PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL ECUADOR CARRERA DE BIOQUÍMICA CLÍNICA METABOLISMO Y REGULACIÓN TRABAJO DE CONSULTA NOMBRE: FRANCISCO SIGCHO GRUPO: 2 FECHA: 06/05/2014
METABOLISMO DE NUCLEÓTIDOS Los nucleótidos son moléculas compuestas por un azúcar (ribosa), un fosfato y una base nitrogenada (purinas o pirimidinas). Estos compuestos desempeñan varias funciones celulares entre las que se encuentran garantizar los intercambios, actuar como señales químicas en los sistemas celulares frente a hormonas y otros estímulos extracelulares, además de conformar la estructura de cofactores enzimáticos e intermediarios metabólicos y ser los principales constituyentes de los ácidos nucleicos como el ADN y ARN responsables de contener la información genética. Los ácidos nucleicos tienen una gran importancia en este punto debido a que de la información que poseen será primordial para el ensamblaje de las proteínas y de las biomoléculas las cuales llevan consigo información que se va heredando. Si bien los ácidos nucleicos pueden sintetizarse en nuestro organismo sin necesidad de alimentos, los seres humanos pueden ingerir alimentos que contengan dichos compuestos y serán degradados en el tubo digestivo por acción de las ribonucleasas y desoxirribonucleasas del páncreas, los nucleótidos serán degradados por las nucleotidasas obteniendo el nucleósido y fosfato que se absorberán en el intestino.
Estructura de un nucleótido
Estructura de las purinas y pirimidinas
La estructura de un nucleótido está conformada por tres compuestos principales, una base nitrogenada y una pentosa que están presentes en forma heterocíclica y un grupo fosfato unido a la pentosa. La base está unida covalentemente mediante un enlace N-β-glucosídico al C1’ de la pentosa (desde N1 en pirimidinas y N9 desde las purinas), al producirse este
enlace se desprende una molécula de agua conformado por el hidroxilo de la pentosa y un hidrógeno de la base nitrogenada. Mientras que el fosfato está unido por un enlace fosfodiéster con el C5’ de la pentosa. Las bases nitrogenadas pueden ser en el caso del
DNA las purinas adenina y guanina y las pirimidinas timina y citosina, en tanto que en el RNA las purinas adenina y guanina y las pirimidinas uracilo y citosina. En lo que es el azúcar la principal diferencia es que en el DNA la ribosa pierde un oxígeno en el C2’
convirtiéndose en desoxirribosa.
Biosíntesis de nucleótidos A excepción de los parásitos, todas las formas de vida son capaces de sintetizar nucleótidos a partir de componentes celulares. La síntesis a partir de intermediarios anfibólicos procede a índices controlados para las funciones celulares. Para lograr homeostasis algunos mecanismos intracelulares detectan y regulan el tamaño del pool de nucleótido trifosfatos (NTP), que aumenta durante el crecimiento, o la regeneración de tejido cuando las células se encuentran división celular aumentada. Los nucleósidos y nucleótidos se sintetizan dependiendo de los requerimientos fisiológicos del cuerpo humano. Para la síntesis de nucleótidos existen dos tipos de rutas: las rutas de novo a partir de precursores metabólicos como aminoácidos, ribosa-5fosfato, CO2 y NH 3 y las rutas de recuperación que reciclan las bases libres y los nucleósidos producto de la degradación de los ácidos nucleicos mediante la ingesta en la dieta de los mismos. Las dos vías de biosíntesis dan como resultado la producción de nucleósido-5'-fosfato a través de la utilización de un azúcar intermediario activado y de fosforibosiltransferasas. El azúcar activado es el 5-fosforibosil-1-pirofosfato (PRPP) generado por la acción de la PRPP sintetasa y requiere de ATP:
Biosíntesis de nucleótidos de purina El órgano relacionado con la síntesis de purinas es el hígado. La síntesis de los nucleótidos de purina comienza con el PRPP y conduce al primer nucleótido completamente formado, inosina-5'-monofosfato (IMP) mediante 11 reacciones enzimáticas, este IMP va ser traspasado hacia ADP y GDP. La síntesis de IMP requiere de 5ATP, 2 glutaminas, 1 glicina, 1 aspartato, 1 CO2 y 2 formiatos. 1. GPAT 2. GARS 3. GART 4. PFAS 5. AIRS 6. AIRC 7. SAICAR 8. Adenilo succinato liasa 9. AIRCARFT 10. IMP ciclohidrolasa En la reacción 2 se necesita ATP y se transfiere glicina, en la 3 se utiliza un cofactor y se transfiere el grupo formilo. Las enzimas de las reacciones 3 y 9 son parte de un complejo. En la 4 y 5 también es necesario ATP y se da el cierre del anillo imidazol de la purina. Este IMPR que se obtuvo al final es interconvertible hacia el AMP y el GMP, en el caso de AMP es necesario la presencia de una molécula de GTP y para el GMP es necesario una de ATP, la utilización cruzada de estos compuestos se debe para controlar la cantidad de la otra molécula generada, es decir,
que se
utiliza GTP para controlar la síntesis de AMP y a la vez las proporciones de GMP y AMP para que sean equivalentes.
Para que estos compuestos monofosfatos puedan participar de la síntesis de nucleótidos deben estar como nucleósidos trifosfatos para lo cual van actuar las nucleósido quinasas. Nucleósido monofosfato quinasa:
Nucleósido difosfato quinasa:
NMP + ATP NDP + ADP
N1TP + N2DP N1DP + N2TP
Aunque hay que recordar que el ADP se convierte en ATP en la glucólisis y en la fosforilación oxidativa.
Regulación de la síntesis de nucleótidos Los puntos de limitación en la biosíntesis de purinas se encuentran en los dos primeros pasos de la vía. La síntesis de PRPP por la PRPP sintetasa es retroinhibida por AMP y GMP. El segundo punto es la reacción de amidotransferasa catalizada por la PRPP amidotranferasa, se inhibe unión alostérica de ATP, ADP y AMP en un sitio inhibitorio y por la unión con GTP, GDT y GMP en otro. Esta actividad de la enzima es estimulada por PRPP. La regulación de la síntesis final de AMP y GMP a partir del IMP, esto se da debido a la acumulación de ATP que acelera la síntesis de GMP y la acumulación de GTP conlleva a la síntesis de AMP.
Degradación de los nucleótidos de purina El catabolismo de los nucleótidos de purina tiene como producto final el ácido úrico que es una molécula insoluble y es excretada mediante la orina en forma de cristales de urato de sodio. Los nucleótidos de purina son degradados al nucleósido correspondiente, por defosforilación. Los nucleósidos pierden la ribosa-1-P y pasan a ser bases libres, estas se oxidan o desaminan hacia xantina y ésta finalmente se degrada por oxidación a ácido úrico. El ácido úrico es altamente insoluble y además puede ser precipitado en las articulaciones
provocando inflamación y artritis. A este fenómeno se le denomina gota que puede ser un exceso de purinas en el organismo o deficiencia de la enzima de salvataje HGPRT.
Salvamento de los nucleótidos de purinas Las vías de salvamento son los pasos de la síntesis de los nucleótidos desde las bases de purina y de los nucleósidos de purina. Las bases libres de purina, adenina, guanina, e hipoxantina, pueden ser reconvertidas a sus nucleótidos mediante fosforibosilación. Dos enzimas transferasas están implicadas en este proceso: Adenosin fosforibosil transferasa (APRT): adenina + PRPP ↔ AMP + PPi Hipoxantina guanina fosforibosil transferasa (HGPRT): hipoxantina + PRPP ↔IMP + PPi guanina + PRPP ↔ GMP + PPi
Algunos transtornos clínicos del metabolismo de las purinas GOTA: elevación crónica del ácido úrico en sangre, formación de cristales de urato sódico en el líquido sinovial de las articulaciones, degeneración de las articulaciones, falta de inhibición por los nucleótidos de purina (PRPP sintetasa), deficiencia de HGPRT o de glucosa-6-fosfatasa. SINDROME DE LESCH-NYHAN: defecto de HGPRT, artritis gotosa grave, discapacidad para el aprendizaje, es un rasgo ligado al sexo. SCID: deficiencia de la enzima degradativa adenosina desaminasa (ADA), vulnerables a las enfermedades infecciosas, no permite la replicación del DNA.
Biosintesis de nucleótidos de pirimidina Las pirimidinas no se sintetizan como nucleótidos, sino el anillo a partir de bicarbonato, aspartato y amoniaco. La primera base terminada se deriva a partir de una mol de glutamina, una mol de ATP, una mol de CO2 y una mol de aspartato. Una mol adicional de glutamina y ATP son requeridas en la conversión de UTP a CTP. 1. aspartato transcarbamoylase, ATCase 2. carbamoil aspartato deshidratasis 3. dihidroorotato deshidrogenasa 4. orotato phosphoribosyltransferase 5. orotidine-5'-fosfato carboxilasa El carbamoil fosfato usado para la síntesis del nucleótido de pirimidina se deriva de la glutamina y del bicarbonato, dentro del citosol, contrariamente al carbamoil fosfato del ciclo de la urea que se deriva del amoníaco y del bicarbonato en la mitocondria. La
reacción del ciclo de la urea es catalizada por la carbamoil fosfato sintetasa I mientras que el precursor del nucleótido de pirimidina es sintetizado por la CPS-II. El carbamoil fosfato es entonces condensado con el aspartato en una reacción catalizada por la enzima limitante de la biosíntesis del nucleótido de pirimidina, la aspartato transcarbamoilasa. Posteriormente carbamoil fosfato se incorpora en la pirimidina vía de la biosíntesis de nucleótidos a través de la acción de la aspartato transcarbamoylase, ATCase que es la limitación de velocidad en el paso pirimidina biosíntesis. Tras la finalización de la UMP de síntesis se puede fosforilados a la UTP y utilizado como un sustrato para la CTP sintasa de la síntesis de la CTP. Uridina nucleótidos son también los precursores de de novo de síntesis la timina nucleótidos.
Regulación de la síntesis de los nucleótidos de pirimidina La regulación de la síntesis de pirimidina ocurre principalmente en el primer paso que es catalizado por la aspartato transcarbamoilasa (ATCasa). Inhibido por el CTP y activado por el ATP. El papel de la glicina en la regulación de la ATCasa es actuar como inhibidor competitivo del sitio de enlace de la glutamina. Como en la regulación de la síntesis de purina, los niveles de ATP también regulan la biosíntesis de pirimidina en el nivel de formación de la PRPP. Un incremento en el nivel de PRPP da lugar a una activación de la síntesis de pirimidina. Hay también regulación de OMP decarboxilasa: esta enzima es inhibida competitivamente por el UMP y menormente por el CMP. Por último la CTP sintasa es inhibida por el CTP y activada por el GTP.
Síntesis de desoxirribonucleótidos Se sintetizan por reducción de los ribonucleósidos difosfato, el hidroxilo en el C2 de la ribosa es sustituido por un solo hidrógeno, acción catalizada por la ribonucleótido reductasa y como agente reductor el NADPH y la sintesis culmina con la fosforilación de los desoxiribonucleósidos difosfatos a trifosfatos. Su regulación viene dada por sus dos sitios regulatorios de la enzima, el sitio que afecta la actividad puede unir ATP que es activador o dATP que es un inhibidor. El sitio que afecta
la especificidad puede unir ATP o dATP favoreciendo la reducción de UDP y CDP, si se une TTP se reduce GDP y se inhiben la reducción del resto, el dGTP estimula reducción de ATP. Este sistema asgura que la formación de los cuatro desoxiribonucleótidos se de en forma balanceada.
Algunos transtornos de nucleótidos primidinas Aciduria orótica: incapacidad de mitocondrias para usar carbamoil fosfato, para la producción citosólica excesiva de ácido orótico. La aciduria orótica tipo I refleja una deficiencia tanto de orotato fosforribosiltransferasa como de orotidilato descarboxilasa; la aciduria orótica tipo II, se debe a una deficiencia sólo de orotidilato descarboxilasa.
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