Ornitina transcarbamilasa

Ornitina transcarbamilasa (OTC) (también llamada ornitina carbamoiltransferasa) es una enzima (EC 2.1.3.3) que cataliza la reacción entre carbamoil fosfato (CP) y ornitina (Orn) para formar citrulina (Cit) y fosfato (P_i). Hay dos clases de OTC: anabólicos y catabólicos. Este artículo se centra en los anabólicos de venta libre. Anabolic OTC facilita el sexto paso en la biosíntesis del aminoácido arginina en procariotas. Por el contrario, la OTC de los mamíferos juega un papel esencial en el ciclo de la urea, cuyo propósito es capturar el amoníaco tóxico y transformarlo en urea, una fuente de nitrógeno menos tóxica, para su excreción.

Mecanismo de reacción

Estructura

OTC es una proteína trimérica. Hay tres sitios activos de la proteína que se encuentran en la hendidura entre los monómeros. El dominio de unión de carbamoil fosfato reside en el extremo N-terminal de cada monómero, mientras que el extremo C-terminal contiene el dominio de unión de la ornitina. Ambos dominios de unión tienen un patrón estructural similar con una lámina plegada β paralela central bordeada por hélices α y bucles. Además de los dominios vinculantes, los OTC tienen bucles SMG. Estos giran para cerrar el sitio de unión una vez que ambos sustratos se han unido. SMG representa el motivo de aminoácidos conservados de Ser-Met-Gly. Tras el 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.

Sitio activo

El motivo Ser-Thr-Arg-Thr-Arg de una subunidad y un His de la subunidad vecina interactúan con el grupo fosfato de CP para unirse. Los residuos Gln, Cys y Arg se unen al nitrógeno primario de CP. El oxígeno carbonilo de CP está unido por residuos Thr, Arg e His.

Composición de aminoácidos

Los OTC de plantas tienen la mayor diferencia con respecto a otros OTC. Hay entre un 50 y un 70 % menos de residuos de Leu, mientras que hay el doble de residuos de Arg. El número de subunidades en los OTC varía de 322 a 340 residuos. Los animales tienen la mayor densidad de Leu. Esta descomposición de residuos provoca un pI para la enzima animal de 6,8 mientras que la enzima vegetal tiene un pI de 7,6. Los OTC de rata, bovino y humano tienen el mismo residuo C terminal de fenilalanina. Sus residuos N-terminales, por otro lado, difieren. La rata termina con Ser, la bovina con aspartato y la humana con glicina.

Genómica

El gen OTC humano se encuentra en el brazo corto del cromosoma X (Xp21.1). El gen está ubicado en la hebra Watson (plus) y tiene una longitud de 73 kbases. El marco de lectura abierto de 1.062 nucleótidos se distribuye entre 10 exones y nueve intrones. La proteína codificada tiene una longitud de 354 aminoácidos con un peso molecular previsto de 39,935 kD. La modificación postranscripcional deja el péptido maduro con 322 aminoácidos y un peso de 36,1 kD. 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

Se han informado 341 mutaciones en humanos OTC. Al menos 259 de estas mutaciones se consideran mutaciones causantes de enfermedades. Se sabe que 149 de estas mutaciones provocan la aparición de hiperamonemia durante las primeras semanas de vida. 70 se manifiestan como hiperamonemia en pacientes masculinos más adelante en la vida. La mayoría de las mutaciones ocurren en motivos funcionales conocidos, como el bucle SMG o los dominios de unión a CP.

Deficiencia

Las mutaciones en el gen OTC pueden causar deficiencia de ornitina transcarbamilasa. Se clasifica como un trastorno del ciclo de la urea debido al hecho de que sin la función OTC adecuada, el amoníaco comienza a acumularse en la sangre. La acumulación de amoníaco en la sangre se conoce como hiperamonemia. Aunque tóxico en exceso, el amoníaco es una fuente de nitrógeno para el cuerpo. Por lo tanto, el aumento de amoníaco también aumentará los niveles de glutamato, glutamina y alanina, aminoácidos no esenciales que contienen nitrógeno. Los niveles de carbamoil fosfato (CP) comenzarán a disminuir a medida que disminuyan los niveles de nitrógeno ureico en la sangre. Esto hará que la CP se desvíe a la ruta sintética 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 un paciente sufre un trastorno relacionado con la hiperamonemia.

La deficiencia de OTC se manifiesta en formas de aparición temprana y tardía.

Comienzo temprano

El inicio temprano se observa en los recién nacidos. Los síntomas de un trastorno del ciclo de la urea a menudo no se ven hasta que el niño está en casa y es posible que el médico de familia y de atención primaria no los reconozca de manera oportuna. Los síntomas en los niños pequeños con hiperamonemia no son específicos: falta de voluntad para comer, problemas para respirar, temperatura corporal, convulsiones, movimientos corporales inusuales (contracciones) y somnolencia. A medida que continúa la acumulación de amoníaco, los síntomas progresan de la somnolencia al letargo y pueden terminar en coma. La postura anormal (movimiento incontrolado) y la encefalopatía (daño cerebral) a menudo están relacionadas con el grado de inflamación del sistema nervioso central y la presión sobre el tronco encefálico. Alrededor del 50% de los recién nacidos con hiperamonemia severa tienen convulsiones.

Comienzo tardío

En las deficiencias leves (o parciales) de las enzimas del ciclo de la urea, la acumulación de amoníaco puede desencadenarse por una enfermedad o estrés en casi cualquier momento de la vida, lo que da como resultado múltiples elevaciones leves de la concentración de amoníaco en plasma [Bourrier et al. 1988]. Los pacientes con deficiencias parciales de enzimas pueden tener un retraso de los síntomas durante meses o años. Los indicadores de que tal vez padezca una deficiencia de OTC o un trastorno del ciclo de la urea incluyen "episodios de delirio, comportamiento errático o reducción de la conciencia, dolores de cabeza, vómitos, aversión a los alimentos ricos en proteínas y convulsiones".

Tratamiento

Un tratamiento potencial para los niveles altos de amoníaco es administrar benzoato de sodio, que se combina con glicina para producir hipurato, al mismo tiempo que elimina un grupo de amonio. La biotina también juega un papel importante en el funcionamiento de la enzima OTC y se ha demostrado que reduce la intoxicación por amoníaco en experimentos con animales. Además, se ha propuesto y estudiado como tratamiento el uso de hipotermia terapéutica (HT) de cuerpo entero. Se cree que la TH aumenta la eficacia de la diálisis para extraer el amoníaco del cuerpo.