METABOLISMO DELLE BASI
PURINICHE E PIRIMIDINICHE
base
nucleoside
adenina
adenosina
guanina
guanosina
citosina
citidina
nucleotide
sigla
adenosina-5'-monofosfato
(acido adenilico)
guanosina-5'-monofosfato
(acido guanilico)
AMP
citidina-5'-monofosfato
(acido citidilico)
CMP
GMP
uracile
uridina
uridina-5'-monofosfato
(acido uridilico)
UMP
timina
deossitimidina
deossitimidina-5'-monofosfato
(acido deossitimidilico)
dTMP
• Per molti processi biologici è necessario un ampio apporto di
nucleotidi
• Alcuni di essi, non solo ATP, sono la fonte di energia che guida la
maggior parte delle nostre reazioni.
• L’ATP è la fonte più comunemente usata (“moneta corrente”
della cellula), il GTP è invece usato per un gruppo più limitato di
processi biologici, come ad esempio la sintesi proteica.
• L’UTP è la fonte di energia per l’attivazione di glucosio e
galattosio, il CTP è la fonte di energia nel metabolismo lipidico.
• AMP è parte della struttura di alcuni coenzimi come NAD+,
NADP+, FAD e Coenzima A.
Naturalmente i nucleotidi fanno anche parte degli acidi
nucleici.
NB: Né le basi né i nucleotidi sono componenti dietetici
richiesti.
Possiamo sintetizzarli de novo oppure salvare e riutilizzare
quelli che già abbiamo.
NOMENCLATURA
BASI AZOTATE
Esistono 2 tipi di basi contenenti azoto:
PURINE: un anello a 6 atomi e uno a 5 atomi contenenti azoto e
condensati.
PIRIMIDINE: un anello a 6 atomi
contenente azoto.
Esistono 4 purine e 4 pirimidine di nostro interesse.
PURINE
ANELLO A 6 ATOMI E ANELLO A 5 ATOMI
CONTENENTI AZOTO E FUSI INSIEME
•
•
•
•
1)ADENINA: 6-AMMINO-PURINA
2)GUANINA: 2-AMMINO,6-OSSI-PURINA
3)IPOXANTINA: 6-OSSI-PURINA
4)XANTINA: 2,6-DIOSSI-PURINA
Adenina e Guanina si trovano sia nel DNA che nell’RNA.
Ipoxantina e Xantina non sono incorporate negli acidi
nucleici appena vengono sintetizzate, ma sono intermedi
importanti nella sintesi e nella degradazione dei
nucleotidi purinici.
PIRIMIDINE
ANELLO A 6 ATOMI CONTENENTE AZOTO
•
•
•
•
1)URACILE:2,4-DIOSSI-PIRIMIDINA
2)TIMINA: 2,4-DIOSSI-5-METIL-PIRIMIDINA
3) CITOSINA: 2-OSSI-4-AMMINO-PIRIMIDINA
4)ACIDO OROTICO: 2,4-DIOSSI-6-CARBOSSI-PIRIMIDINA
La Citosina si trova sia nel DNA che nell’RNA, l’Uracile si trova solo
nell’RNA, la Timina si trova generalmente nel DNA.
A volte il tRNA può contenere alcune timine così come l’uracile.
NUCLEOSIDI
Se uno zucchero, sia ribosio che 2-desossiribosio viene aggiunto a una base azotata il
composto risultante è chiamato nucleoside.
Il carbonio 1 dello zucchero è legato all’azoto 9 della purina o all’azoto 1 della
pirimidina. I nomi dei nucleosidi purinici terminano in –OSINA, mentre i nomi dei
nucleosidi pirimidinici terminano in –IDINA.
La convenzione è quella di numerare normalmente gli atomi dell’anello della base e di
usare 1’…etc… per distinguere gli atomi dell’anello dello zucchero.
Se non diversamente specificato, lo zucchero che si assume è il ribosio.
Per indicare che lo zucchero è il 2-desossiribosio, si posiziona una
–d davanti al nome.
•
•
•
•
•
•
1)ADENOSINA
2)GUANOSINA
3)INOSINA( la base è l’IPOXANTINA)
4)URIDINA
5)TIMIDINA
6)CITIDINA
NUCLEOTIDI
Aggiungendo uno o più fosfati alla
porzione di zucchero di un
nucleoside si ottiene un nucleotide.
Generalmente il fosfato ha un legame
estere con il C5’ dello zucchero.
Se è presente più di un fosfato, essi
sono solitamente legati da legami
anidridici.
Se il fosfato si trova in qualsiasi altra
posizione, quest’ultima deve essere
naturalmente designata.
POLINUCLEOTIDI
I nucleotidi sono legati
insieme da legami 3’-5’
fosfodiesterei per formare
polinucleotidi.
La
polimerizzazione
dei
ribonucleotidi produce Rna
La
polimerizzazione
dei
desossiribonucleotidi porta a
Dna.
IDROLISI DEI POLINUCLEOTIDI
La maggior parte degli acidi nucleici delle cellule sono associati a
proteine.
•
Le nucleoproteine della dieta sono degradate dagli enzimi
pancreatici
•
le nucleoproteine tissutali sono degradate dagli enzimi
lisosomiali.
Dopo la dissociazione dell’acido nucleico e delle proteine, queste
ultime sono metabolizzate come qualsiasi altra proteina.
Gli acidi nucleici sono idrolizzati casualmente da nucleasi a
produrre una miscela di polinucleotidi; questi sono
ulteriormente scissi da fosfodiesterasi (esonucleasi) in un
miscuglio di mononucleotidi.
La specificità degli enzimi pancreatici dà come risultato i 3’nucleotidi e quella degli enzimi lisosomiali dà i
5’nucleotidi, biologicamente molto importanti.
I nucleotidi sono idrolizzati dalle nucleotidasi per dare
nucleosidi e fosfato.
Questo è probabilmente il prodotto finale nell’intestino,
poiché i nucleosidi sono la principale forma assorbita.
In alcuni tessuti i nucleosidi sono sottoposti a fosforolisi
dai nucleosidi fosforilasi per formare la base corrispondente
e il ribosio1-P o il desossiribosio 1-P.
Poichè il ribosio1-P e il ribosio 5-P sono in equilibrio lo
zucchero fosfato può essere incorporato nei nucleotidi o
metabolizzato nella via dell’esoso monofosfato.
Le basi puriniche e pirimidiniche rilasciate sono degradate
o salvate per essere di nuovo incorporate nei nucleotidi.
C’è un significativo turn-over di tutti i tipi di Rna così come
del pool nucleotidico. Non vi è invece turn-over del Dna ma
porzioni della molecola possono essere tagliate come parte
di un processo di riparazione.
Le Purine e le Pirimidine del turn-over tissutale che
non sono salvate, vengono catabolizzate ed escrete.
Il catabolismo delle pirimidine produce beta-alanina,
mentre il prodotto finale del catabolismo delle purine
nell’uomo è l’acido urico, formato principalmente nel
fegato ed escreto dal rene attraverso l’urina.
CATABOLISMO DELLE PURINE
DAI NUCLEOTIDI ALLE BASI
I nucleotidi guaninici sono idrolizzati nel nucleoside
guanosina che subisce fosforolisi per dare guanina e ribosio1P.
Le nucleotidasi intracellulari dell’uomo non sono molto
attive nei confronti dell’AMP; l’AMP è piuttosto deaminato
dall’enzima Adenilato deaminasi in IMP.
Nel catabolismo dei nucleotidi purinici l’IMP è in seguito
degradato dall’idrolisi con nucleotidasi per formare inosina
che è poi fosforilato per dare ipoxantina.
L’adenosina solitamente origina dalla S- adenosilmetionina nel
corso delle reazioni di transmetilazione.
L’adenosina è deaminata a inosina da un’adenosina deaminasi.
Carenze in adenosina deaminasi o nella fosforilasi dei
nucleosidi purinici conducono a due diverse malattie da
immunodeficienza con meccanismi che non sono ancora
chiaramente definiti. La carenza di adenosina deaminasi
influenza l’immunità dei linfociti B e T.
La carenza di fosforilasi influenza le cellule T, ma le cellule B
sono normali.
UNA CURIOSITA’…
“Nel settembre del 1990, una bambina
di 4 anni venne trattata per carenza di
adenosina deaminasi tramite
ingegneria genetica, di modo che le sue
cellule incorporassero il gene codificante
per l’enzima ADA ricombinante.
Il trattamento, fino ad ora, sembra essere
riuscito.”
Se le purine metilate sono o meno catabolizzate
dipende dalla posizione del gruppo metilico. Se il
gruppo metilico si trova su un gruppo -NH2, è
rimosso con l’NH2 e il nucleo è metabolizzato nel
modo consueto. Se il gruppo metilico si trova
sull’anello di azoto, il composto è escreto
immodificato nelle urine.
DALLE BASI ALL’ACIDO URICO
Entrambe l’adenina e la guanina convergono nell’intermedio comune
xantina.
L’ipoxantina, che rappresenta l’adenina originale è ossidata a xantina
dall’enzima xantina ossidasi.
La guanina è deaminata a xantina, con il gruppo amminico rilasciato
come ammoniaca.
Se questo processo si verifica in tessuti diversi dal fegato, gran parte
dell’ammoniaca verrà trasportata al fegato per ultimare l’escrezione
sottoforma di urea.
La xantina, così come l’ipoxantina è ossidata dall’ossigeno
e dalla xantina ossidasi con la produzione di perossido
d’idrogeno e urato.
Nell’uomo l’urato è escreto e il perossido d’idrogeno è
degradato dalle catalasi.
La xantina ossidasi è presente in concentrazioni
significative solo nel fegato e nell’intestino.
Gotta e Iperuricemia
•
L’acido urico indissociato e i corrispondenti Sali di urato sono
scarsamente solubili.
• La limitata solubilità ordinariamente non è un problema
nell’urina, a meno che quest’ultima non sia molto acida o abbia
un’alta concentrazione di [Ca]2+(i Sali di urato coprecipitano con
i Sali di calcio e possono formare calcoli nel rene o nella vescica)
• Un’alta concentrazione di urato nel sangue conduce ad un
gruppo abbastanza comune di malattie denominato GOTTA.
Il termine GOTTA indica un quadro sintomatologico secondario all’
IPERURICEMIA (presenza nel sangue di elevati tassi di acido urico: >6,4
mg/dl-3,7 mg/dl normale).
L’ IPERURICEMIA non è sempre sintomatica, ma in certi individui
qualcosa innesca la deposizione di cristalli di urato di sodio nelle
articolazioni e nei tessuti.
In aggiunta all’estremo dolore che accompagna attacchi acuti, attacchi
ripetuti conducono alla distruzione dei tessuti e a gravi malformazioni
simili a quelle artritiche.
Elevati livelli di acido urico non comportano necessariamente la GOTTA,
che è invece dovuta ad un errore metabolico congenito, ereditario.
L’urato nel sangue si può accumulare tramite una
sovrapproduzione e/o una sottoescrezione di acido urico.
Nelle gotte causate da una sovrapproduzione di acido urico,
i difetti non sono dovuti ai meccanismi di controllo che
determinano la produzione dello stesso, ma dei nucleotidi
precursori. L’unico principale controllo nella produzione di
urato che conosciamo fino ad oggi è la disponibilità dei
substrati (nucleotidi, nucleosidi o basi libere.
Un approccio al trattamento della gotta è il farmaco
allopurinolo, un isomero dell’ipoxantina che agisce
riducendo la formazione dell’acido urico da parte
dell’organismo
CATABOLISMO DELLE PIRIMIDINE
•Diversamente dalle purine, le pirimidine subiscono
l’apertura dell’anello ed i prodotti finali soliti del
catabolismo sono beta-amminoacidi più ammoniaca e
diossido di carbonio.
•Le pirimidine da acidi nucleici metabolizzate da
nucleosidasi e fosforilasi per produrre le basi libere.
• Il gruppo 4-amminico della citosina e della 5-metil
citosina, è rilasciato come ammoniaca.
APERTURA DELL’ANELLO
•Affinché gli anelli siano aperti essi devono essere, per
prima cosa, ridotti da NADPH.
•Gli atomi 2 e 3 di ambo gli anelli sono rilasciati come
ammoniaca e diossido di carbonio.
•Il resto dell'anello viene rilasciato come un betaamminoacido: il beta-ammino-isobutirrato da timina o
dalla 5-metil citosina, la beta-alanina da citosina o
uracile,che può essere espulsa o essere incorporata nel
cervello e nel muscolo come dipeptide, carnosina (hisbeta-ala) o anserina (metile his-beta-ala).
NOZIONI GENERALI
Le basi purine e pirimidine che non sono degradate sono riciclate
e reincorporate nei nucleotidi.
Comunque, questo riciclaggio non è sufficiente ed è essenziale la
sintesi de novo. Ci sono precise differenze nei vari tessuti per
eseguire la sintesi de novo.
La sintesi de novo di purine è molto attiva nel fegato. I tessuti
non-epatici generalmente hanno una limitata o anche assente
sintesi de novo.
La sintesi di pirimidine avviene in molti tessuti
Per le purine, soprattutto, i tessuti non-epatici
contano prevalentemente su basi preformate,
che sono recuperate dal loro proprio turnover
intracellulare con l’integrazione di basi
sintetizzate nel fegato e consegnate ai tessuti via
ematica.
Il recupero di purine è ragionevole in più cellule
perché la xantina ossidasi, l'enzima chiave nel
portare tutte le purine ad acido urico, è
significativamente attiva solo nel fegato e
nell’intestino.
Le basi generate dal turnover nei tessuti non-epatici
non sono degradate prontamente ad acido urico in
quei tessuti e, perciò, sono disponibili per il recupero.
Il fegato probabilmente salva meno ma è molto attivo
nella sintesi de novo- non così tanto per se stesso ma
come supporto per i tessuti periferici.
La sintesi de novo di nucleotidi purinici e pirimidinici
avviene a partire da componenti facilmente
disponibili.
SINTESI DE NOVO DI NUCLEOTIDI PURINICI
La sintesi de novo dei nucleotidi purinici è un
processo a tappe che porta alla costruzione dell’IMP,
a sua volta il prodotto di partenza per la sintesi sia
dell’adenosina 5’-monofosfato (AMP) che della
guanosina 5’-monofosfato (GMP).
Poiché è il precursore sia dell’AMP che del GMP, che
regolano strettamente la via, l’IMP normalmente
non è presente in quantità apprezzabili nelle cellule.
Sintesi dei nucleotidi
Sintesi de novo
Precursori
amminoacidi
Gly nucl purinici
Asp nucl pirimidini/purinici
Gln nucl pirimidinici/nucl purinici
- carbamil fosfato nucl pirimidinici
- 5-fosforibosil-1-pirofosfato (PRPP) nucl pirimidinici/nucl purinici
- CO2 nucl purinici
Via di recupero
demolizione degli acidi nucleici
In alcuni tessuti avviene sia
sintesi de novo sia via di recupero
Nel cervello solo via di recupero
Riciclo dei NUCLEOTIDI
•I nucleotidi della dieta vengono in gran parte
direttamente degradati: il ribosio si recupera
(energia) e le basi azotate eliminate
•I prodotti del turn-over vengono in parte riciclati
e in parte eliminati
Siccome le purine sono sintetizzate come i ribonucleotidi, (non
come le basi libere) un requisito indispensabile necessario è la
sintesi della forma attivata del ribosio 5 fosfato.
Il ribosio 5 fosfato reagisce con ATP per formare 5-fosforibosil-1pirofosfato (PRPP).
Questa reazione accade in molti tessuti perché il PRPP ha molti
ruoli – sintesi di nucleotidi purinici e pirimidinici, vie di
salvataggio, formazione di NAD e NADP.
L'enzima è controllato da una varietà di composti (di - e trifosfati, 2,3-DPG), per adeguare la sintesi di PRPP secondo i
bisogni.
LA PRIMA TAPPA DI COMANDO NELLA
BIOSINTESI DI NUCLEOTIDI PURINICI
La sintesi de novo dei nucleotidi purinici avviene attivamente nel
citosol del fegato dove sono presenti tutti gli enzimi necessari
sottoforma di aggregato macro-molecolare.
Il primo passo è una sostituzione del pirofosfato del PRPP con il gruppo
amminico della glutammina.
Questo è il primo passo della via e ne limita la
velocità.
L'enzima è sotto stretto controllo allosterico da
inibizione a feedback.
AMP, GMP, o IMP interdicono l'amminotransferasi singolarmente
mentre AMP + GMP o AMP + IMP agiscono sinergicamente.
Questo è un controllo eccellente.
I nucleotidi inibiscono l'enzima in maniera tale che le piccole
molecole attive si aggreghino in più grandi molecole inattive.
La concentrazione di PRPP anche può giocare un ruolo nella
regolazione della velocità della reazione.
LA FORMAZIONE DI IMP
Una volta che la prima tappa di comando ha prodotto la 5fosforibosil ammina,il resto della molecola si forma da una serie di
aggiunte per fare prima un anello formato da cinque atomi, poi da
sei. L’intera molecola di glicina, a spese di ATP aggiunge il gruppo
aminico e forma il 5-fosforibosil-glicinammide.
C’è bisogno di un atomo in più per completare
l’anello formato da cinque atomi e questo è fornito
dal 10-formiltetraidrofolato, che diventa
tetraidrofolato .
Prima della chiusura dell’anello, comunque, il gruppo amidico intero viene
attivato e poi convertito in amidina mediante addizione di ammoniaca
derivata dalla glutammina.
Questa somma richiede ATP.
• Un altro ATP è necessario per ciclizzare il 5-fosforibosil-Nglicinamide formatosi in 5-fosforibosil-aminoimidazolo.
Il prossimo passo è la somma di diossido di carbonio (come un
gruppo carbossile) per formare il carbonio 6 dell'anello.
• In seguito il gruppo amminico
dell’aspartato si lega al gruppo
carbossilico con una rimozione
susseguente di fumarato.
•
Il gruppo aminico che è stato
appena aggiunto è ora l’azoto 1
dell’anello finale.
• Questo processo richiede ATP.
Un gruppo formilico proveniente dal 10-formiltetraidrofolato
• viene ora aggiunto a
questo atomo di
azoto e si forma un
intermedio completo
che
ciclizza
con
perdita di acqua
producendo
inositato.
FORMAZIONE DI AMP E GMP A PARTIRE DALL’IMP
La formazione di GMP richiede che l’IMP sia prima
ossidato a XMP usando NAD, seguito dalla
sostituzione dell’ossigeno sul carbonio 2 con un
gruppo amminico della glutammina a spese di ATP.
Similmente, GTP offre l'energia per convertire IMP in
AMP.
Il gruppo aminico è dato dall’aspartato che viene
trasformato in fumarato in un meccanismo simile a
quello usato nel formare azoto 1 dell'anello.
I monofosfati vengono poi convertiti in di - e trifosfati.
CONTROLLO DELLA SINTESI DE NOVO
La sintesi de novo viene controllata a livello
•della glutammina PRPP amidotrasferasi, che è la tappa limitante dell’intera
via.
•Inoltre essa è regolata allostericamente dai prodotti finali della via: IMP,
GMP e AMP, che agiscono da effettori negativi, mentre il PRPP è un effettore
positivo.
• In presenza di IMP, AMP o GMP, l’enzima forma un dimero molto meno
attivo. La presenza di PRPP favorisce l’esistenza della forma monomerica, più
attiva, dell’enzima.
Possibile scenario:
L’enzima nei tessuti umani possiede siti di legame per i
nucleotidi distinti.
Un sito lega specificamente IMP e GMP mentre
l’altro lega specificamente AMP.
Quando sono contemporaneamente presenti AMP e GMP o
IMP, l’attività dell’enzima viene inibita sinergicamente.
SINTESI DE NOVO DELLE PIRIMIDINE
Dal momento che le molecole pirimidiniche sono più semplici delle
puriniche, la loro sintesi è più semplice.
La prima tappa è la formazione del carbamil fosfato da bicarbonato e
ammoniaca, proveniente quest’ultima dalla glutammina.
• Il carbamil fosfato condensa con l’aspartato
per formare carbamil aspartato, in una
reazione
catalizzata
dalla
aspartato
transcarbamilasi.
Il carbamil aspartato ciclizza poi, convertendosi in diidroorotato,
che poi viene ossidato dal NAD+ a orato.
Nota il contrasto con la sintesi delle purine in cui viene formato
prima un nucleotide mentre le pirimidine sono prima sintetizzate
come basi libere.
L’orato lega un’unità di ribosio donata dal PRPP per produrre
orotidina 5-fosfato, che viene poi decarbossilata a uridina 5’monofosfato.
La CTP sintetasi catalizza la formazione
del CTP dall’UTP cui partecipa la
glutammina come donatore del gruppo
amminico.
CONTROLLO DELLA SINTESI DI NUCLEOTIDI
PIRIMIDINICI
Il controllo nell’uomo avviene
primariamente a livello del
CPS citoplasmatico.
•L’UTP inibisce l’enzima,
competitivamente con l’ATP.
•Il PRPP lo attiva.
L’INTERCONVERSIONE DEI NUCLEOTIDI
I monofosfati sono il prodotto della sintesi de novo sebbene i trifosfati sono
le forme più comunemente usate. Ma, naturalmente, le tre forme sono in
equilibrio.
Ci sono parecchi enzimi classificati come nucleoside monofosfato chinasi che
catalizzano la reazione generale:(= rappresentano una reazione reversibile)
Base-monofosfato + ATP = Base-difosfato + ADP
per esempio: Adenilato chinasi: AMP + ATP = 2 ADP
C’è un enzima differente per il GMP, uno per le pirimidine ed anche
enzimi che riconoscono le forme deossi.
Similmente, i difosfati sono convertiti in trifosfati da nucleoside di
fosfato chinasi:
BDP + ATP = BTP + ADP
Ci potrebbe essere soltanto una nucleoside di fosfato chinasi con
una vasta specificità.
Si può parlare legittimamente di un pool di nucleotidi in equilibrio
l’uno con l’altro.
RECUPERO DI BASI
Il recupero di basi puriniche e
pirimidiniche è un processo
estremamente importante per la maggior
parte dei tessuti.
Ci sono due vie distinte possibili per
salvare le basi.
RECUPERO DI PURINE
La più importante delle vie per il recupero delle purine usa gli
enzimi denominati phosphoribosyltransferases (PRT):
PRTs catalizza l'aggiunta del ribosio 5-fosfato alla base da PRPP per
rendere un nucleotide:
Base + PRPP = Base-ribosio-fosfato (BMP) + PPi
di cui abbiamo già visto un esempio di questo tipo di enzima come
parte normale della sintesi de novo dei nucleotidi della pirimidina,
- O-PRT.
Come processo di recupero comunque, noi ci stiamo occupando delle purine.
Ci sono due enzimi, A-PRT e HG-PRT.
A-PRT non è molto importante perché si genera pochissima adenina.
HG-PRT, benchè sia eccezionalmente importante è inibito sia dall’ IMP che dal
GMP. Questo enzima salva le guanine direttamente e indirettamente le
adenine.
Ricorda che l'AMP è generato soprattutto dall’ IMP, non dall’ adenina libera.
LA SINDROME DI LESCH-NYHAN
Nella sindrome di Lesch-Nyhan si ha carenza di HG-PRT.
È un disordine neurologico grave di cui la maggior parte della
manifestazione clinica è una auto-mutilazione incontrollabile.
I pazienti di Lesch-Nyhan hanno livelli di acidi urici molto alti nel sangue a
causa di una incontrollata sintesi de novo. (può essere fino a 20 volte più
alta del normale).
C’è un aumento significativo nei livelli di PRPP in varie cellule ed
un'incapacità a mantenere i livelli di IMP e di GMP tramite le vie di
recupero.
Entrambi questi fattori hanno potuto condurre ad un aumento nell'attività
del amidotransferasi.
IL RECUPERO DELLE PIRIMIDINE
La seconda via di recupero coinvolge due punti ed è la via
principale per le pirimidine, l'uracile e la timina.
Base + ribosio 1-phosphate = nucleoside + pi (fosforilasi del
nucleoside)
Nucleoside + ATP = Nucleotide + ADP (nucleoside chinasiirreversibile)
LA FORMAZIONE DI DEOSSIRIBONUCLEOTIDI
La sintesi de novo e la maggior parte delle vie di recupero coinvolgono i
ribonucleotidi. I deossiribonucleotidi per la sintesi del DNA sono formati
dai difosfati del ribonucleotide (nei mammiferi e nell’ E. coli). Una base
difosfato (BDP) è ridotta alla posizione 2’ della parte del ribosio usando
la proteina, thioredoxina e la nucleoside di fosfato reduttasi come enzimi.
La thioredoxina ha due gruppi sulfidrilici che sono ossidati ad un legame
bisolfurico durante il processo. Per ristabilire la thioredoxina al relativo
ridotto in modo da poterlo riutilizzare, sono richiesti thioredoxina
reduttasi e NADPH.
Questo sistema è controllato molto strettamente da una varietà
di effettori allosterici.
Il dATP è un inibitore generale per tutti i substrati
e l’ATP un attivatore.
Ogni substrato allora ha un effettore positivo specifico (un BTP o
un dBTP).
Il risultato è un mantenimento di un equilibrio adatto dei
deossinucleotidi per la sintesi del DNA.
LA SINTESI DEL dTMP
La sintesi del DNA richiede il dTMP (dTTP).
Questo non è sintetizzato nella via de novo ed il recupero non è
sufficiente per mantenere la quantità necessaria.
Il dTMP è generato dal dUMP.
Poiché la nucleoside di fosfato reduttasi non è molto attiva verso
l’UDP, il CDP è ridotto a dCDP che è convertito in dCMP.
Questo è allora deaminato per formare il dUMP.
In presenza di tetrahydrofolate 5,10-Methylene
e della thymidylato sintetasi, il gruppo del
carbonio viene sia trasferito all'anello della
pirimidina e quindi ridotto a gruppo metile.
L'altro
prodotto
è
dihydrofolate
che
successivamente è ridotto al tetrahydrofolate
dalla riduttasi del dihydrofolate.
GLI AGENTI CHEMIOTERAPEUTICI
La Thymidylate sintetasi è particolarmente sensibile alle variazioni del pool del
folato. Alcuni degli agenti chemioterapeutici del cancro interferiscono con questo
processo così come con i passi della sintesi del nucleotide della purina che
coinvolge questo pool. Gli agenti chemioterapeutici del cancro come
methotrexato ed aminopterina sono analoghi strutturali di acido folico ed
inibiscono la dihydrofolate redduttasi. Ciò interferisce con il mantenimento del
pool del folato e perciò con la sintesi de novo dei nucleotidi della purina e del
dTMP. Tali agenti sono altamente tossici e devono essere amministrati sotto
controllo attento.
Sintesi dei nucleotidi
Donatori di gruppi ed origine degli atomi dei nucleotidi purinici
Adeninosina
Guanosina
Glicina
aspartato
Precursori
-Glicina
-Aspartato
-Glutammina
-CO2
-PRPP
Formiltetraidrofolato
Formiltetraidrofolato
glutammina
Sintesi dispendiosa energeticamente (5 ATP)
Via metabolica molto regolata
Cofattori enzimatici coinvolti nel trasferimento
di unità monocarbonise
Biotina
CO2
trasporta
Tetraidrofolato
trasporta
S-adenosilmetionina
gruppo metilico (-CH3)
gruppo metilenico (-CH2-)
gruppo formilico (-CHO)
gruppo formiminico (CHNH)
trasporta
gruppo metilico (-CH3)
Sintesi dei
nucleotidi purinici
Sintesi dei nucleotidi purinici
Dalla sintesi dei nucleotidi purinici si
ottiene
inosinato
IMP
Reazione
di aminazione
IMP + aspartato + GTP AMP
IMP + glutammina + ATP + NAD+
GMP
La biosintesi dei nucleotidi
purinici è regolata da
inibizioni retroattive
Sintesi nucleotidi pirimidinici
Donatori di gruppi
• aspartato
• carbamil fosfato (carbamil fosfato sintetasi II)
• Glutammina
• 5-fosforibosil-pirofosfato (PRPP)
Prodotti finali
UTP
CTP
Sintesi di carbamil fosfato
2 ATP
consumati
Reazione regolata
tappa limitante del ciclo
Carbamil fosfato sintetasi I
Enzima allosterico
L’ enzima Carbamil fosfato sintetasi I,
mitocondriale, è diversa dalla carbamil
fosfato sintetasi II, citosolica che agisce
nella biosintesi delle pirimidine
La biosintesi dei nucleotidi pirimidinici è regolata da inibizione
retroattiva dell’aspartato transcarbamilasi (primo enzima della via
biosintatica) da parte di ATP e CTP
I nucleosidi monofosfato sono convertiti in nucleosidi
trifosfato
ATP+AMP 2ADP
adenilato chinasi
ADP fosforilato nella glicolisi o fosforilazione ossidativa
L’ATP è utilizzato per la formazione degli altri nucleosidi
difosfato
· ATP +NMP ADP+NDP Nucleoside monofosfato chinasi
· NTP+NDP NDP+NTP
Nucleoside difosfato chinasi
Sintesi dei deossinucleotidi (DNA)
Ribonucleotidi trifosfato
ATP
GTP
CTP
UTP
Ribosio deossiribosio
enzima Ribonucleotide reduttasi
NADPH
Deossinucleotidi trifosfato dNTP dATP
dGTP
dCTP
QuickTime™ and a
decompressor
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Ribonucleotide reduttasi utilizza tioredossina
Regolazione dell’attività e specificità dell’enzima per mantenere
i precursori del DNA a concentrazioni tra loro bilanciate
Il dTMP deriva dal dCDP e dal dUMP
UDP dUDP dUMP (metilazione) dTMP (fosforilazione)
dTTP
Molti agenti chemioterapici colpiscono enzimi delle vie biosintetiche dei
nucleotidi
La produzione di nucleotidi opera continuamente durante la sintesi
degli acidi nucleici e in alcuni casi può rappresentare un limite alla
velocità di replicazione e trascrizione del DNA
Sviluppo di farmaci capaci di inibire
la sintesi di nucleotidi
Inibitori degli enzimi della biosintesi dei nucleotidi
• Farmaci antitumorali
- fluorouracile
- metotrexato
