TEMA 11 Y 12 Flashcards
Explica brevemente el papel de las mitocondrias
Se tratan de orgánulos de origen materno presentes en todas las células nucleadas. Desempeñan funciones importantes metabólicas, pues son las que suministran energía en la célula. Están implicadas en:
1. B-oxidación ácidos grasos.
2. Catabolismo AA cadena ramificada
3. Generar ATP (Papel principal). Después de que se haya producido la glucólisis en el citoplasma, el producto final, el acetil CoA es transportado hasta la mitocondria donde tendrá un papel importante en el ciclo de Krebs a fin de que se generen los cofactores portadores de electrones (NADH y FADH2). Estos son imprescindibles como sustratos de las reacciones que ocurre en los distintos complejos enzimáticos que conforman la cadena transportadora de electrones, donde se lleva a cabo la fosforilación oxidativa. De igual forma, ese acetil CoA también puede proceder de la beta-oxidación de ácidos grasos.
La enzima piruvato deshidrogenasa transforma en la mitocondria el piruvato procedente de la
glucolisis en acetil CoA, que también se produce en la b-oxidación mitocondrial de los ácidos grasos.
Los distintos complejos que conforman esa cadena transportadore de electrones son:
- NADH-deshidrogenasa (complejo I)
- Succinato-deshidrogenasa (complejo II)
- Citocromo C-reductasa (complejo III)
- Citocromo C-oxidasa (complejo IV)
- ATP-sintasa (complejo V).
La finalidad es obtener energía a través de las reacciones oxidorreducción que ocurren en estos complejos, a la vez que finalmente se reduce el O2 en H2O, pues es el último aceptor de la cadena.
El acetil CoA en el hígado también se puede usar para formar cuerpos cetónicos. Además, para el adecuado
funcionamiento de la fosforilación se necesitan cofactores como la coenzima Q.
Explica el ADNmt
El único genoma en la célula eucariota no solo está presente en el núcleo, sino que también se encuentra presente en la mitocondria formando ADN mitocondrial.
El ADN mitocondrial, es un ADN circular de unas 16,6 kb que codifica diferentes proteínas mitocondriales:
- 22 ARN de transferencia (ARNt)
- Dos ARN ribosómicos (ARNr)
- 13 subunidades de la cadena respiratoria: siete de la NADH-deshidrogenasa; una de la citocromo C-reductasa; tres de la citocromo C-oxidasa, y dos de la ATP-sintasa.
La gran mayoría de las proteínas mitocondriales está codificada por el ADN nuclear y se sintetizan en el citoplasma y después pasan a la mitocondria. Sin embargo, algunas de ellas sí que están codificadas por ADN mitocondrial.
Si bien es cierto que el ADN nuclear posee mecanismos de protección, no ocurre lo mismo con el ADNmt. Por tanto, el riesgo a sufrir mutaciones en el mismo son 10 veces más frecuentes que en el ADNn. Los tejidos más propensos a sufrir de estas mutaciones son los más diferenciados y con mayor actividad del metabolismo oxidativo, como el músculo, el corazón o el cerebro. Estas mutaciones se van acumulando y están asociadas a procesos de envejecimiento.
¿Qué es la heteroplasmia mitocondrial?
Es la coexistencia de ADNmt mutado y normal en una misma célula, ya que solo una está conformada por varias mitocondrias. Durante la división celular se produce una segregación replicativa, al azar entre las células hijas, y estas pueden recibir diferentes porcentajes de ADNmt mutados. Cabe destacar qe el grado de heteroplasmia varía con el tiempo dependiendo de cómo sea las tasas de replicación tanto del ADNmutado y el normal. Esto influye también en el genotipo y fenotipo de la enfermedad, y la gravedad viene condicionada por la tasa de división celular del ADN mutado, el tejido que sea afectado y los requerimientos energéticos que eso suponga. Pueden ocurrir dos procesos:
- Si la proporción de ADNmt mutado es pequeño, puede ser compensado por el ATP sintetizado en mitocondrias normales.
- Si la proporción de ADNmt mutado es elevada, pues entonces ya esa demanda energética no puede ser compensada por las mitocondrias normales y aparece un fenotipo patológico dado.
Detalla qué son y características de las enfermedades mitocondriales
Las enfermedades mitocondriales pueden aparecer por mutaciones en el ADNmt o bien en el ADNn que codifica proteínas que actúan en las mitocondrias. Asimismo, el ADNmt tiene una herecia ligada al cromosoma X, en tanto que el ADNn tiene relación con la herencia mendeliana. Ambas afectan a la beta oxidación de acidos grasos, al ciclo de krebs y a la cadena respiratoria.
La prevalencia en niño oscila alrededor de 6,2 casos por 100000 habitantes, además que con mayor frecuencia las mutaciones que suelen experimentar tienen relación con el ADNn. Al contrario de los adultos, estos sufren tienden a sufrir mutaciones del ADNmt debido a que se van acumulando con el tiempo.
Es característica la afección multisistémica, pero aún más sufren los tejidos con mayor demanda de E, ya sea el músculo, corazón o cerebro, siendo frecuentes las neuropatías y miopatías.
¿Qué solución se propone a aquellos padres que sean portadores de estas mutaciones?
Se propone realizar una fecundación in vitro entre tres personas. Este proceso consiste en que una madre aporte el óvulo que posee las mitocondrias sin mutaciones y a la otra se le extrae el núcleo con el material genético para a posteriori introducirlo en el óvulo anterior. Después se lleva a cabo la fecundación in vitro con el espermatozoide. Con ello se consigue eliminar las patologías relacionadas con las mutaciones del ADNmt, pero no las del ADNn.
Esta técnica es aprobada en Gran Bretaña, donde los casos de enfermedades mitocondriales son relativamente frecuentes, afectando a más de 14000 personas. Se ha de señalar que en España todavía no ha sido aprobado.
¿Cómo se realiza el diagnóstico de las patologías mitocondriales?
Por la complejidad de las mismas se realizan en laboratorios especializados. Existen distintos estudios:
1. Enfermedades mitocondriales afectan al músculo (miopatías):
- Incremento de creatina-cinasa (CK) en suero (se determina a través de análisis de sangre). Esa enzima es muy importante para la obtención de energía rápida (ATP). Sus niveles elevados tienen relación con la alta demanda energética de la célula a causa de las mutaciones del ADNmt que impiden la producción de ATP en la cadena transportadora de electrones.
- Estudio anatomopatológico de la biopsia muscular: en las fibras musculares rojas y rasgadas se aprecia una acumulación de mitocondrias con inclusiones densas.
- Inmunohistoquímica. Una tinción negativa de la citocromo C-oxidasa refleja un defecto en este complejo, lo que indica una disfunción en la cadena respiratoria mitocondrial. También puede aparecer una elevada acividad de la succinato-deshidrogenasa (codificada por el ADN nuclear) provocada por la disfunción en la cadena respiratoria.
2. Alteraciones OXPHOS: Se mide la relación entre lactato y piruvato que puede ser detectado en sangre y se aprecia alterada. La concentración de lactato está aumentada 20x en comparación con el piruvato, así como también hay un aumento de β-hidroxibutirato, 4 veces por encima de acetoacetato. Esto se explica por el menor flujo de electrones desde el NADH hacia el oxígeno, incrementando la relación NADH/NAD+. Es por esto que se recurre a la respiración anaeróbica, reduciendo el piruvato a lactato en el citosol y el acetoacetato a β-hidroxibutirato en la mitocondria.
En pacientes que presenten afección cerebral, se recomienda hacer la determinación de lactato y piruvato en el líquido cefalorraquídeo y no en el plasma. No obstante, que aparezca una concentración normal de lactato no excluye la enfermedad (habría que hacer otro tipo de estudios como el estudio del perfil graso).
3. Perfil de ácidos orgánicos en la orina.
- Al producirse una alteración del ciclo Krebs y oxidación del piruvato, aparecen derivados de intermediarios del ciclo de Krebs en la orina.
- Aumentan la concentración de ácidos orgánicos dicarboxilicos: ácidos adipidicos, sebático y/o ácido 3 metil-glutacónico.
4. Detección actividad enzimática implicada en la cadena respiratoria mitocondrial.
- Se emplean métodos espectrofotométricos para determinar las actividades piruvato-deshidrogenasa, complejo II y complejo IV, y la actividad conjunta de los complejos I + III y II + III. También se determina la concentración de coQ.
Obviamente: hay actividad reducida por esa baja capacidad de transferir electrones a lo largo de la cadena de transporte de electrones y, por lo tanto, una disminución en la producción de ATP.
- Para normalizar las actividades enzimáticas respecto a la cantidad de mitocondrias: se determina la
actividad citrato-sintasa (indicador de la riqueza en mitocondrias del homogenado), ya ue es una enzima que solo aparece en las mitocondrias. La actividad enzimática se informa como miliunidades / unidades de citrato sintasa
- Las muestras son a parti de biopsias musculares enriquecido en mitocondrias o en biopsias de piel (cultivo de fibroblastos).
5. Análisis genético.
- ADN mitocondrial: genoma es pequeño, se secuencia completo. Se determina el grado de
heteroplasmia.
- ADN nuclear: NGS, next generation sequencing, es útil para analizar un gran número de genes
¿Qué tratamiento es aconsejado en pacientes con alguna patología de las mitocondrias?
- Aliviar la sintomatología, intentar retrasar la progresión y mejorar la calidad de vida de los pacientes.
- Tratar farmacológicamente al paciente para mejorar el funcionamiento de la OXPHOS (cad. respiratoria).
- Cuidar la dieta: aportando de forma adecuada y equilibrada hidratos de carbono, proteínas, grasas, vitaminas y oligoelementos.
- ¡¡¡ PRECAUCIÓN !!! con análogos de nucleósidos que se utilizan en la terapia antivírica y antitumoral pues
pueden causar una lesión en el ADNmt. P. ej: Zidovudina: Primer medicamento antirretroviral, aprobado en 1987 para tratar personas con infección por VIH por su efecto en la supresión de la replicación. Puede causar miopatías y fibras rojas rasgadas.
Explica las características y define los lisosomas.
Los lisosomas son unos orgánulos intracelulares que se encuentran de forma abundante en todas las células nucleadas, y especialmente en las células fagocíticas. Tienen tamaño y forma variada. Su función es la degradación de macromoléculas: proteínas, azúcares o lípidos complejos del interior o exterior. Por esa razón tienen 50-60 hidrolasas en su interior que a su vez presenta un pH más ácido que el citoplasma. Por esa razón tienen en sus membranas diferentes proteínas entre las que destacan las bombas de protones para mantener el ambiente ácido y otros transportadores que permitan el ingreso de los productos que van a ser degradados.
Respecto a las hidrolasas, hay algunas como la de los esfingolípidos que necesitan de proteínas activadoras como las saponinas o bien otras que forman complejos multienzimáticos asociados con una proteína.
Cabe destacar que la mayoría de las enzimas que van a ir al lisosoma son señaladas en el aparato de Golgi con manosa-6-P por la enzima N-acetilglucosaminil-1-fosfotransferasa.
Detalla las características de las patologías lisosomales
El desarrollo de estas patologías tiene relación con el acúmulo de la macromolécula que va a ser degradada en el interior del lisosoma. Esto conduce a una disfunción de órganos implicados como el sistema nervioso, ojo, hueso, músculo o sistema fagocítico mononuclear.
Estas enfermedades se heredan de manera autosómica recesiva ligada al cromosoma X como las enfermedades de Danon, de Hunter (mucopolisacaridosis II) y de Fabry. La buena noticia es que su incidencia es muy baja: 1 caso cada 7.000 nacimientos, aunque estos valores aumentan (1 de cada 600-900) en ciertos grupos étnicos como en la población judía con la presentación de la enfermedad de Gaucher.
Son enfermedades normalmente monogénicas (en un solo gen), pero que presentan una gran variedad de mutaciones entre los distintos pacientes. Alguna de esas mutaciones llevan a una pérdida completa de la actividad enzimática, mientras que otras permiten cierta actividad residual. De esta forma, la manifestación de la patología no será igual en todas, por lo que existen diferentes grados. Todas ellas afectan al funcionamiento del lisosoma y ⅔ de estas corresponden a defectos en la hidrolasa. Además, destaca por ser acumulativa, es decir, conforme vaya aumentando la concentración de producto, más probabilidades hay de que se desarrolle la enfermedad. Por ello, su aparición suele ser al cabo de unos años cuando hay suficiente acúmulo.
1. Su clasificación es basada según el compuesto principal acumulado en el interior de los lisosomas. El inconveniente de la misma es que un mismo defecto enzimático puede causar la acumulación de diversos tipos de moléculas, según el sustrato sobre el que actúe.
¿A qué pueden deberse estas patologías?
Pueden deberse a diferentes mecanismos:
- Mutaciones de un gen que codifica una hidrolasa
- Mutación de un gen que codifica una proteína activadora de la actividad hidrolítica de la enzima.
- Alteraciones en el plegamiento de las enzimas en el retículoendoplásmico.
- Alteración en el direccionamiento de las enzimas hacia los lisosoma. Que la enzima no vaya al lisosoma.
- No forman complejos multienzimáticos y las enzimas son inestables en el lisosoma, como en la galactosialidosis en que se afectan la β-galactosidasa y neuraminidasa. La hidrolasa no forme los complejos enzimáticos o las enzimas son inestables.
- Mutaciones en transportadores de membrana (cistinosis) o proteínas necesarias para la función del lisosoma
Esto provoca:
- Un aumento en el número y tamaño de lisosomas.
- Alteración de la composición lipídica de las membranas celulares
- Alteración del balance de calcio entre el retículo endoplásmico y el citosol
- Defectos en la autofagia
- Activación de señales de muerte celular
MANIFESTACIONES CLÍNICAS
- El diagnóstico clínico es complejo, debido a la variabilidad de las manifestaciones clínicas y las
características progresivas de las enfermedades.
¿Qué es la mucopolisacaridosis?
La macromolécula acumulada en el interior de los lisosomas es un mucopolisacárido debido a una alteración de una enzima del metabolismo de los glucosaminoglucanos que lleva a su acúmulo en lisosomas y plasma, y su eliminación en grandes cantidades por la orina. Se tratan de enfermedades degenerativas progresivas, que no presentan picos de empeoramiento ni de mejoría, y con afectación multisistémica.
Por ejemplo la deficiencia de α-iduronidasa produce un acúmulo de dermatán-sulfato y heparán-sulfato (Síndrome de Hunter). Este síndrome también conocido como mucopolisacaridosis tipo II (MPS II) es una enfermedad genética hereditaria, ligada alcromosoma X, de la clase de las enfermedades de depósito lisosomal (EDLs) que afecta principalmente a los varones. Esto es provocado po un déficit de la enzima llamada iduronato-2-sulfatasa.
¿Qué es la esfingolipidosis?
El compuesto acumulado en el interior de los lisosomas son lo esfingolípidos. Si bien se encuentran ampliamente distribuidos formando parte de las membranas celulares es cierto que están en mayores concentraciones en las vainas de mielina del sistema nervioso central. Cumplen funciones como el de participación en la adhesión y migración neuronal, en la transmisión sináptica, pueden actuar como factores neurotrópicos, etc . En su degradación están implicadas nueve enzimas hidrolíticas que actúan de manera secuencial y se requiere también de la participación de proteínas activadoras, como las saponinas. Con lo cual,su acúmulo está relacionado con el déficit de alguna de estas hidrolasas. El tejido más afectado es el cerebral, por lo que aparecen síntomas de carácter neurológico.
Destaca la Enfermedad de Gaucher: acumulación de glucocerebrósidos
¿Cuál es la manifestación y diagnótico clínico de estas patologías lisosomales?
- El diagnóstico clínico es complejo, debido a la variabilidad de las manifestaciones clínicas y las características progresivas de las enfermedades. Las más destacables son viscerales, oculares, hematológicas, esqueléticas o neurológicas. Puede haber un solapamiento fenotípico entre diferentes enfermedades, pero lo más destacable es que casi todas las enfermedades lisosomales tienen alguna forma con afección neurológica.
Algunas de estas manifestaciones son útiles en el diagnóstico como el dismorfismo facial, que le da al paciente un aspecto de gárgola en los que presente mucolipidosis. Asimismo, la gravedad aumenta en los niños, pero en los adultos se vuelven leves. Igual esto viene determinado por
A. La actividad enzimática residual
B. tamaño de la proteína mutante
C. localización de la mutación respecto al centro catalítico
D. especificidad de distribución de los sustratos entre los tejidos
E. recambio celular
F. alteración de la expresión de proteína
G. diversos mecanismos que afecten a la vida de las células afectadas.
DIAGNÓSTICO BIOQUÍMICO
1. Análisis químico de las macromoléculas no degradadas:
- Pruebas de detección sistemática en orina que se basan en el análisis de sustratos secretados en
orina, como los glucosaminoglucanos o los oligosacáridos.
- Métodos cuantitativos especfotrométricas.
- Importante el estudio de los depósitos lisosómicos en biopsia si hay accesibilidad al tejido.
Especialmente útil en algunas enfermedades, como la de Gaucher donde los macrófagos adoptan una estructura como de papel arrugado típicos.
- Análisis enzimático:
- Fundamental y permite un diagnóstico definitivo.
- Se emplea como espécimen piel (fibroblastos) o sangre (leucocitos y plasma).
- La determinación se realiza midiendo la hidrólisis de un sustrato natural o sintético mediante técnicas
colorimétricas o fluorimétricas.
- En la mayoría de los pacientes existe una notable diferencia de actividad enzimática respecto a los
individuos control. - Análisis del ADN para detectar las mutaciones
¿Cual es el tratamiento usado para tratar las patologías lisosomales?
El tratamiento es sintomático mediante una aproximación multidisciplinar e intentando mejorar la vida de los pacientes.
- En los últimos años, se han identificado nuevas dianas terapéuticas, permitiendo el desarrollo de nuevos
tratamientos más específicos basados en incrementar la actividad residual del enzima deficiente y disminuir el flujo de sustratos al lisosoma.
- Se han realizado tratamientos de trasplante de células progenitoras hematopoyéticos, de reemplazo
enzimático, de terapia génica, o la administración farmacológica de chaperonas.
¿Qué es la enfermedad de Gaucher?
La enfermedad de Gaucher es una enfermedad lisosomal de origen genético (herencia autosómica recesiva), y es provocada por la disminución de la actividad glucocerebrosidasa (beta glucosidasa). Su nombre proviene de Philippe Gaucher, quien la descubrió. La enfermedad es provocada por el acúmulo de las glucocerebrosidasas (GBA), que son un glicolípido que tiene una parte de azúcar y otra lipídica abundante en las membranas celulares.
Es característica la estructura anatomica que presentan los macrofagos como de “ servilleta arrugada” por el acumulo de lisosomas, lo que genera una pista para el diagnóstico enzimático de esta patología. Los macrofagos de Gaucher comienzan a acumularse en determinados tejidos y órganos como la médula espinal, hígado, etc y empiezan a liberar enzimas lisosomales y señales que activan la cascada inflamatoria provocando una respuesta inmunológica y la producción de cicatrices en tejidos.
Existen distintos tipos en función del grado que presentan:
TIPO 1: Pueden ser personas asintomáticas, y luego comenzar a presentar signos y síntomas donde aparece anemia y fatiga por la disminución de la producción de eritrocitos. También pueden provocar leucemia (glóbulos blancos se ven afectados) e incluso llegar a afectar a los huesos provocando deformidades y necrosis avascular, siendo la osteoporosis otro tipo de manifestación. Otros problemas que pueden aparecer son hepatomegalia y en los pulmones (trombocitopenia).
TIPO 2: Son aquellos que presentan un importante efecto neurológico desde los primeros momentos de vida, haciendo que el paciente no evolucione más allá de los primeros años de vida.
TIPO 3. Evoluciona mucho más lento que la tipo 2, y esta es la que suele estar relacionada con la enfermedad de Parkinson.
MÉTODOS DE DIAGNÓSTICOS: En la enfermedad de Gaucher, se visualiza la estructura de los macrófago y para el diagnóstico efectivo de la enfermedad, lo más importante es determinar la actividad enzimática de la glucoseroglucosidasa y esto se hace con un test de leucocitos en sangre. También lo apoyan los análisis de ADN (importantes) lo malo es que a veces las mutaciones no son en un único lugar, sino que pueden encontrarse en varias partes del gen y complicar esta técnica diagnóstica.
TRATAMIENTO. El tratamiento que se realiza es el reemplazo enzimático, es decir, la administración de
glucoseroglucosidasa al paciente, o la reducción del sustrato mediante terapia para impedir su biosíntesis. Además es conveniente tratar la sintomatología que va produciendo la enfermedad, por ejemplo si tiene problemas óseos pues suplir la pérdida ósea relacionada con la enfermedad.
