¿Qué son las porfirinas? - Bioquímica

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 METABOLISMO DE LAS PORFIRINAS. ALTERACIONES DE LA BIOSÍNTESIS Y METABOLISMO DE LAS PORFIRINAS. DEGRADACIÓN DE LAS PORFIRINAS


PORFIRINAS

Las porfirinas son los compuestos cíclicos que se forman por el enlace de cuatro anillos pirrol mediante puentes de metino (=HC—). Una propiedad típica de las porfirinas es la formación de complejos con iones metálicos unidos al átomo de nitrógeno de los anillos de pirrol.

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS PORFIRINAS:

  •  El anillo de pirrol es estable con ácidos concentrados
  • Presentan como sustituyentes 4 metilos, 2 vinilos y 2 grupos propiónicos
  • Si se produce una acumulación de porfirinas, se produce un cuadro metabólico anómalo, conocido como PORFIRIA

PROPIEDADES:

  • Física: Presenta una coloración característica, en el caso del grupo hemo y la clorofila.
  • Homeostática: Participa en procesos metabólicos de las células del organismo, como la respiración celular.
  • Enzimática: Las porfirinas presentan actividades enzimáticas, ya que pueden constituir grupos prostéticos.
  • Asociación: Las porfirinas como el grupo hemo, se unen a proteínas, para constituir a las hemoproteínas, las cuales poseen funciones importantes en el ser humano.

    FUNCIONES DE LAS PORFIRINAS:

Hem: En asociación con las diversas proteínas de nuestro cuerpo, ayudan:


ESTRUCTURA QUÍMICA DE LAS PORFIRINAS:

Están compuestas por un anillo tetrapirrólico con sustituyentes laterales y un átomo metálico en el centro, unido mediante cuatro enlaces de coordinación. Se clasifican basándose en los sustituyentes laterales del anillo.

CLASIFICACIÓN DE LAS PORFIRINAS:
 
Porfirinas, de acuerdo a la disposición lateral de sus sustituyentes:
Uroporfirina: Formado por la unión de acetato y propionato
Coproporfirina: Formado por la unión de metil y propionato
Protoporfirina:  De importancia bioquímica en los seres vivos, formado por la unión de tres moléculas: metil, propionato y vinilo.

Porfirinas, de acuerdo a la disposición de los sustituyentes:

  • Porfirina I: porfirina con una disposición de los sustituyentes por completo simétrica
  • Porfirina II: Se encuentra en la naturaleza
  • Porfirina III: Se encuentra en la naturaleza, es la de mayor abundancia y de mayor importancia porque incluye el grupo hem.

REPRESENTACIÓN DE FISHER.
La representación de Fischer consiste en representar los cuatro anillos en números romanos, y la representación del uno al ocho de los hidrógenos. Van en sentido de las manecillas del reloj.


En la siguiente imagen vemos la misma representación de los cuatro anillos, pero los números del 1 al 8 ahora se encuentran representados con A y P.  En donde el A es acetato y el P es el propionato. Entonces como relatábamos van de la misma menra como las manecillas del reloj, y en secuencia A-P hasta el III anillo pero en el anillo IV cambia la secuencia por P-A. Entonces podemos decir que este tipo de porfirina es de tipo III debido a su estructura asimétrica y es la más importante en la naturaleza se encuentra incluída con el grupo Hemo.

Uroporfirinas y coproporfirinas
Antes de empezar con la síntesis del grupo Hemo debemos conocer cuál es su precursor.
El precursor del grupo hemo es la protoporfirina tipo III y este gracias a la coenzima ferroquelatasa, el cual incluye el hierro finalmente va a formar el grupo Hemo.
 

 

METABOLISMO DE LAS PORFIRINAS (Síntesis del hem)
 
Los dos materiales esenciales son el succinil-CoA que deriva del ciclo de Krebs (ácido cítrico) en las mitocondrias y el aminoácido glicina.En los seres humanos la síntesis del hem ocurre en todos los tejidos, sobre todo en la médula ósea (hemoglobina) y en hígado (citocromos P450)
 
Primera reacción: tiene lugar en el interior de las mitocondria
    1. Sintesis de Acido δ-Aminolevulinato (ALA)
  •  La ALA sintasa cataliza la condensación de glicina y succinil CoA en las mitocondrias, usando PLP (fosfato de piridoxal) como cofactor.
  • El producto de esta reacción es el ácido α-amino-β-cetoadípico, que se descarboxila con rapidez para formar ácido δ-aminolevulinato (ALA). 
Segunda reacción: tiene lugar en el citosol 
    2. Formación de Porfobilinógeno (PBG)

  • El ácido δ-aminolevulinato abandona la mitocondria y experimenta la acción de la enzima ALA deshidratasa.
  • La ALA deshidratasa condensa dos moléculas de ALA para formar Porfobilinógeno (PBG).
  • Los metales pesados como el plomo, inhiben esta enzima ya que contiene zinc

    3. Formación de Uroporfirinógeno I

  • Un tetrapirrol cíclico —una porfirina— se forma por condensación de cuatro moléculas de PBG, estas cuatro moléculas se condensan de una manera de cabeza a cola para formar un tetrapirrol lineal, el hidroximetilbilano (HMB).
  • La uroporfirinógeno I sintasa, también denominada PBG desaminasa o HMB sintasa, cataliza la reacción.
  • El HMB se cicliza de manera espontánea para formar uroporfirinógeno I
    4. Formacion del Uroporfirinogeno III

  • La uroporfirinógeno III sintasa produce la forma activa y asimétrica, el uroporfirinógeno III. 

    5. Primera descarboxilacion

  • El uroporfirinógeno III se convierte en coproporfirinógeno III por descarboxilación de todos los grupos acetato (A), que los cambia a sustituyentes metilo (M).
  • La reacción es catalizada por la uroporfirinógeno descarboxilasa, que también tiene la capacidad de convertir el uroporfirinógeno I en coproporfirinógeno I

    6. Segunda descarboxilacion 

  • Coproporfirinógeno III a continuación entra en las mitocondrias, donde es convertido en protoporfirinógeno III catalizado por la enzima Coproporfirinógeno oxidasa y después en protoporfirina III
    7. La Protoporfirina III se forma mediante la reacción de oxidación catalizada por la enzima         Protoporfirinógeno oxidasa
    8. Finalmente, el grupo hem se integra, al incluirse el ión ferroso, en el anillo de la protoporfirina III por acción de la enzima Ferroquelatasa


ENZIMAS Y PRODUCTOS DE LA SÍNTESIS DE HEMO

Enzima

Producto

ALA sintasa

Ácido δ-aminolevulinato

ALA deshidratasa

Porfobilinógeno

Uroporfirinógeno I sintasa

Hidroximetilbilano (HMB)

Uroporfirinógeno III sintasa

Uroporfirinógeno III

Uroporfirinógeno descarboxilasa

Coproporfirinógeno III

Coproporfirinógeno oxidasa

Protoporfirinógeno III

Protoporfirinógeno oxidasa

Protoporfirina III

Ferroquelatasa

Grupo Hem

 
 
EL CATABOLISMO DEL HEM PRODUCE BILIRRUBINA (Degradación del hem)


  • El catabolismo de hem a biliverdina y bilirrubina se refleja en los colores cambiantes de los moretones de purpura a verde y amarillo.
  • La albumina plasmática transporta la bilirrubina hacia el hígado formada en tejidos periféricos.

 
BILIRRUBINA
La bilirrubina es una sustancia de color amarillo amarronado que se encuentra en la bilis. Se produce cuando el hígado descompone glóbulos rojos viejos. La bilirrubina luego se elimina del cuerpo a través de las heces (materia fecal) y da a las heces su color normal.

La bilirrubina circula en el torrente sanguíneo en dos formas:
  • Bilirrubina indirecta (o no conjugada): Esta forma de bilirrubina no se disuelve en el agua (es insoluble). La bilirrubina indirecta se desplaza por el torrente sanguíneo hasta el hígado, donde se transforma en una forma soluble (directa o conjugada). Sus valores normales son de 0,1 a 0,5 mg/dl
  • Bilirrubina directa (o conjugada): La bilirrubina directa se disuelve en agua (es soluble) y la produce el hígado a partir de la bilirrubina indirecta. Sus valores normales son de 0 a 0.3 mg/dl
  • Bilirrubina total: Posee valores tanto de bilirrubina conjugada y no conjugada y se extiende entre 0,3 a 1,9 mg/dl
Los niveles de bilirrubina total y bilirrubina directa se miden directamente en la sangre, mientras que los niveles de bilirrubina indirecta se derivan de las mediciones de bilirrubina total y directa.

Cuando los niveles de bilirrubina son altos, la piel y la parte blanca de los ojos pueden parecer amarillas (ictericia). La ictericia puede ser causada por enfermedades del hígado (hepatitis), trastornos de la sangre (anemia hemolítica) o la obstrucción de los tubos (vías biliares) que permiten que la bilis pase del hígado al intestino delgado.

Por lo general, la ictericia leve en recién nacidos no causa problemas. Pero el exceso de bilirrubina (hiperbilirrubinemia) en un recién nacido puede causar daño cerebral (kernícterus) y otros problemas graves. Por lo tanto, algunos bebés que presentan ictericia más tarde pueden requerir tratamiento para reducir sus niveles de bilirrubina.

EL HÍGADO CAPTA BILIRRUBINA (Degradación de Bilirrubina)

  • En el hígado la bilirrubina se separa de la albumina y se capta en la superficie sinusoidal de los hepatocitos.
  • La bilirrubina se conjuga con ácido glucuronico en el hígado.
  • Los hepatocitos convierten la bilirrubina en una forma polar que se excreta con facilidad en la bilis. Este proceso se llama conjugación.
  • La bilirrubina conjugada se excreta hacia la bilis por medio del mecanismo de transporte activo.
  • Las bacterias (β-glucuronidasas) intestinales reducen la bilirrubina conjugada hacia urobilinogeno la mayoría son compuestos coloreados y son excretados en las heces.

ANOMALÍAS DE LA BILIRRUBINA:

  • Ictericia Fisiológica Neonatal: Se produce por hemolisis acelerada alrededor del momento del nacimiento, y por un sistema hepático inmaduro para la captación, conjugación y secreción de bilirrubina.
  • Ictericia obstructiva: La ictericia obstructiva se produce como consecuencia de la interrupción o la dificultad al flujo de bilis en cualquier punto entre el canalículo biliar y el duodeno. Se caracteriza por hiperbilirrubinemia directa y elevación de enzimas de colestasis.
  • Ictericia hemolítica:  La ictericia hemolítica se produce como resultado de la hemólisis o la degradación acelerada de los glóbulos rojos, lo que lleva a un aumento de la producción de bilirrubina.
  • Ictericia fisiológica: La mayoría de los recién nacidos tienen algún color amarillento en la piel, o ictericia. Esto se llama ictericia fisiológica.
  • Hiperbilirrubinemia tóxica: puede originarse por disfunción hepática inducida
  • por toxina, como la causada por cloroformo, virus de la hepatitis, cirrosis, e intoxicación por el hongo Amanita. Estos trastornos adquiridos se deben a daño de células del parénquima hepático, que altera la conjugación.

PORFIRIAS:

Son grupo heterogéneo de enfermedades metabólicas, generalmente hereditarias, ocasionadas por deficiencia en las enzimas que intervienen en la biosíntesis del grupo hemo (componente de la hemoglobina, parte esencial de los glóbulos rojos).

  • Porfirias hepáticas
  • Porfirias eritropoyéticas

1. Porfirias agudas: Las porfirias agudas pueden cursar con crisis o ataques cuyo cuadro clínico suele ser confuso, consecuente con una disfunción global del sistema nervioso (autónomo, central y periférico).

  • Porfiria aguda intermitente: La PAI se asocia a un déficit de la enzima porfobilinógeno desaminasa (PBG-D), causado por una gran variedad de mutaciones.
  • Plumboporfiria o porfiria de Doss: La actividad enzimática de la enzima ácido delta aminolevulínico deshidrasa (ALA-D) eritrocitaria se encuentra profundamente disminuida. La actividad de esta enzima está alterada en la intoxicación por plomo; de ahí que se la conozca también por plumboporfiria.

2. Porfirias eritropoyéticas

  • Anemia sideroblásticas ligada al X: Deficiencia en la acción de la enzima ALAS-E
  • Porfiria eritropoyética congénita: Deficiencia en la acción de la enzima Uroporfirinogeno III
  • Protoporfiria eritropoyética: Deficiencia en la acción de la enzima Ferroquelatasa

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