Nucleotidi come coenzimi

Prof. Giorgio Sartor
Metabolismo dei
nucleotidi
1:
2:
3:
4:
5:
6:
7:
8:
introduzione
biosintesi de-novo delle purine
biosintesi de-novo delle pirimidine
catabolismo delle purine
catabolismo delle pirimidine
sintesi deossiribonucleotidi
regolazione della sintesi dNTP
nucleotidi come coenzimi
Copyright
© 2001-2013
by Giorgio Sartor.
V.0.1 © gsartor
2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
N01 - Versione 0.2 – may 2013
-1
All rights reserved.
Coenzimi nucleotidici
• NAD(P)+/ NAD(P)H
– Si ottengono dalla nicotinamide (Vit. B3) la
quale viene trattata come una base azotata
• FAD/FADH2
– Si ottiene dal FMN (Vit. B2) che a sua volta
deriva dal GTP
• CoA
– Si ottiene dall’acido pantotenico (Vit. B5)
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Metabolismo dei nucleotidi
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1
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Metabolismo dei nucleotidi
-3
Coenzimi nucleotidici
• La sintesi di coenzimi nucleotidi
avviene in due fasi:
1. Fosforilazione della parte
catalitica ad opera di una
chinasi (EC 2.7.1.X):
• Nicotiamide ribonucleotide per il
NAD+
• Flavina ribonucleotide per il FAD
e
• Pantotenato, poi
successivamente legato alla
cisteina e decarbossilato, per il
CoA
O
R
O
P
O
N
O
O
NH2
N
N
N
HO
OH
O
R
O P
O
O
2. Coniugazione del derivato
fosforilato con ATP rilasciando
PPi attraverso l’azione di un
adenililtransferasi (EC 2.7.7.X)
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O
O
O P
O
O P
O
O P
O
O
O
+
Metabolismo dei nucleotidi
O
O
P
O
N
O
NH2
N
+
N
HO
OH
N
O
O
O P
O P
O
O
O
-4
2
NAD(P)+/ NAD(P)H
NAD+
nicotinamide adenindinucleotide
Acido nicotinico
O
O
OH
NH2
N
H
Nicotinamide
N
O
NH2
N
+
O
O
O
HO
O
P
O
O
P
O O
N
O
OH
HO
Nicotinamide
Dinucleotide
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NH2
N
N
O R
Adenina
N
NAD+/NADH R = -H
NADP+/NADPH R = -PO3--
Metabolismo dei nucleotidi
-5
NAD(P)+/ NAD(P)H
O
H
H
NH2
+
N
H
O
NH2
+ H+ + 2e(H-)
R
N
R
NAD+
NADH
• Trasporta DUE elettroni e un PROTONE (H-)
per molecola
• Reazione catalizzata dalle DEIDROGENASI (EC
1.1.x.x)
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Metabolismo dei nucleotidi
-6
3
NAD(P)+/ NAD(P)H
O
H
NH 2
N
+
O
O
O
HO
O
P
O
O
NAD(P)+
P
O
O
N
O
OH
NH2
N
+ H+ + 2eHO
H
H
O
N
N
(H-)
R
NAD+ /NADH R = -H
NADP+/NADPH R = -PO3--
O
NH2
N
O
O
O
HO
O
P
O
O
NAD(P)H
P
O
O
OH
HO
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N
O
NH 2
N
O
N
N
R
Metabolismo dei nucleotidi
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NAD(P)+/ NAD(P)H
Come funziona il NAD+
Stato ossidato
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Stato ridotto
Metabolismo dei nucleotidi
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4
NAD+/NADP+
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Metabolismo dei nucleotidi
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NAD+/NADP+
O
EC 2.4.2.1
PNP
O
NH2
NH2
N
+
O
EC 2.7.1.22
Nicotinamide
riboside chinasi
NH2
N
OH
O
+
O
O
O P O
O
N
HO
OH
ATP
HO
OH
ADP
ATP
EC 2.7.7.1
Nicotinamide-nucleotide
adenililtransferasi
NH2
O
NH2
N
+
HO
PPi
O
O
O
O P O P O
O
O
OH
N
N
O
NH2
NH2
N
O
ADP
ATP
Metabolismo dei nucleotidi
N
N
+
O
O
O P O P O
O
O
O
O P O
NADP+
EC 2.7.1.23
NAD+ chinasi
O
HO
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O
N
N
HO
OH
N
O
HO
N
OH
NAD+
- 10
5
Nicotinamide-nucleotide
adenililtransferasi (EC 2.7.7.1)
• Nicotinamide/nicotinato mononucleotide (NMN/
NaMN)adenililtransferasi (NMNAT) è un
indispensabile per la sintesi di NAD+ e NADP+.
• La NMNAT umana possiede specificità per
entrambi i substrati NMN i NaMN, partecipando
quindi sia alla sintesi de-novo che al recupero del
NAD+
• La struttura cristallina della NMNAT umana
mostra una struttura esamerica barrel-like con il
segnale di localizzazione nucleare esterno
all’esamero, ciò supporta il ruolo funzionale di
interazione con le proteine nucleari di trasporto.
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- 11
Nicotinamide-nucleotide
adenililtransferasi (EC 2.7.7.1)
1KQO
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Metabolismo dei nucleotidi
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6
FAD
Forma ossidata
O
H3C
N
H3C
N
Base di Shiff
ridotta
Ribosio in
forma aperta
NH
N
O
H
H
H
HO
OH
H
H
HO
O
O
P
O
O
O
P
O O
N
O
HO
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NH2
N
N
N
OH
Metabolismo dei nucleotidi
- 13
FAD/FADH/FADH2
O
H3C
N
H3C
N
NH
N
O
e+ H+
O
H
H3C
N
H3C
N
.C+ NH
N
O
e+ H+
H
H3C
N
H3C
N
R
R
R
FAD
FADH
FADHz
O
NH
N
O
H
• La flavina può accettare un elettrone per formare il radicale
FADH che può accettare un secondo elettrone per formare
FADH2.
• Poiché può accettare o donare uno o due elettroni, i nucleotidi
flavinici hanno un ruolo importante per trasferire elettroni tra
coppie redox a due elettroni (NAD(P)+/NAD(P)H + H+) e quelle
a un elettrone (Fe+++/Fe++).
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- 14
7
FAD/FADH2
FAD
(ossidato)
H3 C
H3 C
FADHz
(ridotto)
N
H
O
N
H
NH
N
O
H3C
H
O
N
NH
R'
+
R
H3 C
H
N
H
R
N
H
O
H
R'
R
H
+
R
Fe+++
Fe++
Fe+++
H
H3 C
N
H3 C
N
O
Fe++
.C+ NH
N
O
R
FADH
(semiridotto)
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- 15
FAD
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8
FAD
O
HN
O
CH3
N
N
CH3
N
OH
O
EC 2.7.1.26
Riboflavina
chinasi
N
O
ATP
CH3
N
HN
CH3
N
ADP
OH
OH
HO
OH
HO
OH
O
O
N
HN
NH2
CH3
N
N
OH
CH3
O
O
P
P
O OO
O
OH
OH
O
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N
N
O
HO
P
O
O
ATP
N
N
O
EC 2.7.7.2
FAD sintasi
O
PPi
OH
Metabolismo dei nucleotidi
- 17
Riboflavina chinasi (EC 2.7.1.26)
• In eucarioti l’enzima è monofunzionale
mentre in alcuni batteri possiedono un
enzima con attività bifunzionale (EC
2.7.1.26 e FAD sintasi EC 2.7.7.2)
• Per l’attività è richiesto uno ione bivalente
(Mg2+, Mn2+ o Zn2+).
• In Bacillus subtilis, l’ATP può essere
rimpiazzato da un altro donatore di fosfato
(ATP > dATP > CTP > UTP).
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- 18
9
Riboflavina chinasi (EC 2.7.1.26)
1NB0
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Metabolismo dei nucleotidi
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FAD sintasi (EC 2.7.7.2)
• Altamente specifica per ATP, richiede Mg2+
2WSI
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Metabolismo dei nucleotidi
- 20
10
Coenzima A
O
• Gli acili e
R
• gli acetili
H 3C
O
• Vengono trasportati dal coenzima A (CoA)
acido pantotenico
HS
H
H
N
N
H OH
O
O H3C CH3
O
3'-fosfo-AMP
O
P
O
O
O
P
O O
N
O
β -mercaptoetilamina
HO
O
P
O
NH2
N
N
N
OH
O
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Metabolismo dei nucleotidi
- 21
Coenzima A
O
• Gli acili e
R
• gli acetili
H 3C
O
• Vengono trasportati dal coenzima A (CoA)
acido pantoico
β -alanina
HS
H
H
N
N
O
O
H OH
O
O H3C CH3
3'-fosfo-AMP
P
O
O
O
P
O O
N
O
β -mercaptoetilamina
HO
O
P
O
NH2
N
OH
N
N
O
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- 22
11
Trasporto di acili
• Attraverso la formazione di un legame tioestere
O
R
S
H
H
N
N
H OH
O
O H3C CH3
O
O
O
P
O P O
O
O
Legame tioestere
O
N
O
O
P O
NH2
N
OH
N
N
O
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- 23
Acyl Carrier Protein (ACP)
• Il legame avviene attraverso la Ser terminale
che lega il gruppo prostetico:
O
H
S
O
H
N
N
H
H
CH3
O
OH
CH3
O
P
O
ACP
O
Fosfopanteina
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Metabolismo dei nucleotidi
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12
Coenzima A
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Coenzima A
OH
H
N
HO
H2N
OH
(R)-pantotenato
O
O
H3C
N
Defosfo-CoA
CH3
N
N
ATP
EC 2.7.1.33
Pantotenato chinasi
N
O
O
O P
ADP
(R)-4'-fosfopantotenato
HO
H
N
O
O
O
Cisteina
CTP
O
HO
O
O
HS
O
O
CO2
O
H3C CH3
OH
P
H3C
CH3
ATP
O
O
O
H
N
H
N
EC 4.1.1.36
Fosfopantotenoilcisteina
decarbossilasi
O
HS
O
O
O
EC 2.7.7.3
Panteteina-fosfato
adenililtransferasi
OH
O
P
O
O
OH
O
O
PPi
O
H3 C
CH3
P
O
O
Panteteina 4'-fosfato
N-[(R)-4'-fosfopantotenoil]-L-cisteina
V.0.1 © gsartor 2001-2013
H
N
H
N
O
OH
H
N
HS
P
H3 C CH3
EC 6.3.2.5
Fosfopantotenato-cisteina ligasi
CMP + PPi
H
N
HO
O
OH
Metabolismo dei nucleotidi
- 26
13
Coenzima A
NH2
N
H2N
HO
N
N
O
O
O P
HO
HS
H
N
O
OH
O
EC 2.7.1.24
Defosfo-CoA chinasi
P
O
O
OH
O
CH3
O
O
O
P
O
O
P
O H3C
O
O
O
ATP
ADP
HS
H
N
O
O
OH
H
N
P
O
H3C
O
CH3
O
O
CoA
Defosfo-CoA
V.0.1 © gsartor 2001-2013
N
O
N
H
N
N
N
N
Metabolismo dei nucleotidi
- 27
Pantotenato chinasi (EC 2.7.1.33)
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
- 28
14
Pantotenato chinasi (EC 2.7.1.33)
3SMS
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
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Fosfopantotenoilcisteina ligasi (EC 6.3.2.5)
1P9O
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Metabolismo dei nucleotidi
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15
Crediti e autorizzazioni all’utilizzo
• Questo materiale è stato assemblato da informazioni raccolte dai seguenti testi di Biochimica:
– CHAMPE Pamela , HARVEY Richard , FERRIER Denise R. LE BASI DELLA BIOCHIMICA [ISBN 9788808-17030-9] – Zanichelli
– NELSON David L. , COX Michael M. I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER - Zanichelli
– GARRETT Reginald H., GRISHAM Charles M. BIOCHIMICA con aspetti molecolari della Biologia
cellulare - PICCIN
– VOET Donald , VOET Judith G , PRATT Charlotte W FONDAMENTI DI BIOCHIMICA [ISBN 9788808-06879-8] – Zanichelli
• E dalla
–
–
–
–
consultazione di svariate risorse in rete, tra le quali:
Kegg: Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes http://www.genome.ad.jp/kegg/
Brenda: http://www.brenda.uni-koeln.de/
Protein Data Bank: http://www.rcsb.org/pdb/
Rensselaer Polytechnic Institute:
http://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb1/MB1index.html
Questo ed altro materiale può essere reperito a partire da:
http://www.ambra.unibo.it/giorgio.sartor/ oppure da http://www. gsartor.org/
Il materiale di questa presentazione è di libero uso per didattica e ricerca e può essere usato senza
limitazione, purché venga riconosciuto l’autore usando questa frase:
Materiale ottenuto dal Prof. Giorgio Sartor
Università di Bologna – Alma Mater
Giorgio Sartor - [email protected]
V.0.1 © gsartor 2001-2013
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