GK08

Biosintesis de nucleótidos

azucar de cinco carbonos

ribosa / desoxirribosa

base nitrogenadafosfato

FOSFATO

BasePURINA o PIRIMIDINA

PENTOSA

RIBOSA 2’-DESOXIRRIBOSA

BASES NITROGENADAS

- Carácter levemente básico- Escasa solubilidad en agua

- Espectro de absorción con máximo a 260nm- Posibilidad de formas tautomericas

- Reactivos de las bases potencialmente mutagénicos

Pirimidina Purina

PIRIMIDINA

CITOSINA URACILO TIMINA

PURINA

ADENINA GUANINA

NUCLEOTIDOS

- Ni las bases ni los nucleótidos se requieren como componentes de la dieta

El organismo se los sintetiza de novo, lo rescata o lo reutiliza

Vía de síntesis de novo Vía de recuperación

Ribosa activada (PRPP), aa, ATP, CO2, etc

Ribosa activada (PRPP), base

Nucleótidos Nucleótidos

RIBOSA ACTIVADAPRPP

ATP AMP

Ribosa-5-fosfato 5-fosfato-ribosa-pirofosfato

Ribosa fosfato pirofosfoquinasa

En la vía de rescate, reciclaje de purinas:

Hipoxantina – guanina – fosforibosil – transferasaHGPRT

Lesch Nyhan Syndrome (LNS)Hereditaria, cromosoma X, o espontáneo, raro, en USA 1/100000 Exceso de producción de ácido úrico hiperuricemiaPrimer síntoma en niños entre 3-6año, cristales naranjas en urinaRetardo mental, agresivo, impulsivo, auto-destructivo, etc.Tratamiento del síntoma, alopurinol

Ej. enfermedad:

Adenina + PRPP AMP + PPi

Hipoxantina + PRPP IMP + PPiGuanina + PRPP GMP + PPi

MUTACION EN UN SOLO GEN

Deficiencia de HGPRTSe acumula PRPP (que se usaría a salvar hipoxantina y guanosia) – el exceso de PRPP estimula la amicofosforibosiltansferasa – aumenta la síntesis de purinas – y así aumenta los productos de degradación, acido úrico

carbamoyl-phosphate

HCO3-

2 ATP 2 ADP + Pi

O-

H2N-C-O-P-O-O O

CONH2

CO2-

+H3N C HCH2

CH2

Gln

++

CO2-

CO2-

+H3N C HCH2

CH2

Glu

carbamoylphosphatesynthetase II

Biosíntesis de pirimidinas empieza con carbamoil fosfato

Eso parece el primer paso del ciclo de urea, pero utiliza glutamina en vez de NH4

+ como donador de nitrogeno; esta catalizada por una enzima citosolica, la carbamoilfosfato sintetasa II

Glutamine

ATP + HCO3 -

ATP

O-

H2N-C-O-P-O-O O

Carbamoil fosfato sintetasa II bacteriana tiene tres subunidades conectadas por un canal

De glutamina se produce amonio en la subunidad pequeña y se convierte a carbamato en el segundo sitio activo; el carbamato se mueve al tercer sitio activo, donde esta convertido a carbamoil fosfato.

El tamaño total del canal es aproximadamente 100 A

Los otros atomos del anillo de pirimidina aporta la asparagina

Pi

O-P-O-

O-

OO=C

NH2

H2N

CH2

CH-CO2-

-O-CO

-O-CO

O=CNH2

N

CH2

CH-CO2-

H

aspartatetranscarbamoylase

carbamoylphosphate

N-carbamoyl-aspartate

Asp

H2O

+

N

CO

O=C

HN CH2

CH-CO2-

H

orotateNAD+NADHH

N

CO

O=C

HN CH

C-CO2-

dihydroorotate

PRPP provee fosfato-ribosa para los nucleotidospirimidinicos

PPi

orotate

CO2

O

OHOH

-O-P-O-CH2

O-

O

O

O- O-

OO−P−O−P−O-

ribose-5-P + ATP

AMP5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PRPP)

CO

C

HN CH

C-CO2-

NH

O

O

OHOH

-O-P-O-CH2

O-

O

CO

C

HN CH

C-CO2-

NO

orotidine 5’-phosphate (orotidylate)

O

OHOH

-O-P-O-CH2

O-

O

CO

C

HN CH

CHNO

uridine 5’-phosphate (uridylate, UMP)

enlace beta-glucosidica

cytidine 5’-triphosphate (CTP)

UMP se convierte a UTP y CTP

2 ATP

UMP

CONH2

CO2-

+H3N C HCH2

CH2

ADP + Pi

ATP

O

OHOH

-O-P-O-CH2

O-

O

N

CHCO

HN

CHCO

Gln

Glu2 ADP

N

O

OHOH

O-P-O-P-O-P-O-CH2

O-

O

O-

O

O-

O

CHCO

HN

CHCO

-

O

OHOH

O-P-O-P-O-P-O-CH2

O-

O

O-

O

O-

O

CNH2

N

N

CHCO

CH

-

uridine 5’-triphosphate (UTP)

Regulación de la biosíntesis de pirimidinas por retroinhibición

UMP

UTP

CTP

orotate

orotidylate

ATP

+ -

carbamoylphosphate N-carbamoylaspartate

Asp Pi

aspartatetranscarbamoylase

Gln, HCO3-

& ATP

E. coli aspartate transcarbamoylase es el prototipo de una enzima alosterica

La enzima es un oligomero C6R6 se subunidades catalicas (C) y regulatorias (R). La union de CTP a la subunidad R baja la afinidad poraspartato; ATP bloquea este efecto; en ausencia de las subunidades R, las subunidades C son cataliticamente activa y no son afectados porCTP.

No CTP

+ CTP

0 10 20 30 [Aspartate] (mM)

Rat

e

CTP + ATP

C

C

C

R

RR

UMPO

C-CO2-

CHN CH

CO N

HO

OHOH

-O-P-O-CH2

O-

O

CO

HN CHCHNC

O

O

C-CO2-

CHN CH2

CO N

H

PRPP

PPiCO2

N-carbamoyl-aspartate

carbamoyl-phosphate

PiH2O

ATP + Gln+ HCO3

-

ADP + GluAsp

dihydroorotidase

carbamoylphosphatesynthetase

aspartatetranscarbamoylase

orotatephosphoribosyltransferase

OHOH

CO

HN CHC-CO2

-NC

O-O-P-O-CH2

O-

OO

orotidylatedecarboxylase

NAD+

orotate

1

2

3

45

En mamíferos cinco de los pasos de la biosíntesis de pirimidinas ocurren en dos complejos multifuncionales

O

C-CO2-

CHN CH2

CO N

H

N-carbamoyl-aspartate

carbamoyl-phosphate

PiH2O

ATP + Gln+ HCO3

-

ADP + GluAsp

CTPATP

+ -carbamoyl-phosphate synthetase

Mamíferos regulan la formación del carbamoilfosfatoen la primera enzima multifuncional

Experimentos con trazadores radiactivos mostraron que el anillopurinico se asemblea de cinco diferentes tipos de precursores

N

NN

NC

CCCC

N10-formyl-THF

Amino group of aspartate

CO2 Glycine

N10-formyl-THF

Amide N of glutamine (THF = tetrahydrofolate)

Una via de 11 pasos empieza con fosforribosilpirofosfatos (PRPP) y glutamina y lleva a inosito monofosfato (IMP); después ramas separadasllevan a AMP y GMP.

PRPP + GlnAMP

IMPGMP

El anillo de purina se sintetizaya unido a la 5’-fosfato-ribosa

Gln

5-phosphoribosylamine

O

OHOH

-O-P-O-CH2

O-

ONH2O

OHOH

-O-P-O-CH2

O-

O O

O- O-

OO−P−O−P−O-ribose-5-P

+ ATP

AMP

CONH2

CO2-

+H3N C HCH2

CH2

15-phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PRPP) PPi + Glu

CO2-

CH2-NH3+

O

OHOH

-O-P-O-CH2

O-

ONH

O=CCH2-NH3

+

O

OHOH

-O-P-O-CH2

O-

ONH

O=CCH2

NHCHO

N10-formyl-THF THF

2

3

ATP

ADP + Pi

El asamblaje continua átomo poratomo

ADP + Pi

4CONH2

CO2-

+H3N C HCH2

CH2

Glu + ADP + Pi

ATP

NHO=C

CH2

NHCHO

O

OHOH

-O-CH2P

CH2

NHHN=C

NHCHO

O

OHOH

-O-CH2P

O

OHOH

-O-CH2P NH2N-C

HCN

CH

ATP5

HCO3-

ADP + Pi ATP

7 6O

OHOH

-O-CH2P NH2N-C

CN

CH

-O2C

Gln

… hasta llegar al inosin-mono-fosfato (IMP)

fumarate9

CO2-

CO2-

H-C-NH3+

CH2

8

ADP + PiATP

O

OHOH

-O-CH2P NH2N-C

CN

CH

H2N-CO

N

NH2N-C

CH

O

OHOH

-O-CH2P

CCO2-

CO2-

CH-NH-CCH2 O

H2O11 10

N10-formyl-THF THF

CCHN

O

OHOH

-O-CH2PN

NCH

CO

NHC

IMP

O

OHOH

-O-CH2P NH2N-C

CN

CH

-O2C

IMP se puede convertir en AMP y GMP

fumarate

CO2-

CO2-

H-C-NH3+

CH2

GDP + Pi

GTP

O

OHOH

-O-CH2P

CCHN

N

NCH

CO

NHC

IMP

NH2

O

OHOH

-O-CH2P

CCN

N

NCH

C

NHC

AMP

CONH2

CO2-

+H3N C HCH2

CH2

AMP + PPiATP

Glu

NAD+

H2ONADH

GMP

H2N-CCC

HN

N

NCH

CO

N

O

OHOH

-O-CH2P

GTP es necesariopara la sintesis del AMP y ATP esnecesario para la sintesis de GMP

la base en IMP es hipoxantina

Regulación de la biosíntesis de purinas por inhibición retroactiva

PRPP + Gln

AMP

IMP

GMP----

CCN

N

NCH

C

NHC

SH

H

Una droga anti-cancer, el 6-mercaptopurine, inhibe los tres pasos regulados; antes que puede actuar tiene queconvertirse en nucleotido por reacción con PRPP.

Nucleotides are required for cell growth and replication. A key enzyme for the synthesis of one nucleotide is dihydrofolatereductase (right). Cells grown in the presence of methotrexate, a reductase inhibitor, respond by increasing the number of copies of the reductase gene. The bright yellow regions visible on three of the chromosomes in the fluorescence micrograph (left), which were grown in the presence of methotrexate, contain hundreds of copies of the reductase gene. [(Left) Courtesy of Dr. Barbara Trask and Dr. Joyce Hamlin.]