Tema 8. Metabolisme dels compostos nitrogenats II. Biosíntesi i degradació de nucleòtids (2015)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Pompeu Fabra (UPF)
Grado Medicina - 2º curso
Asignatura Bioquímica II
Año del apunte 2015
Páginas 9
Fecha de subida 03/02/2015
Descargas 11
Subido por

Vista previa del texto

Tema 8. Metabolisme dels compostos nitrogenats (II): Biosíntesi i degradació de nucleòtids El subministrament ampli de nucleòtids és important en molts processos vitals donat que:  Són els precursors activats dels àcids nucleics  L’ATP és la divisa energètica universal  La UDP-glucosa participa en processos biosintètics com la síntesi de glicogen  Els nucleòtids són essencials en les vies de traducció de senyals.
1. ESTRUCTURA DELS NUCLEÒTIDS Els nucleòtids estan formats per una base nitrogenada unida al C1 d’un sucre al que també s’hi uneix almenys un grup fosfat pel seu C5. En funció de si el sucre és una ribosa o una desoxiribosa es distingeix entre ribonucleòtids (RNA) i desoxirribonucleòtids (DNA) respectivament.
Les bases nitrogenades es divideixen en purines (adenina i guanina) i pirimidines (citosina, uracil i timina).
Base Nucleòsid Nucleòtid Adenina Adenosina Àcid adenílic Monofosfat d’adenosina AMP Guanina Guanosina Àcid guanílic Monofosfat de guanosina GMP Citosina Citidina Àcid citidílic Monofosfat de citidina CMP Uracil Uridina Àcid uridílic Monofosfat d’uridina UMP Deoxitimidina Àcid deoxitimidílic Monofosfat de deoxitimidina dTMP Timina 2. BIOSÍNTESI DE NUCLEÒTIDS Biosíntesi de ribonucleòtids de purina Els diferents àtoms que composen la base nitrogenada dels nucleòtids de purina tenen orígens diferents. Les purines es trobaran sempre formant part de ribonucleòtids i mai com a bases nitrogenades lliures.
L’inosine monofosfat, IMP, és el precursor d’AMP i GMP.
El tetrahidrofolat (THF) és un cofactor transportador de carboni que permet la mobilització i utilització de grups funcionals de carboni. Es forma a partir del folat, que forma dihidrofolat i aquest es transforma en tetrahidrofolat a través de la dihidrofolat reductasa. El tetrahidrofolat és el mateix que la forma reduïda de l’àcid fòlic o vitamina B.
La síntesi de novo de l’inosin monofosfat (IMP) s’inicia sobre la ribosa monofosfat al citosol en un procés que inclou 11 reaccions i requereix 6 mols d’ATP. Les reaccions més importants del procés són els dues primeres ja que són aquestes les que patiran regulació.
1) La ribosa fosfat pirofosfoquinasa permet l’activació de la ribosa gràcies a l’addició de dos grups fosfats. Implica el consum d’una molècula d’ATP i s’obté com a producte 5fosforibosil-α-piropospat, conegut com PRPP. És un pas comú amb els nucleòtids de pirimidines.
2) Sobre el PRPP s’adquireix un grup amí en l’àtom N9 a partir d’una glutamina a través de l’enzim amidofosforibosil transferasa. S’obté glutamat com a subproducte.
3) La glicina aporta els àtoms C4, C5 i N7, per tant part de l’esquelet carbonat i un segon grup de nitrogen. Aquesta reacció és catalitzada per GAR sintetasa i requereix un mol d’ATP.
4) Per la formació del primer anell falta el C8, i aquest s’obté de formil-THF a través de l’enzim GAR transformilasa.
5) Per l’adquisició de l’àtom N3 intervé una nova molècula de glutamina per acció de la FGAM sintetasa. S’utilitza una molècula d’ATP i s’obté glutamat com a subproducte.
6) Es forma l’anell imidazòlic a través de l’AIR sintetasa consumint una nova molècula d’ATP.
7) L’àtom C6 s’adquireix a partir de CO2 gràcies a l’enzim AIR carboxilasa i es consumeix una molècula d’ATP.
8) L’àtom N1 s’obté a partir de l’aspartat que s’incorpora gràcies a la SAICAR sintetasa. Es consumeix un mol d’ATP.
9) S’elimina el fumarat i es manté únicament l’àtom de nitrogen de l’aspartat.
10) L’àtom C2 d’adquireix del formil-THF. Intervé l’enzim AICAR transformilasa 11) Ciclització per formar IMP a través de la IMP ciclohidrolasa.
Globalment, en el procés entra glutamina (2), glicina, aspartat THF i CO2 i s’obtenen com a subproductes dues molècules de glutamat i una d’aspartat.
A partir de l’IMP es sintetitza, de manera divergent, AMP i GMP: La formació de GMP es realitza amb una deshidrogenació catalitzada per IMP deshidrogenasa seguida per l’adició d’un grup amí provinent de la glutamina. Participa l’enzim GMP sintetasa, es requereix una molècula d’ATP i s’obté glutamat com a subproducte.
La formació d’AMP es realitza amb l’adició d’un grup amí de l’aspartat en una reacció catalitzada per adenilosuccinat sintetasa i requereix GTP. El fumarat s’elimina amb una segona reacció per acció de l’adenilosuccinat liasa.
La síntesi de nucleòtids difosfats i trisfosfats es produeix mitjançant la fosforilació de nucleòsids monofosfats. S’utilitzen dos processos diferents pels nucleòtids di i trifosfats.
 Les nucleòsid monofosat-quinases són específiques i utilitzen ATP com a donador de fosfat.
 Les nucleòsid difosfat-quinases no tenen especificitat, X i Y poden representar qualsevol nucleòtid, tant riboses com desoxiriboses.
La regulació de la biosíntesi dels nucleòtids de purina es dóna de manera positiva i negativa.
 Pirofosfocinasa és inhibida per ADP i GDP  Amidofosforribosil transferasa és activada al·lostèricament per PRPP i inhibida per retroalimentació sinèrgica. Té dos llocs d’unió i la unió dels dos factors augmenta l’efecte.
 IMP presenta AMP i GMP com a inhibidors competitius Vies de recuperació de purines A més de sintetitzar nucleòtids de novo, es poden reutilitzar les bases nitrogenades prèviament sintetitzades o obtingudes per dieta per sintetitzar noves purines. El procés consisteix en la unió de la base nitrogenada amb una ribosa activada PRPP.
L’adenina fosforribosil transferasa APRT transfereix una molècula d’adenina al PRPP per formar AMP.
L’hipoxantina-guanina fosforribosil transferasa HGPRT té la capacitat d’unir hipoxantina o guanina a PRPP per formar IMP i GMP respectivament.
El síndrome de Lesch-Nyhan és una malaltia genètica hereditària deguda a una deficiència de HGPRT, anul·lant-se així la via de recuperació de les purines. Això provoca un augment de PRPP que provoca alhora un augment de la síntesi de nucleòtids de novo, doncs n’és un factor al·lostèric positiu. L’excés de bases nitrogenades que deriva en un excés d’àcid úric produït en la seva degradació i aquesta acumulació provoca problemes neurològics.
Biosíntesi dels ribonucleòtids de pirimidina Els diferents àtoms que formen la base nitrogenada dels nucleòtids de pirimidina provenen de la glutamina, l’aspartat i el bicarbonat.
Per la síntesi de pirimidines es sintetitza en primer lloc UMP en un procés de 6 reaccions que es produeixen al citosol i requereixen 3 mols d’ATP per mol de UMP. Després de ser sintetitzat l’anell de pirimidina s’acobla a la ribosa.
1) Síntesi de carbamoil fosfat per acció de la carbamoil fosfat sintetasa II (CPS-II). El grup amoni prové de la glutamina, que passa a glutamat. S’adquireixen en aquest procés N3 i C2 per l’entrada de bicarbonat. El procés requereix dos mols d’ATP.
 En el cicle de la urea participava CPS-I que també afegia un grup amoni, però en aquell cas era un grup lliure.
2) Aspartat transcarbamoilasa introdueix una molècula d’aspartat que aporta els àtoms N1, C4, C5 i C6. En aquest cas no s’elimina fumarat i ja queda tot l’anell format.
3) Dihidroorotasa catalitza la reacció de tancament de l’anell, que s’anomena dihidroorotat.
4) Dihidroorotat deshidrogenasa oxida el dihidroororat formant orotat.
5) Adquisició d’una molècula de ribosa fosfat per acció de orotat fosforribosil transferasa 6) Descarboxilació per formar UMP per la OMP descarboxilasa Els tres mols d’ATP requerits pel procés provenen dos de la primera reacció de la formació de l’anell i un de la síntesi de PRPP.
Els enzims orotat fosforribosil transferasa i OMP descarboxilasa actuen associats formant un complex. L’acidúria oròtica és una malaltia provocada per una disminució de l’activitat d’aquests dos enzims provocant un creixement anormal, anèmia i una excreció en orina d’altes concentracions d’orotat. L’administració d’uridina i citidina estimula la síntesi de UMP i CMP i inhibint CPS-II i disminuint la síntesi d’orotat.
Igual que amb les purines, la síntesi de UMP difosfat i trifosfat es realitza mitjançant dos processos diferents.
 Les nucleòsid monofosat-quinases són específiques i utilitzen ATP com a donador de fosfat.
 Les nucleòsid difosfat-quinases no tenen especificitat, Y pot representar qualsevol nucleòtid, tant riboses com desoxiriboses.
La síntesi de CTP és lineal a partir de UTP. Requereix únicament la addició d’un grup amoni de la glutamina alliberant-se glutamat. Participa l’enzim CTP sintetasa.
La regulació de la via de síntesi de les pirimidines es realitza de la manera següent: Carbamoil fosfat sintetasa II és activada per la presència d’ATP i PRPP i inhibida per UDP i UTP.
OMP descarboxilasa és inhibida per UMP.
Formació de desoxiribonucleòtids La formació de desoxirribonucleòtids es du a terme per acció de la ribonucleòtid reductasa, que reemplaça el grup 2’-OH de la ribosa per H. Aquest procés es dóna de manera associada a l’oxidació de tioredoxina. El coenzim tioreductasa actua reduint la tioredoxina per permetre que el procés es continuï donant.
L’única excepció és el dTMP, que es sintetitza per la metilació de dUMP per la timidilat sintetasa a partir del metilè-THF.
La inhibició de la síntesi del timidilat s’utilitza en la teràpia del càncer. Timidilat sintetasa s’inhibeix de manera irreversible pel 5-fluorodesoxiuridilat (FdUMP) i dihidrofolat reductasa s’inhibeix de manera competitiva i quasi irreversible pels antifolats (metrotexat, aminopterina i trimetoprima).
Aplicacions en laboratori El nostre organismes disposa d’anticossos policlonals, que són anticossos derivats de diferents línies de cèl·lules B i actuen de manera específica envers un antigen. Per l’utilització en laboratori, però, els limfòcits presenten un gran problema i és que no es reprodueixen en cultiu. Per això es crea un tipus cel·lular híbrid, l’hibricoma, resultat de la fusió d’un mieloma i un limfòcit B. Aquesta cèl·lula produeix anticossos monoclonals.
Per formar les cèl·lules hibrides s’inocula l’antígen en un animal de laboratori i es desenvolupa la resposta immunitària. A continuació s’extreuen les melses per obtenir cèl·lules B productores d’anticossos i es mesclen amb cèl·lules de mieloma defectives per l’enzim HGPRT en un medi HAT amb hipoxantina, aminopterina i timidina. Aminopterina impedeix la síntesi de novo i al ser HGPRT deficients les cèl·lules tumorals no poden realitzar la recuperació de bases nitrogenades. El medi HAT conté també hipoxantina i timidina perquè les cèl·lules no es quedin sense bases nitrogenades i es pugui dur a terme el procés de recuperació.
Els possibles resultats de la fusió cel·lular, per tant, són:  Melsa-melsa No proliferen en cultiu  Mieloma-mieloma No proliferen, són HGPRT deficients  Mieloma-melsa Proliferen Les cèl·lules fusionades es distribueixen en microplaques amb un medi complet i s’identifiquen les cèl·lules hibrides que produeixen anticossos.
3. D EGRADACIÓ DE NUCLEÒTIDS Els nucleòtids provinents de la dieta són degradats per nucleases o fosfodiesterases (són equivalents) formant mononucleòtids. A aquests nucleòtids se’ls extreu el grup fosfat per acció de nucleotidases i sobtenen nucleòsids. Per últim actuen les nucleosidases que separen la ribosa o desoxirribosa, que entrarà a la circulació, de les bases nitrogenades, que aniran a degradació o recuperació. La degradació de purines forma àcid úric i les pirimidines es recuperen amb el cicle de Krebs.
Catabolisme de les purines El producte del catabolisme de les proteïnes és la xantina, que forma àcid úric i l’enzim més important és la xantina oxidasa, que intervé en la regulació del procés.
Quan hi ha un augment de la síntesi de purines per un augment de la PRPP es produeix la gota per l’acumulació d’àcid úric. L’alopurinol és un inhibidor de la xantina oxidasa que s’uneix a l’enzim fent-lo catalíticament inactiu i permetent així una disminució dels nivells d’àcid úric.
L’acumulació de PRPP pot produir-se per una deficiència de la glucosa-6-fosfatasa que provoca un augment de la glucosa-6P augmentant així l’activitat de la via de les pentoses i la síntesi de PRPP.
Catabolisme de pirimidines El metabolisme dels nucleòtids de pirimidines contribueix al metabolisme energètic de la cèl·lula. S’obté malonil-CoA, que és un precursor dels àcids grassos, o metilmalonil-CoA, que forma succinil-CoA i entra al cicle de Krebs.
PREGUNTES Senyala la incorrecta a) El PRPP és la forma activada de la ribosa-5P que accepta bases nitrogenades b) Per la síntesi de ribonucleòtids de purina es necessiten els aminoàcids de glutamina, aspartat i alanina c) La ribosa fosfat pirofosfoquinasa i l’amidofosforribosil transferasa són els enzims que es regulen en la biosíntesi dels nucleòtids de purina Per la síntesi de ribonucleòtids de purina s’utilitza glicina, glutamat i aspartat.
Quina és la correcta a) Una deficiència d’HGPRT causa que no hi hagi via de recuperació de la síntesi de les purines b) Les nucleòsid monofosfat-cinases són enzims sense especificitat.
c) En la biosíntesi de nucleòtids de pirimidina s’utilitzen 6 mols d’ATP per mol d’UMP.
Preguntes verdader-fals  El PRPP és la forma activa de la ribosa 5P que accepta bases nitrogenades  La síntesi de PRPP a partir de ribosa 5P és necessària per la creació de nucleòtids de purina i pirimidina.
 Per la síntesi de ribonucleòtids de purina es necessiten els aminoàcids de glutamina, alanina i aspartat.
 La síntesi d’AMP i GMP es fa de manera divergent a partir del IMP.
 El tetrahidrofolat és un transportador de grups de carboni essencial per la síntesi de bases de purina.
 La ribosa fosfat pirofosfoquinasa i l’amidofosforibosil transferasa són els enzims que es regulen en la biosíntesi dels nucleòtids de purina.
 L’anell de purina es sintetitza gradualment sobre la ribosa modificada, mentre que el de les pirimidines es sintetitza abans de ser condensat sobre la ribosa modificada.
 Les nucleòsids monofosfat-quinases són enzims sense especificitat.
 El síndrome de Lesch-Nyhan es causat per una deficiència de l’enzim HGPRT (hipoxantina-guanina fosforribossil transferasa).
 En la biosíntesi dels nucleòtids de pirimidina s’utilitzen 6 mols d’ATP per mol d’UMP.
 La síntesi del carbamoil fosfat per la CPSII es fa a partir de glutamina, HCO3- i ...