Download The purine ring is assembled from a variety of building blocks

GK08
Biosintesis de nucleótidos
base nitrogenada
fosfato
azucar de cinco carbonos
ribosa / desoxirribosa
Base
PURINA o
PIRIMIDINA
FOSFATO
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
Æ 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 ACTIVADA
PRPP
ATP
AMP
Ribosa-5-fosfato
Ribosa fosfato pirofosfoquinasa
5-fosfato-ribosa-pirofosfato
En la vía de rescate, reciclaje de purinas:
Adenina + PRPP
Hipoxantina + PRPP
Guanina + PRPP
AMP + PPi
IMP + PPi
GMP + PPi
Hipoxantina – guanina – fosforibosil – transferasa
HGPRT
Ej. enfermedad:
MUTACION EN UN SOLO GEN
Deficiencia de HGPRT
Se 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
Lesch Nyhan Syndrome (LNS)
Hereditaria, cromosoma X, o espontáneo, raro, en USA 1/100000
Exceso de producción de ácido úrico hiperuricemia
Primer síntoma en niños entre 3-6año, cristales naranjas en urina
Retardo mental, agresivo, impulsivo, auto-destructivo, etc.
Tratamiento del síntoma, alopurinol
Biosíntesis de pirimidinas empieza con carbamoil fosfato
CO2+H
3N
carbamoylphosphate
synthetase II
C H
CH2
+
HCO3-
CH2
CONH2
Gln
2 ATP
+H N
O O
3
+
H2N-C-O-P-O
Ocarbamoyl2 ADP + Pi
phosphate
CO2C H
CH2
CH2
CO2 Glu
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
Carbamoil fosfato sintetasa II
bacteriana tiene tres
subunidades conectadas por un
canal
Glutamine
ATP + HCO3 -
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
O O
H2N-C-O-P-OO-
ATP
Los otros atomos del anillo de pirimidina aporta la asparagina
NH2
O=C
aspartate
transcarbamoylase
O
-O-C
O
O-P-OO-
CH2
+
H2N
carbamoylphosphate
CH2
NH2
CH-CO2-
O=C
Pi
N-carbamoylaspartate
O
-O-C
N
H
CH-CO2-
Asp
H2O
O
C
O
C
O=C
N
H
O=C
C-CO2-
orotate
CH2
HN
CH
HN
NADH
NAD+
N
H
CH-CO2-
dihydroorotate
PRPP provee fosfato-ribosa para los nucleotidos
pirimidinicos
O
C
O-O-P-O-CH
2
ribose-5-P
+ ATP
AMP
O
HN
O
O-
O-
O−P−O−P−OOH OH O
O
O
C-CO2-
O
C
O
C
HN
C
CH
uridine 5’-phosphate
CH
C
(uridylate, UMP)
O
N
O
-O-P-O-CH
2
O
O
OH OH
N
H
orotate
PPi
5-phosphoribosyl-1pyrophosphate (PRPP)
HN
C
CH
CO2
O
N
O-O-P-O-CH
2
O
O
CH
C-CO2-
enlace betaglucosidica
OH OH
orotidine 5’-phosphate
(orotidylate)
cytidine 5’triphosphate
(CTP)
NH2
UMP se convierte a UTP y CTP
O
UMP
O-
C
O
-O-P-O-CH
2
O
C
CH
HN
C
N
CH
O-
O
O-
O
ATP
Glu
C
HN
CH
C
CH
O
N
O- O- OO-P-O-P-O-P-O-CH2
O
O O O
OH OH
C
N
OH OH
ADP + Pi
2 ATP
uridine 5’-triphosphate
(UTP)
O
O-
O-P-O-P-O-P-O-CH2
O
O O O
OH OH
2 ADP
CH
N
CO2+H
3N
C H
CH2
CH2
CONH2
Gln
CH
Regulación de la biosíntesis de pirimidinas por retroinhibición
Asp
Gln, HCO3& ATP
Pi
N-carbamoylaspartate
carbamoylphosphate
aspartate
transcarbamoylase
+orotate
orotidylate
UMP
UTP
ATP
CTP
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 por
aspartato; ATP bloquea este efecto; en ausencia de las subunidades R,
las subunidades C son cataliticamente activa y no son afectados por
CTP.
R
CTP + ATP
Rate
No CTP
C
C
+ CTP
R
0
10
20
30
[Aspartate] (mM)
C
R
ATP + Gln
+ HCO3-
carbamoylphosphate
synthetase
carbamoylphosphate
1
ADP + Glu
O
aspartate
transcarbamoylase
H2O
3
C
CH2
HN
O
C
NAD+
N
H
CH
HN
O
C
orotate
N
H
C-CO2PRPP
PPi
Pi
N-carbamoylaspartate
orotate
O
phosphoribosyl
C
transferase
CH
HN
C
2
dihydroorotidase
C-CO2-
O
Asp
En mamíferos
cinco de los pasos
de la biosíntesis de
pirimidinas
ocurren en dos
complejos
multifuncionales
4
O
UMP
C
HN
5
C-CO2C
ON
O
-O-P-O-CH
2
O
O
orotidylate
decarboxylase
OH OH
CH
CH
C
ON
O
-O-P-O-CH
2
O
O
OH OH
CO2
Mamíferos regulan la formación del carbamoilfosfato
en la primera enzima multifuncional
ATP
O
H2O
C
CH2
HN
O
C
N
H
C-CO2-
+
ADP + Glu
-
ATP + Gln
+ HCO3-
CTP
carbamoylphosphate
carbamoylphosphate
synthetase
N-carbamoylaspartate
Asp
Pi
Experimentos con trazadores radiactivos mostraron que el anillo
purinico se asemblea de cinco diferentes tipos de precursores
Amino group
of aspartate
CO2
N
C
N10-formyl-THF
C
Glycine
C
N
C
N10-formyl-THF
N C N
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 separadas
llevan a AMP y GMP.
AMP
PRPP + Gln
IMP
GMP
El anillo de purina se sintetiza
ya unido a la 5’-fosfato-ribosa
CO2+H
C H
CH2
O- OO-O-P-O-CH
O−P−O−P−O2
O
O
O
O
ribose-5-P
+ ATP
3N
Gln
O-O-P-O-CH
NH2
2
O
O
CH2
CONH2
OH OH
AMP
OH OH
1
5-phosphoribosyl-1pyrophosphate (PRPP)
5-phosphoribosylamine
PPi + Glu
ATP
CH2-NH3+
CO2-
ADP
+ Pi
2
NH
CH2 CHO
OO=C
-O-P-O-CH
NH
2
O
O
OH
OH
THF
N10-formyl-THF
3
CH2-NH3+
OO=C
-O-P-O-CH
NH
2
O
O
OH
OH
Gln
CO2
+H
3N
C H
CH2
NH
CH2 CHO
O=C
P -O-CH2
NH
O
OH
El asamblaje continua átomo por
atomo
-
NH
CH2 CHO
HN=C
P -O-CH2
NH
O
CH2
CONH2
4
Glu +
ADP + Pi
ATP
OH
OH
OH
ATP
5
ADP + Pi
-O
2C
N
C
O
OH
HCO3-
CH
H2N-C
P -O-CH2
N
N
OH
6
7
ADP + Pi
HC
P -O-CH2
ATP
CH
H2N-C
O
OH
N
OH
… hasta llegar al inosinmono-fosfato (IMP)
-O
2C
CH2
CH2
N
C
O
CO2-
N
ATP
OH
O
CH-NH-C
H-C-NH3+
CH
H2N-C
P -O-CH2
CO2
CO2-
-
N
C
CO2-
CH
H2N-C
8
P -O-CH2
ADP + Pi
OH
OH
N
O
OH
9
fumarate
O
C
IMP
HN
HC
C
N
P -O-CH2
C
THF
N
N10-formyl-THF
O
H2N-C
CH
N
C
CH
H2N-C
N
11
O
10
P -O-CH2
O
N
H2O
OH
OH
OH
OH
IMP se puede convertir en AMP y GMP
NH2
C
AMP
CO2-
N
H-C-NH3
C
HN
C
HC
C
N
P -O-CH2
IMP
P -O-CH2
+
CO2-
O
N
GDP + Pi
GTP
CH
N
O
ATP
NAD+
H2O
OH
OH
C
HC
fumarate
CH2
la base en IMP
es hipoxantina
N
GTP es necesario
para la sintesis del
AMP y ATP es
necesario para la
sintesis de GMP
AMP + PPi
NADH
CO2+H
3N C H
CH2
CH2
CONH2
C
CH
N
O
OH
OH
O
C
HN
H2N-C
N
C
N
P -O-CH2
C
N
CH
N
O
Glu
GMP
OH
OH
Regulación de la biosíntesis de purinas por inhibición retroactiva
PRPP + Gln
-
-
AMP
IMP
-
GMP
SH
C
N
C
HC
C
N
N
CH
N
H
Una droga anti-cancer, el 6-mercaptopurine, inhibe los
tres pasos regulados; antes que puede actuar tiene que
convertirse en nucleotido por reacción con PRPP.
Nucleotides are required for cell growth and replication. A
key enzyme for the synthesis of one nucleotide is dihydrofolate
reductase (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.]