Ornitina transcarbamilasa

La ornitina transcarbamilasa ( OTC ) (también llamada ornitina carbamoiltransferasa ) es una enzima ( Código EC 2.1.3.3 ) que cataliza la reacción entre el carbamoil fosfato (CP) y la ornitina (Orn) para formar citrulina (Cit) y fosfato (P i ). Hay dos clases OTC. Este artículo trata sobre anabólicos de venta libre. Los OTC anabólicos proporcionan el sexto paso en la biosíntesis del aminoácido arginina en procariotas [1] . Además, los OTC de mamíferos juegan un papel importante en el ciclo de la urea , cuyo propósito es capturar amoníaco tóxico y convertirlo en urea, una fuente de nitrógeno menos tóxica , para su excreción.

Mecanismo de reacción

Estructura

OTC es una proteína trimérica. Hay tres sitios activos en una proteína que se encuentran en el espacio entre los monómeros. El dominio de unión de fosfato de carbamoilo está en el extremo N-terminal de cada monómero, mientras que el extremo C-terminal contiene el dominio de unión de ornitina. Ambos dominios de unión tienen una estructura similar con una hoja plisada β paralela central delimitada por hélices α y bucles [3] . Además de los dominios vinculantes, OTC tiene bucles SMG. Se cierran, cerrando el sitio de unión, tan pronto como ambos sustratos se unen. SMG significa el motivo de aminoácidos conservados Ser-Met-Gly. Después del cierre, estos residuos interactúan con la L-ornitina. La unión de CP induce un cambio conformacional global, mientras que la unión de L-ornitina solo induce el movimiento del bucle SMG para cerrar y aislar el sitio de activación [4] .

Sitio activo

El motivo Ser-Thr-Arg-Thr-Arg de una subunidad y el His de la subunidad vecina interactúan con el grupo fosfato CP para la unión. El nitrógeno primario de CP se une a través de residuos Gln, Cys y Arg. El oxígeno del carbonilo CP está unido por Thr, Arg e His [6] .

Composición de aminoácidos

Las plantas OTC tienen la mayor diferencia con respecto a otras OTC. Tienen entre un 50 y un 70 % menos de residuos de Leu, mientras que hay el doble de residuos de Arg. El número de aminoácidos en OTS varía de 322 a 340 residuos. Los animales tienen la mayor densidad de Leu, lo que proporciona un pI para la enzima animal de 6,8, mientras que la enzima vegetal tiene un pI de 7,6 [7] . Los OTC de rata, bovino y humano contienen el mismo residuo de fenilalanina C-terminal. Por otro lado, sus residuos N-terminales difieren. En ratas al final de Ser, en un toro - Asp, en humanos - Gly [8] [9] .

Genómica

El gen OTC humano se encuentra en el brazo corto del cromosoma X (Xp21.1). El gen está ubicado en la cadena (positiva) de Watson y tiene una longitud de 73 kb. El marco de lectura abierto de 1062 nucleótidos se distribuye en 10 exones y nueve intrones. La proteína codificada tiene una longitud de 354 aminoácidos con un peso molecular previsto de 39,935 kDa. La modificación postranscripcional deja un péptido maduro con 322 aminoácidos y una masa de 36,1 kDa [10] . La proteína se encuentra en la matriz mitocondrial . En los mamíferos, la OTC se expresa en el hígado y la mucosa del intestino delgado.

Mutaciones humanas

Hay 341 mutaciones conocidas en medicamentos de venta libre para humanos. 149 de estas mutaciones causan hiperamonemia durante las primeras semanas de vida. 70 se manifiesta por hiperamonemia en pacientes varones a una edad más avanzada. La mayoría de las mutaciones se producen en motivos funcionales conocidos, como el bucle SMG o los dominios de unión a CP [11] .

Escasez

Las mutaciones en el gen OTC pueden causar deficiencia de ornitina transcarbamilasa. Esta enfermedad se clasifica como un trastorno del ciclo de la urea debido a que sin la función OTC, el amoníaco comienza a acumularse en la sangre. La acumulación de amoníaco en la sangre se llama hiperamonemia. Dado que el amoníaco, aunque tóxico, es una fuente de nitrógeno para el cuerpo, los niveles elevados provocan un aumento en los niveles de aminoácidos, glutamato y alanina. Los niveles de fosfato de carbamoilo (CP) comenzarán a disminuir a medida que disminuyan los niveles de nitrógeno ureico en sangre. Esto hará que CP cambie a la vía del monofosfato de uridina. El ácido orótico es un producto de esta vía. Los niveles elevados de ácido orótico en la orina pueden ser un indicador de que el paciente padece una enfermedad asociada con la hiperamonemia.

La deficiencia de OTC se manifiesta tanto en una forma temprana como en una forma tardía.

Escasez temprana

La deficiencia temprana se observa en los recién nacidos. Los síntomas de un trastorno del ciclo de la urea a menudo no aparecen hasta que el niño está en casa y es posible que la familia y el médico que lo atiende no los detecten a tiempo. Los síntomas en los niños pequeños con hiperamonemia no son específicos: renuencia a comer, problemas para respirar, temperatura corporal, convulsiones, movimientos corporales inusuales (contracciones) y somnolencia. [12] A medida que se acumula el amoníaco, los síntomas progresan de la somnolencia al letargo, y posiblemente terminen en coma . La postura anormal (movimiento incontrolado) y la encefalopatía (daño cerebral) a menudo se asocian con un grado de inflamación del sistema nervioso central y presión sobre el tronco encefálico . Aproximadamente el 50 % de los recién nacidos con hiperamonemia grave experimentan convulsiones .

Deficiencia tardía

Con una deficiencia más leve (o parcial) de las enzimas del ciclo de la urea, la acumulación de amoníaco puede ser causada por una enfermedad o estrés en casi cualquier momento de la vida, lo que resulta en un aumento moderado múltiple en la concentración de amoníaco en plasma [Bourrier et al. 1988]. En pacientes con deficiencia parcial de enzimas, los síntomas pueden retrasarse durante meses o años. Las señales de que puede estar sufriendo una deficiencia de OTC o un trastorno del ciclo de la urea incluyen "episodios de delirio, comportamiento errático o depresión de la conciencia, dolores de cabeza, vómitos, aversión a los alimentos ricos en proteínas y convulsiones". [13]

Tratamiento

Un tratamiento potencial para los niveles altos de amoníaco es la administración de benzoato de sodio , que se combina con glicina para formar hipurato mientras se elimina el grupo amonio. La biotina también juega un papel importante en la función OTC [14] y se ha demostrado en experimentos con animales que reduce la toxicidad del amoníaco. Además, se ha propuesto y estudiado el uso de la hipotermia terapéutica de cuerpo entero como tratamiento. Se cree que aumenta la eficiencia de la diálisis para eliminar el amoníaco del cuerpo [15] .

Notas

  1. ^ "Biosíntesis y metabolismo de la arginina en bacterias". Revisiones microbiológicas . 50 (3): 314-52. Septiembre de 1986. PMID  3534538 .
  2. ↑ “Mecanismo de inactivación de la ornitina transcarbamoilasa por Ndelta -(N'-Sulfodiaminofosfinil)-L-ornitina, ¿un verdadero análogo del estado de transición? Estructura cristalina e implicaciones para el mecanismo catalítico”. El Diario de Química Biológica . 275 (26): 20012-9. Junio ​​de 2000. doi : 10.1074/jbc.M000585200 . PMID  10747936 .
  3. ↑ “Las estructuras cristalinas de la ornitina carbamoiltransferasa de Mycobacterium tuberculosis y su complejo ternario con carbamoil fosfato y L-norvalina revelan el mecanismo catalítico de la enzima”. Revista de Biología Molecular . 375 (4): 1052-63. Enero de 2008. doi : 10.1016/j.jmb.2007.11.025 . PMID  18062991 .
  4. ^ "Cambio conformacional inducido por sustrato en una ornitina transcarbamoilasa trimérica". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 94 (18): 9550-5. Septiembre de 1997. doi : 10.1073/pnas.94.18.9550 . IDPM  9275160 .
  5. ↑ 12 AP 1C9Y ; _ "Estructura cristalina de la ornitina transcarbamilasa humana complejada con fosfato de carbamoilo y L-norvalina a una resolución de 1,9 A". proteínas _ 39 (4): 271-7. Junio ​​2000. DOI : 10.1002/(SICI)1097-0134(20000601)39:4<271::AID-PROT10>3.0.CO;2-E . PMID 10813810 .  
  6. ^ "Ornitina transcarbamilasa humana: conocimientos cristalográficos sobre el reconocimiento de sustrato y cambios conformacionales". El diario bioquímico . 354 (parte 3): 501-9. Marzo de 2001. doi : 10.1042/ bj3540501 . PMID 11237854 . 
  7. ^ "Purificación y caracterización de ornitina transcarbamilasa de guisante ( Pisum sativum L.)" . Fisiología vegetal . 96 (1): 262-8. 1991-05-01. DOI : 10.1104/pp.96.1.262 . PMID  11538003 .
  8. ^ "Aislamiento y caracterización de ornitina transcarbamilasa de hígado humano normal". El Diario de Química Biológica . 253 (11): 3939-44. Junio ​​de 1978. PMID  25896 .
  9. ↑ Ornitina transcarbamilasa de hígado de rata. Propiedades cinéticas, físicas y químicas”. El Diario de Química Biológica . 254 (20): 10030-6. Octubre de 1979. PMID  489581 .
  10. ^ "Orientación de pre-ornitina transcarbamilasa a las mitocondrias: definición de regiones críticas y residuos en el péptido líder". celular _ 44 (3): 451-9. Febrero de 1986. DOI : 10.1016/0092-8674(86)90466-6 . IDPM  3943133 .
  11. ^ "Mutaciones y polimorfismos en el gen de la ornitina transcarbamilasa humana (OTC)". Mutación Humana . 27 (7): 626-32. Julio de 2006. doi : 10.1002/ humu.20339 . PMID 16786505 . 
  12. ↑ Deficiencia de ornitina transcarbamilasa . Genética Inicio Referencia . Biblioteca Nacional de Medicina, Departamento de Salud y Servicios Humanos de EE. UU. Consultado el 3 de marzo de 2019. Archivado desde el original el 26 de septiembre de 2020.
  13. ↑ Deficiencia de ornitina transcarbamilasa . Centro de información sobre enfermedades raras y genéticas (GARD): un programa de NCATS . Institutos Nacionales de Salud, Departamento de Salud y Servicios Humanos de EE. UU. Consultado el 3 de marzo de 2019. Archivado desde el original el 6 de marzo de 2019.
  14. ^ "Efecto de la biotina sobre la intoxicación por amoníaco en ratas y ratones". Revista de Gastroenterología . 30 (3): 351-5. Junio ​​de 1995. doi : 10.1007/ bf02347511 . PMID 7647902 . 
  15. ^ "Viabilidad del tratamiento complementario de hipotermia terapéutica para hiperamonemia y encefalopatía debido a trastornos del ciclo de la urea y acidemias orgánicas". Genética Molecular y Metabolismo . 109 (4): 354-9. Agosto de 2013. doi : 10.1016/ j.ymgme.2013.05.014 . PMID 23791307 . 

Lecturas adicionales

Enlaces

 Enzimas
Actividad
Regulación
Clasificación
Tipos