Metabolismo de nucleótidos: composición y catabolismo de pirimidinas

Metabolismo de nucleótidos

Metabolismo de nucleótidos

T T T A A A G A T C A TComposición de un nucleótido NH2 Base nitrogenada I Grupo fosfato HO-P-O-CH2 OH I H N 1 C H OH E-U-I Azúcar- ribosa z-ỞNucleósido HO CH2 HH, H H H İH OH OH Desoxirribosa RibosaBases nitrogenadas NH2 N N N N I H Adenina N N-H 1 N NH2 Guanina H3C N-H O 1 H Timina NH2 0 H N N O 0 Z-I I H Citosina Uracilo Z-I N

Digestión y absorción de nucleótidos

• Los ácidos nucleicos que ingresan con los alimentos son degradados por enzimas intestinales:
  • Nucleasas (ribo y desoxirribonucle
  • Fosfatasas
  • Nucleosidasas
• Los nucleósidos, bases nitrogenadas y pentosas pueden ser degradados por bacterias intestinales o absorbidos para pasar a la circulación sanguínea.

·Los nucleótidos (o partes) consumidos en la dieta, no se incorporan directamente a la síntesis de ácidos nucleicos. ·Lo que no se utiliza es degradado. ·Las bases puricas y pirimidinicas por ejemplo, se sintetizan de novo. ·Los humanos no dependen de la ingesta de bases nitrogenadas para atender sus necesidades, puesto que estas pueden ser sintetizadas en casi todas las células.

Función metabólica de los nucleótidos

Desempeñan funciones esenciales en el metabolismo celular:

• Precursores de ADN y ARN
• Intermediarios biosintéticos activados :UDP-glucosa y CDP- diacilglicerol
• Cofactores: NAD+, FAD, S- adenosilmetionina, CoA
• Nucleótidos Metabolismo energetico: ATP y GTP
• Segundos mensajeros: CAMP, CGMP

Biosíntesis de nucleótidos

BIOSINTESIS DE NUCLEOTIDOS

Vías de biosíntesis de nucleótidos

· Existen dos vías: A) Vías de novo:

• Síntesis a partir de precursores metabólicos como: Aminoácidos Ribosa-5-fosfato CO2 NH3

B) Vías de recuperación

• Reciclado de moléculas como: Bases nitrogenadas libres Nucleósidos

Absorción intestinal Biosíntesis de novo Degradación de Nucleotidos DNA BASES EXOGENAS BASES ENDÓGENAS Sintesis de Nucleotidos Y DNA Catabolismo Reciclaje Excreción Esquema del metabolismo de las bases nitrogenadas en el organismo.

Vías de novo de purinas y pirimidinas

O Las vías de biosíntesis de novo para las purinas y las pirimidinas son idénticas en prácticamente todos los organismos vivos.

HCO3- Glicina C Amina del Aspartato 6 N - N1 Formato Formato Cz 4 3 C-N Amida de la Glutamina Contribuciones al anillo de las purinas La estructura del anillo de purina se construye ensamblando uno o pocos átomos a la vez unidos a la ribosa a lo largo de todo el proceso.

· El anillo de pirimidina se sintetiza como orotato, unido a ribosa fosfato, y se convierte en los nucleótidos de pirimidina comunes que se utilizan en la síntesis de ácidos nucleicos.

C 4 Amida de la Glutamina N Ç -Aspartato 3 5 2 6 HCO3- C C 1 N Pirimidina Contribuciones al anillo de las pirimidinas

Síntesis de purinas

Síntesis de novo de purinas

o Se inicia con la síntesis de fosforribosilpirofosfato (PRPP). · Seguido por formación de inosina 5'-monofosfato (IMP). o La purina se construye sobre la ribosa. o Ocurren varias reacciones de amidotransferencia y transformilación. o La síntesis de IMP requiere 5 ATP, 2 glutamina, 1 glicina, 1 aspartato, 1 CO2 y 2 formiatos. O Los formiatos son llevados por el tetrahidrofolato (THF) en forma de N5, N10-metenil-THF y N10-formil-THF. o Del IMP derivan el ATP y el GTP.

Síntesis de PRPP

o El fosforribosil pirofosfato (PRPP) se sintetiza a partir de la ribosa-5-fosfato derivada de la vía de las pentosas fosfato.

Ribosa fosfato pirofosfoquinasa + ATP 5-f josil osfa + AMP H H . H H OH OH 5-Fosforribosil-1-pir 'PRPP) O PRPP, este es un intermediario en la biosíntesis de triptófano y de histidina, el anillo de ribosa contribuye con varios de sus carbonos a la estructura final de estos aminoácidos.

Consideraciones sobre la síntesis de purinas

Tener en cuenta que ... o La estructura de ribosa del PRPP se mantiene en el nucleótido sintetizado. o La glicina funciona como aminoácido precursor para las purinas. · El aspartato en el caso de las pirimidinas. o La glutamina es la fuente de grupos amina y también el aspartato. Y ... o 1. Las reacciones en la vía de las purinas, son catalizadas por enzimas multifuncionales. 0 2. Las reservas de nucleótidos en las células (excepto ATP) son menores del 1% de la cantidad necesaria para sintetizar DNA. Por lo tanto la síntesis de nucleótidos debe continuar durante la síntesis de ácidos nucleicos.

Esquema de la síntesis de novo de purinas

PO CH2 O H H H 0-P-P H ÓH OH 5-Phosphoribosyl 1-pyrophosphate (PRPP) Glutamine 1 - Glutamate PP P-O-CH2 O H H 5-Phospho-B- D-ribosylamine OH OH Glycine 2 ATP ADP + Pi + NH3 H2C- O=C. Glycinamide ribonucleotide (GAR) NH R N1º-Formyl H4 folate 3 > H4 folate H HỌC C-H O-C. Ö Formylglycinamide ribonucleotide (FGAR) R Glutamine Glutamate 4 ATP ADP + Pi H HC C-H HN -- C. ő Formylglycinamidine ribonucleotide (FGAM) NH R ATP 5 1 >ADP + Pi .H2O HC-N CH C- H2N R - AIR HCO 3 6 ATP 6a > ADP + Pi 3 GAR transformylase 4) FGAR amidotransferase 6 FGAM cyclase (AIR synthetase) 6 N5-CAIR synthetase 6a) AIR carboxylase 7 N5-CAIR mutase 8 SAICAR synthetase 9 SAICAR lyase 10 AICAR transformylase 11 IMP synthase 9 Fumarate O=( H2N CH 5-Aminoimidazole-4-carboxamide ribonucleotide (AICAR) R N10-Formyl H4 folate 10 > H4 folate H2N O C- H N Hì R 11 > H2O O C. HN CH HC. O N -O-P-O-CH2_O 0 H H H H ÒH ÒH Inosinate (IMP) 1 glutamine-PRPP amidotransferase 2 GAR synthetase CO2 HC-N CH O=C-N H O R 7 -OOC. C-N C- N CH Carboxyamino- imidazole ribonucleotide (CAIR) R Aspartate 8 ATP ADP + Pi COO CH2 O H HC-N-C-C-N COO C. CH N-Succinyl-5-aminoimidazole-4- carboxamide ribonucleotide (SAICAR) HON N® R C-N HON N CH N-Formylaminoimidazole- 4-carboxamide ribonucleotide (FAICAR C- N N5-Carboxyaminoimidazole ribonucleotide (N5-CAIR) N H NH2 H H2N 5-Aminoimidazole ribonucleotide (AIR) C-N -N

Origen de los átomos del anillo de las purinas

Sintesis de novo de purinas

CO 2 Glycine Aspartate N N C Formate N N Formate Amide N glutamine Origen de los átomos del anillo de las purinas.

Formación de AMP y GMP a partir de IMP

Síntesis de novo de purinas

OOC-CH. C-COO NH GTP GDP + P; N 2 1 N Rib P Rib P N HN Adenilsuccinato Adenilato (AMP) Enzimas: 1. Adenilsuccinato sintetasa, 2. Adenilsuccinato liasa, 3. IMP deshidrogenasa 4. XMP-glutamina amidotransferasa Rib P HO Inosinato (IMP) NAD+ NADH + H+ Gln Glu ATP AMP + PP, (3 HN HN (4) HAN N 0 H,O Rib P Rib P Guanilato (GMP) Xantilato (XMP) Fumarato NH N Aspartato 1 mato IMP Adenilato (AMP) Guanilato (GMP)

Conversión a nucleótidos trifosfato

Los nucleótidos monofosfato se convierten en nucleótidos trifosfato

Síntesis de nucleótidos di y trifosfatos O El AMP y GMP formaran ATP y GTP. o Se utilizan las enzimas nucleósido-5'-monofosfato quinasa y nucleósido-5'-difosfato quinasa.

Nucleósido monofosfato quinasas (NMP quinasas) (d)NMP + ATP - - (d)NDP + ADP 2 ADP AMP + ATP adenilato quinasa Nucleósido difosfato quinasas (NDP quinasas) NTP + N,DP N DP + N,TP

Regulación de la formación de GMP y AMP

o La formación GMP requiere de ATP y la formación de AMP requiere GTP. o Un aumento de ATP provoca un aumento de GMP y viceversa. o De esta manera se control que las proporciones en que se sintetizan el AMP y el GMP sean equivalentes. o Por lo que es una forma de regulación reciproca. Pero no olvidemos ... o Que el ADP se convierte en ATP a nivel de la vía glicolítica y de la fosforilación oxidativa.

Vía de recuperación de purinas

o Se forman los nucleótidos a partir de bases preformadas procedentes de la degradación de ácidos nucleicos en tejidos o absorbidos de la dieta. o Básicamente son dos reacciones: 0 1.

• Enzima: Adenina fosforribosil transferasa (APRTasa)
• Los sustratos son: adenina y PRPP
• El producto: AMP

APRTa5 Adenina + PRPP AMP + PPi

0 2.

• Enzima: Hipoxantina-guanina fosforribosil transferasa (HGPRTasa):
• Sustratos: hipoxantina o guanina y PRPP
• Producto: IMP y GMP.

Hipoxantina IMP HGPRTasa + PRPP + PPi Guanina GMP o Las vías de recuperación inhiben las vías de novo.

Síntesis de pirimidinas

Síntesis de novo de pirimidinas

o A diferencia de las purinas, el anillo de las pirimidinas no se sintetizan sobre el PRPP. o El anillo, primero se sintetiza a partir de bicarbonato, aspartato y amonio y luego se une al PRPP. · El primer ribonucleótido que se sintetiza es el uridina-5-monofosfato (UMP) que posteriormente se convierte en UDP y a partir de este se genera CTP, TMP y TTP.

Inicio de la síntesis de novo de pirimidinas

Síntesis de novo de pirimidinas

o La síntesis inicia con la formación del anillo de seis átomos y se engancha a la ribosa-5-fosfato. En este proceso se precisa de carbamoil fosfato. o El carbamoil fosfato necesario para la biosíntesis se forma en el citosol por la enzima carbamoil fosfato sintetasa II. (diferente en mitocondria).

Síntesis de carbamoil fosfato

o El carbamoil fosfato es sintetizado por acción de la carbamoil fosfato sintetasa II. o La primera reacción: el bicarbonato es fosforilado usando ATP formando carbamato.

Proviene de la glutamina ATP ADP 2- NHẸ P HO HO HO `NH- 0 Bicarbonate Carboxyphosphate Carbamic acidLa segunda reacción: el carbamato es fosforilado por un segundo ATP, se forma el carbamoil fosfato.

ATP ADP 2- 0 = P HO NH2 O Carbamic acid Carbamoyl phosphate o El carbamoil fosfato reacciona con el aspartato, reacción catalizada por la aspartato transcarbamoilasa (ATCasa). o El producto carbamoilaspartato se convierte en dihidroorotato con la dihidroorotasa. o La dihidroorotato deshidrogenasa, forma el orotato.

0 2-0 Aspartate P H+ H20 C NAD* H+ C HN NH U HN NH P OOC COO- H H 0 "OOC O HH H Carbamoyl phosphate Carbamoylaspartate NADH 0 0 + 0 U HN NH2 0 NH2 HH Dihydroorotate Orotate NH2

Formación de Uridilato (UMP)

o El orotato reacciona con el PRPP para formar el orotidilato

2-03POH2Ç O. HN O 2-O3POH2C N O HO OH 5-Phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PRPP) Orotate HO OH Orotidylate o El orotidilato se desacarboxila para formar uridilato (UMP).

O O HN- HN- O O 2-O3POH2C N O H C -.. O - HỒ OH HÓ OH Orotidylate Uridylate HN PP 2- + O O UTTO O CO2 2-OsPOH2C N O El UMP se convierte en UDP y este en UTP a expensas de ATP.

Formación de CTP y TTP

Formación de CTP y TTP

Glutamina + CO2 -PRPP 2 ATP - Carbamoilfosfato sintetasa II Glu 2 ADP+Pi Carbamoil fosfato + Asp 1 - Asp carbamoil transferasa - +Pi - - Carbamoil aspartato - - Acido orótico UMP ATP UDP ATP UTP Gln dUDP CH3 (THF) CTP dTMP - -

Vía de recuperación de pirimidinas

· El reciclaje de pirimidinas es realizado por la pirimidina nucleósido monofosfato transferasa (o pirimidina fosforribosiltransferasa) en la siguiente reacción:

Pirimidina + PRPP Pirimidina nucleósido monofosfato (UMP, CMP y TMP