PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN LIC. Y PROF. CS BIOL – LIC. BIOTECNOLOGÍA QCA. BIOLÓGICA PROGRAMA ANALITICO Y/O DE EXAMEN   Bolilla 9 METABOLISMO DE NUCLEÓTIDOS METABOLISMO DE NUCLEÓTIDOS DE PURINA Y PIRIMIDINA Biosíntesis de nucleótidos de purina. Síntesis de novo. Regulación. Biosíntesis de nucleótidos de pirimidina. Regulación. Biosíntesis de desoxirribonucleótidos. Recuperación de bases púricas y pirimidínicas. Degradación de los nucleótidos púricos y pirimidínicos. Productos, características. 

Metabolismo de Bases Púricas y Pirimidínicas Adaptado, Química Biológica, A.Blanco y G. Blanco, Ed. El Ateneo, 9ª. Edic., 2012

¿Qué son los nucleótidos? ¿Cuál es su importancia? Repasemos…. MOLECULAS NITROGENADAS COMPLEJAS. CRECIMIENTO CELULAR DIFERENCIACION CELULAR UNIDAD ESTRUCTURAL DE LOS ACIDOS NUCLEICOS FUNCIONES COMO DADORES DE ENERGIA REGULAN VIAS METABOLICAS ACTUAN COMO SEGUNDOS MENSAJEROS

METABOLISMO DE NUCLEOTIDOS BIOSINTEISIS NUCLEOTIDOS PURICOS NUCLEOTIDOS PIRIMIDINICOS DEGRADACION

NUCLEÓTIDOS Repasemos…. BASE NITROGENADA AZUCAR PENTOSA GRUPO FOSFATO

Estructura general de un Nucleótido Repasemos…. Estructura general de un Nucleótido Anillo de origen de las Bases Púricas y Pirimidínicas

BASES PÚRICAS Guanina Adenina

BASES PIRIMIDÍNICAS RNA Uracilo Citosina DNA RNA Timina DNA

AZUCAR PENTOSA Repasemos…. RIBOSA (ARN) DESOXIRRIBOSA (ADN)

Repasemos…. NUCLEÓSIDOS NUCLEÓTIDOS AMP Adenosina Guanosina GMP

Repasemos…. NUCLEOSIDOS NUCLEOTIDOS CMP Citidina Uridina UMP

DEGRADACIÓN DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

Biosíntesis de Purinas y Pirimidinas Características generales Las vías de síntesis de nuevas (de novo) Purinas y Pirimidinas son idénticas en casi todos los seres vivos. Las bases libres NO son intermediarios en las vías de síntesis de novo. El anillo de Purina se construye añadiendo algunos átomos a la Ribosa. El anillo de Pirimidina se sintetiza como Orotato unido a Ribosa-P. Las enzimas implicadas en estas síntesis forman “complejos multienzimáticos”. Las reservas celulares de nuclétidos son muy pequeñas, su síntesis puede limitar la síntesis de ácidos nucleicos.

Procedencia de los átomos del anillo de PURINA GLICINA CO2 ASPARTATO FORMIATO FORMIATO GLUTAMINA

RESUMEN DE LA BIOSÍNTESIS DE NUCLEÓTIDOS PÚRICOS SUSTRATO: a-D-ribosa-5-fosfato AMINOACIDOS: Glutamina, Glicina, Aspartato Productos secundarios: Fumarato y Glutamato Derivados de FH4: N10formil FH4 Dadores de Energía: ATP y GTP Ingresa una molécula de CO2 y se produce una de NADH

Biosíntesis de Nucleótidos de Purina Dador de restos de 1C: Formas reducidas del folato Dihidrofolato Tetrahidrofolato Folato N5 –metil tetrahidrofolato CH3 N C O H N10 ó N5 -Formiltrahidrofolato N5,N10-Metilenotrahidrofolato N HC N5N10-Meteniltrahidrofolato

BIOSÍNTESIS DE NOVO NUCLEÓTIDOS DE PURINA ATP PRPP sintetasa 5-Fosfo-a-D-Ribosil-1-pirofosfato ( PRPP ) a-D-Ribosa-5-fosfato AMP

Formación de 5-Fosfo-b-ribosilamina Glutamina Glutamato Mg+ NH2 Amido fosforribosil transferasa 5-Fosfo-b-D-ribosilamina (PRA) PPi 5-Fosfo-a-D-Ribosil-1-pirofosfato ( PRPP ) H2O

Esquema de la Biosíntesis de Nucleótidos Púricos a-D-ribosa-5-fosfato IMP Ribosa-5-fosfato pirofosfoquinasa Adenilosuccinato sintetasa IMP Des hidrogenasa PRPP Amido fosforribosil transferasa XMP Ac.Adenilsuccínico GMP AMP 5-Fosfo-b-D-ribosilamina (PRA) GDP ADP GTP ATP

Glicina: Esqueleto carbonado y NH2 (ATP) IMP 5-PRA Glicina: Esqueleto carbonado y NH2 (ATP) N10 ó N5 –formilTHF transfiere una unidad de carbono. (C 8) Glutamina: El NH2 de posición 3 (ATP).Se libera Glu Cierre del anillo pentaatómico (imidazol) por deshidratación (ATP). CO3H-: Por reacción de carboxilación (C 6). Aspartato: : El NH2 de posición 1. Se libera fumarato. (ATP). N10 ó N5 –formilTHF: Ultimo C. 2° ciclación- anillo purínico.

de Nucleótidos Púricos Detalles de las reacciones (5-PRA) Biosíntesis de novo de Nucleótidos Púricos Detalles de las reacciones desde PRPP hasta IMP (ídem Guía TP Aula) Lehninger A. L., 4ª Edic. 2007– Cap. 22

de Nucleótidos Púricos Detalles de las reacciones Adenilosuccinato sintetasa IMP Biosíntesis de novo de Nucleótidos Púricos Detalles de las reacciones desde IMP hasta GMP y AMP IMP-Deshidrogenasa Ac. Xantílico (XMP) Ac.Adenilsuccínico GMP-Sintetasa Adenilosuccinato liasa GMP AMP

Esquema de la Biosíntesis de Nucleótidos Púricos GMP AMP Inosinato (IMP) PRPP Aminoácidos Ribosa-5-P

REGULACION DE LA BIOSINTESIS DE Nucleótidos Púricos a-D-ribosa-5-fosfato IMP GMP AMP IMP Ribosa-5-fosfato pirofosfoquinasa Adenilosuccinato sintetasa AMP IMP Des hidrogenasa GMP PRPP GMP AMP IMP Amido fosforribosil transferasa XMP Ac.Adenilsuccínico GMP AMP 5-Fosfo-b-D-ribosilamina (PRA) GDP ADP + GTP ATP

REGULACION DE LA BIOSINTESIS DE Nucleótidos Púricos Lehninger A. L., 4ª Edic. 2007– Cap. 22

COSTO ENERGÉTICO de la SÍNTESIS DE NOVO El gasto energético total de la síntesis de novo de Purinas a partir de ribosa-5-fosfato  7 ATP para la síntesis de cada uno de los nucleótidos monofosfato púricos (AMP o GMP), debiendo gastarse otros 2 ATP para la biosíntesis de los nucleótidos trifosfato (ATP o GTP). Esto da una pauta de la importancia de las vías de recuperación o salvamento que posee la célula a fin de economizar energía celular.

VÍAS DE RECUPERACIÓN DE BASES PÚRICAS Las bases púricas libres se recuperan Hipoxantina + PRPP IMP + PPi Guanina + PRPP GMP + PPI Adenina + PRPP AMP + PPi Hipoxantian-guanina fosforribosil transferasa (HGPRT) Adenosina fosforribosil transferasa (APRT)

DEGRADACIÓN DE PURINAS- FORMACIÓN DE ÁCIDO ÚRICO Hipoxantina AMP Xantina Oxidasa H2O + O2 H2O2 H2O Pi desaminasa Nucleotidasa Guanina Adenosina H2O NH3 Xantina desaminasa H2O + O2 H2O2 Xantina Oxidasa Guanosina H2O Ribosa GMP Hipoxantina Acido Urico

Derivados del Ácido Úrico ACIDO URICO AC. ALANTOICO AC. GLIOXILICO ALANTOINA 2 UREA AC. ALANTOICO

Derivados del Ácido Úrico Excreción en diferentes especies Lehninger A. L., 4ª Edic. 2007– Cap. 22

Productos nitrogenados primarios de excreción en algunas especies Mamíferos y primates: Del metabolismos de purinas Invertebrados terrestres Aves Uricotélicos Lagartos y serpientes Insectos terrestres (algunos ac. Alantoico y Alantoína) ACIDO URICO Arañas Escorpiones Excretan GUANINA Alg. garrapatas PURINAS Cangrejos de tierra Insectos Almacenan Purinas Caracoles

ESQUEMA DEL METABOLISMO DE NUCLEÓTIDOS PÚRICOS ADENINA Adenina fosforribosil transferasa Fosforribosil amina PRPP sintetasa PRPP amido transferasa HIPOXANTINA GUANINA

BIOSÍNTESIS DE NUCLEÓTIDOS PIRIMÍDINICOS Primero se sintetiza el anillo de pirimidina. Requiere de Carbamil fosfato Utiliza dos aminoácidos: Glutamina y Aspartato Se sintetiza UTP y CTP Actúa una proteína trifuncional: CAD

PROCEDENCIA DE LOS ATOMOS DEL ANILLO PIRIMÍDINICO Citosina ASPARTATO CARBAMIL-P

BIOÍINTESIS DE CARBAMILFOSFATO + HCO3 ATP Glutamina Carbamoil fosfato sintetasa II ADP O H2N-C-O-P + Glutamato Carbamil fosfato

Esquema de la síntesis de UTP y CTP Carbamil-fosfato + Aspartato N-Carbamil-aspartato + Pi H2N  C  O ATP OROTATO 2 ATP PRPP ATP ATP Ribosa-P-P-P CTP CTP UMP UTP Glutm Glu

Diagrama de la biosíntesis de Nucleótidos Pirimidínicos Carbamil fosfato Aminoácidos Ribosa-P

REGULACIÓN DE LA SÍNTESIS DE NUCLEÓTIDOS DE PIRIMIDINA Química Biológica, A.Blanco y G. Blanco, Ed. El Ateneo, 9ª. Edic., 2012

REGULACIÓN de la AspartatoTranscarbamilasa Velocidad de reacción Aspartato (mM)

COSTO ENERGÉTICO de la SÍNTESIS DE NOVO de NUCLEÓTIDOS DE PIRIMIDINA - La síntesis de Nucleótidos de Pirimidina es muy onerosa en términos de enlaces de alta energía, cada molécula de UMP requiere la inversión de 5 ATP. DIFERENCIAS PRINCIPALES entre LAS SÍNTESIS de NUCLEÓTIDOS - En la síntesis de Purinas el ensamble de fragmentos constituyentes se hace desde el comienzo en unión a Ribosil fosfato (PRPP). - En la síntesis de las Pirimidinas, el Ribosil fosfato es incorporado después que el anillo heterocíclico ha sido formado.

VÍAS DE RECUPERACIÓN DE PIRIMIDINAS Uridina + ATP UMP + ADP Citidina + ATP CMP + ADP Timidina + ATP TMP + ADP Se recuperan desde los nucleósidos (no desde sus bases libres)

Biosíntesis de Desoxirribonucleótidos Base Tiorredoxina (SH2) NADP+ Ribonucleótido reductasa OH Tiorredoxina reductasa Base NADPH Tiorredoxina (S-S) + H+ H

BIOSíNTESIS DE TMP CH3 Timidilato sintasa

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.

Degradación de Bases Pirimidínicas Citidina Dihidrouracilo Acido b-ureidopropionico b-Alanina + NH3 + CO2 Uridina Citosina Ribosa-1-P Desoxiuridina Uracilo Desoxiribosa-1-P Dihidrouracilo

Bibliografia 1- BLANCO A., “Química Biológica”, Ed. El Ateneo, 8a edic., Bs. As. (2007). 2- LEHNINGER, A.L., "Principios de Bioquímica", Ed. Omega, 4ª ed. (2008). 3- Docentes de Química Biológica, “QUIMICA BIOLOGICA Orientada a Ciencias de los Alimentos”, Nueva Editorial Universitaria de la Universidad Nacional de San Luis.