METABOLISMO DE NUCLEOTIDOS Tema 9 Metabolismo de Nucleótidos. Purinas y Pirimidinas: Síntesis y degradación. Formación de ácido úrico, aspectos clínicos. Regulación. Recuperación de bases. Importancia de las vitaminas en el funcionamiento de estas vías.

Los nucleótidos son moléculas nitrogenadas complejas que desempeñan importantes funciones en todas las células vivas, animales y vegetales entre las que se pueden enumerar: -Precursores de los ácidos nucleicos, DNA y RNA. -Componentes de cofactores enzimáticos, NAD, FAD. -Intervienen en la biosíntesis de Coenzima A y de transportadores activados como UDP-glucosa, ADP-glucosa y CDP- diacilglicerol. -Forman parte de moléculas portadoras de energía como el ATP y el GTP, y moléculas que actúan como segundos mensajeros (AMPc y GMPc).

METABOLISMO DE NUCLEOTIDOS

BASES NITROGENADAS pirimidinas purinas

BASES Ambas presentes en ARN y ADN ADN y ARN ADN ARN

AZUCAR PENTOSA RIBOSA * DESOXIRRIBOSA

NUCLEÓTIDO

nucleósidos nucleótidos

DIGESTION Y ABSORCIÓN Los ácidos nucleicos de los alimentos son degradados en intestino a nucleótidos libres, y estos a su vez a nucleósidos y fosfato. Los nucleósidos son absorbidos como tales o hidrolizados por nucleosidasas que separan la base nitrogenada y la pentosa correspondientes. Parte de las bases liberadas en la luz intestinal es degradada por acción de las bacterias de la flora normal; el resto se absorbe y pasa a la circulación portal. El aporte dietético NO es importante.

BIOSÍNTESIS DE BASES PÚRICAS Hay dos tipos de vías metabólicas que conducen a la formación de los nucleótidos: las VÍAS DE NOVO y las VÍAS DE RECUPERACIÓN. La síntesis de novo comienza a partir de sus precursores metabólicos: ribosa 5-fosfato y aminoácidos. Las vías de recuperación reciclan las bases libres y los nucleósidos liberados por el recambio de estas biomoléculas y, en menor medida, los que provienen de la absorción intestinal Ambas vías son importantes en el metabolismo celular.

BIOSÍNTESIS DEL FOSFORRIBOSIL PIROFOSFATO La síntesis de novo de bases púricas y pirimidínicas como así también las vías de recuperación utilizan un precursor común: El FOSFORRIBOSIL PIROFOSFATO (PRPP) el cual se sintetiza a partir de ribosa-5-fosfato (vía de las pentosas) y ATP por acción de la enzima pirofosfoquinasa o FOSFORRIBOSIL PIROFOSFATO SINTETASA.

1 Enzima alostérica, reguladora de la vía de síntesis PRPP

Procedencia de los átomos del anillo de PURINA

BIOSÍNTESIS DE PURINAS Se sintetizan sobre una molécula de ribosa 5-P en el citosol celular. Se sintetizan mononucleótidos en un proceso de dos pasos: 1°) Síntesis de inosina monofosfato (IMP) 2°) Conversión de IMP a AMP y GMP.

1°) Síntesis de inosina monofosfato (IMP): -Ribosa 5-P se fosforila para dar PRPP. -Se transfiere el amino de glutamina sobre el PRPP para formar fosforribosilamina, catalizado por la enzima PRPP amido transferasa. -Se agregan el resto de los átomos del anillo desde los aminoácidos aspartato, glicina y glutamina, CO2 y restos monocarbonados derivados de Tetrahidrofolato (THF). THF: derivado del ácido fólico.

Síntesis de purinas Enzima reguladora

2°) Conversión de IMP a AMP y GMP. Inosinmonofosfato (IMP) Adenosinmonofosfato (AMP) Guaninmonofosfato (GMP) ATP Glutamina IMP Aspartato GTP Glutamato Fumarato GMP AMP

RESUMEN DE LA VIA DE BIFURCACION El IMP se transforma en AMP por adición de un grupo amino en posición C=6. El grupo amino de AMP proviene de Aspartato. Los carbonos de Aspartato se liberan como fumarato. El IMP se oxida por una deshidrogenasa ligada al NAD y se transforma en GMP por adición de un grupo amino en posición C=2 El grupo amino de GMP proviene de Glutamina La glutamina cede el grupo amino liberándose glutamato.

REGULACIÓN DE LA BIOSÍNTESIS DE PURINAS PRPP SINTETASA PRPP AMIDO TRANSFERASA REGULACIÓN DE LA BIOSÍNTESIS DE PURINAS

REQUERIMIENTOS PARA LA BIOSINTESIS DE NUCLEOTIDOS PURICOS SUSTRATO: a-D-ribosa-5-fosfato (vía de las pentosas) AMINOACIDOS: Glutamina, Glicina, Aspartato Derivados de FH4: N10formil FH4 (Transportados de grupos de un carbono) Dadores de Energía: ATP y GTP Ingresa una molécula de CO2

El gasto energético total de la síntesis de novo de purinas a partir de ribosa-5-fosfato  8 y 9 ATP para la síntesis de cada uno de los nucleótidos monofosfato púricos debiendo gastarse otras 2 moléculas de ATP para la biosíntesis de los Trifosfatos. Esto da una pauta de la importancia de las vías de recuperación o salvamento que posee la célula a fin de economizar energía celular.

VIAS DE RECUPERACION Las bases púricas libres se recuperan agregando ribosa fosfato desde PRPP. Hipoxantina + PRPP IMP + PPi Guanina + PRPP GMP + PPI Adenina + PRPP AMP + PPi Hipoxantina-guanina fosforribosil transferasa (HGPRT) Hipoxantina-guanina fosforribosil transferasa (HGPRT) Adenosina fosforribosil transferasa (APRT)

DEGRADACIÓN DE PURINAS Degradación del nucleótido a base libre: Eliminación del grupo fosfato por una nucleotidasa Eliminación de la ribosa por una nucleósido fosforilasa. Liberación del grupo amino por desaminasa. 2. Formación del ácido úrico por oxidación catalizada por la Xantina Oxidasa.

DEGRADACION DE PURINAS- FORMACION DE ACIDO URICO

Resumen de la degradación de bases púricas Los mononucleótidos (AMP y GMP) deben perder el grupo fosfato, la ribosa y el grupo amino para formar Hipoxantina y Xantina respectivamente. El producto final de la degradación es el ACIDO URICO El ácido úrico es poco soluble y cuando aumenta su producción precipita (riñón, articulaciones) El depósito de ácido úrico produce la GOTA La dieta en estos casos debe ser pobre en: proteínas, vísceras, mollejas, espinaca, bajo consumo de alcohol, café, etc. El fármaco Alopurinol inhibe la enzima Xantina oxidasa disminuyendo la producción de ácido úrico

BIOSÍNTESIS DEL NUCLEÓTIDOS DE PIRIMIDINAS Procedencia de los átomos del anillo de pirimidina

Biosíntesis del Nucleótidos de Pirimidinas La síntesis de las pirimidinas es menos compleja que la de las purinas. Necesita Carbamil fosfato. Utiliza 2 aminoácidos: glutamina y aspartato. Se sintetiza UTP y CTP Carbamil fosfato sintetasa II

Esquema de la síntesis de UTP y CTP Carbamil-fosfato + Aspartato N-Carbamil-aspartato + Pi Aspartato transcarbamilasa ATP OROTATO 2 ATP PRPP ATP ATP CTP UMP UTP Glutm Glu

REGULACIÓN DE LA SÍNTESIS DE LAS PIRIMIDINAS CPS II Principal sitio de regulación ATC ATC: ASPARTATO TRANSCARBAMILASA

REGULACION DE LA ATC Velocidad de reacción Aspartato (mM)

BIOSINTESIS DE dTMP Timidilato sintasa N5,10 metilen FH4 DHF CH3 Timidilato sintasa N5,10 metilen FH4 DHF Derivado del ácido fólico

SIMILITUDES: DIFERENCIAS: Hay semejanzas y diferencias entre los procesos de síntesis de purinas y pirimidinas: SIMILITUDES: - La síntesis de ambos tipos de bases requiere el grupo amida de glutamina. - En ambas vías un aminoácido es incorporado como núcleo del compuesto a sintetizar  En la formación del anillo purina: glicina.  En la formación de pirimidina: aspartato . - Como para las purinas, existen vías de rescate o recuperación que reciclan pirimidinas procedentes de degradación de ácidos nucleicos. - La síntesis es muy onerosa en términos de enlaces de alta energía, cada molécula de UMP requiere la inversión de 5 ATP. DIFERENCIAS: - En la síntesis de purinas el ensamble de fragmentos se hace desde el comienzo en unión a ribosil fosfato. - En la síntesis de las pirimidinas, el ribosil fosfato es incorporado después que el anillo heterocíclico ha sido formado.

Degradación de Bases Pirimidínicas Se forman compuestos muy solubles que pueden ser eliminados fácilmente. Los productos de degradación son: CO2, NH4+, b-alanina y b-aminoisobutirato. El b-aminoisobutirato puede degradarse a Succinil-CoA que puede ingresar al Ciclo de Krebs.

Biosíntesis de desoxirribonucleótidos Base Tiorredoxina (SH2) NADP+ Ribonucleótido reductasa OH Tiorredoxina reductasa Base NADPH Tiorredoxina (S-S) + H+ H proveniente de la vía de las pentosas

Bibliografía BLANCO A., “Química Biológica”, Ed. El Ateneo, 9a edic., Bs. As. (2012). LEHNINGER, A.L., "Principios de Bioquímica", Ed. Omega, 4ª ed. (2008). LIM y ROACH. “Metabolismo y nutrición”. Cursos CRASH. 3° edición. Elsevier.