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METABOLISMO DI BASI PURINICHE E PIRIMIDINICHE, FORMAZIONE DEI…
METABOLISMO DI BASI PURINICHE E
PIRIMIDINICHE
SINTESI DELLE BASI PURINICHE E PIRIMIDINICHE
BASI PURINICHE
Non vengono sintetizzate SEPARATAMENTE le basi puriniche, ma -->
direttamente i nucleosidi monofosfati.
:!!:
I nucleosidi purinici vengono sintetizzati a partire dal
Ribosio-P
su cui vengono legati in successione atomi ceduti da diversi donatori fino ad ottenere un derivato purinico:
N1 viene veduto da una molecola di Aspartato.
C2 viene ceduto da una molecola di N10 -Formil-Tetraidrofolato.
N3 viene ceduto da una molecola di Glutammina.
C4, C5, N7 vengono ceduti da una singola molecola di Glicina.
C6 viene ceduto da una molecola di CO2.
C8 viene ceduto da un’altra molecola di N10-Formil-Tetraidrofolato.
N9 viene ceduto da un’ulteriore molecola di Glutammina.
Una serie di reazioni porta poi ad
Inosina Monofosfato (IMP)
, il nucleotide monofosfato del nucleoside Inosina, formato da Ipoxantina (6-Ossi-Purina) e Ribosio.
--> Da IMP si formano poi sia adenosina 5’-monofosfato (AMP) che guanosina 5’-monofosfato (GMP).
:!:
MECCANISMO SINTESI DE NOVO:
Il Ribosio-5-P ottiene un gruppo pirofosforico dall’ATP diventando
5-Fosforibosil-1-Pirofosfato (PRPP)
mediante l’enzima
PRPP Sintetasi
con liberazione di
AMP
.
RIBOSIO-5P + ATP -->
+ AMP
Il PRPP lega in posizione 1' un
gruppo amminico
ceduto da una
Glutammina
e subisce
l’idrolisi del gruppo Pirofosforico
formando
5-Fosforibosil-Ammina
e
Glutammato
, l’enzima che interviene è la
Glutammina-PRPP Amidotransferasi
.
-->
+
1 more item...
TAPPA PRINCIPALE DI CONTROLLO: :!:
La regolazione vera e propria avviene con meccanismo di
feedback negativo
da prodotto a livello dei vari enzimi della via, il punto fondamentale è rappresentato dagli enzimi PRPP Sintetasi e Glutammina-PRPP Amidotransferasi che vengono
inibiti allostericamente da IMP, AMP e GMP.
La Glutammina-PRPP Amidotransferasi in particolare può presentarsi in
2 forme
:
una
dimerica inattiva
e
una
monomerica attiva
,
la dimerizzazione è indotta la GMP, AMP e IMP mentre l
a rottura della forma dimerica è indotta da alte concentrazioni di PRPP.
VIA DI RECUPERO:
Oltre al meccanismo di sintesi “de novo” esiste un meccanismo di recupero con cui un PRPP attivato
reagisce con una base purinica riciclata da nucleotidi degradati.
La via di recupero è particolarmente sviluppata nel
Sistema Nervoso
ed utilizza
2 Ribosil-transferasi specifiche che riutilizzano Adenina, Ipoxantina e Guanina.
Il primo enzima della vie di recupero è l’
Adenosina Fosforibosiltransferasi che catalizza la reazione di condensazione tra Adenina e PRPP formando AMP e liberando PPi.
Il secondo enzima della via di recupero invece è
l’Ipoxantina-Guanina Fosforibosiltransferasi (HGPRT) che catalizza una reazione analoga di condensazione tra Ipoxantina/Guanina e PRPP generando IMP/GMP con liberazione di PPi.
Sindrome di Lesch-Nyhan:
Nella Sindrome di Lesch-Nyhan l’attività della
HGPRT l’Ipoxantina-Guanina Fosforibosiltransferasi
è ridottissima e ciò comporta danni al SNC (che utilizza prevalentemente la via di recupero per la sintesi di nucleotidi purinici), tra i sintomi ci sono: comportamento compulsivo di automutilazione, deficienza mentale e spasticità, calcoli renali di Acido Urico e gotta.
ORGANI:
La sintesi de novo di purine è molto attiva nel
fegato
. I tessuti non-epatci generalmente hanno una limitata o assente sintesi de novo e contano su basi preformate.
Nel
SNC solo sintesi di recupero
.
BASI PIRIMIDINICHE
La sintesi di pirimidine avviene in molti tessuti.
Nella sintesi delle pirimidine
vengono formate prima le basi libere
che poi si uniscono al PrPP.
:!!:
Nella sintesi delle basi pirimidiniche la prima ad essere formata è la base
Uracile
che poi viene unita al
Ribosio-P
(fornito da una molecola di PRPP) formando
Uridina Monofosfato
(UMP):
FORMAZIONE DELL'ANELLO PIRIMIDINICO:
L’anello pirimidinico dell’Uracile viene formato a partire da una molecola di
Glutammina
che viene
carbossilata partendo da Bicarbonato
(con consumo di 2 ATP) formando
Carbamil-P
ad opera dell’enzima
Carbamil-P Sintetasi II citosolica
(mentre l’isoforma I è mitocondriale).
Il Carbamil-P cede un atomo di Carbonio e uno di Azoto (che andranno a formare il C2 e l’N3 dell’anello) mentre N1, C4, C5 e C6 vengono ceduti a partire da una molecola di
Aspartato
.
L’UMP formatosi viene
doppiamente fosforilato
ad UTP consumando 2 molecole di ATP.
SINTESI CTP:
Dall’UTP in forma enolica viene poi formato CTP grazie ad un
gruppo amminico ceduto dalla Glutammina con consumo di una molecola di ATP
, la
reazione è del tutto reversibile
.
Poiché infatti dalla Citosina per deaminazione si riforma Uracile evolutivamente nel DNA troviamo
Timina e non Uracile (poiché eventuali mutazioni deaminanti avrebbero potuto convertire molecole di
Uracile in Citosine funzionali con gravi conseguenze).
Nella cellula esistono due vie che portano alla formazione dei nucleotidi:
La SINTESI DE NOVO: i nucleotidi sono sintetizzati a partire da precursori semplici;
La VIA DI SALVATAGGIO: vengono riciclate le basi libere ed i nucleotidi che derivano dalla demolizione degli acidi nucleici.
FUNZIONI DEI NUCLEOTIDI:
I Nucleotidi svolgono funzioni metaboliche molto importanti:
nella
composizione delle unità degli Acidi Nucleici
,
nel
metabolismo energetico
(ATP, GTP, etc.),
come
mediatori fisiologici (cAMP, cGMP, pG
, etc.),
nella
composizione dei coenzimi
(NAD, FAD, Coenzima A, etc.) e
come
gruppi attivatori di intermedi (UDP-Glucidi
, CDP-Derivati, SAM, etc.).
BASI PIRIMIDINICHE:
Le Basi Pirimidiniche sono 3:
Citosina (2-Ossi-4-Ammino-Pirimidina),
Uracile (2,4-Diossi-Pirimidina) e
Timina (2,4-Diossi-5-Metil-Pirimidina).
Possono esistere sia nella forma Lattimica (Enolica) e Lattamica (
Chetonica
), tuttavia negli Acidi Nucleici sono presenti solo in quest’ultima forma.
CITOSINA:
URACILE:
TIMINA:
BASI PURINICHE:
Le Basi Puriniche sono invece 2:
Adenina (6-Ammino-Purina) e
Guanina (2-Ammino-6-Ossi-Purina),
Quest’ultima è presente sia in forma Lattimica che
Lattamica
ma negli Acidi Nucleici è presente solo la chetonica.
ADENINA:
GUANINA:
NECESSITA' FORMA CHETONICA:
La presenza in forma Lattamica (Chetonica) è
necessaria per permettere l’accoppiamento mediante legami idrogeno tra basi complementari
negli Acidi Nucleici.
DIGESTIONE DNA E RNA NELL'INTESTINO
Nell’intestino DNA ed RNA sono degradati a Basi Azotate, Pi e Ribosio mediante l’azione degli enzimi pancreatici
Nucleasi, Fosfodiesterasi
(idrolizzano il legame fosfodiestere),
Nucleotidasi
(idrolizzano il legame tra fosfato e nucleotide) e
Nucleosidasi
(idrolizzano il legame tra la base azotata ed il pentoso del nucleoside).
Solo una piccola quantità di basi azotate di origine alimentare viene assorbita ed utilizzata per la sintesi di Acidi Nucleici dell’organismo,
la maggior parte viene escreta
, infatti per la sintesi di DNA ed RNA non vengono utilizzate le basi puriniche ma direttamente i nucleosidi monofosfato sintetizzati quasi completamente de novo.
FORMAZIONE DEI DEOSSIRIBONUCLEOTIDI
La cellula cotiene molto più RNA che DNA (5-10 volte).
-->
Le principali vie di sintesi portano alla formazione di ribonucleotidi
: I deossiribonucleotidi si formano a partire dai ribonucletidi difosfati per azione dell’enzima
RIBONUCLEOTIDE REDUTTASI
, che
riduce il ribosio dei ribonucleosidi difosfati a 2-deossiribosio ossidando due gruppi SH del suo sito attivo
Solo la sintesi di dTMP utilizza una via metabolica dedicata che coinvolge l’enzima TIMIDILATO SINTASI
TIMIDILATO SINTASI:
L’enzima timidilato sintasi catalizza la metilazione in C5 del dUMP formando deossitimidina monofosfato, dTMP.
CARENZA ACIDO FOLICO:
In presenza di una grave carenza di acido folico si ha scarsa sintesi di
deossi timidilato e si osserva un’anormale
incorporazione di uracile nel DNA
Il dUDP viene fosforilato a dUTP mediante l’enzima Nucleoside Difosfato Chinasi, il dUTP viene poi scisso in dUMP e PPi dalla dUTPasi.
Il dUMP viene metilato sul C5 nella reazione catalizzata dalla Timidilato Sintasi formando Deossitimidina Monofosfato (dTMP).
Il donatore di gruppi metili nella reazione è l’N5,N10 -Metilen-Tetraidrofolato che si trasforma in 7,8-Diidrofolato.
Il 7,8-Diidrofolato viene poi ridotto a Tetraidrofolato dall’enzima NADPH-dipendente Diidrofolato Reduttasi, il Tetraidrofolato viene poi riconvertito in N5,N10 -Metilen-Tetraidrofolato dalla Serina-
Idrossimetil Transferasi che utilizza come fonte di Carbonio il gruppo idrossimetilico (CH2-OH) di una Serina.
RIBONUCLEOTIDE REDUTTASI:
RIPRISTINO DEI SULFIDRILI RIDOTTI:
Il disolfuro nel sito attivo della ribonucleotide reduttasi viene ridotto da
due atomi di H ceduti dal NADPH
attraverso due possibili vie di trasportatori di elettroni
la
glutaredossina
, che usa il
NADPH
e il glutatione,
la
tioredossina
che usa il NADPH e il
FAD.
Nella prima via la Glutaredossina riduce il ponte disolfuro della Ribonucleotide Reduttasi, a sua volta
viene poi ridotta mediante la Glutaredossina Reduttasi (che utilizza 2 molecole di GSH formando GSSG), infine il GSSG viene nuovamente ridotto a 2 GSH attraverso l’enzima Glutatione Reduttasi con
consumo di NADPH.
Nella seconda via invece la Tioredossina riduce il ponte disolfuro della Ribonucleotide Reduttasi per
essere poi ridotta a sua volta dal FADH2 che si converte in FAD, infine il FAD viene ridotto dal
NADPH.
STRUTTURA:
La Ribonucleotide Reduttasi è un tetramero di 2 coppie di subunità: le due subunità α presentano 2 siti di regolazione, uno per la modulazione di attività (A) e uno per modulazione di specificità (S), le subunità β invece formano un incavo con le subunità α, il sito catalitico (C).
MECCANISMO:
Il tipo di Nucleotide Difosfato che viene legato sul sito catalitico C dipende da quale effettore allosterico
è legato nel sito S:
Se vengono legati ATP o dATP in S il sito catalitico lega UDP e CDP.
Se viene legato dGTP in S il sito catalitico lega ADP.
Se viene legato dTTP in S il sito catalitico lega GTP.
In questo modo la cellula si assicura una produzione bilanciata di tutti i nucleotidi necessari.
REGOLAZIONE:
Il sito A può legare dATP oppure ATP, nel primo caso l’enzima viene inattivato (il dATP indica elevata concentrazione di Deossinucleotidi) nel secondo caso l’enzima viene attivato (l’ATP indica bassa concentrazione di Deossinucleotidi).
DEGRADAZIONE BASI PURINICHE E PIRIMIDINICHE
Una volta liberate, le basi azotate puriniche possono entrare nella vie di recupero oppure essere degradate producendo Acido Urico.
AMP:
L’AMP viene degradato per deaminazione da parte dell’Adenilato Deaminasi con liberazione di IMP e Ammoniaca, l’IMP viene dunque scisso liberando Inosina ad opera di una Nucleosidasi.
In alternativa l’AMP può essere defosforilato e scisso ad Adenosina, questo può poi essere deaminata direttamente ad Inosina ad opera dell’Adenosina Deaminasi con liberazione di Ammoniaca.
L’Inosina viene poi convertita in Ipoxantina ad opera dell’enzima Nucleoside Fosforilasi.
GMP:
Il GMP invece può solo essere degradato a Guanosina ad opera di una Nucleosidasi per poi essere convertita in Guanina da una Nucleoside Fosforilasi.
Sia la Guanina sia l’Ipoxantina vengono dunque convertite in Xantina , la prima ad opera della Guanina Deaminasi (con produzione di Ammoniaca) e la seconda ad opera dell’enzima Xantina Ossidasi, con produzione di Perossido di Idrogeno.
La Xantina infine viene trasformata sempre dalla Xantina Ossidasi in Acido Urico producendo un’altra molecola di Perossido di Idrogeno.
GOTTA:
L’Acido Urico ha una bassissima solubilità ma viene prodotto in quantità piuttosto consistenti, quando queste superano la soglia di solubilità l’Urato precipita formando cristalli di Urato Monosodico visibili come aghi.
La Gotta è un’infiammazione delle articolazione causata da un’eccessiva concentrazione di Urato che si
deposita come cristalli insolubili nel liquido sinoviale.
