Tema 11 (2013)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Bioquímica - 2º curso
Asignatura Bioquímica II
Año del apunte 2013
Páginas 9
Fecha de subida 17/10/2014
Descargas 28
Subido por

Vista previa del texto

Judith González Gallego Bioquímica II T11 METABOLISME DELS COMPOSTOS NITROGENATS: METABOLISME DELS NUCLEÒTIDS SÍNTESI DE NUCLEÒTIDS: REUTILITZACIÓ DE LES BASES Els àcids nucleics poden ser degradats per endonucleases i d’aquesta manera obtenim oligonucleòtids que per actuació d’uns enzims, anomenats fosfodiesterases, es poden unir per formar nucleòtids monofosfat. Aquests nucleòtids poden anar cap a la síntesi d’àcids nucleics però prèviament cal que actuïn quinases sobre ells ja que és necessari que estiguin en la forma trifosfat.
Per una altra banda, una part de mononucleòtids poden seguir el procés de degradació que es produeix en 3 etapes: 1.
En la primera etapa, els mononucleòtids passen a nucleòsids mitjançant un procés d’eliminació del fosfat. En aquest punt la reacció pot revertir i obtenir de nou els mononucleòtids per l’actuació d’una nucleòsid quinasa.
2.
A la segona etapa, la degradació continua si els nucleòsids perden el sucre, és a dir, perden la ribosa. Aquest fet es produeix en presència d’unes fosforilases amb les que obtenim la ribosa 1- fosfat i les nucleobases.
3.
A la tercera etapa, les nucleobases es poden utilitzar cap a la formació de nucleòsids o segons quin sigui el tipus de base, podem tornar a tenir el nucleòsid monofosfat per participació del fosforibosil pirofosfat (PRPP).
A l’esquema superior veiem en vermell la via de recuperació de nucleòtids i en blau la de degradació. Veiem que una part de les nucleobases poden continuar degradant-se per donar àcid úric en el cas de les purines i ureidopropionat en les pirimidines. Per tant, una part dels àcids nucleics que es van metabolitzant, acaben sent degradades i per tant han de ser restituïdes i ser sintetitzades de novo. Per la síntesi de novo, el que es fa és que a partir de ribosa activada, és a dir, del PRPP i de precursors (aminoàcids, ATP, CO2,etc.) , s’acaben sintetitzant els nucleòtids.
Així doncs, cal distingir entre les vies de recuperació i la via de síntesi de novo. tots dos processos poden funcionar conjuntament en funció de quina sigui la necessitat de la cèl·lula.
1 Judith González Gallego Bioquímica II T11 BIOSÍNTESI DE PURINES DE NOVO En el cas de les purines (adenina i guanina), el seu anell està constituït per 9 àtoms. Pel que fa als precursors cap a la seva síntesi podem dir que, només hi ha 3 àtoms que són cedits per un mateix compost i tots els altres es cedeixen d’un en un per compostos diferents. Així doncs, la síntesi és un procés molt complex on s’han d’anar encaixant els àtoms de forma modular.
Concretament, l’origen dels àtoms que formen els anells de les purines és:  Per una banda trobem que, tres àtoms que provenen de la glicina: dos carbonis i un nitrogen.
 Després, dos nitrògens més són cedits per dues glutamines diferents. Com que el que se cedeix és el grup n – amida es tracta d’una reacció de transamidació.
 Hi ha un altre nitrogen que és cedit per l’aspartat però en aquest cas no es tracta d’una transamidació.
 També hi ha dos carbonis que són cedits directament pel fòrmic. Cal tenir present que una molècula cedeix un únic carboni. El fòrmic no entra directament com a fòrmic sinó que entra amb un activador.
 L’altre carboni entra mitjançant una condensació amb bicarbonats, és a dir, CO 2. Es produeix una reacció de carboxilació.
A la síntesi de les purines, el primer que se sintetitza és l’anell de purina i posteriorment es forma la inosina monofosfat (IMP), a partir d’aquí, mitjançant l’actuació amb ATP o GTP obtenim l’adenina o la guanina, respectivament.
Biosíntesi de nucleòtids de purina En la síntesi dels nucleòtids de purina el primer compost que entra és la ribosa, concretament el 5 fosforibosil pirofosfat (PRPP) i és sobre aquesta ribosa a partir de la qual es van estructurant i unint tots els altres components fins donar l’anell que forma la inosina monofosfat (IMP).
Quan tenim el PRPP es comencen a donar reaccions on es transfereixen grups a la ribosa. Algunes d’aquestes són reaccions de transamidació mitjançant el pas de glutamina a glutamat. Aquestes reaccions són molt similars a les que veiem en la síntesi d’aminoàcids com ara la histidina.
La següent etapa consisteix en la transferència d’unitats monocarbonades i aquest procediment es fa mitjançant el tetrahidrofolat que pot estar en la forma del formil tetrahidrofolat. En la síntesi de serina a partir de glicina es donava també una reacció on intervenia aquesta molècula però en comptes de transferir-se les unitats del formil, es transferien les d’un metil. Tot i això, el coenzim és el mateix i el mecanisme de transferència d’unitats monocarbonades és el mateix.
Aquesta reacció es produeix en dues etapes, de manera que es transfereixen dos carbonis.
2 Judith González Gallego Bioquímica II T11 A la següent etapa, es produeix una reacció on entra l’aspartat i queda incorporat a l’anell que s’està formant. Això provoca una sortida de fumarat. Aquesta entrada d’aspartat i sortida de fumarat es produirà també posteriorment per la formació del IMP.
Amb aquests tipus de reaccions, al final s’acaba formant IMP. Així doncs, ens hem de fixar sobretot en què per a la síntesi de novo de les purines: la glicina és la que entra sencera i els altres components entren d’un en un. Per una altra banda, els tipus de reaccions que es donen no són específiques ni innovadores, sinó que tenen característiques comunes amb altres processos de metabolisme que hem vist. Es produeixen reaccions del tipus: reacció de transamidació, incorporació de la glicina, transferència d’unitats monocarbonades amb el folat, reaccions de transferència de grup amí per transamidació i després el procés continua amb l’activació del IMP i la hidròlisi d’ATP per acabar de tancar el cicle .
3 Judith González Gallego Bioquímica II T11 BIOSÍNTESI DE PIRIMIDINES En el cas de les pirimidines (citosina, timina i uracil), l’anell està format per 6 àtoms i únicament intervenen dos components. Per una banda, intervé l’aspartat que aporta 4 àtoms i per una altra el carbamoil fosfat aporta els dos que queden per completar l’anell. El carbamoil fosfat és una molècula que vam veure que intervenia en el cicle de la urea.
Una altra de les característiques diferencials que hi ha entre la síntesi de purines i pirimidines, a part que els seus anells són d’orígens diferents, és que en les purines recordem que el primer que es formava era la ribosa i després sobre aquesta s’unia l’anell. En el cas de les pirimidines, es fabrica l’anell i posteriorment s’uneix a la ribosa per formar el nucleòsid.
A la síntesi de purines també vam veure que hi havia un punt on es produeix una ramificació. Concretament, on a partir de IMP es podia anar cap a la síntesi d’adenina o bé de guanina. En el cas de les pirimidines no hi ha aquesta divisió i el UTP és el precursor del CTP que al seu torn formarà el TTP. Així doncs, en les pirimidines la via de síntesi és seqüencial i no es produeix bifurcació.
En el cas de la síntesi de nucleòtids de purina, se sintetitzen adenina i guanina que intervenen tant en RNA com en DNA. En el cas de les pirimidines, sí que hi ha una diferència en la síntesi ja que en DNA no s’utilitzara el UTP sinó el TTP (Desoxitimina).
Reaccions en la biosíntesi de pirimidines Cap a la síntesi de pirimidines, en el primer pas intervenen l’aspartat i el carbamoil fosfat.
Per una part, per a la síntesi de carbamoil fosfat necessitem de l’enzim carbamoil fosfat sintetasa II que té una actuació molt similar a la que trobem en el cicle de la urea. Cal tenir present que, en eucariotes les dues carbamoil fosfat sintetases són diferents: en el cicle de la urea és la del tipus I i la trobem en el mitocondri, en canvi en les pirimidines és del tipus II i està en el citosol. La tipus II d’eucariotes, es va trobar la peculiaritat que l’activitat carbamoil fosfat sintetasa residia a la mateixa cadena polipeptídica que a la vegada tenia activitat aspartat descarbamoilasa, que és la que intervé en la segona etapa en la síntesi de les pirimidines, i també la dihidroorotasa. Per tant, hi ha una cadena polipeptídica llarga amb 3 centres actius diferents, és a dir, la proteïna es trifuncional. Com que té aquestes 3 activitats, a aquesta proteïna també se li anomena CAT.
En el cas dels eucariotes, hi ha aquesta activitat que sintetitza directament el dihidroorotat que ja té format l’anell. Així doncs, la simple unió de l’aspartat amb el carbamoil fosfat ja dóna 6 àtoms perquè es cicli després l’anell i doni aquesta estructura per formar després l’anell de les pirimidines.
4 Judith González Gallego Bioquímica II T11 A partir del dihidroorotat es produeixen modificacions en l’anell fins a formar l’orotat, on actua la dihidroorotat deshidrogenasa. Aquesta nova molècula es diferencia de l’anterior en què el grup carboxílic que tenia és eliminat. Abans que es produeixi aquesta eliminació, s’uneix amb la fosforibosa i obtenim un anell que té com a base l’orotat.
A continuació, el grup carboxílic salta i obtenim directament el UMP. A partir d’aquest UMP se sintetitza el CTP però prèviament cal que el UMP passi a formar UTP, és a dir, que es fosforili per passar al trifosfat En el pas de UTP a CTP el que s’ha de fer és tenir un grup amí on ara hi ha un grup ceto i això s’aconsegueix mitjançant una cessió del grup amí per part de la glutamina en una reacció de transamidació i que requereix de la presència d’ATP.
Estructura de la carbamoil fosfat sintetasa II Quan s’estava estudiant l’enzim carbamoil fosfat sintetasa II el que es feia era comparar-ho amb el model establert per procariotes. En el cas d’aquest enzim, la reacció que catalitza és: Que tingui aquesta activitat recordem que es deu a què té 3 centres de reaccions diferents en el cas dels eucariotes. En bacteris, es va veure que la proteïna no és multifuncional sinó que està formada per diferents subunitats: petites i grosses.
5 Judith González Gallego Bioquímica II T11 En la carbamoil fosfat sintetasa II hi ha un lloc per on entra l’amoni que era cedit per la glutamina, és a dir, es cedeix el grup amida que reacciona posteriorment amb el carboxifosfat i forma l’àcid carbàmic i finalment el carbamoil fosfat. Els productes van passant per dins de l’estructura de l’enzim fins que s’arriba al final i el carbamoil fosfat és alliberat.
En els bacteris, la carbamoil fosfat sintetasa és necessària com a mínim perquè es donin dos processos. Els procariotes no cal que sintetitzin urea per eliminar el nitrogen sinó que al tenir un únic tipus de carbamoil fosfat sintetasa, el nitrogen serà utilitzat cap a la síntesi de pirimidines.
Recordem que el cicle de la urea ens permet obtenir un aminoàcid: l’arginina. Per tant, la via del cicle de la urea també és un mecanisme que permet sintetitzar arginina. Així doncs, els bacteris utilitzen aquest enzim per aquestes dues finalitats.
CATABOLISME PIRIMIDINES El catabolisme de pirimidines és un procés senzill on si ens fixem, en la primera etapa el que hi ha són reaccions d’oxido reducció, utilitzant NADPH, i posteriorment es produeix l’obertura de l’anell que queda completament lineal. El metabòlit que obtenim pot continuar degradant-se fins a obtenir metabòlits més petits que són capaços d’entrar al cicle de Krebs. Així doncs, el catabolisme de pirimidines convergeix en metabòlits en el cicle de Krebs i que per tant es poden degradar completament.
En el procés de degradació hi ha una etapa en la que obtenim amoni i bicarbonat que posteriorment és utilitzat en el cicle de la urea. Per tant, en el catabolisme de pirimidines també obtenim precursors que acaben sent utilitzant en la síntesi de urea.
Per tant, acabem obtenint metabòlits que van al cicle de Krebs i també compostos que entren al cicle de la urea.
Les pirimidines se sintetitzen d’una manera molt senzilla i la seva degradació també es produeix de manera senzilla. En aquest cas, el primer es treu fosfat, després sucre i finalment la nucleobase que es degrada.
6 Judith González Gallego Bioquímica II T11 CATABOLISME DE PURINES El catabolisme de les purines es tracta d’un procés més complex. En aquest cas hi ha una etapa en la que es degrada el fosfat, posteriorment el sucre i finalment obtenim la nucleobase.
Tant la degradació de la guanina com la de l’adenina acaba donant la xantina que es converteix en àcid úric. L’àcid úric pot ser metabolitzat per alguns organismes o espècies però té la peculiaritat que no tots els animals degraden per igual aquest compost.
Al següent esquema podem veure els diferents tipus de degradació de l’àcid úric segons quina sigui l’espècie:  En primats, ocells, rèptils i insectes l’àcid úric no es pot continuar degradant, de manera que la degradació de purines acaba en àcid úric.
 En mamífers que no siguin primats, l’àcid úric es pot degradar fins la alantoina. Trobem una excepció en gossos i és que els dàlmates no tenen la capacitat de fer aquesta degradació.
 En el cas dels teleòsits, poden degradar la alantoina fins a l’antoat.
 Per últim, alguns amfibis i peixos cartilaginosos tenen la capacitat de degradar-lo fins a urea.
El fet de tenir diversos productes de degradació fa que tinguem diferents compostos amb diferents nivells de facilitat per excretar-los, aquest fet depèn de la seva solubilitat. L’àcid úric és molt més difícil d’eliminar que no pas la urea. Per tant, si hi ha problemes el que succeeix és que l’àcid úric s’acumula a la sang i pot donar problemes per formació de la sang, la qual cosa esdevé en malalties com ara la de la gota.
Per tractar aquestes malalties i prevenir-les trobem el fàrmac allopurinol que té la peculiaritat que és utilitzat per la xantina oxidasa, és a dir, el mateix enzim que sintetitza úric. Així doncs, actua com a inhibidor i disminueix molt la producció de úric i en conseqüència dóna més temps a què l’úric s’elimini. Si la dieta continua sent rica en nitrogen, aquest fàrmac no tindrà cap efecte 7 Judith González Gallego Bioquímica II T11 SÍNTESI DE DESOXIRIBONUCLEÒTIDS A partir dels ribonucleòtids, per a la síntesi del DNA també cal tenir els desoxiribonucleòtids. El que s’utilitza com a substrat per la formació de desoxiribonucleòtids és el NDP (nucleòsid difosfat) i l’enzim que intervé és la ribonucleòtid reductasa.
Es tracta d’un procés on la reacció és complexa i que després de la introducció dels hidrogens, s’elimina l’oxigen en forma d’aigua. Per tant, l’actuació de la ribonucleòtid reductasa utilitza nucleòtid difosfat, s’utilitza NDP i s’allibera aigua per obtenir dNDP.
Perquè funcioni la ribonucleòtid reductasa cal que disposem d’un compost que li aporti el poder reductor. Per aportar-lo es poden seguir dues vies: la de la glutaredoxina o bé la de la tioredoxina. Al final de les dues vies, l’origen de poder reductor és el NADPH. Així doncs, és un altre dels punts on hi ha lligam entre la via de les pentoses fosfat i la capacitat de dur a terme la síntesi dels desoxiribonucleòtids.
Regulació de la síntesi de desoxiribonucleòtids La síntesi de desoxiribonucleòtids està molt regulada. Veiem que hi ha uns reguladors generals de tot el procés però a la vegada també hi ha molta interegulació entre cadascún dels desoxiribonucleòtids formats. Amb aquest fet el que estem fent és garantir que quan es posa en marxa la síntesi de DNA hi hagin quantitats suficients dels 4 desoxiribonucleòtids.
Perquè se sintetitzi el DNA cal que es formi també la desoxitimina monofosfat (dTMP). El dTMP es forma a partir de dUMP.
Per tant, la primera etapa per la formació serà la del d’UTP a dUMP i a partir d’aquí és quan pot passar a dTMP.
8 Judith González Gallego Bioquímica II T11 LA SÍNTESI DE TIMIDILAT I EL METABOLISME DEL FOLAT COM A DIANES QUIMIOTERAPÈUTIQUES En aquest cas partim del dUMP i volem obtenir el dTMP, en aquest procés on abans hi havia un hidrogen ara ha d’haver-hi un metil. Així doncs, cal la incorporació d’un metil que serà transportat pel metilen tetrahidrofolat que transfereix les unitats monocarbonades, en aquest cas del metil, esdevenint en dTMP.
L’enzim que catalitza aquesta reacció és la timidilat sintasa. Aquest punt ha estat el lloc d’atenció de molts investigadors per tal d’aturar la proliferació cel·lular, de cara a combatir el càncer. S’ha trobat que hi ha compostos com ara el fluorouracil que el que fa és a partir de la via de recuperació de nucleobases, passa a donar el fluorodexosiUMP (FdUMP) que és un inhibidor molt potent de la timidilat sintasa i per tant parà la síntesi de dTMP i en conseqüència la síntesi del DNA (replicació cel·lular).
No només són interessants els inhibidors que actuen directament sobre l’enzim timidilat ciclasa sinó que també si hi ha alguna part del metabolisme del fòlic que no funciona correctament, no es generarà el tetrahidrofolat i per tant la reacció es veurà alterada. Això és el que passa amb alguns altres fàrmacs com el metotrexat que s’emprea en processos antiproliferatius i també com a antibiòtic.
ANÀLEGS DE NUCLEÒTIDS: FÀRMACS CONTRA LA SIDA Dintre dels fàrmacs que s’empren hi ha uns d’ells que s’utilitzen per combatre els retrovirus. El cicle normal per la obtenció d’una proteïna és: DNA  RNAm  proteïna.
En el cas d’alguns organismes, trobem l’enzim retrotranscriptasa reversa que permet a partir de RNA sintetitzar DNA i aquesta és la base de les infeccions dels retrovirus.
Els retrovirus són virus que tenen com a material gènic RNA. Quan infecte la cèlula, per la transcriptasa reversa de la cèlula infectada, passen el RNA a DNA que queda inserit dins del genoma de la cèl·lula hoste. A partir d’aquí, utilitzen els mecanismes de reproducció de la cèl·lula infectada per propagar-se.
Una de les tècniques que s’utilitzen per evitar les infeccions per retrovirus consisteix en inhibir la transcriptasa reversa. Dins d’aquests fàrmacs trobem l’AZT que abans s’havia descrit com a fàrmac antitumoral. Aquests fàrmacs han estat de gran ajuda, sobretot en el cas de la SIDA, ja que bloqueja la inserció del material gènic del virus en el genoma de la cèl·lula infectada i d’aquesta manera s’evita la seva propagació.
9 ...