Concetti Chiave
- La regolazione della via metabolica avviene principalmente sull'enzima Carbamilfosfato Sintetasi II, influenzato da CTP, ATP e PRPP per bilanciare purine e pirimidine.
- L'aspartato transcarbammilasi (ATCasi) è un enzima allosterico cooperativo, inibito dal CTP e attivato dall'ATP, con una struttura composta da subunità catalitiche e regolatrici.
- Per la sintesi di DNA, AMP e GMP vengono convertiti in ATP e GTP attraverso reazioni catalizzate da adenilato chinasi e nucleoside difosfato chinasi.
- La riduzione dei ribonucleotidi in deossiribonucleotidi è catalizzata dalla ribonucleotide reduttasi, che utilizza tioredossina e NADPH per il trasferimento di elettroni.
- La ribonucleotide reduttasi è regolata da ATP e dATP, con meccanismi che modulano la produzione di deossipirimidine e purine in base ai livelli di nucleotidi presenti.
Indice
Regolazione della via metabolica
La regolazione di questa via metabolica avviene a livello della prima tappa, sull’enzima Carbamilfosfato Sintetasi II, che produce carbammil fosfato. Questo enzima viene inibito dal CTP (prodotto finale) e attivato da ATP (essendo una purina) e PRPP (abbondanza di pentosio attivato), per bilanciare la produzione di purine e pirimidine.
Anche l’aspartato transcarbammilasi (ATCasi), che catalizza la seconda tappa, viene regolato. Anch’esso viene inibito dal CTP, mentre l’ATP impedisce l’inattivazione (anche se c’è il CTP, l’ATP lo mantiene attivo). L'ATCasi è formato da 6 subunità Catalitiche e 6 subunità Regolatrici, sensibili CTP e ATP.
È quindi un enzima allosterico cooperativo e presenta ovviamente un andamento sigmoidale, con CTP che stabilizza la forma T e ATP che stabilizza la forma R.
Infine, anche il CTP inibisce il suo enzima, citidilato sintetasi e stessa cosa l’UMP, inibisce il suo enzima orotato decarbossilasi.
La regolazione di questa via metabolica avviene a livello della prima tappa, sull’enzima Carbamilfosfato Sintetasi II, che produce carbammil fosfato. Questo enzima viene inibito dal CTP (prodotto finale) e attivato da ATP (essendo una purina) e PRPP (abbondanza di pentosio attivato), per bilanciare la produzione di purine e pirimidine.
Anche l’aspartato transcarbammilasi (ATCasi), che catalizza la seconda tappa, viene regolato. Anch’esso viene inibito dal CTP, mentre l’ATP impedisce l’inattivazione (anche se c’è il CTP, l’ATP lo mantiene attivo). L'ATCasi è formato da 6 subunità Catalitiche e 6 subunità Regolatrici, sensibili CTP e ATP. È quindi un enzima allosterico cooperativo e presenta ovviamente un andamento sigmoidale, con CTP che stabilizza la forma T e ATP che stabilizza la forma R. Infine, anche il CTP inibisce il suo enzima, citidilato sintetasi e stessa cosa l’UMP, inibisce il suo enzima orotato decarbossilasi.
Sintesi di ATP e GTP
Finora abbiamo prodotto AMP e GMP, ma per la sintesi di DNA serve ATP e GTP. La conversione avviene in 3 step: L’enzima adenilato chinasi, innanzitutto trasforma AMP in ADP (è la stessa reazione che avviene nel muscolo per recuperare ATP ma al contrario).
ATP + AMP → 2 ADP
ATP + NMP → ADP + NDP
L’enzima nucleoside difosfato chinasi, trasferisce un fosfato da un nucleoside trifosfato ad uno difosfato. NTP + NDP → NDP + NTP Questo enzima non è specifico né per la base né per lo zucchero, anche se solitamente usa ATP perché è più abbondante.
Riduzione dei ribonucleotidi
Finora abbiamo ottenuto ADP e GDP che hanno ribosio e perciò sono ribonucleotidi. Ma nel DNA servono deossiribonucleotidi (manca un ossigeno al C2), che provengono dalla trasformazione dei ribonucleotidi.
Si parte sempre da nucleosidi difosfato (ed. ADP o GDP), che vengono ridotti (cioè acquista elettroni/idrogeni) e diventano un deossiribonucleotide difosfato (es. dADP, dGDP).
La riduzione di questi nucleosidi è catalizzata dalla ribonucleotide reduttasi. Per ridurre il ribosio servono atomi di idrogeno (elettroni), i quali provengono dal NADPH, che li cede alla tioredossina tramite la tioredossina reduttasi. Infatti, questa proteina contiene gruppi -SH, ideali per cedere e riacquistare elettroni. La tioredossina viene poi utilizzata dal ribonucleotide reduttasi per ridurre il nucleotide. C’è anche un’altra via dove il NADPH cede elettroni al glutatione tramite la glutatione reduttasi, per poi essere trasferiti alla glutaredossina mediante la glutaredossina reduttasi. Infine la glutaredossina viene utilizzata dal ribonucleotide reduttasi per ridurre il nucleotide.
Regolazione della ribonucleotide reduttasi
L’enzima ribonucleotide reduttasi è un complesso α₂β₂, dove le subunità α sono quelle catalitiche, mentre quelle β producono un radicale stabile, utile alla funzione catalitica. Questo enzima è unico per ridurre tutti i nucleotidi, per cui ne viene regolata sia l’attività catalitica sia la specificità, affinché venga ci sia un pool di nucleotidi equilibrato.
1) Il sito di regolazione viene attivato da ATP e inibito da dATP (deossiATP).
2) Il sito di specificità viene regolato in base a quale nucleotide si lega:
- Se si lega ATP o poco dATP (che sono purine) bisogna sintetizzare le deossipirimidine: si produce dCTP e dTTP (da CDP e UDP)
- Quando il dTTP (pirimidina) aumenta e si lega sul sito, l’enzima cambia specificità produce dGTP (purina).
- Infine, quando anche dGTP aumenta, la specificità dell’enzima cambia per produrre dATP. Se si accumula anche il dATP, l’enzima viene spento (dATP infatti è un inibitore).
Domande da interrogazione
- Qual è il ruolo dell'enzima Carbamilfosfato Sintetasi II nella regolazione della via metabolica?
- Come viene regolata l'attività dell'aspartato transcarbammilasi (ATCasi)?
- Qual è il processo per la sintesi di ATP e GTP a partire da AMP e GMP?
- Come avviene la riduzione dei ribonucleotidi in deossiribonucleotidi?
- Qual è il meccanismo di regolazione della ribonucleotide reduttasi?
L'enzima Carbamilfosfato Sintetasi II è fondamentale nella prima tappa della via metabolica, producendo carbammil fosfato. È inibito dal CTP e attivato da ATP e PRPP, per bilanciare la produzione di purine e pirimidine.
L'ATCasi, che catalizza la seconda tappa, è inibito dal CTP, mentre l'ATP previene la sua inattivazione, mantenendolo attivo anche in presenza di CTP. È un enzima allosterico cooperativo con un andamento sigmoidale.
La sintesi di ATP e GTP avviene in tre passaggi, iniziando con l'enzima adenilato chinasi che trasforma AMP in ADP, seguito dall'enzima nucleoside difosfato chinasi che trasferisce un fosfato da un nucleoside trifosfato a uno difosfato.
La riduzione dei ribonucleotidi, come ADP e GDP, in deossiribonucleotidi è catalizzata dalla ribonucleotide reduttasi, che utilizza elettroni forniti dal NADPH tramite la tioredossina o la glutaredossina.
La ribonucleotide reduttasi è regolata da ATP, che attiva il sito di regolazione, e da dATP, che lo inibisce. La specificità dell'enzima cambia in base ai nucleotidi legati, influenzando la produzione di deossipirimidine e purine.
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