Metabolismo de nucleótidos de Purina y Pirimidina. IMPORTANCIA BIOMEDICA Aun cuando los humanos consumen una dieta rica en nucleoproteínas, las bases purinas y pirimidina dietéticas, no se incorporan a los ácidos nucleicos tisulares. Los seres humanos biosintetizan las purinas y pirimidinas de los ácidos nucleicos tisulares, ATP, NAD , ⁺
coenzima A, etc. a partir de intermedios anfibolicos. in embar!o, análo!os de purina y pirimidina incluso fármacos potencialmente anticancerosos inyectados pueden ser incorporados al DNA. La biosíntesis de purina y pirimidinas o"i y deso"irribonucle#tidos $NTP y dNTP% son fen#menos re!ulados con precisi#n coordinados mediante mecanismos de retroalimentaci#n &ue ase!uran la producci#n de estos compuestos en cantidades y tiempos apropiados para la 'ariable demanda fisiol#!ica $por e(emplo, la di'isi#n celular%. Las enfermedades humanas &ue se deben a las anormalidades en el metabolismo de purina y pirimidinas incluyen !ota, síndrome de Lesch)Nyhan, Lesch)Nyhan, deficiencia de adenosindesaminasa y deficiencia purinonucleosidofosforilasa. Las enfermedades de la biosíntesis de pirimidinas, aun&ue mas raras, incluyen acidurias or#ticas. Al contrario de los uratos, los productos del catabolismo de pirimidinas son muy solubles $bi#"ido de carbono, amoniaco y beta) amoninoisoburitato%, hay menos trastornos importantes en clínica en este proceso.
LAS PRINAS ! PIRIMIDINAS SON NO ESENCIALES EN LA ALIMENTACION "MANA Aun&ue los humanos in!ieren en su dieta ácidos nucleicos y nucle#tidos, la super'i'encia no depende de su absorci#n y utilizaci#n. *n el ser humano y la mayor parte de los animales pueden sintetizar !randes cantidades de nucle#tidos de purina y pirimidina de no'o no'o $a partir de intermedios anfib#licos%.
Los #cidos nucleicos in$eridos se de$radan a %urinas y %irimidinas& Los ácidos nucleicos liberados en el intestino de nucleoproteínas in!eridas se de!radan a mononucle#tidos por ribonucleasas, deso"irribonucleasas y polinucleotidasas. Las nucleotidasas y fosfatasas hidrolizan los mononucle#tidos a nucle#sido, &ue se absorben o e"perimentan de!radaci#n adicional por la fosforilasa intestinal a bases purinicas y pirimidínicas. Las bases purinicas se o"idan a acido +rico, &ue pueden absorberse y mas mas adelante e"cretarse en la orina.
*n tanto una cantidad escasa, o nin!una de purina o pirimidina pro'enientes de la dieta se incorporan a ácidos nucleicos tisulares, los componentes &ue se administran por 'ía parenteral si se incorporan #mo resultado de esta separaci#n entre bases ori!inadas en las propias células y bases absorbidas en la alimentaci#n se da la e"istencia de dos con(untos metab#licamente independientes.
BIOSINTESIS DE NCLEOTIDOS DE PRINA Todos los tipos de 'ida sintetizan nucle#tidos de purina y pirimidina. Los tres procesos &ue contribuyen a la biosíntesis de nucle#tidos de purina son, en orden decreciente de importancia- ) síntesis de intermedios anfib#licos $síntesis de no'o%/ 0) fosforribosilacion de purinas/ 1) fosforilaci#n de los nucle#sido formados. *l anillo de las purinas es sintetizado en el interior de las células a partir de moléculas o de restos moleculares. *ntre los componentes iniciales, el aminoácido 2licina es el de mayor tama3o/ los demás componentes son restos carbonados o !rupos amino $)N40% transferidos desde fuentes diferentes.
Los carbonos ' y ( y el nitró$eno ) del *eterociclo %ro+ienen del amino#cido ,licina- los nitró$enos . y / deri+an del $ru%o amida $)5N40% de ,lutamina- el nitró$eno 0 de as%artato- los carbonos 1 y 23 de restos 4ormilo trans%ortados %or #cido tetra*idro4ólico& El #tomo de carbono 5 %rocede de CO 1 del medio3 trans4erido en una reacción con biotina como coen6ima& *stos di'ersos se!mentos moleculares de ori!en tan di'erso se ensamblan en una serie de reacciones en la cual participa desde el comienzo ribosa)6)fosfato.
Las adiciones de los
distintos se$mentos constituyentes se reali6an con ribosa7(74os4ato unida al con8unto3 al 4inal %or ende se obtiene un nucleósido mono4os4ato3 y no un anillo de %urina libre& La %orción ribosa7(74os4ato del nucleótido es $enerada a %artir de $lucosa3 en la +9a de %entosa 4os4ato . Para poder participar en la biosíntesis de nucle#tidos, la ribosa)6) fosfato es acti'ada por transferencia al carbono de pirofosfato cedido por ATP. *sta reacci#n
es
catalizada
por
fosforribosibosilpirofosfato
sintetasa
$o
ATP)ribosa)6)
fosfatopirofosfato sintetasa%, esta &uinasa tiene características muy peculiares, puesto &ue
transfiere pirofosfato en lu!ar del fosfato habitual transferidos en &uinasa. e forma 6) fosforribosil))pirofosfato $P7PP%, compuesto cuyo carbono tiene confi!uraci#n alfa.
El 4os4orribosil%iro4os4ato es un com%uesto muy im%ortante- %artici%a en s9ntesis de %urinas y %irimidinas y en la +9a de recu%eración de %urinas& La P7PP sintetasa es acti'ada por fosfato e inhibida por nucle#tidos de purina y pirimidina, en un e(emplo de control por retroalimentaci#n. *l *nsamble de fra!mentos comienza con transferencia al P7PP del !rupo amida de !lutamina, catalizado por la enzima glutamina:PRPP aminotransferasa. *l !rupo amida desplaza al pirofosfato del carbono de la ribosa y se forma 6)fosforribosilamina. *l nitr#!eno finalmente ocupará la posici#n 8 de la purina. La disposici#n espacial en carbono se con'ierte en beta, confi!uraci#n propia de los nucle#tidos naturales.
La inmediata *idrólisis del %iro4os4ato liberado *ace a esta reacción %r#cticamente irre+ersible& El 4actor re$ulador m#s im%ortante es el PRPP& La 6)fosforribosilamina reacciona con !licina y ATP para formar !licinamida) ribosilfosfato
$o
fosforribosil!licinamida%.
ataliza
esta
transferencia
la
fosforribosilglicinamida sintetasa.
6)9osforribosilamina : 2licina : ATP ; 6)fosforribosil!licinamida : ADP : Pi
La $licina incor%orada en esta reacción a%orta los carbonos ' y ( y el nitró$eno ) de la %urina& Los restantes se!mentos se a!re!an en sucesi'as etapas hasta formar un nucle#tido, ya &ue la ribosa)6)fosfato permanece unida al N8 durante la duraci#n completa del proceso. e obtiene ácido isosínico o inopina monofosfato $<=P%, cuya base es hipo"antina. *l carbono > de la hipo"antina de <=P es aminado por transferencia del !rupo alfa)amina de aspartato para formar A=P/ la hidr#lisis de un enlace fosfato de 2TP pro'ee la ener!ía necesaria. *n otra 'ía alternati'a, la hipo"antina de <=P es o"idada a "antina y posteriormente aminada en carbono 0 por transferencia de !rupo amida de !lutamina/ se obtiene ácido
!uanílico o !uanosina monofosfato $2=P%. La hidr#lisis de ATP a A=P y PP i suministra la ener!ía para la transferencia del !rupo ?N40.
EL MONO:OS:ATO DE IOSINA ;IMP< SE ORI,INA A PARTIR DE INTERMEDIOS AN:IB=LICOS& *l monofosfato de inosina es el nucle#tido @pro!enitor del cual se forman tanto el A=P como el 2=P. La síntesis del <=P se inicia con el intermedio anfib#lico @alfa)D)ribosa)6) fosfato e implica una secuencia lineal de reacciones, lue!o la 'ía se ramifica, una rama lle'a del <=P al A=P y la otra del <=P al 2=P.
LA TRANS:ERENCIA DE :OS:ORILO DESDE EL ATP CON>IERTE MONONCLEOTIDOS E NCLEOSIDOS DE DI ! TRI:OS:ATO& Los mononucle#tidos A=P y 2=P se con'ierten a sus nucle#sidos de difosfato $ADP y 2DP% por la 'ía de transferencia de fosforilo desde el ATP catalizada por la nucle#sido monofosfato cinasa. *ntonces el 2DP se con'ierte en 2TP por la nucle#sido difosfato cinasa a e"pensas de otro ATP. La con'ersi#n de ADP en ATP se alcanza principalmente por fosforilaci#n o"idati'a
Los 4#rmacos anti4olato o an#lo$os de $lutamina blo?uean la bios9ntesis de nucleótidos de %urina& )mercaptopurina $reacciones 1 y B% y ácido micofen>lico $reacci#n B%
La de4iciencia de %urina es rara en los seres *umanos Los estados de deficiencia de purina en los seres humanos se debe principalmente a carencia de ácido f#lico y ocasionalmente a deficiencia en la 'itamina C<0 cuando esto resulta en una deficiencia secundaria de deri'ados del folato.
LAS REACCIONES DE @SAL>AMENTO@ CON>IERTEN A LAS PRINAS ! SS NCLE=SIDOS EN MONONCLEOTIDOS La con'ersi#n de purinas y nucle#sidos de purina en forma directa a mononucle>tidos por reacciones de sal'amento re&uiere mucho menos ener!ía &ue la síntesis de novo. uantitati'amente, el mecanismo más importante in+olucra al fosforribosilaci#n de una purina libre $Pu% por P7PP, &ue forma un
(7mononucle#tido $Pu)7P%.
Pu PP RP Pu RP PP La fosforilaci#n de purina &ue depende de P7PP se cataliza por la adenina fosforribosiltransferasa $con'ierte la adenina a A=P/ fi!ura .57(0 e hipo"antina)!uanina
4os4orribosiltrans4erasa $transforma la hipo"antina o !uanina a <=P o 2=P/ fi!ura .55<& En se!undo mecanismo de sal'amento comprende fosforilaci#n directa de un ribonucle#sido de purina $Pu7% por ATP-
PuR : ATP : PuR7P : ADP La adenosina cinasa cataliza la fosforilaci#n de adenosina o deso"iadenosina a A=P o dA=P, en tanto &ue deso"icitidina cinasa fosforila deso"icitidina, deso"idadenosina y 0F deso"i!uanosina d=P, dA=P y d2=P, respecti'amente.
*l hí!ado de los mamíferos, sitio principal de síntesis de nucle#tidos de purina, proporciona bases purínicas y sus nucle#sidos para ser rescatados y utilizarse por te(idos incapaces de síntesis propia. Por e(emplo, el te(ido cerebral tiene concentraci#n ba(a de P7PP amidotransferasa y es probable ?ue el encéfalo humano dependa en parte de purinas e"#!enas. *ritrocitos y leucocitos polimorfonucleares no pueden sintetizar 6 fosforribosilamina y por ende deben utilizar purinas e"#!enas para formaci#n de nucle#tidos
de purina. No obstante, los linfocitos periféricos poseen cierta capacidad para sintetizar purinas de no+o&
LA BIOSINTESIS "EPATICA DE NCLEOTIDOS DE PRINA SE RE,LA DE MANERA ESTRICTA
El +olumen de los de%ósitos de PRPP re$ula la bios9ntesis de nucleótidos de %urina Debido a &ue la síntesis de <=P a partir de intermedios anfibolicos consume !licina, !lutamina, deri'ados del T49, aspartato y ATP. *s de suma importancia &ue las
clulas
re!ulen la biosíntesis de %urina& *l principal determinante de la tasa !lobal de síntesis de novo
de nucle#sidos de purina es la concentraci#n de P7PP, un parámetro &ue refle(a las
'elocidades relati'as de síntesis, utilizaci#n y de!radaci#n de P7PP. La 'elocidad de síntesis de P7PP depende de la disponibilidad de ribosa 6)fosfato y de la acti'idad de P7PP sintetasa. *sta enzima es sensible a la concentraci#n de fosfato y a los ribonucle#tidos de purina &ue act+an coma re!uladores alostéricos $fi!ura .57)0<
La
s9ntesis
de
nucleótidos
%ur9nicos
es
re$ulada
%or
retroalimentación en +arios ni+elesF a% 9ormaci#n de P7PP- La fosforribosilpirofosfato sintetasa es inhibida por <=P, A=P y 2=P, productos finales de la 'ía. De esta manera, cuando se aumenta en el medio el ni'el
de
esos
nucle#tidos
se
deprime
la
formaci#n
de
P7PP.
b% La etapa de P7PP a fosforribosilamina es el principal sitio de control de la síntesis de nucle#tidos de purina. A=P, 2=P e <=P act+an como efectores ne!ati'os de la !lutamina-P7PP aminotransferasa. También son inhibidores ATP, ADP, 2TP, 2DP,
Cada $ru%o de nucleótidos tiene sitios alostricos di4erentes en la en6ima3 ra6ón
%or la cual la acción de +arios de ellos es aditi+a& c% A partir de <=P, la 'ía se bifurca. Eno de los caminos lle'a a A=P, el otro a 2=P. Las enzimas in'olucradas en la o"idaci#n y aminaci#n de <=P para !enerar 2=P son inhibidas por 2=P, mientras la aminaci#n de <=P para formar A=P es deprimida por éste.
d% La síntesis de A=P a partir de <=P utiliza 2TP como pro'eedor de ener!ía, mientras &ue la de 2=P usa ATP. *sto representa un
dispositi'o re!ulador para el
funcionamiento e&uilibrado de los dos ramales finales de la 'ía. En e"ceso de 2TP fa'orece la producci#n del nucle#tido de adenina, mientras un ni'el ele'ado de ATP promue'e la formaci#n de 2TP.
>9a de recu%eración de %urinas *l costo ener!ético de la síntesis del n+cleo purina es muy ele'ado $> enlaces de alta ener!ía por molécula de <=P%. Por ello se han desarrollado 'ías más econ#micas, llamadas de recuperaci#n, rescate o reutilizaci#n de bases/ producen nucle#tidos a partir de purinas procedentes de la de!radaci#n de ácidos nucleicos en te(idos, o de las absorbidas en intestino después de la di!esti#n de alimentos. e produce mezcla de bases end#!enas y e"#!enas, raz#n por la cual la separaci#n metab#licamente referida anteriormente no es absoluta. La adenina es con'ertida en acido adenílico o adenosina monofosfato $A=P% por reacci#n con 6)fosforribosil))pirofosfato $P7PP% catalizada por adeninafosforribosil transferasa $AP7T%. *l resto ribosa)6)fosfato se une por enlace N)!licosídico al N 8 de adenina para formar A=P.
Adenina : P7PP ; Acido adenilico : PP i. GAdeninafosforribosil transferasaH
*n una reacci#n similar, hipo"antina y !uanina son transformadas en los nucle#tidos correspondientes, ácido inosinico o inosina monofosfato $<=P% y ácido !uanílico o !uanosina monofosfato $2=P%, por acci#n de hipo"antina)!uanina)fosforribosil transferasa $42P7T%.
4ipo"antina : P7PP ; Acido inosílico $<=P%I acido !uanílico $2=P% : PP i. G4ipo"antina)2uanina fosforribosil transferasaH
La acti'idad 42P7T en la mayoría de las células es mucho más ele'ada &ue la de AP7T. *l costo de esta recuperaci#n de purinas es de mol de ATP por mol de nucle#tido. e consume ATP en la !eneraci#n de P7PP. *sto si!nifica un ahorro de 6 moles de ATP con relaci#n a la síntesis de no'o.
Catabolismo de Purinas La de!radaci#n de ADN y A7N en las células produce nucle#tidos de deso"iadenosina, deso"i!uanosina, adenosina y !uanosina *n !eneral, estos compuestos son sometidos a hidr#lisis catalizada por nucleotidasas o fosfatasas e"istentes en las células, &ue de(an libres los nucle#sidos adenosina y !uanosina/ la !uanosina es de!radada a !uanina y pentosa. La adenina y la !uanina inicialmente sufren desaminaci#n hidrolítica/ la adenina es desaminada cuando está toda'ía unida a la pentosa, en forma de adenosina/ en cambio la !uanina está libre. Por acci#n de la enzima adenosina desaminasa, la adenosina se con'ierte en inopina, nucle#sido de hipo"antina. Posteriormente, una reacci#n de fosforilaci#n catalizada por nucleósido fosforilasa separa la inopina en hipo"antina y pentosafosfato. *n la etapa si!uiente, la hipo"antina se con'ierte en "antina por o"idaci#n en el carbono 0. ataliza la reacci#n la enzima xantina oxidasa, enzima con molibdeno &ue utiliza o"í!eno molecular/ se libera per#"ido de hidr#!eno. La !uanina inicia su catabolismo por desaminaci#n hidrolítica catalizada por guanasa/ se produce "antina. *s decir, las 'ías catab#licas de adenina y !uanina con'er!en en la formaci#n de un intermediario com+n, la "antina. 9inalmente la "antina es o"idada en el carbono J por la acci#n de la xantina oxidasa, la misma enzima &ue cataliza la acci#n de hipo"antina. e forma
#cido Grico3 %roducto
terminal del catabolismo de bases %Gricas en el ser *umano3 ?ue es un com%uesto muy %oco soluble en el a$ua3 eHcretado %rinci%almente %or la orina&
