METABOLISMO DE NUCLEOTIDOS

Metabolismo Ácidos Nucleicos
SÍNTESIS DE PURINAS
METABOLISMO ÁCIDOS NUCLEICOS
Requerimientos de Nucleótidos
Las células que se dividen rápidamente necesitan
grandes cantidades de RNA y DNA.
Estas células tienen grandes requerimientos de
nucleótidos.
Por esta razón, las vías de síntesis de nucleótidos son
blancos atractivos para el tratamiento del cáncer y las
infecciones por microorganismos.
Muchos antibióticos y drogas anticancerígenas son
inhibidoras de la síntesis de nucleótidos.

Requerimientos de Nucleótidos




No hay reservas de nucleótidos (sólo 1% disponible) y
la absorción intestinal de bases es mínima (un 5% de lo
presente en la dieta)
Por lo tanto es fácil comprender que las bases
nitrogenadas, púricas y pirimídicas, se han de sintetizar
según se necesiten para sintetizar DNA y RNA
Hay rutas de biosíntesis de novo y de recuperación.
Las de biosíntesis de novo son rutas idénticas en todos
los seres vivos
Biosíntesis de Nucleótidos
o Los organismos pueden sintetizar nucleótidos de purina y
pirimidina de novo, es decir a partir de molèculas pequeñas
o Por esto, las purinas y las pirimidinas no son requeridas en la
dieta.
o No constituyen nutrientes esenciales.
o También pueden, de manera muy limitada, utilizar
nucleótidos de la dieta, vía de salvamento o de ahorro.
o Los ácidos nucleicos ingeridos son digeridos con endonucleasas de
origen pancreático (desoxirribonucleasasy ribonucleasas), por
fosfodiesterasas y nucleósido fosforilasas.
o El epitelio intestinal tiene fosfatasa alcalina y otras enzimas que
degradan los nucleósidos, produciendo la liberación de bases libres.
o Las bases obtenidas, si no se utilizan, se degradan a nivel
intestinal.
o Solo 5% de los nucleótidos ingeridos pasa a la circulación, como
base libre o nucleósido, por eso la síntesis de novo de purinas y
pirimidinas es muy importante.
•
RUTA DE NOVO
– Síntesis de nucleótidos de purina y pirimidina a partir de
precursores de bajo peso molecular en cantidades
suficientes para satisfacer las necesidades de cada
organismo
– Estas rutas son idénticas en todo el mundo biológico.
•
RUTA DE SALVAMENTO
– Síntesis de nucleótidos de purina y pirimidina a partir de
los nucleótidos o las bases disponibles, obtenidos por la
ingestión de los alimentos o por el catabolismo de los
ácidos nucleicos del organismo mismo.
Degradación de Ácidos Nucleicos
•
INTRACELULAR
–
–
•
•
Recambio de las especies de RNA
Reparación del ADN
MUERTE CELULAR
INGESTION DE ÁCIDOS NUCLEICOS DE
LOS ALIMENTOS
–
–
–
Ribonucleasa pancreática
Desoxiribonucleasa pancreática
Intestino delgado
Vías de salvamento
Fosforibosiltransferasa
•
•
•
Permite sintetizar nucleótidos a partir de las bases
nitrogenadas y de la fosfo-ribosil-pirofosfato.
La degradación del pirofosfato a fosfato inórganico
conduce la reacción hacia la derecha.
La dirección del sustituyente anomérico se invierte
Fosforibosiltransferasa
Vías de Salvamento o ahorro
•
•
•
Las bases libres de purina, adenina, guanina, e hipoxantina, pueden ser
reconvertidas a sus correspondientes nucleótidos mediante el proceso enzimático
conocido como fosforibosilación.
Dos fosforibosil transferasas importantes están implicadas en la vía de
salvamento, o ahorro, de las purinas:
– la adenosina fosforibosil transferasa (APRT), que cataliza la siguiente reacción:
adenina + PRPP <——> AMP + PPi
– la hipoxantina-guanina fosforibosil transferasa (HGPRT), que cataliza las
siguientes reacciones:
hipoxantina + PRPP <——> IMP + PPi
guanina + PRPP <——> GMP + PPi
Una problema importante de la vía de salvamento de purinas en células de rápida
división es la adenosina deaminasa (ADA), que cataliza la deamination de
adenosina a inosina. La deficiencia de ADA resulta en el llamado trastorno grave de
inmunodeficiencia combinada, SCID
FOSFORILACIÓN DE LOS NUCLEOTIDOS
MONOFOSFATOS
GMP + ATP
GMP + ATP
AMP + ATP
GDP + ATP
Guanilato Cinasa
Adenilato Cinasa
GDP + ADP
GDP + ADP
2 ADP
GTP + ADP
ΔG0’ = 0
Biosíntesis de Nucleótidos de
Purina
• El sitio principal de la síntesis de purinas es el hígado.
Las enzimas y coenzimas necesarias se encuentran en
el citoplasma.
•
•
•
•
Las purinas se “construyen” a partir de la ribosa y su síntesis
comienza con la conversión de α D-ribosa-5-fosfato a la 5fosfato-α D-ribosa-1-pirofosfato (fosforibosil-pirofosfato,
PRPP) y conduce al primer nucleótido completamente
formado, inosina-5'-monofosfato (IMP), que después es
transformado a AMP y GMP.
PRPP es también precursor de la histidina y el triptofano
La síntesis de IMP requiere de cinco ATPs, dos glutaminas,
una glicina, un CO2, un aspartato y dos formatos.
Las partes de formil son cedidas por el tetrahidrofolato (THF)
en forma de N5,N10- metenil-THF y de N10- formil-THF.
Fosfo-ribosil-pirofosfato (PRPP)
Metabolito Central en el Metabolismo de Nucleótidos
• PRPP : 5-fosfo-α-D-ribosil-1-pirofosfato
• RUTA DE SALVAMENTO ALTERNA
La ribosa-5-fosfato sintetizada en la vía de las pentosas es activada por ATP
para formar PRPP.
La síntesis de PRPP es un paso controlado, la actividad de la enzima varía con
la concentración de muchos metabolitos.
La PRPP es precursor de purinas, pirimidinas, histidina y triptofano.
En las células NO hay el análogo
deoxirribosafosfato del PRPP, las enzimas
anteriores NO participan directamente en el
metabolismo de los desoxirribonucleotidos.
Síntesis de purinas
Requiere 10 Enzimas
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
glutamina fosforibosil pirofosfato amidotransferasa
glicinamida ribótido sintasa
glicinamida ribótido transformilasa
formil-glicinamida sintasa
amino-imidazol ribótido sintasa
amino-imidazol ribótido carboxilasa
Succinil-amino-imidazol carboxamida ribótido sintasa
adenilo-succinato liasa
amino-imidazol carboxamida ribotide transformilasa
IMP ciclohidrolasa
BIOSÍNTESIS DE NOVO DE LOS
NUCLEÓTIDOS DE PURINA
Con excepción de los tres átomos
cedidos por la glicina, todos los
demás átomos constituyentes del
anillo purínico se derivan cada uno
de un precursor diferente en una
reacción diferente
PRPP Amido Transferasa
 El paso limitante en la
síntesis de novo de los
nucleótidos de purina es la
síntesis de la 5-fosforribosilamina a partir de PRPP y
glutamina.
 El grupo amida, que
procede de la cadena lateral
de la glutamina, desplaza al
grupo pirofosfato unido al C1 del PRPP, reacción que es
favorecida por la rápida
hidrólisis del pirofosfato.
La orientación del grupo
anómero cambia de α a β
 Nótese que la reacción
requiere dos enlaces de alta
energía
•Transfiere glicina
•Se utiliza ATP
•Necesita como cofactor el 10-formilTHF. Se transfiere el grupo formilo
Las transformilasa (reaciones 3 y 9) forman
parte de un complejo multienzimático
Una enzima trifuncional también es parte del
complejo
Varias enzimas de la síntesis de
nucleótidos utilizan glutamina y son un
potente blanco para la diseño de
agentes anticancerígenos.
Estas enzimas tienen actividad de
Glutamina Amidotransferasa y
catalizan la transferencia, dependiente
de ATP, del nitrógeno amídico de la
glutamina a un aceptor.
Compárese en la figura de la izquierda
la estructura de la glutamina con la de
algunas drogas que se utilizan como
sus análogos en el tratamiento del
cáncer
Inhibidores de la GLUTAMINA AMIDOTRANSFERASAS
ATP
ADP
ACEPTOR
En muchas reacciones se requieren también
derivados del ácido fólico (Pteroil-glutámico)
Y, por lo tanto, los antifolatos, como el inhibidor de la dihidrofolato reductasa
Methotrexate, tienen utilidad como drogas anticancerígenas.
Reacciones 4 y 5
•Amidotransferasa
•Dependiente de ATP
•Cierre del anillo
imidazol de la purina
•Dependiente de ATP
5
AIR Sintasa
+H2O
REACCIÓN 6
•Descarboxilación reversible
•No requiere biotina
•AIR carboxilasa
SAICAR Sintasa



7
Inicia la transferencia de un nitrógeno del aspartato mediante un
mecanismo idéntico al que se emplea para convertir citrulina en
arginina en el ciclo de la Urea.
Requiere ATP
7.- Se transfiere todo el aspartato al 4-Carboxi-5-amidoimidazol
ribonucleótido para formar SAICAR
Adenilo-succinato liasa
 8.-
Reacción de eliminación α,β que
da lugar al AICAR
8
REACCIÓN 7 y 8
Dan lugar a la transferencia de un nitrógeno del
aspartato mediante un mecanismo idéntico al que
se emplea para convertir citrulina en arginina en el
ciclo de la Urea.
1. Se realiza en dos pasos
2. Se transfiere todo el aspartato al 4Carboxi-5-amidoimidazol ribonucleotido
(Reacción 7)
3. Reacción de eliminación α,β que da lugar
al AICAR (reacción 8) y a Fumarato
SAICAR carboxilasa
Dan lugar a la transferencia de un nitrógeno del
aspartato mediante un mecanismo idéntico al que
se emplea para convertir citrulina en arginina en
el ciclo de la Urea.
1. Se realiza en dos pasos
2. Se transfiere todo el aspartato al 4Carboxi-5-amidoimidazol ribonucleotido
(Reacción 7)
3. Reacción de eliminación α,β que da lugar
al AICAR (reacción 8) y a Fumarato
8
SAICAR carboxilasa
7
Reacción transformilasa
Transferencia de un grupo
formilo
Reacción de condensación
interna
Produce el primer compuesto
de PURINA

Interconversión de
purinas, a partir del IMP
Regulación de la Síntesis de los
Nucleótidos de Purina
• Los pasos limitantes en la biosíntesis de purinas se encuentran
en los dos primeros pasos de la vía.
• La síntesis de PRPP por la PRPP sintetasa es inhibida por los 5'
nucleótidos de purina (predominantemente AMP y GMP).
• Los efectos combinados de estos dos nucleótidos son mucho
mayores, e.g., la inhibición es máxima cuando se logra la
concentración correcta de los nucleótidos de adenina y guanina.
• La reacción de amidotransferasa catalizada por la PRPP
amidotranferasa, se inhibe alostéricamente por la unión con
ATP, ADP y AMP en un sitio inhibitorio y por la unión con GTP,
GDT y GMP en otro.
• La actividad de la enzima es estimulada por PRPP.
• Existe, además, la regulación de la síntesis final de AMP y GMP
a partir del IMP, mencionada anteriormente
REGULACIÓN DE LA SÍNTESIS
•
•
Se regula por retroalimentación negativa de los
primeros pasos
La PRPP sintetasa se inhibe por diversos nucleótidos de
purina en especial:
–
–
–
•
AMP
ADP
GDP
La PRPP amidotransferasa se inhibe alostericamente
por:
–
–
–
–
AMP
ADP
GMP
GDP
Regulación síntesis AMP - GMP
•
•
•
•
•
•
El IMP representa un punto de ramificación para la biosíntesis de
purinas, y puede ser convertido tanto en AMP como en GMP a
través de dos rutas metabólicas distintas.
La vía que conduce al AMP requiere energía en forma de GTP.
Aquella que lleva al GMP requiere energía en forma de ATP.
Esta relación en la síntesis de AMP y GMP, permite que la célula
controle las proporciones de estos nucleótidos para que sean
aproximadamente equivalentes.
La acumulación de un exceso de GTP tendrá como consecuencia
una síntesis acelerada de AMP a partir del IMP, con el consiguiente
gasto de GTP, y la disminución en la síntesis de GMP.
Inversamente, puesto que la conversión de IMP a GMP requiere de
ATP, la acumulación excesiva de ATP conduce a la síntesis acelerada
de GMP y la disminución en la síntesis de AMP.
REGULACIÓN
•
GMP inhibe la conversión de IMP a XMP
•
AMP inhibe la síntesis de adenilosuccinato
DEGRADACIÓN DE
PURINAS
Degradación de Purinas





Los ácidos nucleicos ya existentes en el organismo son hidrolizados
por endo y exonucleasas que dan mononucleótidos que a su vez
son degradados a nucleósidos por la Fosfomonoesterasa, esta
enzima libera guanosina y adenosina.
Estos 2 nucleósidos no pueden seguir exactamente la misma vía.
La adenosina debe ser desaminada previamente por la Adenosina
Desaminasa para formar inosina.
Sobre la inosina actúa la Nucleósido Fosforilasa que la despoja de
su ribosa y da hipoxantina.
La Nucleósido Fosforilasa actúa directamente sobre la guanosina
liberando guanina.
Xantino Oxidasa



Desde la hipoxantina y la guanina, como bases
púricas, se forma un compuesto llamado
xantina, que da origen al ácido úrico.
Estos últimos 2 pasos son catalizados por la
Xantina Oxidasa (esta enzima contiene FAD,
molibdeno y hierro no hemo).
La actividad de la Xantino Oxidasa da lugar a la
formación de ácido úrico y luego al urato
monosódico.
FORMACIÓN DEL ÁCIDO ÚRICO
•
•
•
La degradación de purinas da lugar a
ácido úrico
AMP se desamina para producir IMP
(Músculo)
AMP se hidroliza para producir adenosina
(Resto de los tejidos)
FORMACIÓN DEL ÁCIDO ÚRICO
*
* Abundante en Cerebro e Hígado de mamíferos
CATABOLISMO DEL ACIDO ÚRICO A AMONIACO Y CO2
TRANSTORNOS CLÍNICOS DEL
METABOLISMO DE LAS PURINAS
GOTA: Acumulación excesiva del
ácido úrico
•
•
•
•
•
•
•
•
•
El ácido úrico y sus sales de urato son muy insolubles.
Ventaja para los animales que ponen huevos (eliminación de
exceso de nitrógeno)
Humanos: 3/1000 sufren hiperuricemia
Elevación crónica del ácido úrico en sangre (GOTA)
Formación de cristales de urato sódico en el líquido sinovial
de las articulaciones
Inflamación de las articulaciones (artritis)
Degeneración de articulaciones
Sobre producción de nucleótidos de purina
Se puede deber a varios defectos enzimáticos
Falta de
inhibición por los
nucleótidos de
purina
Falta de
inhibición por los
nucleótidos de
purina
ALOPURINOL, análogo
estructural de la hipoxantina
SINDROME DE LESCH-NYHAN
•
•
•
•
•
•
•
Rasgo ligado al sexo
El gen de la HGPRT esta en el cromosoma X
Artritis gotosa grave
Disfunción dramática del sistema nervioso
Discapacidad para el aprendizaje
Comportamiento hostil o agresivo
Autodestrucción, los pacientes se muerden los
extremos de los dedos, los labios y otras partes del
cuerpo
SÍNDROME DE INMUNODEFICIENCIA
COMBINADA GRAVE
•
•
•
•
•
•
Vulnerables a las enfermedades infeciosas.
Afectados los linfocitos B y T
Ausencia hereditaria de la enzima degradativa adenosina
desaminasa (ADA)
Aumento en la deoxiadenosina lo que inhibe la síntesis
de deoxinucleotidos
No permite la replicación del ADN
No permite la proliferación de los linfocitos




La renovación celular se
acompaña de la hidrólisis de los
nucleótidos por enzimas llamadas
nucleotidasas.
Las purinas no reutilizadas por las
vías de salvamento son
transformadas en compuestos que
pueden ser excretados.
En el hombre, las purinas son
degradadas a ácido úrico por la
actividad de la xantino oxidasa
una flavoproteína que contiene
fierro y molibdeno
La actividad de esta enzima puede
ser bloqueada por un inhibidor, el
allopurinol, muy utilizado en
terapéutica en caso de
hiperproducción de ácido úrico,
como es el caso de la gota y de
algunos síndromes
mieloproliferativos