METABOLISMO DE BASES BIOSINTESIS Y DEGRADACION DE NUCLEOTIDOS. Dra. SUSANA GONZALEZ 2018

Transcripción

1 METABOLISMO DE BASES BIOSINTESIS Y DEGRADACION DE NUCLEOTIDOS Dra. SUSANA GONZALEZ 2018

2 Nucleótidos Constituyentes de los ácidos nucleicos: ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN), depositarios moleculares de la información genética Señales químicas en las células, en respuesta a hormonas y otros estímulos extracelulares (AMPc, GMPc) Componentes estructurales de cofactores enzimáticos (NAD, FAD, Coenzima A) Intermediarios metabólicos de alta energía (UDPglucosa), reguladores alostéricos y en metabolismo energético (ATP, GTP)

3 Estructura General de un Nucleótido (Base nitrogenada) (1 a 3 grupos fosfatos) (Monosacárido de 5 C) Se muestra un ribonucleótido; en un desoxirribonucleótido el H reemplaza al OH del C 2

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5 Estructura de las Bases 6-aminopurina 2-amino-6-oxopurina 4-amino-2-oxopirimidina 2,4-dioxopirimidina 5-metil-2,4-dioxopirimidina

6 Nucleótidos

7 Algunas estructuras importantes ATP AMPc: 3, 5 -monofosfato cíclico de adenosina Coenzima A Deriva de adenosina difosfato

8 Rutas Metabólicas que conducen a la formación de nucleótidos De Novo: a partir de precursores metabólicos (aminoácidos como fuente de C y N, formiato y CO 2 como fuente de C) De Recuperación: reciclan las bases libres y los nucleósidos liberados durante la degradación de ácidos nucleicos

9 Síntesis de Novo: Origen de los átomos del anillo de las Purinas C6 C4, C5 y N7 N1 C8 C2 N3 y N9

10 La forma activada de la ribosa es necesaria para la biosíntesis de los nucleótidos de purina, pirimidina y las vías de recuperación PRPP sintetasa Actividad regulada por: Ribosa-fosfato pirofosfoquinasa o Ribosa-5-fosfato PRPP sintetasa Mg 2+ como activador AMP, GMP y sus correspondientes dinucleótidos, ADP y GDP, como inhibidores. 5-fosforribosil 1-pirofosfato (PRPP)

11 Vista General de la Producción de Nucleótidos de Purinas Buchanan y Greenberg describieron la ruta biosintética de Purinas (1950)

12 La glutamina aporta el N9 del anillo, que se une al C1 de la ribosa PRPP amidotransferasa AMP, GMP la inhiben (actúan como reguladores alostéricos que regulan su propia síntesis por retroinhibición) y también los di y trinucleótidos PRPP la activa Vida media muy corta

13 Adición de glicina (C4, C5 y N7 del anillo púrico): se forma una unión amida entre el carboxilo de la glicina y el amino de la fosforibosilamina Fosforribosilglicinamido-sintetasa

14 Introducción del grupo formilo (C8 del anillo) vía THF: Formil transferasa

15 el anillo ya posee sus 5 miembros (imidazol), pero antes de cerrarse Fosforribosil-formilglicinamido-sintetasa N3

16 El cierre del anillo requiere ATP Fosforribosil aminoimidazol sintetasa

17 carboxilasa C2 C6 Se forma unión amida: Amino del aspartato y el carboxilo del C5 del anillo Se rompe N-C del aspartato Adenilo-succinato liasa IMP

18 Biosíntesis de AMP y GMP a partir de IMP Conversión del carbonilo en C6 en amino Requiere 7 enlaces alta E IMP Requiere 6 ATP Xantosina-5 -monofosfato Introducción de amino en C2 Requiere 8 enlaces alta E

19 Mecanismos de Regulación de la Biosíntesis de los Nucleótidos de Adenina y Guanina - GDP/ADP PRPP amidotransferasa - AMP/GMP y los di y tri nucleótidos 4 enzimas son reguladas GMP, AMP se convierten en GDP, GTP y ADP por quinasas específicas (usando ATP) + +

20 Degradación de los Nucleótidos de Purinas Los nucleótidos se degradan y producen bases libres Las bases libres pueden ser recuperadas Si no son reutilizadas y recicladas, se degradan y sus productos finales son excretados

21 Las bases Púricas se reciclan a través de vías de recuperación Las bases se transforman en sus nucleósidos monofosfato en un solo paso, usando la ribosa-5-p del PRPP Adenina + PRPP APRTasa AMP + PPi Guanina + PRPP Hipoxantina + PRPP HGPRTasa HGPRTasa GMP + PPi IMP + PPi APRTasa: adenina-fosforribosil-transferasa HGPRTasa: hipoxantina-guanina-fosforribosil-transferasa Adenosina + ATP Adenosina quinasa AMP + ADP

22 Degradación de los Nucleótidos de Purina 5 -nucleotidasa Nucleósido nucleosidasa 5 -nucleotidasa Adenosina deaminasa nucleosidasa Guanina deaminasa FAD, Molibdeno y centros Fe-S Higado mucosa intestinal Producto final del metabolismo de purinas Xantina oxidasa Xantina oxidasa

23 Biosíntesis de Ribonucleótidos de Pirimidinas Síntesis de Novo: Origen de los átomos del anillo de pirimidinas Glutamina Aspartato

24 Síntesis de UMP Formación de carbamil-fosfato (C2 y N3 del anillo de pirimidinas) CO 2 + glutamina + 2 ATP CPS II carbamil-fosfato + glutamato +2 ADP +Pi CPS II: carbamil fosfato sintetasa II, enzima citosólica que usa glutamina. Es diferente de la CPS I, que es mitocondrial, y utiliza NH 3 como sustrato e interviene en el ciclo de la urea.

25 Síntesis de novo de los nucleótidos de pirimidinas N1, C4, C5 y C6 C2 y N3 Ya formado el anillo pirimidínico, se agrega PRPP OMP Orotidina monofosfato UMP (ácido orótico) Uridina monofosfato

26 La síntesis de UMP requiere 6 actividades enzimáticas que se encuentran en 3 péptidos Carbamil fosfato sintetasa II, la aspartato transcarbamilasa y la dihidroorotasa Dihidroorotato deshidrogenasa Orotato fosforribosiltransferasa y OMP descarboxilasa (al inhibir la OMP descarboxilasa se acumulará ácido orótico)

27 UMP es el precursor de los nucleótidos citidínicos UMP UTP da CTP por aminación: la glutamina actúa como dadora de grupo amino CTP

28 Regulación de la síntesis de novo de nucleótidos de pirimidina La CPS II (carbamil fosfato sintetasa II) se inhibe por UTP, y es activada por PRPP. La Citidilato sintasa (CTP sintasa) se inhibe por CTP

29 Recuperación de las Bases Pirimidínicas Pirimidina (Py) + PRPP Pirimidina fosforribosil transferasa PyMP +PPi Bases libres Nucleósido Uracilo o Citosina Ribosa-1-fosfato Uridina o Citidina Pirimidina nucleósido fosforilasa Timina Deoxiribosa-1-fosfato Timidina Timina fosforilasa Quinasas más específicas transforman los nucleósidos en nucleótidos

30 Degradación de una Pirimidina: un ejemplo Nucleótidos nucleotidasa Nucleósidos nucleosidasa Bases Nucleótidos de Citidina y Uridina dan: Uracilo (finalmente da -alanina, amonio y Co 2 ) Nucleótidos de Timidina: dan Timina

31 Biosíntesis de Desoxirribonucleótidos Se forman por reducción directa de la posición 2 de los correspondientes ribonucleótidos Los sustratos son ribonucleósidos difosfato: ADP, GDP, CDP y UDP La reducción tiene lugar a través de una serie de reacciones de óxido-reducción catalizadas por la tiorredoxina reductasa y la ribonucleótido reductasa.

32 Biosíntesis de Desoxirribonucleótidos Tioredoxina reductasa Ribonucleótido reductasa: utiliza la tioredoxina para reducir los nucleótidos La regulación de la enzima es compleja y asegura una reserva equilibrada de precursores para la síntesis de ADN. ADP: dadp GDP: dgdp CDP: dcdp UDP: dudp..dutp.dump----dttp) (quinasa) (UTPasa)

33 dudp dump El ADN contiene timina en lugar de uracilo. El precursor inmediato de dtmp es dump Timidilato sintasa Conversión de dump en dtmp por la timidilato sintasa y la dihidrofolato reductasa La formación de dtmp, es blanco de drogas para el tratamiento de cáncer, ya que en esos casos las células se dividen aceleradamente y requieren activa síntesis de ADN Serina hidroximetil transferasa Dihidrofolato reductasa ( Metotrexato, aminopterina = antifolatos: estructura similar al DHF, son inhibidores de la DHF reductasa, no se regenera N5,N10-metilén-THF: necesario para síntesis de dtmp)

34 Muchos agentes quimioterapéuticos actúan sobre la biósíntesis de nucleótidos Un antifolato: ( Metotrexato y aminopterina = son antifolatos: estructura similar al DHF, son inhibidores de la DHF reductasa, por ello no se regenera N5,N10- metilén-thf: necesario para síntesis de dtmp)

35 El 5-Fluorouracilo (un análogo de pirimidinas) se activa a FdUMP, un inhibidor de la timidilato sintasa. FdUMP enzima No se produce el desplazamiento del H enzima

36 Implicancias clínicas de alteraciones en el metabolismo de Bases Síndrome de Lesch-Nyhan Gota Aciduria Orótica

37 Síndrome de Lesch-Nyhan Enfermedad Neurológica infantil hereditaria (se manifiesta a los 2 años, varones) Severa o completa deficiencia de la actividad de la HGPRTasa: las purinas guanina e hipoxantina que se forman continuamente por degradación de ácidos nucleicos no pueden recuperarse Se caracteriza por la excesiva producción de ácido úrico porque aumenta síntesis de bases púricas y su catabolismo Retraso mental, mala coordinación, conductas agresivas y de automultilación (labios y dedos)-el cerebro depende de vías de recuperación-

38 GOTA: alteración del metabolismo de las purinas. Se caracteriza por: elevados niveles de ácido úrico en sangre (hiperuricemia) y se manifiesta por depósitos de cristales de la sal sódica de ácido úrico en los tejidos. Las articulaciones se inflaman y duelen, a causa de depósitos anormales de urato de sodio (se visualizan cristales de urato de sodio en leucocitos PMN y macrófagos en el líquido articular). Valores normales: Hombre: mg%, Mujer: mg% Una hiperuricemia aislada no es el único determinante de gota. Los riñones pueden verse afectados por depósitos de cristales en los túbulos renales Múltiples causas debidas a defectos en la síntesis de purinas (1. PRPP sintetasa no se regula, y aumenta PRPP; 2. déficit parcial de HGPRtransferasa: aumenta producción de purinas que no se recuperan. 3. secundaria y asociada a otros defectos metabólicos (déficit de glucosa-6-fosfatasa: la Glu-6-P va a via pentosas y aumenta PRPP)

39 Tratamiento de la gota: Nutricional (evitar alimentos ricos en purinas: hígado, riñón, sesos; evitar el alcohol) Farmacológico (alopurinol)

40 El alopurinol, un inhibidor de la xantina oxidasa

41 Aciduria Orótica Enfermedad hereditaria, baja incidencia Defecto en la enzima que convierte ácido orótico en uridina monofosfato (orotatofosforribosiltransferasa-omp descarboxilasa) Anemia severa, retardo en crecimiento (no sintetiza pirimidinas) Excreción de grandes cantidades de ácido orótico Administrar uridina (nucleósido) por vía oral para tratar esta condición (se transforma en nucleótidos) Enzima bloqueada en la aciduria orótica hereditaria

42 Repasando. Qué aminoácidos participan en la síntesis de bases? Purinas:.. Pirimidinas:. Cómo se forma el PRPP?

43 Cómo se regula la síntesis de nucleótidos de purina?

44 Cuáles son las reacciones de recuperación de bases púricas preformadas? Qué consecuencias presentaría la inhibición de la OMP decarboxilasa?

45 El Metotrexato posee una estructura parecida al.., inhibe a la e impide que se regenere el.., necesario para la conversión de dump a dtmp, esencial para la biosíntesis de ADN. Consecuencia: las células de crecimiento rápido, como las células tumorales, perecen. Por qué se utiliza el alopurinol en el tratamiento de la gota? El alopurinol es un análogo de la. El alopurinol es sustrato de la.., se transforma en, producto que se une a la enzima e inhibe su acción. Disminuye la producción de. y aumentan los niveles de hipoxantina y xantina, que se excretan y alivian los síntomas

46 El desarrollo de fármacos no hubiera sido posible sin comprender en detalle las bases bioquímicas de la síntesis de purinas y pirimidinas y sus vías de recuperación