BIOSSÍNTESE DE
NUCLEÓTIDOS
FUNÇÕES METABÓLICAS DOS
NUCLEÓTIDOS
Unidades monoméricas dos ácidos nucleicos
Metabolismo energético
Mediadores fisiológicos
Precursores de outros compostos
Componentes dos coenzimas
Intermediários activos
Efectores alostéricos
Um ácido nucleico é um polímero
Açúcar com 5 átomos carbono
Base azotada
Fosfato
NUCLEÓSIDO = PENTOSE + BASE
NUCLEÓTIDO = PENTOSE + BASE + FOSFATO
RIBONUCLEÓTIDO
DESOXI-RIBONUCLEÓTIDO
ou DESOXINUCLEÓTIDO
Ligação
-N-glicosídica
BASES RARAS ENCONTRADAS NOS ÁCIDOS NUCLEICOS
O GRUPO FOSFATO PODE ESTAR LIGADO A DIFERENTES
CARBONOS DA PENTOSE
METABOLISMO ENERGÉTICO
O ATP é a principal forma de energia química
disponível nas células
O ATP é gerado nas células por fosforilação
oxidativa ou ao nível do substrato
O ATP está envolvido na contracção muscular, no
transporte activo e na manutenção dos
gradientes de iões
O ATP é o dador de grupos fosfato para a
formação de outros nucleótidos 5’ trifosfatados
Também o GTP desempenha papel importante no
metabolismo energético da célula
MEDIADORES FISIOLÓGICOS
Adenosina controla o fluxo de sangue coronário
ADP apresenta função crítica na agregação
plaquetária e portanto na coagulação sanguínea
cAMP e cGMP actuam como segundos
mensageiros
GTP é necessário para o capping do mRNA e para
a transdução de sinal através das GTP-binding
proteins
Os nucleósidos e nucleótidos funcionam como
mediadores em muitos processos metabólicos chave:
PRECURSORES DE OUTROS COMPOSTOS
GTP é o precursor
para a formação do
cofactor tetrahidro-
biopterina,necessário
para as reacções de
hidroxilação e para a
geração de óxido
nítrico
COMPONENTES DE COENZIMAS
Os coenzimas NAD+, NADP+, FAD
e as suas formas reduzidas, assim
como o Coenzima A, todos
possuem na sua estrutura uma
unidade 5’- AMP
INTERMEDIÁRIOS ACTIVOS
Os nucleótidos servem como transportadores de
intermediários “activos”, necessários para uma
grande variedade de reacções:
UDP-glucose precursor do glicogénio
CDP-diacilglicerol precursor de fosfogli-
céridos
S-adenosilmetionina dador de grupos metilo
EFECTORES ALOSTÉRICOS
Nas diversas vias metabólicas existem
passos que são regulados pelas
concentrações intracelulares dos
nucleótidos
Diversos exemplos serão dados ao longo
desta aula
A pool celular de nucleótidos
(excepto ATP) é muito pequena (< 1% do requerido para síntese de DNA)
A síntese de nucleótidos tem que
ser constante e, nalguns casos,
pode mesmo ser factor limitante na
replicação e transcrição do DNA
Os inibidores da síntese de
nucleótidos são extremamente
importantes na medicina moderna,
devido à relevância destes
processos nas células em divisão
DISTRIBUIÇÃO DOS NUCLEÓTIDOS
As principais purinas e pirimidinas
encontradas nas células são os seus
derivados 5’-nucleotídicos
ATP é o nucleótido predominante
A distribuição dos nucleótidos varia com
o tipo de célula
Em células plenamente funcionais
predominam os 5’-NTP
Em células em hipóxia aumentam
significativamente os níveis de 5’-NMP e
5’-NDP
TODOS OS PROCESSOS METABÓLICOS QUE CONDUZEM
À FORMAÇÃO EQUILIBRADA DE NUCLEÓTIDOS PÚRICOS
E PIRIMÍDICOS ENGLOBAM 4 VIAS PRINCIPAIS:
1. BIOSSÍNTESE “DE NOVO”
2. REUTILIZAÇÃO OU RECUPERAÇÃO
3. INTERCONVERSÃO NUCLEOTÍDICA
4. DEGRADAÇÃO
2 tipos de vias biossintéticas: de novo e recuperação ou salvage
Precursores comuns para as vias das purinas e das pirimidinas
As enzimas encontram-se presentes na célula sob a forma de grandes complexos multienzimáticos
BIOSSÍNTESE de novo DAS PURINAS
Utilização de aminoácidos como dadores
de carbono e azoto e também CO2 como
dador de carbono
Consiste em 10 passos metabólicos
conduzindo à síntese de IMP
Necessária a hidrólise de ATP em
diversas reacções
De modo global, esta via biossintética é
energeticamente muito dispendiosa (muitas
moles de ATP por cada mole de IMP sintetizada)
GLUTAMINA – PRPP
AMIDOTRANSFERASE FORMAÇÃO DA LIGAÇÃO
-N-GLICOSÍDICA
PASSAGEM DA FORMA A
BIOSSÍNTESE de novo DAS PURINAS
PASSO LIMITANTE
GAR
SINTETASE
GAR
TRANSFORMILASE
FGAR
AMIDOTRANSFERASE
FGAM CICLASE
OU
AIR SINTETASE
FECHO DO
ANEL IMIDAZÓLICO
N5 – CAIR
SINTETASE
N5 – CAIR
MUTASE
SAICAR
SINTETASE SAICAR
LIASE
AICAR
TRANSFORMILASE
IMP SINTASE
OU
IMP CICLO-HIDROLASE FECHO DO
2º ANEL
COMPLEXO
MULTI-ENZIMÁTICO
INSTÁVEL
COMPLEXO
MULTI-ENZIMÁTICO
COMPLEXO
MULTI-ENZIMÁTICO
Ambos utilizam o mesmo precursor - IMP
AMP e GMP são convertidos em ATP e
GTP, respectivamente, utilizando
nucleósido-5’-monofosfato cinases e
nucleósido-5’-difosfato cinases
A formação de GMP requer ATP
A formação de AMP requer GTP
Relação recíproca: níveis de ATP
elevados induzem a síntese de GMP e
vice-versa
SÍNTESE DE AMP E GMP
ADENILO-SUCCINATO
SINTETASE
LIASE
IMP
DESIDROGENASE XMP - GLUTAMINA
AMIDOTRANSFERASE
ASPARTATO E
GLUTAMINA SÃO
DADORES DE
GRUPOS AMINA
1º
2º 2º
REGULAÇÃO POR
RETRO - INIBIÇÃO
3º REGULAÇÃO RECÍPROCA
ATP NA SÍNTESE DE GMP
GTP NA SÍNTESE DE AMP
MODULAÇÃO ALOSTÉRICA DA
GLUTAMINA - PRPP AMIDOTRANSFERASE
AMP, GMP, IMP
PRPP
ACTIVA INACTIVA
BIOSSÍNTESE de novo DAS PIRIMIDINAS
Utilização de aminoácidos como dadores
de carbono e azoto e também CO2 como
dador de carbono
Consiste em 6 passos metabólicos
conduzindo à síntese de UMP
Necessária a hidrólise de ATP (ou
equivalente) em diversas reacções
Síntese inicial do anel pirimídico e
posterior ligação da ribose-5-fosfato (via
PRPP)
ENZIMA
MITOCONDRIAL
GLUTAMINA + HCO3- + 2 ATP
carbamoílfosfato
Sintetase II
CAD
COMPLEXO
MULTI-ENZIMÁTICO
FORMAÇÃO
DA LIGAÇÃO
-N-GLICOSÍDICA
CTP
sintetase
UMP SINTASE
COMPLEXO
MULTI-ENZIMÁTICO
REGULAÇÃO DA BIOSSÍNTESE
DOS NUCLEÓTIDOS PIRIMÍDICOS
AO NÍVEL DA
CARBAMOÍLFOSFATO
SINTETASE II
(enzima citoplasmática)
VIA DE DESTOXICAÇÃO
PARA O EXCESSO DE
AMÓNIA A
NÍVEL HEPÁTICO
PURINAS
VIA DE RECUPERAÇÃO OU REUTILIZAÇÃO
Salvage Pathway
HIPOXANTINA + PRPP IMP + PPi
GUANINA + PRPP GMP + PPi
Hipoxantina - guanina fosforribosil transferase
ADENINA + PRPP AMP + PPi
Adenina fosforribosil transferase
Os eritrócitos não sintetisam de novo purinas porque carecem de PRPP amidotransferase
PIRIMIDINAS
VIA DE RECUPERAÇÃO OU REUTILIZAÇÃO
Salvage Pathway
PIRIMIDINA + PRPP PIRIMIDINA 5’NMP + PPi
Pirimidina fosforribosil transferase
A enzima dos eritrócitos humanos pode utilizar
orotato, uracilo e timina , mas não citosina
A via de recuperação desvia as bases pirimídicas
da via degradativa, transformando-as em
nucleótidos para utilização celular
INTERCONVERSÃO DE PURINAS
INTERCONVERSÃO DE PIRIMIDINAS
Realce para a importância no metabolismo dos desoxirribonucleótidos
INTERCONVERSÃO DE NUCLEÓSIDOS
MONO-, DI- E TRI-FOSFATOS
Adenilato cinase
AMP + ATP ADP + ADP P + P +
Nucleósido monofosfato cinases
ex: UMP + ATP UDP + ADP
Nucleósido difosfato cinases
ex: UDP + ATP UTP + ADP
ADP + GTP ATP + GDP
Nucleósido difosfato cinases
ex: UDP + ATP UTP + ADP
ADP + GTP ATP + GDP
Nucleósido difosfato cinases
ex: UDP + ATP UTP + ADP
ADP + GTP ATP + GDP
Especificidade em relação à
base e ao açúcar do aceitador
O dador é sempre o ATP
Ausência de especificidade em
relação à base e ao açúcar do
aceitador
O dador pode não ser o ATP
SÍNTESE de novo DE 2’-DESOXIRRIBONUCLEÓTIDOS
A PARTIR DE RIBONUCLEÓTIDOS
RIBONUCLEÓTIDO REDUTASE
a enzima de E. coli e da maioria dos eucariotas é um heterodímero
os equivalentes de redução são fornecidos pelo NADPH via tiorredoxina e
pelo glutatião via glutarredoxina
os substratos são difosfatos de nucleótidos (UDP, ADP, CDP, GDP)
o mecanismo de acção envolve radicais livres
AS SETAS AZUIS
INDICAM O PERCURSO
DOS ELECTRÕES
DESDE O NADPH ATÉ À
ENZIMA
TIORREDOXINA
REDUTASE
Flavoproteína cujo
grupo prostético é o
FAD
RIBONUCLEÓTIDO REDUTASE REGULAÇÃO DA ACTIVIDADE
Os níveis de dNTPs na célula devem ser
estritamente controlados e equilibrados:
as deficiências são letais
os excessos são mutagénicos
Os níveis são mantidos por controlo de
retro-inibição sobre a ribonucleótido
redutase
Dois sítios alostéricos controlam ambos a
actividade enzimática e a especificidade
de substrato
ESTRUTURA DA
RIBONUCLEÓTIDO REDUTASE
dATP – inibidor da redução dos 4 substratos
dGTP – inibidor da redução de CDP, UDP e GDP
dTTP – inibidor da redução de CDP, UDP e GDP
efeito inibidor sobre a ribonucleótido redutase explica a toxicidade da
d-adenosina, da d-guanosina e da timidina sobre as células de
mamífero
SÍNTESE DE DESOXITIMIDILATO (dTMP)
CDP dCDP dCMP
UDP dUDP dUMP dTMP
REGULAÇÃO DA
dCMP DESAMINASE
DEGRADAÇÃO
DE
PURINAS
PRODUTOS FINAIS
DA EXCREÇÃO
DAS PURINAS
EM VÁRIAS
CLASSES DE ANIMAIS
CRISTAIS DE
URATO DE SÓDIO
GOTA Patologia induzida por níveis séricos elevados de urato, cujos
sais cristalizam e danificam as articulações e os rins
No Homem, o valor médio de urato no soro é muito próximo
do limite de solubilidade
• Deficiência em
glucose-6-fosfatase
CAUSAS INDUTORAS DE GOTA
• Aumento de
PRPP sintetase
• Deficiência parcial
em HGPRT
TRATAMENTO DA GOTA
Acumula-se hipoxantina
e xantina cujo limite de
solubilidade é muito
superior ao dos uratos
VIAS DE DEGRADAÇÃO DOS NUCLEÓTIDOS PIRIMÍDICOS
DEGRADAÇÃO DO URACILO E DA TIMINA
ATÉ AOS PRODUTOS FINAIS
AVALIAÇÃO DO
TURNOVER DO
DNA OU DOS
NUCLEÓTIDOS DE
TIMIDINA
UMP
sintetase
Glutamina + HCO3- + 2 ATP
Carbamoíl fosfato sintetase II
Uridina
UMP
UTP
-
ACIDÚRIA
ORÓTICA
NUCLEÓTIDOS DA ADENINA
FAZEM PARTE DA COMPOSIÇÃO
DE MUITOS COFACTORES ENZIMÁTICOS
A única relação estrutural entre os cofactores é a
presença de adenosina
A adenosina não participa directamente na função
primária dos cofactores, mas se for removida a sua
actividade é drasticamente reduzida
Porquê a adenosina?
Talvez por uma questão de economia. Dado que o
ATP é a fonte energética, a célula desenvolveu
sistemas que sintetisam ATP em maior abundância;
daí resulta uma escolha lógica para a sua
incorporação numa grande variedade de estruturas
SÍNTESE DE NAD+
SÍNTESE DE FAD
SÍNTESE DE CoA
SÍNTESE DE PRPP
O
Ribose 5-fosfato PRPP
ATP AMP
Mg2+
PRPP
SINTETASE
PRPP – PRINCIPAL REGULADOR POSITIVO
DA PRPP AMIDOTRANSFERASE
E DA CPS II
REACÇÕES QUE REQUEREM PRPP
1. Síntese de novo de nucleótidos púricos
a) PRPP + glutamina 5-fosforribosilamina + glutamato + PPi
2. Recuperação de bases púricas
a) PRPP + hipoxantina (guanina) IMP (GMP) + PPi
b) PRPP + adenina AMP + PPi 3. Síntese de novo de nucleótidos pirimidínicos
a) PRPP + orotato OMP + PPi 4. Recuperação de bases pirimidínicas
a) PRPP + uracilo UMP + PPi 5. Síntese de NAD+
a) PRPP + nicotinato nicotinato mononucleótido + PPi
b) PRPP + nicotinamida nicotinamida mononucleótido + PPi
c) PRPP + quinolato nicotinato mononucleótido + PPi
AGENTES QUIMIOTERÁPICOS
Antagonistas da glutamina
azaserina, 6-diazo-5-oxo-L-norleucina
Antimetabolitos (análogos estruturais de
bases e nucleósidos)
6-mercaptopurina, 6-tioguanina, alopurinol,
5-fluo-uracilo, citosina arabinosido (araC)
Antifolatos
metotrexato, trimetoprim
ANTIMETABOLITOS INTERFEREM EM REACÇÕES METABÓLICAS
MUITO ESPECÍFICAS
A compreensão detalhada do metabolismo dos
nucleótidos conduziu ao desenvolvimento
destes fármacos
O estudo do mecanismo de acção destes
fármacos conduziu à melhor compreensão do
metabolismo nucleotídico normal no Homem
1. Importância da via de novo no
metabolismo celular normal
2. A regulação destas vias tem lugar in
vivo
3. O conceito da necessidade de
activação metabólica dos fármacos
4. A inactivação destes fármacos pode
influenciar enormemente a sua
utilidade
ANTIMETABOLITO
Activação
Metabólica
ANTIMETABOLITO USADO NO
TRATAMENTO DA GOTA
ANTIFOLATOS INIBEM A FORMAÇÃO DE TETRA-HIDROFOLATO
POR INIBIÇÃO DA DI-HIDROFOLATO REDUTASE
LOCAIS DE INIBIÇÃO DO METOTREXATO
INIBIDOR
COMPETITIVO
100 x mais afinidade
que o di-hidrofolato
ANTIFOLATO
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