Transcript 21 Metabolism Nucleotide

METABOLISMUL
NUCLEOTIDELOR
ASPECTE GENERALE
 METABOLISMUL NUCLEOTIDELOR
 Nucleotidele au roluri multiple:
- precursori ai biosintezei acizilor nucleici
- compuşi macroergici
- componente ale unor coenzime
- efectori alosterici
 În general moleculele de ARN au un turnover mai accentuat,
procesul este mai rapid în celulele cu biosinteză proteică
accentuată (glandele exocrine, ficat)
 Unele celule – viaţă scurtă (celulele epidermei, mucoasei
intestinale, sanguine etc.) aici turnoverul este mai accentuat
atât pentru ARN, cât şi pentru ADN
 Biosinteza nucleotidelor – corelată cu biodegradarea
 METABOLISMUL NUCLEOTIDELOR
 Nucleotidele – degradate la nucleoside şi acid fosforic
 Nucleosidele – baze azotate şi pentozo-1-fosfaţi
 Nucleosidele, bazele azotate şi pentozo-fosfaţii pot fi reciclaţi
 Bazele purinice – degradate la acid uric
 Bazele pirimidinice – intermediari ai altor căi metabolice
 Ribozo-fosfatul intră în calea pentozo-fosforică
 Nucleotidele pot fi sintetizate „de novo” pornind de la
precursori simpli (Gly, Asp, Gln) CO2 şi fragmente
„C1
active”
 Reciclarea ca şi sinteza sunt controlate de disponibilitatea 5fosforibozil-1-pirofosfat
METABOLISMUL NUCLEOTIDELOR
P O H2C
H
H
O
H
Pa NTP
+
P O H2C
PRPP-sintetazã
H
H
OH
OH OH
Ribozo-5-fosfat
ATP
AMP
H
O
H
H
O P O P
OH OH
5-Fosforibozil-1-pirofosfat
CATABOLISMUL ACIZILOR NUCLEICI
 Are loc sub acţiunea nucleazelor
 Sunt: exonucleaze şi endonucleaze
 Exonucleazele: desfac succesiv nucleotidele de la capetele
1a
acizilor nucleici (5’ sau 3’); sunt specifice capătului atacat
 Endonucleazele: - desfac legăturile fosfodiesterice din
interiorul lanţului
- acţiunea lor este specifică (pentru ARN sau ADN)
- poate fi specifică pentru ADN dublu sau
monocatenar, pentru un anumit nucleotid, sau
pentru o secvenţă de nucleotide
 Nucleazele produc digestia acizilor nucleici din alimente, sau
produc degradarea acizilor nucleici endogeni
ribonucleaze
dezoxiribonucleaze
ADN SAU ARN
LANTURI
POLINUCLEOTIDICE
OLIGONUCLEOTIDE + NUCLEOTIDE
H2O
H2O
fosfodiesterazã
5'-NUCLEOTIDE
H2O
Pa
nucleotidaze
(fosfomonoesteraze)
NUCLEOSIDE
fosfo-glucomutaza
R-5- P
Calea
pentozofosforicã
Pa
nucleosid-fosforilazã
R-1- P
(d-R-1- P )
BAZE PURINICE
BAZE PIRIMIDINICE
CATABOLISMUL NUCLEOTIDELOR
 Este produs în două moduri:
- specific, de către 5’-nucleotidaze şi
- nespecific de către fosfataze
 Sunt prezente în intestin, membrana periplasmică, lizozomi,
microzomi sau citosol
 Membrana periplasmică – impermeabilă pentru nucleotide.
Pe suprafaţa externă a plasmalemei se află o 5’-nucleotidază
care hidrolizează nucleotidelor (mai ales AMP) la nucleoside,
permiţând pătrunderea lor în celulă
 În hematii există o 5’-nucleotidază
 În catabolizarea AMP:
adenilat
1.
AMP
IMP
dezaminazã
care este degradat în continuare
 Celulele miocardului nu prezintă adenilatdezaminază
hidrolizã
AMP
 Aici
AMP
refosforilat
Adenosinã
vasodilatatie
si cresterea
debitului
circulator
ATP
 Producerea adenozinei creşte proporţional cu
hipoxia (autoreglarea fluxului sanguin)
CATABOLISMUL NUCLEOSIDELOR
 Are loc în două moduri:
- prin acţiunea unor hidrolaze
- prin intervenţia unor fosforilaze
 Acţiunea hidrolazelor (nucleosidazelor) generează
baze azotate şi pentoze NUCLEOSID
H2O
BAZÃ AZOTATÃ
nucleosidazã
+
PENTOZÃ
PURINCÃ PIRIMIDINICÃ RIBOZÃ DEZOXIRIBOZÃ
 Acţiunea fosforilazelor (nucleosidfosforilazelor) generează
baze azotate şi pentozo-1-fosfat
 Sunt specifice pentru baze purinice sau pirimidinice
 Adenosina nu poate fi supusă acţiunii fosforilazelor
adenosinAMP
inozinã
hipoxantinã
dezaminazã
NUCLEOSID
Pa
nucleosidfosforilazã
BAZÃ AZOTATÃ
+
PURINCÃ PIRIMIDINICÃ
PENTOZO-1-FOSFAT
RIBOZO-1- P
d-RIBOZO-1- P
CATABOLISMUL BAZELOR PURINICE
 Bazele purinice sunt: adenina, guanina şi
5.
hipoxantina
NH
2
OH
N
N
N
N
H
Adenina
N
N
CH
H2N
O
CH
N
N
H
Guanina
N
HN
CH
N
N
H
Hipoxantina
 Toate formează prin dezaminare sau oxidare xantina
 Xantinoxidaza, enzima acestui proces conţine Mo6+
 Xantina se oxidează la acid uric
OH
H2N
O
N
N
CH
N
N
HN
N
H
CH
N
Guaninã
H2O
NH3
N
H
H2O
NH2
adenindezaminazã N
(bacterii
N
nevertebrate)
N
CH
N
H
Adeninã
Hipoxantinã
H2O + O2
6+ xantinoxidazã
guanazã Mo
H2O2
O
NH3
N
HN
O
CH
N
H
N
H
Xantinã
H2O + O2
xantinoxidazã
H2O2
Mo6+
HN
O
O
H
N
C O
N
N
H
H
Acid uric
3. Sir
CATABOLISMUL BAZELOR PURINICE
 Acidul uric din organism (≈1,2 g) provine din trei surse:







- nucleotidele alimentare
- catabolismul purinelor endogene
- transformarea IMP sintetizat de novo
Excreţia acidului uric se face prin bilă şi intestin
Concentraţia normală în ser: 6,9-7,5 mg/dl la bărbaţi
şi 5,7-6,6 mg/dl la femei
Hiperuricemii: gută
Hipouricemii: deficienţă ereditară de xantinoxidază
Eliminarea urinară este de 400-800 mg/24 h.
Reprezintă calea de eliminare a amoniacului pentru păsări şi unele reptile
(uricotelice)
Mamiferele, cu excepţia primatelor, descompun acidul uric până la
alantoină, iar la alte specii descompunerea merge până la acid glioxilic,
uree, dioxid de carbon şi amoniac
PRODUŞII FINALI DE ELIMINARE AI
BAZELOR PURINICE
O
H
N
HN
O
2H2O
C O
N
H
N
H
Acid uric
O2 CO2
H2O2
uricazã
(uratoxidazã)
O
H
N
C
H2N
C O
C
C N
N H H
O
H
Alantoinã
H2O
4NH3 + 2CO2
COOH
2O C
+ C O
H
NH2
Acid
2H2O
Uree
glioxilic
NH2
2H2O
H2N COOH NH2
C
C
C
alantoicazã O
N H N
O
H
H
Acid alantoic
PRODUŞII FINALI DE ELIMINARE AI
BAZELOR PURINICE
PRODUS
SPECII ANIMALE
Acid uric
Primate, câine Dalmaţian,
păsări, şerpi, şopârle
Alantoină
Toate mamiferele, broaşte
ţestoase, moluşte gasteropode
Acid alantoic
Anumiţi peşti
Uree
Majoritatea peştilor, amfibienii,
moluşte lamelibranhiate
Amoniac şi dioxid
de carbon
Crustacei, alte nevertebrate
marine
CATABOLISMUL BAZELOR PIRIMIDINICE
 Bazele pirimidinice sunt: uracilul, citozina, şi timina
 Rezultă acidul β-ureido-propionic şi β-ureido-
izobutiric, care se transformă în β-amino-izobutiric
 Acidul β-ureido-propionic trece în β-alanină
 β-alanina şi acidul β-amino-izobutiric (BAIB) suferă o reacţie
de transaminare şi se formează semialdehidele
corespunzătoare (malonică şi metil-malonică)
 Eliminarea prin urină a BAIB este crescută şi în leucemii şi
iradieri cu raze X
 Eliminarea crescută de BAIB se întâlneşte la 5-10% din
europeni şi la aproximativ 90% din orientali, fără a cauza o
suferinţă şi fără a se cunoaşte explicaţia
NH2
N
O
N
H
Citozina
O
H2O NH3
O
HN
O
N
H
Uracil
O
NADPH,H+
NADP+
N
H
Timinã
NADPH,H+
dihidrouracildehidrogenazã
HOOC
H2N
CH2
O C
CH2
N
H
Acid -ureido-propionic
NADP+
NH3
H2N CH2 CH2 COOH
-Alanina
transaminare
O CH CH2 COOH
Semialdehida malonicã
dihidrotimindehidrogenazã
HOOC
H2N
CH CH3
O C
CH2
N
H
Acid -ureido-izobutiric
H2O
CO2
CH3
HN
H2O
CO2
NH3
H2N CH2 CH COOH
CH3
-Amino-izobutiric (BAIB)
transaminare
O CH CH COOH
CH3
Semialdehida metil-malonicã
BIOSINTEZA DE NOVO A NUCLEOTIDELOR
PURINICE
 Se sintetizează pe seama acidului inozilic (IMP)
 Are loc în citosol, printr-o succesiune de 10 reacţii enzimatice
 Heterociclul bazei este construit direct pe ribozo-5-fosfat
 Atomii din nucleul purinic provin din compuşi simpli: Gly, Gln,
Asp, CO2 şi fragmente „C1-active” încărcate pe THF
 Sinteza are loc mai ales în ficat
CO2 GLICINA
ASPARTIC
6
1
N
C
2C
C
C
N
N10-FORMIL-THF
5
3
4
7
N
C 8 N5, N10- METENIL-THF
N9
H
GLUTAMINA
RECICLAREA BAZELOR PURINICE
 Are loc în două moduri:
1. Sub acţiunea unor nucleosid-fosforilaze
Hipoxantinã
sau
+ Ribozo-1-fosfat
Guaninã
nucleosid- IMP
sau
fosforilazã GMP
2. Sub acţiunea unor fosforibozil-transferaze ce utilizează
PRPP
APRT
Adeninã + PRPP
AMP + PPa
(adenin-fosforiboziltransferazã)
Hipoxantinã
IMP
HGPRT
sau
sau + PPa
+ PRPP
Guaninã
(hipoxantin-guanin- GMP
fosforibozil-transferazã)
 RECICLAREA BAZELOR PURINICE
 Peste 90% din PRPP este utilizat pe această cale
 Fosforibozil-transferazele sunt prezente în
majoritatea ţesuturilor; rezultă că bazele sintetizate
„de novo” pot fi reutilizate
RECUPERAREA NUCLEOSIDELOR
 Are loc în majoritatea ţesuturilor
 Enzima: adenosin-kinază
ATP
ADP
Adenosina
AMP
adenosin-kinazã
ATP
ADP
Guanosina
GMP
adenosin-kinazã
ATP
ADP
Hipoxantina
IMP
adenosin-kinazã
PATOLOGIA METABOLISMULUI PURINELOR
1. GUTA
 Are o frecvenţă de 0,3%
 Se caracterizează prin hiperuricemie
 Consecinţe: - depuneri de acid uric la articulaţii
- formarea de „tofi gutoşi”
- atacuri acute de artrită
- apariţia litiazei renale
 Guta poate fi primară sau secundară
 Guta primară – boală genetică (nu se cunoaşte cauza)
 Are loc: - o hiperproducţie endogenă de acid uric
- o scădere a eliminării renale
- o scădere a concentraţiei serice a proteinei care
leagă uratul
PATOLOGIA METABOLISMULUI PURINELOR
 Se presupune:
- sinteza unei PRPP-sintetaze „hiperactive”
- o deficienţă a HGPRT-azei
 În ambele cazuri are loc o creştere a biosintezei „de novo”
 Guta secundară - apare în:
- deficienţă de G-6-P-ază
- lipsa HGPRT-azei (sindromul Lesch-Nyhan)
- boli ce determină distrugeri tisulare masive
- afecţiuni renale severe
 Tratamentul - reducerea cantităţii de acid uric:
- diminuarea aportului exogen
- administrarea de medicamente care cresc excreţia
renală (salicilaţi, săruri de litiu)
- administrarea de uricază (degradarea acidului uric)
PATOLOGIA METABOLISMULUI PURINELOR
Sindromul Lesch-Nyhan
 Lipsa totală a HGPRT-azei
 Clinic: spasticitate musculară, mişcări dezordonate,
comportament agresiv, bizar
 Tendinţa de a muşca persoanele din jur şi automutilare
 Asociată cu anemie megaloblastică şi gută
3. Deficienţa APRT-azei
 Adenina nu poate fi reciclată
 Apare litiaza renală
4. Deficienţa adenosin-dezaminazei
 Apare imunodeficienţă severă
 Sunt frecvente infecţiile cu bacterii, ciuperci, virusuri
 Este împiedicată activitatea ribonucleotid-reductazei
 Nu se formează dezoxiribonucleotidele necesare sintezei ADN
PATOLOGIA METABOLISMULUI PURINELOR
5.Creşterea activităţii adenosindezaminazei
 Apare în anemia hemolitică ereditară
 Scade concentraţiea de ATP
6. Deficienţa de nucleosid-fosforilaze
 Infecţii nebacteriene (cu fungi şi virusuri)
 Deficit de apărare imună al limfocitelor T (mediată celular)
 Scade concentraţia acidului uric în sânge
7. Xantinuria ereditară
 Se datorează deficitului de xantinoxidază
 Eliminarea masivă de xantină şi hipoxantină
 Apar calculi renali
BIOSINTEZA DE NOVO A NUCLEOTIDELOR
PIRIMIDINICE
 Sursa atomilor din ciclul pirimidinic: Asp, Gln, CO2
GLUTAMINÃ
4
3N
C
C5
ACID ASPARTIC
2C
C6
N
CO2
1
RECICLAREA BAZELOR PIRIMIDINICE
 Uracilul poate fi reciclat
 Enzima: orotat-fosforibozil transferazei (OPRT)
OPRT
Uracil + PRPP
UMP
+ PPa
 Prin acţiunea uridin-fosforilazei se formează
uridina
uridinfosforilazã
Uracil + R 1
P
Uridinã + Pa
RECUPERAREA NUCLEOSIDELOR PURINICE
 Nucleosidele trec în nucleotide pe seama ATP
 Enzime: kinaze specifice
 Enzima timidin-sintetază catalizează o reacţie de
dublu schimb
timidinsintetazã
Timinã + Dezoxiuridinã
Dezoxitimidinã + Uracil
PATOLOGIA METABOLISMULUI
PIRIMIDINELOR
1. Acidurie orotică ereditară
 Este de două feluri: - de tip I - de tip II
 Clinic: - lipsa de creştere a noilor născuţi
- leucopenie
- anemie megaloblastică
 Eliminarea urinară crescută de acid orotic şi apariţia
litiazei renale
 Administrarea de nucleotide şi nucleoside purinice
duce la ameliorarea bolii
PATOLOGIA METABOLISMULUI
PIRIMIDINELOR
2. Anemia hemolitică ereditară
 Deficienţă de pirimidin-5’-nucleotidază
 Acumulări masive de nucleotide pirimidinice prin
hidroliza ARN
 Inhibarea acestei enzime în intoxicaţiile cu Pb este
una din cauzele anemiei caracteristice acestui tip de
intoxicaţii