9. Deficiențe enzimatice · Catalazei umane (eritrocite) Situs de legare catalaza umana Kirkman &...

1250 boli genetice

200 erori metabolice

deficiente enzimatice

9. Deficiențe enzimatice

9.1. Boli corelate cu deficiențe enzimatice și proteice

Boala Enzima deficienta Incidenta (%)

Gaucher Glucocerebrozidaza 0.002

Acatalazemia Catalaza (eritrocite) 0.004

Hipofosfatazia Fosfataza alcalina 0.001

Alcaptonuria Hemogentizat 1,2-

dioxigenaza

0.0001-0.001

Fructozuria Fructokinaza 0.0008

Pentozuria L-xilulozo reductaza 0.04 (evrei)

Tay-Sachs -N-acetil-D-hexoz-

aminidaza

0.0003

Fibroza chistica Proteina regulatoare

transmembranara

a fibrozie cistice

0.03 (caucazieni)

Albinism Tirozinaza 0.02 (scolari

Zimbabue)

Icter (nou-

nascuti)

Biotinidza 0.0025

Deficienta

Prolidazei

Prolidaza mica

Boala Pompe -Gluocozidaza mica

Imunodeficienta

combinata

severa

Adenozin deaminaza mica

Xantinuria Xantin oxidaza mica


9.1. Boli corelate cu deficiențe enzimatice și proteice

9.2. Sindromul Gaucher

Mutatii ale genei GBA1 (glucocerebrozidaza)

Localizare - cromozomul 1 (1q21-22)

Gena GBA1: contine 11 exoni si 10 introni

ghr.nlm.nih.gov

www.neurology.org

Mutatii locale identificate in exonii genei GBA1


Glucocerebrozidaza

Mutatii ale genei GBA1 (>300)

prescottgenomics.wikispaces.com

http://www.childrensgaucher.org/

Glucocerebrozidaza

lizozomi

Pacienti cu Gaucher

↑conc. glucocerebrozidelor

Macrofage marite

= celule Gaucher



Semne si simptome ale bolii

Marirea ficatului/splinei (5-75x)

Scaderea numarului

Trombocite Celule albe Celule rosii

www.makethediagnosis.com

Celule Gaucher (splina)

www.microscopy-uk.org.uk/

Coagulare

Sangerari

nazale

Apararea

organismului

Cresterea ratei

de imbolnavire

Transport O2

Anemie

Oboseala

Caderea

parului



Subțierea oaselor

Conformație osoasă

de tip “pahar Erlenmeyer”


Prezenta celule Gaucher in maduva spinării

Circulația sanguina lentă

Dureri articulare

https://promedspine.com

febra Moartea țesuturi osoase

http://image.slidesharecdn.com/



Boala autozomala recesiva

www.cerezyme.com

Mecanismul prin care mutatia GBA1

promoveaza agregarea sinucleinei

Corpusculii Levy

http://alzheimersnewstoday.com/



Incidenta: 1- 45.000-60.000 in populația globală

1- 850 la populația evreiască “Askkenazi”

Arch Intern Med. 1998;158(7):777-781

Distributia pentru cel putin o boala:

TS - Tay-Sachs CF-fibroza chistica; GD –Gaucher.

1- 100.000 in populația din România



Catalaza - o enzima comuna

www.riverbendds.org

Rata de descopunere

1 molec. Enzima

1 milion molec H2O2/s

PDB:1QQW

Catalazei umane

(eritrocite)

Situs de legare catalaza umanaKirkman & Gaetani, TrendsBiochemSci, vol 32(1), 44-50, 2007

Tetramermonomer 60 KDa

9.3. Acatalazemia


Catalaza - distributie

Cantitati mariFicat

Eritrocite

Rinichi

Cantitati moderateȚesutul conjuctiv

Pancreas

Ser

Catalaza - localizare celulara

Peroxizomi

Citoplasma

Mitocondrie Eritrocite normaleguides.wikinut.com

9.2. Acatalazemia


Gena catalazei

Localizare - cromozomul 13 (11p3)

Gena catalazei: contine 13 exoni si 11 introni

33 kb

9.2. Acatalazemia


Boala ereditară

deficienta a catalazei din sange

Activitatea enzimatică < 10%

hipocatalazemie?

Identificată în 1948

pacienți japonezi

9.2. Acatalazemia


Incidenta: 0,05- 1000 în populația ungară (homozigot)

2,3/1000 la în populația ungară (heterozigot)

118 cazuri de acatalazemie

61 familii (11țări)

11 mutații

8 în exoni

3 în introni

1 :12 500 în populația niponă

0,04- 1000 în populația elvețiană

9.3. Acatalazemia


Consecințe

Ulceratii alveolare

Gangrene

Pierderea

dintilor

Igiena orala neadecvata

Dezvoltarea bacteriilor

Producere H2O2

Interacțiune cu hemoglobina

O2

necroză

Reiko Sunami et al. Am J Physiol Renal Physiol

2004;286:F1030-F1038

Produsii de peroxidare lipidica tubulii

renali proximali al soarecelui

normal (A,C) si acatalazemic (B,D)

Neutrofile

9.3. Acatalazemia


Boala Takahara

Localizare –gena

Localizare - cromozomul 1 (1p36.1)

Gena: 12 exoni (50 kb)

9.4. Hipofosfatazia


> 190 mutații genetice diferite

Incidența 1: 100000

În Germania 200 cazuri (2009)

Boala ereditara caracterizata prin:

Mineralizarea defectuasa a oaselor

Deficienta a enzimei

fosfataza alcalina nespecifică din țesuturi (FANT)

Ficat Oase Rinichi

Radiografia unui fat (18 saptamani)

afectat de hipofosfatazie letalăMornet, Best Practice & Research Clinical Rumatology,

22(1), 113-127, 2008

9.4. Hipofosfatazia


Fosfataza alcalină – 4 izoforme

placentara

celule embrionare

intestinala

dimeri (ser, membrane)

omologie 90-98%

ADNul 2q37.1

FANT

di(tetra)meri

omologie 50% cu restul

ADNul 1p34-36

http://www.jbc.org/

1 subunitate

1 situs catalitic

1 Mg2+

2 Zn2+

9.4. Hipofosfatazia


Substrate

Fosfataza alcalina tisulara nespecifica (TNAP)

genereaza Pi din PPi sau dNTP (deoxinucleotidtrifosfati)

Pirofosfat (PPi)

Pirodoxal-5’-fosfat (PLP)

fosfoetanolamina

Metabolismul vitaminei B6 (piridoxina - P) asistat de

fosfataza alcalina. (tractul gastrointestinalt - GI)

https://www.researchgate.net/

9.4. Hipofosfatazia


Mutatii genetice

(>190)

Mornet, Best Practice & Research

Clinical Rumatology, 22(1), 113-127, 2008

c.1559delT 41%

F310L 14%

populatia japoneza

c.571G>A 50%

(E174K )

Populatia europeana

(hipofosfatalazemie

moderata)

9.4. Hipofosfatazia



Arcuirea prenatala a oaselor lungi

Rahitism infantil cu sau fara activitate mare a fosfatazei alcaline

Hipercalcemie si hipercalciuria

Pierderea prematura

a dintilor decisivi

Istoric familial

Simptome clinice ale formei

infantil-juvenile ale hipofaosfatazieiBeck, Open Bone J, 2009

9.4. Hipofosfatazia


Valori de referinta folosite pentru

diagnoza HP la copii/adulti

Metode de diagnosticate

Densitatea osoasa femurala

Pirodoxal-5’-fosfat (PLP)

Marker al hipofosfataziei

9.4. Hipofosfatazia


www.netterimages.com

Deficienta a -N-acetil-D-hexoz-aminidazei

Enzima - scindeaza gangliozidele GM2

GM2 – glicosfingolipide (acid sialic)

Abundente in plasma neuronilor

Deficienta acumularea GM2

in lizozomii celulelor nervoase

www.stockphotos.ro

9.5. Boala Tay-Sachs


Incidenta:

1- 27/1-30 la evreii Ashkenazi

1- 110 la evreii marocani

1- 140 la evreii irachieini

1- 50 la americanii irlandezi

1- 250 in populatia generala

Boala recesiva



Saptamana 15-18 de sarcina

Testele

Masurarea nivelului hexozaminidazei A

Din cordonul ombilical

Prin amniocenteza

http://www.sigmaaldrich.com/



Hexozaminidazele A si B



HexozaminidazaA



Retard mental (primele 4-8 luni)

Descreste atentia vizuala (6-10 luni)

Gangliozidoza cronica GM2 - adolescenti

tremurat

coordinare slaba

tulburari de vorbire

retina neafectata

Manifestari

Boala Tay-Sachs infantila (deficienta hexozaminidazei A)

Deficiente motorii medii (3-6 luni)

Descrec miscarile voluntare si capacitatea vocala

(>10 luni)

Stare vegetativa, orb (2 ani) decesul (4 ani)



Boala Sanhoff- mutatii ale gene HexB

codeaza ambele subunitati HexA si HexB

infantilă, juvenilă sau târzie

Manifestări

Boala Tay-Sachs –varianta B1

Enzima își reduce activitatea față de unele substrate

Apare la 3-7 ani

Deteriorarea este variabila

deces 1-2 ani

> 5 ani

Pete maculare rosii

http://themedicalbiochemistrypage.org/



Deficiența homogentizat dioxigenazei

a) Structura protomerului

b) Structura trimerului

HGD-dimer de trimeri

Mecanismul catalitic de

actiune a HGD

9.6. Alcaptonuria


Simptome clinice

Acumularea acidului homogentisic

(intremediar metabolic)

oase

cartilagii

urinahttp://d341kjmsrris3c.cloudfront.net/

Depozitare in tesuturi

http://www.e-ijd.org/articles/

Osteoartrita

http://www.romedic.ro/

Pietre

rinichi

prostata

vezica

Complicatii la inima

valve noi

9.6. Alcaptonuria


Boala recesivă

http://archive.cnx.org/

Incidență:

1- 500.000 (1.000.000)

1- 19.000 la slovaci

la dominicani

9.6. Alcaptonuria


CFTR

https://ghr.nlm.nih.gov/

9.7. Fibroza chistică

9. Deficiențe proteice

https://www.mun.ca/biology/



Boala recesiva

Supravietuire in timp/terapii

https://s3.amazonaws.com/http://www.erswhitebook.org/



Tirozinaza

9.8. Albinism


Terminologie

Pigmentare redusă (piele, păr, ochi)

https://www.epharmapedia.com

9.8. Albinism


Melanina - localizare

Melanocitele celulelor uveale (Uvee - strat pigmentar al irisului)

Oláh , J. et al., The British Journal of Dermatology. 2013;169(2):243-249.

Melanocitele de la jonctiunea dermo-epidermala

https://thumbs.dreamstime.com/

9.8. Albinism


Melanozomi – vezicule intracelulare

Specializate în siteza și stocarea melanilei

Localizarea melanozomului in melanociteWasmeier, C. et al., J.Cell.Sci, 121(24), 3997, 2008

Pigmentare adecvata

Prezenta celulelor

Formarea melanozomi

Cantitate suficientă de melanina

din organita celulara

9.8. Albinism


Tipuri de albinism

Oculocutanat (hipopigmentarea parului și pielii)

Oculocutanat de tip I (OCA1; gena/cromozom 11)

Oculocutanat de tip II (OCA2; gena/cromozom 15)

Afro-americani / africani subsaharieni

Oculocutanat de tip III (OCA3; gena/cromozom 9, rară)

Sudafricanii negri

Oculocutanat de tip IV (gena/cromozom 5, rară)

Descendenți din populația japoneză

OCA1 OCA2

http://albinizm.ru/

9.8. Albinism


Tipuri de albinism

Ocular (OA1)

hipopigmentarea ușoară a

părului, pielii și ochilor

o mutatie genetica

cromozomul X (barbati)

Probleme ale funcției vizuale

Sindromul Chediak-Higashi (CHS)

formă rară (mutație cromozomul 1)

Simptome similare albinismului oculocutanat

+ defecte ale leucocitelor risc de infecții

Sindromul Hermansky-Pudlak (HPS)

Cel putin una din 7 gene mutate (pacientii dezvolta boli

Intestinale sau pulmonare respectiv boli hemoragice +

semne si simptome ale alb. oculocutanat)

OA1

9.8. Albinism


Localizare –gena (OCA1)

Localizare - cromozomul 11 (11q14-21)

https://ghr.nlm.nih.gov/gene/TYR#location

Deficienta tirozinazei

9.8. Albinism


Deficienta tirozinazei

Albinismul oculocutanat de tip I (OCA1)

Incidența 1 la 16.000-20.000

Boala autozomala recesivă

OCA 1 – 4 subtipuri

OCA 1A

OCA 1B

OCA 1MP

OCA 1TSOCA 1A – caracteristici:

Mutație nulă a genei tirozinazei

nu se produce melanina

Fenotip sever: păr alb, transiluminarea irisului, nistagmus

reducerea acuității vizuale (20/200-20/400)

Pacienții – risc pentru cancer

http://plasticsurgerykey.com/

9.8. Albinism


OCA 1B – caracteristici:

Mutație a genei tirozinazei

Activitatea enzimei 7%

Fenotip: păr alb blond maro deschis

reducerea/scăderea moderată a

acuității vizuale

obstrucționarea pigmentării

varianta “galbenă”

Fenotip: transiluminarea irisului, nistagmus

https://s-media-cache-ak0.pinimg.com/

OCA 1MP – caracteristici:


Activitatea enzimei moderată

Fenotip: păr blond (MP - minimal pigment)

Pacienti cu nevi (tumori benigne ale pielii)

Transiluminarea irisului variabilă

acuitatea vizuală 20/80-20/200

http://albinizm.ru/

9.8. Albinism

OCA 1TS – caracteristici:


Producerea unei enzimei - activitate f(T)

Fenotip: păr închis pe brațe, picioare și piept

Fenotip: păr alb (axilar, pubian, scalp)

La naștere nu poate fi diferențiat față de OCA1A

Tirozinaza- activitate normală în zonele mai “reci” ale organismului

Tirozinaza- activitate în zonele mai “calde” ale organismului

http://www.handresearch.com/

Levin, A.V. & Stroh, E., Journal of AAPOS,

15 (1), 59-66, 2011

9.8. Albinism

Cai metabolice de formare a melaninelor

Tirozinaza – 2 mecanisme de oxidare

o-chinone - functii

Antibioza

Secretie defensiva

Rigidizarea cuticulara

Formarea pigmentilor melaninici

Monooxigenaza (crezolaza)

Oxiadaza (catehinază)

9.8. Albinism

Cai metabolice de formare a melaninelor

Structura eumelaninei

www.tikalon.net

9.8. Albinism

Tirozinaza – structura si functiile fiziologice

Familia cupru proteinelor de tip 3

Tirozinaza

Catecol oxidaza

Homocianinele (transportul O2 in artropode si moluste)

Situs activ 2 atomi de cupru

1 atom de cupru – 3 histidine

Structura cuaternara

Tirozinaza monomeraPseudomonas putida

Bacillus thuringienis

Tirozinaza dimera

Thermomicrobium roseum

Bacillus megaterium

Tirozinaza heterotetramera

Thermomicrobium roseum

Streptomices castanglobisporus

9.8. Albinism

Tirozinaza - patru stari de oxidare

Nativă – met-tirozinază

deoxi-tirozinază – 2x Cu(I)

oxi-tirozinază

deact-tirozinază – Cu (0)

parasește situsul

- Cu (II)

Cele 4 stări de oxidare ale

tirozinazei

9.8. Albinism

Rolul biotinei

Cofactor enzimatic pentru 4 carboxilaze

Piruvat carboxilaza

Acetil-CoA carboxilaza

propionil carboxilaza

metilcrotonil carboxilaza

Rothschild, L. J., Phil. Trans. R. Soc. B., 363, 2787-2801, 2008

https://media.mercola.com/

Utilizarea biotinei

2 enzime

holocarboxilaza

BIotinidaza

Holocarboxilaza

Leagă biotina de carboxilaze

Biotinidaza

Desface complexul

biotina-carboxilaze

Deficitul celor 2 enzime

Acidemii organice

Deficitul de holocarboxidaza

Manifestări clinice: Eritem, urină cu miros de pisică

nfecții recidivante, manifestări neurologice

Icterul

Localizare - 3p25.1

Deficienta biotinidazei

Incidența (1/60.000 SUA)

https://ghr.nlm.nih.gov/

Transmitere autozomala recesiva

Debut: sugar/copil mic

Manifestări clinice: cutanate (dermatite), convulsii, surditate, atrofie optică,

întârzieri în dezvoltare

Tratament: administrarea de biotină

Lungime genă – 23 kb (4 exoni)

Biotinidaza umana

Glicoproteină – monomer (sialat)

502 aminoacizi, 57 KDa

6 situsuri de N-glicozilare

Biotinidaza din ser ficat

9 izoforme ale biotinidazei

Activitate

Hidrolazică (pH acid)

Activitate biotinil transferazică (pH fiziologic)

Alte organe: Rinichi

glande suprarenale

Nivel Biotinidaza din ser

diagnosticarea bolilor de stocare a glicogenului

D. Holesova et al., Clinical Biochemistry 44 (2011) 520–549

Uniprot (P43251)

vLCAD-2 (ACAD-9)

C16:0 ; cis-9-C16:1 ; cis-9,12-C18:2

Gel filtrareDimer

Ensenauer, R. et al.

JBC 90, Jun (2005)

vLCAD-1 / >C16

Gel filtrareDimer

Zhang, J. et al, BBRS

297, 1033-1042

ETF

ETF

DH

Lant respirator

i2VD (SBCAD) / iLeuCOSCoA

Uman+aceto-acetil-CoA

Tetramer, Res 2.6 Å

Preliminary data

i3VD / i3vCOSCoA

Tiffany, K. A. et al.

Biochemistry 36,

8455 (1997)


iBD / iBuCOSCoA

Uman + iBD-CoA

Battaile, K. P. et al.

JBC 279,

16526 (2004)


GD / GCOSCoA

Uman +4-NBCoA

Fu, Z et al.

Biochemistry 43,

9674 (2004)

Res 2.1 Å

e-

e-

2

e-

R3

|

R1— C=C—COSCoA

|

R2

+2H+

MCAD/C6—C10

S.s. +C8CoA

Kim, J.-J. et al.

PNAS 90, 7523

(1993)

Res 2.4 Å

SCAD/C4—C6

M.e. + 3-keto-C4CoA

Djordjevic, S et al.

Biochemistry 34,

2163 (1995)

Res 2.5 Å

LCAD/C10—C18; C12

Eder, M. et al, EJB,

245, 600-607

Gel filtrareTetramer

-oxidarea

mitochondriala

Catabolismul

aminoacizilor

Oxidarea acizilor grasi

Deficienta ACAMD

0

20

40

60

80

100

120

4 6 8 10 12 14 16 18

rela

tive

activ

ity

substrate chain length

LCAD VLCADMCADSCAD

MCAD tetramer (D = 90 Å)

MCAD – enzima care catalizeaza prima

etapa din cadrul oxidarii acizilor grasi cu

lant mediu (C4-C16)

Mutatii punctiforme G985A sau K304E

la interfata dintre monomeri

Fro

m K

im, J.-J., S

., Miu

ra, R,

Eu

r. J.B

ioch

em.2

71

, 48

3-4

93 (2

00

4)

Proprietati selectate ale MCAD

Deficienta ACAMD

Ghisla, S.& Thorpe, C.,J. Biochem. 271, 496 (2004)

Lehman, S.& Thorpe, C., Biochemistry 29, 10594 (1990)

Mecanismul de reactie si determinarea

activitatii enzimatice

Deficienta ACAMD

9. Deficiențe enzimatice · Catalazei umane (eritrocite) Situs de legare catalaza umana Kirkman &...

Documents

Transcript of 9. Deficiențe enzimatice · Catalazei umane (eritrocite) Situs de legare catalaza umana Kirkman &...