niveles de creatinina en la sangre, solamente es observada cuando hay un marcado daño en los nefrones. Por lo tanto, un examen de creatinina normal indica un funcionamiento normal de los riñones.

VALORES DE CREATININA La creatinina es una molécula orgánica no proteica que circula por la sangre y se elimina por la orina, por lo que se puede medir la tasa de filtración glomerular. El valor normal en suero oscila entre 0.6 y 1.2 mg/dL y en orina entre 500 y 2000 mg/día. Los valores de creatinina aumentan en sangre cuando:

→ El riñón no funciona correctamente → Hay deshidratación → Obstrucción de vía urinarias → Hay aumento del tamaño de la próstata → En personas con alta masa muscular. → Dietas ricas en carne Disminuye en: → Personas desnutridas → Personas con poca masa muscular → Insuficiencia hepática → Sobrehidratación

VALORES DE CREATINA FOSFOQUINASA (CPK). Se han identificado 3 tipos de creatina fosfoquinasa (CPK): CPK-BB en el cerebro y los pulmones, CPK-MB en el corazón y CPK-MM en el músculo esquelético. Un resultado normal de CPK en sangre es de 0 a 174 UI/L para hombres y de 0 a 140 UI/L para mujeres. Un nivel superior a lo normal puede indicar: ✓ Descomposición de fibras musculares. Valores >1000 UI/L se considera diagnóstico de rabdomiólisis. ✓ Problemas durante el embarazo, como convulsiones (causadas por eclampsia) o hipertensión arterial causada por preeclampsia, alteran los valores de creatinina y CPK-MB (por lesión isquémica cardiaca) ✓ Cáncer cerebral, lesión cerebral ✓ Enfermedad cardiovascular, infarto. Un nivel inferior a lo normal de CPK puede darse por: ✓ Problemas que comprometen los músculos y nervios que llevan a una reducción de la masa muscular. ✓ Malnutrición

http://www.villavicencio.org.ar/pdf08/156.pdf http://www.scielo.cl/pdf/rcp/v84n1/art08.pdf

INDICE CREATININA ALTURA La determinación del índice creatinina-talla (ICT), es útil para valorar el compartimento proteico somático. Se basa en la creatinina (Cr) producida en el metabolismo del músculo que se excreta en la orina, en una cantidad diaria relativamente constante y proporcional a la masa muscular del individuo. Un ICT < 80% se considera indicativo de malnutrición proteica.