Bioquímica Estructural y Metabólica

Bioquímica Estructural y Metabólica 

TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea


TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea 

TEMA 17. Degradación de aminoácidos y ciclo de la urea. 

Origen del nitrógeno de la urea. Transaminasas. Glutaminasa. Glutamato 

dehidrogenasa. Glutamina sintetasa. Ciclo de la glucosa-‐alanina. Ciclo de 

la urea. Regulación del ciclo de la urea. Rutas de degradación y des:no 

de las cadenas de los aminoácidos. Coenzimas transportadoras de restos 

monocarbonados. Aminoácidos glucogénicos y cetogénicos. Des:nos 

metabólicos de los aminoácidos. Degradación de la fenilalanina. 

Fenilcetonuria, :rosinemias, alcaptonuria. Degradación de aminoácidos 

de cadenas ramificadas. Patología asociada. 

Javier León Serrano



Moléculas de excreción del amoníaco/amonio en animales terrestres 

1. El amoníaco es una base fuerte y podría producir un cambio de pH. 

NH 4 + NH 3 + H + pK’ = 9,3 

A pH fisiológico (7,4) la concentración de NH 4 + es casi 100 veces la del NH3 , que es la forma neutra, 

permeable a membranas. 

Formas de excreción 

de amonio en 

animales terrestres. 

Javier León Serrano 

Urea Ácido úrico 

Mamíferos, 

:burones. 

Rep:les, 

aves. 

Friedrich Wöhler (1800-‐1882) 

Sinte\zó por primera vez una molécula considerada «orgánica» como la urea a 

par:r de moléculas «inorgánicas» (cianuro potásico y sulfato amónico).



Catabolismo de aminoácidos 

Proteína intracelular 

DEGRADACION 

DE PROTEÍNAS 

Proteína de la dieta Aminoácidos 

DIGESTIÓN 

Biosíntesis de AA, nucleó:dos 

y otras aminas biológicas 

Urea 

(producto de 

excreción del 

nitrógeno). 

Carbamil-‐fosfato 

CICLO 

DE LA 

UREA 

NH 4 + 

Asp 

Fumarato 

co 2 


SÍNTESIS DE PROTEÍNAS (TRADUCCIÓN) 

Esqueletos carbonados 

α-‐cetoácidos 

CICLO 

DE 

KREBS 

Oxalacetato 

Glucosa 

GLUCONEO-‐ 

GÉNESIS 

Ace:l-‐CoA 

Cuerpos 

cetónicos



1. El amonio (-‐> NH 3 ) es tóxico, sobre todo para el tejido nervioso. 

2. El amonio se convierte en urea en el hígado. 

El amonio se ha de transportar al hígado en una forma dis:nta de NH 4 + 

AA Glu Gln y Ala Gln y Ala NH + SANGRE 

4 Urea 

TEJIDOS HÍGADO 

Enzimas clave del metabolismo del grupo amino 

• Transaminasas o aminotransferasas: pueden transferir grupos aminos entre aminoácidos. 

• Glutaminasa: genera NH 4 + y glutamato a par:r de Gln. 

• Glutamato dehidrogenasa: produce NH 4 + y α-‐CG a par:r de Glu en una reacción de desaminación 

oxida:va. En hígado. Reversible. 

• Glutamina sintetasa: incorpora NH 4 + en Glutamato. 

CINCO ENZIMAS DEL CICLO DE LA UREA: 

• La Carbamil-‐fosfato sintetasa: condensa CO 2 y NH 4 + para dar carbamil-‐fosfato. 


3. Glutaminasa 



Reacciones bioquímicas que generan amonio 

1. Aminotransferasas + glutamato dehidrogenasa (GDH) 

Menos 

importantes 

NH 3+ 

Aminotransferasas 

R-‐CH + α-‐CG α-‐ceto-‐AA + Glu 

COO – 

Glu + NAD + α-‐CG + NADH + Glutamato dehidrogenasa 

+ NH + 

4 

(deaminación oxida:va) 

Gln + H 2 O Glu + NH 4 + 

4. Desaminación directa (Ser-‐dehidratasa y Thr dehidratasa) 

Ser Piruvato + NH 4 + 

Thr α-‐cetobu:rato + NH 4 + 

5. Aminoácido oxidasa 

(suelen usar α-‐CG y son 

específicas para el AA) 

AA + O 2 + H 2 O α-‐cetoAA + H 2 O 2 + NH 4 + 




Reacciones de transaminación: aminotransferasas, transaminasas 

NH 3 + O 

H — C — COO – + C — COO – 

R 1 

H 

–2 O3 P 

H O 

C 

R 2 

H 

H 

Aminotransferasa 

o transaminasas 

CH 2 OH 

H 

Piridoxina (Vit B 6 ) 


O NH 3 + 

C ― COO – + H ― C ― COO – 

Fosfato de Piridoxal (PLP) Fosfato de Piridoxamina (PMP) 

Grupo prosté:co de las transaminasas, unido 

covalentemente a una Lys del centro ac:vo. 

H 

R 1 

–2 O3 P 

NH 2 

CH 2 

H 

R 2



Mecanismo enzimádco de las aminotransferasas es del dpo “ping-‐pong” 

ENZ-‐PLP-‐C 

H 


–2 O3 P 

H O 

C 

H 

O 

Aminoácido 1 

Glutamato 

O 

H 2 O 


Fosfato de Piridoxal (PLP) Fosfato de Piridoxamina (PMP) 

H 


–2 O3 P 

NH 2 

CH 2 

+ 

N 

H 

ENZ-‐PMP-‐C 

ENZ-‐PMP-‐C-‐ 

H 

+ 

N 

H 

R 1 

C 

H 

COO – 

α-‐Cetoácido 1 

NH 2 

α-‐Cetoglutarato 

CH 2 ― CH 2 ― COO – 

C ― COO – 

H



Hay dos transaminasas que informan de la salud del hígado y corazón 

GPT / ALT 

Ala + α-‐cetoglutarato Piruvato + Glutamato 

GPT: Glutamato-‐Piruvato Transaminasa = ALT: Alanina Transaminasa. 

Más específica de daño hepá:co. 

GOT / AST 

Asp + α-‐cetoglutarato Oxalacetato + Glutamato 

GOT: Glutamato-‐Oxalacetato Transaminasa = AST: Aspartato Transaminasa. 

Valores normales en sangre: 2-‐40 mU /ml. Puede llegar a 1.000 en casos de hepa::s 

viral, cirrosis, isquemia cardíaca, hepatotoxicidad. 


COO 

+ 

H3N -‐ CH 

CH 2 

CH 2 

COO 

Glutamato 



+ H 2 O 

Regulación alostérica 

ADP GTP 

Glutamato Dehidrogenasa 

(GDH) 

– 

NAD(P) + NAD(P)H + H + 


– O 

COO 

C 

CH 2 

CH 2 

+ NH 4 + 

COO 

(Matriz mitocondrial, hígado, 

reversible, puede usar NAD+ o NADP + α-‐ Cetoglutarato 

) 

Suma de las reacciones de aminotransferasas y GDH: 

Aminoácido + NAD + α-‐cetoácido + NH 4 (mitoc)+ NADH + H + 

Glutamina 

+ 

H3N H 2 N 

COO 

CH 

CH 2 

CH 2 

C 

O 

+ 

H 2 O 

UREA 

NH 4 + 

Glutaminasa 

(Matriz mitocondrial, hígado) 

+ 

H3N COO 

CH 

CH 2 

CH 2 

COO 

Glutamato

+ 

H3N COO 

CH 

CH 2 

CH 2 

COO 



ATP ADP 

Glutamina Sintetasa 

+ H3 N 

P 

O 

COO 

CH 

CH 2 

CH 2 

C 

O 

Glutamato γ-‐Glutamil fosfato Glutamina 

12 subunidades de x 50 kDa. 

Citosólica. 


NH 4 + Pi 

• Gln sintetasa (GS) y Glutamato dehidrogenasa (GDH) presentes en todos los organismos. 

• GS: citosólica. 

• GDH: mitocondrial. 

• Glutaminasa en todos los tejidos, más abundante en intes:no, hígado, riñón, cerebro (astrocitos). 

+ 

H3N H 2 N 

COO 

CH 

CH 2 

CH 2 

C 

O



Regulación alostérica de la Gln Sintetasa 

Regulación 

covalente 

Glutamato 

NH 4 + ATP 

– 

Glutamina 



Gln Sintetasa 

ADP + Pi 

AMP CTP 

Nucleóddos de pirimidina 

– 

Carbamil-‐fosfato sintetasa II 

Gly 

Ala

NH 4 + 

(INT) 

Bacterias 

AA 


Transa-‐ 

minasas 

Glutamina 

Glutamina 



Transporte de N al hígado 

NH + 

4 + ATP 

Glutamato Glutamina 

Gln Sintetasa 

α-‐cetoácido 

ADP+ Pi+ H2O NH 4 + 

Glutaminasa 


GLUCOSA 

Gln Sintetasa 

NH 4 + 

Glutamato α-‐Cetoglutarato 

Glutamato DH 

Piruvato 

Transaminasa 

Alanina Asp 

Transa-‐ 

minasas 

GLUCOSA 

AA 

SANGRE 

Piruvato Alanina 

Transaminasas 

Glutamato α-‐cetoglutarato 

Transaminasas 

Cetoácido Aminoácido 


CICLO DE 

LA UREA 

OAA 

+ 

Glutamato 

PROTEÍNAS 

MAYORÍA 

DE 

TEJIDOS 

UREA 

HÍGADO 

MÚSCULO

NH 4 + 

(INT) 

Bacterias 

AA 



Transaminasas con marcadores de daño hepádco 


Transa-‐ 

minasas 

Glutamina 

NH + 

4 + ATP 


Gln Sintetasa 

α-‐cetoácido 

ADP+ Pi+ H2O NH 4 + 

Gln Sintetasa 

Glutaminasa 


NH 4 + 


Glutamato DH 

Piruvato 

Transaminasa 

Alanina Asp 

Transa-‐ 

minasas 

GLUCOSA 

AA 

GPT / ALT 

Ala + α-‐cetoglutarato Piruvato + Glutamato 

GPT: Glutamato-‐Piruvato Transaminasa = ALT: Alanina Transaminasa. 

Más específica de daño hepá:co. 

GOT / AST 

Asp + α-‐cetoglutarato Oxalacetato + Glutamato 


CICLO DE 

LA UREA 

OAA 

+ 

Glutamato 

MAYORÍA 

DE 

TEJIDOS 

UREA 

HÍGADO

Transaminasa 



Asp 

NH 4 + 


Glutamato DH 

Transaminasa 

Piruvato ALANINA 

GLUCOSA 

GLUCOSA 

MÚSCULO 

Ciclo de la glucosa-‐alanina 


Gluconeogénesis 

SANGRE 


CICLO 

DE LA 

UREA 

Piruvato ALANINA 

Glucólisis Transaminasa 

Glutamato α-‐ cetoglutarato 

Transaminasa 

Cetoácido Aminoácido 

UREA 

HÍGADO 

PROTEÍNAS



Concentración de amonio en sangre: 30-‐60 µM. Supone el 2-‐3% del nitrogéno excretado en orina (85% es urea, 

30 g/24 h; el resto crea:nina, crea:na y ácido úrico). 

• A concentraciones mayores de amonio (> 0.2 mM): visión borrosa, pérdida de conciencia, letargia, lesiones 

cerebrales, coma... 

• El mal funcionamiento del ciclo de la urea, por deficiencia en alguna de sus enzimas o por patología 

hepá:ca (por ejemplo, cirrosis alcohólica), produce hiperamonemia. 

POSIBLES CAUSAS: 

1) Bajan los niveles de α-‐cetoglutarato al empujar la reacción de la GluDH hacia la formación de Glu y la de la 

Gln sintetasa hacia formación de Gln (ambas enzimas abundantes en tejido nervioso). 

Baja la ac:vidad del ciclo de Krebs Baja la producción de ATP en la neurona. 

2) Baja la relación NADH/NAD + Baja la producción de ATP. 

Glutamina 

3) Bajan los niveles de glutamato al acelerar la síntesis de Gln por la Gln Sintetasa Baja la concentración del 

neurotransmisores glutamato y su derivado gamma-‐aminobu:rato (GABA). 

4) El exceso de Gln es tóxico para astrocitos. 

Posibles causas de la toxicidad del amonio 

NH 4 + 

Gln Sintetasa 

￬ Glutamato 

NAD + 


NH 4 + 

Glutamato DH 

+ NADH 

￬ α-‐ Cetoglutarato 

+ + H+



¿De dónde viene el nitrógeno que entra en el ciclo de la urea? 

Uno de los dos nitrógenos de la urea viene del NH 4 + libre y el otro del –NH2 del 

aspartato. 

1. Reacciones de transaminación por transaminasas + glutamato dehidrogenasa: 

NH 3+ 

R -‐ CH + α-‐Cetoglutrato (α-‐CG) α-‐ceto-‐AA + Glu 

COO – 

Reacción de la glutamato dehidrogenasa (deaminación oxida:va): 

Glu + NAD + α-‐CG + NADH + + NH 4 + 

2. Reacción de la glutaminasa: 

Gln + H 2 O Glu + NH 4 + 

Glu + OAA α-‐CG + Asp 


GOT / AST

HO 



Ciclo de la Urea (1) 

(Ciclo de la ornidna, Ciclo de Krebs-‐Henseleit) 

Carbamil fostato sintetasa I (CPSI, mitocondrial) 

¿Por qué se necesitan dos ATPs si sólo hay un fosfato en el carbamil-‐fosfato? 

C 

O 

O – 

Bicarbonato 

+ 

NH 4 + + 

2 ATP 


Pi + H + 

2ADP 

P 

O C 

O 

NH 2 

Carbamil-‐fosfato

Orn 

P O 

O 

C 

Carbamil-‐P 

Entrada a la mitocondria 

Salida al citosol 

HN 

CH 2 

CH 2 



NH 2 

O 

C NH 2 

CH 2 

H 2 N CH COO – 

Citrulina 

+ H 3 N 


H 3 N + 

CH 2 

CH 2 

H2N CH2 CH COO – 

Ornidna 

COO – 

CH2 

CH 

COO – 

ATP 

Aspartato 

Arginino-‐succinato 

sintetasa 


OrniQna 

Transcarbamilasa 

Pi 

AMP + PPi 

2 Pi 

HN 

CH 2 

CH 2 

O 

C NH 2 

CH 2 


Citrulina 

HN 

CH 2 

CH 2 

CH 2 

– OOC 

NH 

C 


CH 2 

Arginin-‐succinato 

CH COO – 

NH 2 +

HN 

CH 2 

CH 2 

CH 2 

– OOC 

NH 

C 


CH 2 

CH 

NH 2 + 

Arginin-‐succinato 

+ NH3 

CH 2 

CH 2 

COO – 

CH 2 


Ornidna 



+ 


Arginino-‐Succinato 

Liasa 

O 

NH 2 

C 

UREA 

NH 2 

– OOC 


H 2 O 

CH 

HC 

Fumarato 

COO – 

HN 

CH 2 

CH 2 

CH 2 

Arginina 

NH 2 

C 


NH 2 + 

Excrección. 

(No podemos metabolizarla, aunque muchas 

bacterias :enen ureasa).

Otras rutas 

biosintédcas: 

• Glucosa. 

• Bases. 

• Hormonas. 

• etc. 



Proteínas de la dieta 

(Requerimiento: 50-‐60 g/día 

para 70 Kg peso) 

Pool de 

aminoácidos 

~ 100 g 

Urea en orina 

~ 30-‐40 g /día 


DEGRADACIÓN 

Y 

EXCRECIÓN 

SÍNTESIS 

~ 300 g 

DEGRADACIÓN 

~ 300 g 

EXCESO DE 

PROTS. DIETA 

Proteína 

dsular

1. 0,5 a 2 L de orina/día. 



Composición de la orina 

2. Urea es el 85-‐90% del nitrógeno en orina (20-‐35 g/24 h). 

3. Amonio es 2-‐3% (0,7-‐1 g). 

4. El resto de compuestos nitrogenados (10%): amonio, crea:nina, ácido úrico. 

5. Componentes nitrogenados: Urea (20-‐35 g/24 h) >> NH 4 + > crea:nina > 

> úrico >> otros componentes orgánicos no nitrogenados*. 

* Componentes no nitrogenados de la orina: *Aminoácidos (1-‐3 g) >> 

cuerpos cetónicos, glucosa, proteínas (muy poco). 


Urea N 2 COH 4 

Orn Citrulina Arg Urea 

Ácido úrico N 4 C 5 O 3 H 4 

Orn Citrulina Arg 



Moléculas de excrección del nitrógeno procedente del catabolismo 


Amonio, NH 4 + 

Urea N 2 COH 4 

Lehning 

er 

BIOCHEMIST 

RY

Citosol 

Urea 

Arginasa 

BALANCE (sin tener en cuenta el fumarato) 



H 2 O 

Balance del ciclo de la urea 

Orni:na 

Arginina 

Fumarato Arg-‐succinato 

liasa 

Arginin-‐Succinato 

Arg-‐succinato sintetasa 

ATP 

Aspartato 

Citrulina 

NH 4 + + HCO3 – + Asp + 3ATP 4– + H2 O 

urea + fumarato + 2ADP 3– + 2Pi + PPi + AMP 2– + 5H + 



HCO – 

3 Sintetasa I 

+ 

Carbamil-‐P 

NH + 

4 2AT 

P 

Orni:na 

OrniQna 

transcarbamilasa 

Citrulina 

Mitocondria 

2 Pi + H 2 O se gastan 4 ATPs en total por urea.

AMINOÁCIDOS 

+ NH4 

Carbamil-‐P 

Orni:na 

UREA 



Relaciones entre el ciclo de la urea y el ciclo de los ácidos tricarboxílicos (1) 

Citrulina 

UREA 

Arginina 

CO 2 

Arginin-‐ 

Succinato 

Aspartato 

Fumarato 

1 Fumarasa: isozimas citosólica y mitocondrial. 

2 Malato dehidrogenasa: isozimas citosólica y mitocondrial. 

Malato + NAD + OAA + NADH + H + ; NADH 2,5 ATPs 

BALANCE GLOBAL DE LA SÍNTESIS DE UREA = 4 -‐ 2,5 = 1,5 ATP 

3 GOT/AST aminotransferase. 


α-‐cetoglutarato 

1 

3 

Oxalacetato 

2 

Malato 

H 2 O 

Glutamato 

NADH 

MITO-‐CONDRIA 

Aspartato 

Oxalacetato 

Malato

CICLO 

UREA 



Relaciones entre el ciclo de la urea y el ciclo de los ácidos tricarboxílicos (2) 

Aspartato 

3 

Oxalacetato 

2 

Malato 

1 

H2O Fumarato 

NADH 

Aspartato 

Glu 


Malato 

Fumarato 

Oxalacetato 

H 2 O 

1 Fumarasa: isozimas citosólica y mitocondrial. 

α-‐ceto-‐Glu 

NADH 

CICLO DE 

KREBS 

Succinato 

Ace:l-‐CoA 

2 Malato dehidrogenasa: isozimas citosólica y mitocondrial. 

3 GOT/AST aminotransferase. 

Lanzadera Aspartato-‐Malato. 

Ciclo de Krebs-‐TCA. 

1 

2 

3 

Citrato 

Succinil-‐CoA 

Isocitrato 

a-‐Cetoglutarato 

CO 2 

CO 2



Regulación del ciclo de la urea 

• Inducción de enzimas por dieta rica en proteína. 

• Regulación alostérica de la CPSI. 

AcedlCoA 

CH 3 

C 

O 

SCoA 

COO – 

CH 2 

CH 2 


Glutamato 

Arginina 

+ 

N-‐ AceQl-‐Glutamato 

Sintasa 

HS-‐CoA 

CH 3 

C 


O 

COO – 

CH 2 

CH 2 

HN CH COO – 

N-‐ Acedl-‐ Glutamato 

+ 

HCO – 

3 + NH4 + 

CPS-‐I H2N C O P 

2ATP 2ADP 

+ Pi 

O 


Urea

Gln Glu + NH 4 + 

NH 4 + urea 



El ciclo de la urea está compardmentalizado en la célula y en el hígado 

Citosol 

Urea 

Arginasa 

Arginina 


liasa 



ATP 

Aspartato 

Citrulina 

SANGRE portal 

(del intes:no). 

Glutaminasa 

Ciclo urea 

H 2 O 

Orni:na 


HCO 3 – 

+ 

NH 4 + 

Orni:na 


Sintetasa I 

Carbamil-‐P 

2ATP 

OrniQna 


Citrulina 

Mitocondria 

Glutamina 

sintetasa 

SANGRE 

(al resto de tejidos). 

Glu + NH 4 + Gln



Enfermedades metabólicas del ciclo de la urea 

Nombre Déficit enzimádco Otras caracterísdcas 

1) Deficiencia en CPS 

(Hiperamonemia I) 

2) Deficiencia en OTC 

(Hiperamonemia :po II) 

CPS I Glicina en plasma aumentada. 

Orn Transcarbamilasa 

(OTC) 

Glutaminia en plasma aumentada 

Ligada al X. Retraso mental. 

3) Citrulinemia Arginino succinato sintetasa Gln y Citrulina aumentadas en plasma. 

Citrulina en orina aumentada. Rara. 

4) Arginino succinato aciduria Arginino succinato liasa Arginin-‐ succinato en plasma y orina. Rara. 

5) Argininemia Arginasa Arginina elevada en plasma. 

Urea 

Arginasa 

H 2 O 

Orni:na 

Arginina 


liasa 



ATP 

Citrulina 

Citosol 

Aspartato 


HCO 3 – 

+ 

NH 4 + 

Orni:na 


Sintetasa I 

Carbamil-‐P 

2ATP 

OrniQna 


Citrulina 

Mitocondria

Pentosas-‐ 

-‐fosfato 



Catabolismo de los esqueletos carbonados de los aminoácidos 

Gly, Ala, Ser 

Cys, Trp 

Cetogénicos y glucogénicos: 

Ile, Phe, Tyr, Trp 

Sólo glucogénicos: 

Gly, Ala, Val, Pro, 

Ser, Thr 

Cys, Met, 

Asp, Asn, Glu, Gln 

His, Arg 

Sólo cetogénicos: Leu, Lys 

Phe, Tyr 

Val, Ile, Thr, Met 

Asn, Asp 

Glucógeno 

Glucosa 

Piruvato 


Ácidos 

Grasos 

Malato 

Fumarato 

Succinato 

NADH 

+ 

CO 2 

+ 

H 2 O 

Ace:l CoA 

OAA 

Ciclo de 

Krebs 


Lys, Leu 


Citrato 

Isocitrato 

α-‐ceto-‐glutarato 

Glu 

Arg, His, Gln, Pro

CO 2 

Bio:na: 

Cofactor 

transportador de 

carboxilos. 



Transportadores de restos monocarbonados: 1) Biodna 

NH 2 

Lys 

ENZIMA 

La bio:na es la coenzima de enzimas (carboxilasas) importantes: 

Propionil-‐CoA carboxilasa: 

Propionil-‐CoA D-‐me:lmalonil-‐CoA (catabolismo de Val, Ile, Met, Thr y de ácidos grasos impares). 

Piruvato carboxilas: 

Piruvato Oxalacetato (Gluconeogénesis). 

AceQl-‐CoA carboxilasa: 

Ace:l-‐CoA Malonil-‐CoA (síntesis de AG). 


O = C 

H 

N 

N 

COO –

N H 

N 

5 

H 

CH 2 

10N 

H 

Dihidrofolato 

(DHF, FH2) 

1 



Transportadores de restos monocarbonados: 2) Tetrahidrofolato 

5 10 

Pteridina P-‐ aminobenzoato Glutamato 

H 

N 

5 

N 

H 

H 

H 

CH2 10 N 

H 

Tetrahidrofolato (THF, FH4) 

H 

CH 2 

N 

C 

O H 

N 10 -‐formil-‐ 

tetrahidrofolato 

CH 3 

CH 2 

CH 


C 

H 

CH2 N 

H 

H 

CH2 N 

O H 

H 

CH2 N 

CH 2 

HN 

El tetrahidrofolato es un transportador de 

fragmentos monocarbonados con diferentes 

estados de oxidación del átomo de carbono. 

N 5 -‐me:l-‐tetrahidrofolato (poco usado) 

transfiere 

– CH 3 

N 5 ,N 10 -‐me:lén-‐tetrahidrofolato 

transfiere 

transfiere 

N 5 ,N 10 -‐metenil-‐tetrahidrofolato 

N 5 -‐formil-‐tetrahidrofolato 

transfiere 

– CH 2 – OH 

– C = O 

H

H 3 N + 



Transportadores de restos monocarbonados: 3) S-‐adenosilmedonina, AdoMet 

+ 

H3N PPi + Pi 

COO 

CH 

CH 2 

CH 2 

+ S 

CH 3 

COO 

CH 

CH 2 

CH 2 

S 

CH 3 

Medonina 

CH 2 

+ 

OH OH 

P 

P 

P 

ATP 

CH 2 

MeQonina adenosil 

transferasa 

OH OH 

R R-‐CH 3 

Varias MeQl-‐transferasas 

S-‐Adenosil me:onina (AdoMet): transfiere me:los. 


+ 

H3N COO 

CH 

CH 2 

CH 2 

S 

CH 2 

OH OH 

S-‐Adenosil homocisteína



Transportadores de restos monocarbonados: 4) Cobalamina 

Descubierta en estudios de anemia perniciosa en 1926. 

Estructura de la ciano-‐B12 resuelta por Dorothy Crowfoot Hodgkin. 

Se presenta en dos formas que par:cipan en dos rutas del 

metabolismo humano. 


Catabolismo AA y AG 

Síntesis de Met y de AdoMet 

Dorothy Crowfoot Hodgkin (1910-‐1994). Premio Nobel de Química en 1964. 

«For her determina:ons by X-‐ray techniques of the structures of important 

biochemical substances» (sobre todo Penicilina y Vit. B12). 

Berg, Tymoczko and Stryer. Biochemistry, 7ª ed. W.H. Freeman, 2011.

CH 3 

+ 

H3N COO – 

CH 

+ S 

CH 2 

CH 2 

CH 3 

S-‐Adenosil medonina (AdoMet) 

H 

CH2 N 

H 

PPi + Pi 

ATP 

+ 

H3N Bioquímica Estructural y Metabólica 


Regeneración de AdoMet (requiere Medl-‐cobalamina) 

COO 

CH 

CH 2 

CH 2 

S 

R R-‐CH 3 

Varias MeQl-‐transferasas 

CH3 Medonina Cobalamina 

Medl-‐Cobalamina 

Vit B12 

CH 2 

OH OH 


transferasa 

MeQonina Sintasa 


H 3 N + 

5N-‐me:l-‐THF THF (Tetrahidrofolato) 

COO 

CH 

CH 2 

CH 2 

S 

CH 2 

OH OH 

S-‐Adenosil homocisteína 

AdoMet 

hidrolasa 

+ 

H3N COO 

CH 

CH 2 

CH 2 

SH 

Homocisteína 

H 2 O 

Adenosina



Fase final de la degradación de Trp, Ile, Val y Met (requiere 5’deoxiadenosil-‐cobalamina) 

Val 

Ile 

Thr 

Met 

CH 3 — CH 2 — C — SCoA 

ATP + CO 2 

CH 3 

O 

– OOC — CH — C — SCoA 


CH 3 

O 

– OOC — CH2 — CH 2 — C — SCoA 

Propionil-‐CoA 

Propionil-‐CoA carboxilasa (BioQna) 

D-‐Medl-‐malonil-‐CoA 

MeQl-‐malonil-‐CoA epimerasa 

O 

L –Medl-‐malonil-‐CoA 

Me?l-‐malonil-‐CoA mutasa 

(5’ Deoxiadenosil-‐Cobalamina) 

O 

ADP + Pi 



AG de cadena impar



Vitaminas y metabolismo 


Más relacionados 

con el metabolismo 

de glúcidos. 

Más relacionados 

con el metabolismo 

de aminoácidos.

Fosfatos de pentosa 

Gly, Ala, Ser 

Cys, Trp 



Cinco aminoácidos se degradan a piruvato 

Asn, Phe, Tyr 


Asn, Asp 

Glucógeno 

Glucosa 

Piruvato 


Ácidos 

Grasos 

OAA 

Malato 

Fumarato 

Succinato 

NADH 

+ 

CO 2 

+ 

H 2 O 

Ace:l CoA 


Krebs 


Lys, Leu 


Citrato 

Isocitrato 


Glu 

Arg, His, Gln, Pro

Ser 

Serina hidroximeQl 

transferasa 

Gly 

NAD + 

Glicina sintasa* 

NADH + H + 

COO – 

| 

H 2 N — CH 

| 

CH 2 — OH 

COO – 

| 

CH 2 

| 

NH 3 + 

HCO 3 – + NH4 + 

PLP 

THF 



PLP 

Serina deshidratasa 

H 2 O 

N 5 N 10 me:len-‐ 


N 5, N 10 -‐me:len-‐ 


*Glicina sintasa = Enzima de rotura de glicina. 

Cinco aminoácidos se degradan a piruvato 

THF 

NH 4 

N 5 ,N 10 -‐me:lén-‐tetrahidrofolato 

CH 2 

H 

CH2 N 

H 


COO – 

| 

C = O 

| 

CH 3 

Piruvato 

Cys 

Acetoace:l-‐CoA 

Transaminasaminas. 

(P.e.: ALT) 

9 reacciones 

4 

reacciones 

Ala 

Trp


Gly, Ala, Ser 

Cys, Trp 

Asn, Phe, Tyr 


* Seis con la Orn. 



Cinco* aminoácidos se degradan a α-‐cetoglutarato 

Asn, Asp 

Glucógeno 

Glucosa 


Ácidos 

Grasos 

Piruvato Ace:l CoA 

Malato 

Fumarato 

Succinato 

NADH 

+ 

CO 2 

+ 

H 2 O 

OAA 


Krebs 


Lys, Leu 


Citrato 

Isocitrato 


Glu 

Arg, His, Gln, Pro


Gly, Ala, Ser 

Cys, Trp 



Asn, Phe, Tyr 


Asn y Asp se degradan a oxalacetato 

Asn, Asp 

Glucógeno 

Glucosa 


Ácidos 

Grasos 

Piruvato Ace:l CoA 

Malato 

Fumarato 

Succinato 

NADH 

+ 

CO 2 

+ 

H 2 O 

OAA 

Lys, Leu 



Krebs 


Citrato 

Isocitrato 


Glu 

Arg, His, Gln, Pro

+ 

H3N H 2 N 

COO 

CH 

CH 2 

C 

O 

H 2 O 



Asn y Asp se degradan a oxalacetato 

NH 4 + 

α-‐KG Glu 

Asn Asp Oxalacetato 

Asparaginasa Transaminasa 


COO – 

C 

CH 2 

O 

COO –


Gly, Ala, Ser 

Cys, Trp 



Cuatro aminoácidos se degradan a succinil-‐CoA 

Asn, Phe, Tyr 


Asn, Asp 

Glucógeno 

Glucosa 

Piruvato 


Ácidos 

Grasos 

Malato 

Fumarato 

NADH 

+ 

CO 2 

+ 

H 2 O 

OAA 

Succinato 

Ace:l CoA 


Krebs 


Lys, Leu 


Citrato 

Isocitrato 


Glu 

Arg, His, Gln, Pro

CH3 – CH2 – CO – COO 

α-‐cetobu:rato 

– 

NH 4 

H 2O 

Met 

Thr 

5 reacciones 

Thr 

deshidratasa 

(PLP) 



Cuatro aminoácidos se degradan a succinil-‐CoA 

Val 

CH3 – CH2 – CO – S – CoA 


Ile 

7 reacciones 

CO 2 

6 reacciones 

Bio:na 

Ace:l-‐CoA 


CH 3 


O 

Me:l-‐ 

malonil-‐CoA 

Desaminación directa (Ser-‐dehidratasa y Thr dehidratasa) 

Ser Piruvato + NH 4 + 



Thr 

Thr 

deshidratasa 

α-‐cetobu:rato + NH + 

4 

O




Fase final de la degradación de Met, Trp, Ile, Val (pero no Leu) 

CH 3 — CH 2 — C — SCoA 

ATP + CO 2 

CH 3 

O 



CH 3 

O 







O 




O 

ADP + Pi 


AG impares



a) Síntesis de Met y regeneración de AdoMet 

S-‐Adenosil me:onina (AdoMet) 

R 

S-‐Adenosil homocisteína 

PPi + Pi 

ATP 

Resumen de las reacciones en las que interviene la cobalamina 

+ 

H3N COO 

CH 

CH 2 

CH 2 

S 

CH 3 


transferasa 

Me:onina 

b) Degradación de propionil-‐CoA 

CH 3 — CH 2 — CO — SCoA 

CH 3 

– OOC — CH — CO — SCoA 

– OOC — CH — CO — SCoA 

CH 3 

– OOC — CH2 — CH 2 — CO — SCoA 

Succinil CoA 

Cobalamina 

MeQonina Sintasa 


Medl-‐ 

Cobalamina 

5N-‐me:l-‐THF THF 

Propionil CoA 

D-‐Me:l Malonil CoA 

L -‐Me:l Malonil CoA 

MeQl Malonil CoA Mutasa 

5’ Desoxiadenosil-‐Cobalamina 

R-‐CH 3 

Homocisteína 

( Depleccion de Me:l-‐H4folato si ausencia d B12) 

AdoMet 

hidrolasa 

Ácidos grasos impares 


+ 

H3N COO 

CH 

CH 2 

CH 2 

SH


Gly, Ala, Ser 

Cys, Trp 

Asn, Phe, Tyr 




Seis aminoácidos se degradan a acedl-‐CoA 

Asn, Asp 

Glucógeno 

Glucosa 

Piruvato 


Ácidos 

Grasos 

Malato 

Fumarato 

Succinato 

NADH 

+ 

CO 2 

+ 

H 2 O 

Ace:l CoA 

OAA 

Ile 

Trp 

Leu 


Krebs 


Citrato 

Lys, Leu 

Phe, Tyr, Trp 

Acetoace:l-‐CoA 

Tiolasa 

Isocitrato 


Glu 

Arg, His, Gln, Pro

Val 

Ile 

Ala 

Trp 

Piruvato 

14 

reacciones 

6 reacciones 



Seis aminoácidos se degradan a acedl-‐CoA 


9 

reacciones 

Lys 

Aceto-‐ace:l-‐CoA 

Ace:l-‐CoA 

6 

reacciones 

Enfermedad gené:ca común al 

catabolismo de Val, Ile y Leu. 


Leu 

Aceto-‐acetato 


5 

reacciones 

5 enfermedades 

gené:cas. 

Phe 

Tyr 

Fumarato

Fenilalanina 

NH 2 

CH 2 — CH — COO – 



Degradación de la fenilalanina y drosina (1) 

La Dihidrobiopterina es un coenzima de las oxidasas de función mixta 

NH 2 

N 

H 2 

H N 

CH 2 — CH—COO – 

N 

NAD+ Dihidrobiopterina 

reductasa 

H 

N 

N 

H 

O OH 

NAD 

Tetrahidro-‐ 

biopterina 

+ + H + 

+ O2 Fenilalanina hidroxilasa 

(Reacción irreversible) 

O H 

5, 6, 7, 8 Tetrahidrobiopterina 7, 8 Dihidrobiopterina 


NADH + H + 

RH R-‐OH 

O 2 

NADH 

+ H 2 O 

Oxidasa de 

función mixta 

H 2 O 

HO 

Tirosina 

HO 

NH 2 

CH 2 — CH — COO – 

NH 2 

CH 2 — CH — COO –

Fenilalanina 

NH 2 

CH 2 — CH — COO – 

Piruvato 



Fenilcetonuria (PKU) 

Transminasa 

Fenilalanina hidroxilasa 

• 1934: Asbjorn Fölling (en Oslo) detecta fenilpiruvato en la orina de dos gemelos con retraso mental. 

Posteriormente, se encuentran más posi:vos en gemelos, lo que sugiere el carácter gené:co de la enfermedad. 

• Autosómica recesiva. En la población general la frecuencia es de 1 cada 15.000 habitantes. Unas 20 mutaciones 

diferentes. 

• Hasta que se estableció el screening neonatal los enfermos de fenilcetonuria representaban un 1% de los 

internos de ins:tuciones psiquiátricas (IQ medio 53%). 

• La base molecular del retraso mental de los enfermos PKU es desconocida. 

Ala 

• SE PUEDE CORREGIR SI SE DIAGNOSTICA PERINATALMENTE con tratamiento: dieta pobre (pero no carente) de 

Phe IQ medio 93%. 


HO 

Tirosina 

O 

CH 2 — C — COO – 

NH 2 

CH 2 — CH — COO – 

Fenilpiruvato 

(se acumula en sangre y orina).

Phe hidroxilasa 

(Tetrahidrobiopterina) 

Phe 

Fenilcetonuria 

Cis 

Trans 

– OOC 

HO 

HC 

HC 

Tirosina 

COO – 

O 

C — CH 2 — C — CH 2 — COO – 



Aminotransferasa 


Dioxigenasa 

(vitamina C) 

p-‐Hidroxifenilpiruvato 

CH 2 — COO – 

Maleil Acetoacetato Alcaptonuria 

Ácido Homogen{sico 

CH 

HC 

O 

Degradación de fenilalanina y drosina (1) 

Isomerasa 

C — CH 2 — C — CH 2 — COO – 

O 

O 

Fumaril Acetoacetato 

NH 2 

CH 2 — CH — COO – 

αCG Glu 

Tirosinemia II 

Homogensitato oxidasa 

Fumarilacetato hidrolasa 

Tirosinemia I 

(drosinosis) 

HO 

HO 

OH 

O 

CH 3 — C — CH 2 — COO – 

Acetoacetato 

– OOC 

CH 

HC 

COO – 

Fumarato 

O 

CH 2 — CH — COO – 

Tirosinemia del 

recién nacido

HC 

HC 

COO – 

C — CH 2 — C — CH 2 — COO – 

O 

O 

Maleil Acetoacetato 

Nature Genedcs, 1996. 

Volume 14, number 1, page 19. 



Alcaptonuria 

Tyr 

Oxidasa 

Alcaptonuria 


CH 2 — COO – 

Ácido Homogen{sico 

Oxidación 

espontánea 

Compuesto de 

color negro 

The molecular basis of alkaptonuria 

José M. Fernández-‐Cañón* ,1 , Begoña Granadino* ,2 , Daniel Beltrán-‐Valero de Bernabé 2 , Mónica Renedo 3 , Elena Fernández-‐Ruiz 3 , Miguel A. 

Peñalva 1 & Sandago Rodríguez de Córdoba 2 

1 Departamento de Microbiología Molecular. 

2 Departamento de Inmunología, Centro de Inves:gaciones Biológicas, Consejo Superior de Inves:gaciones Cien\ficas, Velázquez 144, 28006-‐Madrid, Spain. 

3 Unidad de Biología Molecular, Hospital de la Princesa, Universidad Autónoma de Madrid, 28006-‐Madrid, Spain. 

*J.M.F.-‐C. & B.G. contributed equally to this work. 

Correspondence should be addressed to M.A.P. 

e-‐mail: cibma15@cc.csic.es



Resumen de enfermedades del catabolismo de la Phe 

Albinismo 

Melanina 

Fenilalanina 

Tirosina 

p-‐hidroxifenilpiruvato 

Ac. Homogen\sico 

Alcaptonuria 

Maleil acetoacetato 

Fumaril acetoacetato 

Fumarato Acetoacetato 


Fenilcetonuria (PKU) 

Tirosinemia II 

Tirosinemia transitoria RN 

Tirosinemia I

H 3 N + 

COO 

CH 

CH 3 — CH 

CH 3 



Enfermedades congénitas de la degradación de aminoácidos ramificados (1) 

S-‐CoA 

C 

CH 3 — CH 

CH 3 

O 

Valina Isoleucina Leucina 

COO 

C 

CH 3 — CH 

CH 3 

O 

α Cetoisovalerato α Ceto β Medl 

Budrato 

CoASH 

NAD+ 

CO 2 

NADH+H+ 

S-‐CoA 

C 

CH 3 — CH 

CH 2 

CH 3 

α-‐ Cetoácido ramificado DH 

= decarboxilasa + transaceQlasa 

+ lipoilDH 

(complejo similar a PirDH) 

Isobudril CoA 2-‐Me-‐ Budril CoA Isovaleril CoA 

O 

H 3 N + 

COO 

CH 

CH 3 — CH 

CH 2 

CH 3 

COO 

C 

CH 3 — CH 

CH 2 

CH 3 

O 


S-‐CoA 

C 

CH 2 

CH 3 — CH 

CH 3 

α CetoIsocaproato 

O 

H 3 N + 

COO 

CH 

CH 2 

CH 3 — CH 

CH 3 

COO 

C 

CH 2 

CH 3 — CH 

CH 3 

O 

Aminoácido ramificado 

Aminotransferasa. 

(Músculo, riñón, SNC, tejido 

adiposo). 

Orina en 

jarabe 

de arce

SCoA 

C 

CH 3 — CH 

CH 3 

O 



CH 3 


CH 3 — CH 

Isobudril CoA 2-‐Medl-‐Budril CoA Isovaleril CoA 

FADH 2 

C 

CH 3 — C 

S-‐CoA 

CH 2 

O 

CH 3 

Medlacrilil CoA Tiglil CoA β-‐ Medl crotonill CoA 

Propionil CoA Ace:l CoA Acetoacetato 

Succinil CoA 

Degradación de aminoácidos alifádcos ramificados (2) 

Val Ile Leu 

FADH 2 


O 

SCoA 

C 

CH 3 — CH 

CH 2 

C 

CH 3 — C 

O 

S-‐CoA 

CH 

O 

FADH 2 

SCoA 

C 

CH 2 

CH 3 

C 

CH 3 — C 

O 

S-‐CoA 

CH 3 

Complejo Acil-‐CoA DH (FAD) 

O




Fase final de la degradación de Met, Trp, Ile, Val (pero no Leu) 


CH 3 — CH 2 — C — SCoA 

ATP + CO 2 

CH 3 

O 



CH 3 

O 







O 




O 

AG impares 

Acidemia 

medlmalónica



Resumen de enfermedades congénitas del 

catabolismo de aminoácidos alifádcos ramificados 

Val, Leu, Ile 

Alfa-‐cetoácidos 

Acil-‐CoA 


Me:l malonil-‐CoA 



Jarabe de Arce 

(«orina con olor a jarabe de arce»). 

Acidemia medlmalónica



BIBLIOGRAFÍA 

• Lehninger Principles of Biochemistry. 5ª ed. Freeman, 2009. Cap 18. 

• Mark’s Basic Medical Biochemistry. A clinical approach. 3ª ed. LWW., 2008. Caps 38, 39, 40. 

• Feduchi y cols. Bioquímica: conceptos esenciales. Panamericana, 2011. Cap 15. 

• Berg, Tymoczko and Stryer. Biochemistry. 7ª ed. WH. Freeman, 2011. Cap 23. 

• Voet and Voet. Biochemistry. 4ª ed. Wiley, 2011. Cap 26. 

• Baynes and Dominiczak. Bioquímica Médica. 3ª ed. Elsevier, 2011. Cap 19. 

• GarreÜ and Grisham. Biochemistry. 4ª ed. 2009. Cap 25.

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