27 Metabolismo di basi azotate e nucleotidi

Metabolismo dei composti azotati ciclici

Metabolismo delle basi azotate e dei nucleotidi

I composti azotati possono essere di tipo lineare = aa, oppure di tipo ciclico = basi azotate puriniche e pirimidiniche + basi di tipo piridinico (piridossina = vitamina B6, niacina = vitamina B3).

Composti azotati a struttura ciclica di tipo piridinico

Niacina

Piridossina (o acido nicotinico)

(Vitamina B3)

(Vitamina B6)

Coenzimi

Piridossalfosfato (coenzima delle transaminasi e delle decarbossilasi)

Nicotin adenin dinucleotide (NAD⁺) (coenzima delle deidrogenasi)

Principali tipi di basi azotate presenti nell’organismo umano

6 67 75 51 18 82 24 49 93 3

Adenina

Guanina

Acido urico

Purine

(6-amminopurina)

(2-ammino-6-ossipurina)

(2,6,8-triossipurina)

Base purinica che non rientra nella costituzione dei nucleotidi, ma è importante perché rappresenta la 444 forma di 555 333 escrezione delle 2 622 66 basi puriniche. 111

Purine e pirimidine sono importanti perché vanno a formare le basi azotate.

Pirimidine

Uracile

Citosina

Timina

(2,4-diossi-pirimidina)

(2-ossi-4-amminopurina)

(2,4-diossi-5-metil-pirimidina)

Struttura chimica di un nucleotide

Possono essere presenti nella forma monofosfata, difosfata o trifosfata.

• Base azotata purinica o pirimidinica
• Gruppo fosfato
• Zucchero pentoso (ribosio o 2’-desossiribosio)

Tipi principali di ribonucleotidi

NB: Uracile è sempre legato al ribosio; se fosse presente un deossiribosio si avrebbe timina.

• Adenosina monofosfato (AMP)
• Guanosina monofosfato (GMP)
• Uridina monofosfato (UMP)
• Citidina monofosfato (CMP)

Tipi principali di desossiribonucleotidi

• Deossiadenosina monofosfato (dAMP)
• Deossicitidina monofosfato (dCMP)
• Deossiguanosina monofosfato (dGMP)
• Deossitimidina monofosfato (dUMP)

Sia i ribonucleotidi sia i desossiribonucleotidi possono essere presenti nella forma di mono-, di- e tri-fosfato.

DNA RNA

1. Subunità delle catene polinucleotidiche

Legame fosfodiestere

Funzioni dei nucleotidi

2. Trasportatori di energia

ATP

Servono per andare a costituire gli acidi nucleici, ma i nucleotidi sono importanti anche perché trasportatori di E come ATP e GTP, per formare i coenzimi, per attivare le molecole (attivazione dei monosaccaridi o per la sintesi dei PL), per fare molecole regolatrici nella cellula come il cAMP e il cGMP.

Nicotinammide adenin dinucleotide (NAD⁺)

3. Costituenti di coenzimi

Coenzima A

Flavin adenin dinucleotide (FAD)

4. Attivatori di intermedi metabolici

Diacilglicerolo

D-Glucosio

Citosina

Uridina

CDP-diacilglicerolo

UDP-Glucosio

5. Molecole regolatrici

Guanina

Adenina

Adenosina 3’,5’-monofosfato ciclica (cAMP)

Guanosina 3’,5’-monofosfato ciclica (cAMP)

Metabolismo delle basi azotate e dei nucleotidi

Digestione, assorbimento e trasporto dei nucleotidi di origine alimentare

Anche se la dieta dovesse contenere un'elevata quantità di ac. nucleici, l'assorbimento delle basi azotate è ridotto, anche se l'organismo può digerire queste molecole. La digestione avviene a livello duodenale: nello stomaco il pH acido le denatura in modo che le nucleasi pancreatiche possano promuoverne la frammentazione, dando oligonucleotidi.

Questi, attraverso le fosfodiesterasi pancreatiche, verranno ulteriormente scissi a dare i mononucleotidi. Sempre a livello duodenale le nucleotidasi pancreatiche scindono il legame con il P liberando i nucleosidi. Le nucleosidasi poi liberano base azotata + zucchero.

Deossiribosio e ribosio sono rimessi in circolo, captati dalle cellule e riciclati nel met del Glu grazie alla via dei pentosi fosfati (interconversione degli zuccheri); le basi puriniche e pirimidiniche solo in parte sono immesse nel circolo sanguigno, ma sono principalmente metabolizzate: => demolite ed escrete.

Acido urico e β-alanina

Digestione e assorbimento dei nucleotidi di origine alimentare

Nucleotidasi

Nucleosidasi

Biosintesi “de novo” dei nucleotidi purinici

Devono legare sul C10 un gruppo formilico ed è richiesta CO2. La base purinica è associata ad uno zucchero pentoso (RP); la costruzione avviene proprio a partire dal ribosio –> 1ª reazione prevede che il ribosio-5P sia pirofosforilato sul C1. È su questa molecola che i precursori aggiungeranno i diversi atomi per la sintesi della base purinica.

L'organismo dispone di 2 modalità per sintetizzare questi nucleotidi:

BIOSINTESI DE NOVO:

1. Partendo da precursori che non hanno niente a che vedere con le basi azotate (aa, derivati dell'acido folico, CO2). Questa sintesi è possibile per entrambi i tipi di basi azotate, ma richiede un elevato consumo di E.

BIOSINTESI DI RECUPERO:

2. Tutte le cellule, soprattutto il cervello, attuano una: le basi azotate libere possono essere recuperate per ricostituire nucleotidi.

Alcuni tessuti (come il fegato) dispongono di entrambi i processi, altri (cervello) solo della biosintesi di recupero.

Biosintesi “de novo” dei nucleotidi purinici

Via dei pentoso fosfati

Nel processo di biosintesi de novo l'N presente nel nucleo pirimidinico o purinico deriva, in ultima analisi, da aa, e il ribosio dal metabolismo del glucosio. In particolare il ribosio-5P contenuto in entrambi i nucleotidi viene fornito dal PRPP, che si forma da α-ribosio-5P e ATP per azione della PRPP sintetasi, che catalizza il trasferimento del pirofosfato terminale dell'ATP sul C1 del ribosio-5P.

NB: nella biosintesi dei nucleotidi pirimidinici si forma prima il nucleo azotato, che poi è trasferito sul ribosio-5P, mentre nella biosintesi dei nucleotidi purinici è proprio il ribosio-5P che fa da supporto per la formazione del nucleo azotato.

Ribosio fosfato pirofosfochinasi

Biosintesi “de novo” dei nucleotidi purinici

Glutammina

5’-fosforibosil-(1-pirofosfato)

Un residuo di glutammina cede il gruppo amminico inserendo l'N9, la glicina fornisce poi ....

Fosforibosilpirofosfato amido transferasi

Il prodotto finale di queste reazioni è l'inosina monofosfato. (Sapere da dove derivano i vari atomi della molecola e con quale ordine!)

Glicina

N¹⁰-formil-FH4

Glutammina

CO2

Aspartato

N¹⁰-formil-FH4

Ribosio fosfato pirofosfochinasi

Fosforibosile pirofosfato amido transferasi = Enzimi la cui attività è regolata per regolare la quantità di nucleotidi purinici.

Inosina monofosfato (IMP)

Biosintesi delle basi puriniche

• Fosforibosilpirofosfato amido transferasi (citoplasma)
• 5’-fosforibosilformilglicinammide sintetasi (citoplasma)
• 5’-fosforibosilglicinammide sintetasi (citoplasma)
• 5’-fosforibosilamminoimidazolo (AIR) sintetasi (citoplasma)
• Formiltransferasi (citoplasma)
• 5’-fosfo ribosilamminoimidazolocarbossilasi (citoplasma)
• Adenilato succinasi (citoplasma)
• 5’-fosforibosilamminoimidazolo carbossammideformil transferasi (citoplasma)
• Inosinicasi (o IMP sintetasi) (citoplasma)
• 5’-fosforibosilamminoimidazolo succinocarbossammide sintetasi I (citoplasma)

Formazione del legame N-glicosidico del nucleotide –> questa reazione consiste nell'amminazione del PRPP da parte della glutammina, con formazione della 5'-fosforibosil-1-ammina. La reazione implica anche la transizione della configurazione α in β del legame N-glicosidico, che rimane poi in tutti i nucleotidi purinici.

Alcuni principali processi metabolici che richiedono il NADPH

Costruzione della porzione imidazolica –> sul gruppo amminico della 5'-fosforibosil-1-ammina viene inserita una molecola di glicina con formazione della GAR; la reazione richiede ATP per l'attivazione, in forma di acil-fosfato, del gruppo carbossilico della glicina. Il gruppo amminico della glicina è quindi formilato ad opera di una formil transferasi, con l'intervento di THF. Il FGAR così formato viene amminato a FGAM in presenza di glutammina (che cede il gruppo amminico) e ATP.

Reazioni di detossificazione di composti xenobiotici o di metaboliti di scarto di origine esogena (dieta) o endogena (metabolismo) che utilizzano il sistema delle monoossigenasi Citocromo P450-dipendente (CYP).

Interviene infine una sintetasi che provoca la chiusura dell'anello imidazolico, attraverso l'eliminazione di una molecola di H2O e la concomitante idrolisi di ATP ad ADP: si forma AIR.

Costruzione della porzione pirimidinica –> l'AIR viene carbossilato con impiego di CO2 e si forma un ac. carbossilico, che viene successivamente aminato mediante attacco di ac. aspartico (in presenza di ATP) e rimozione di fumarato. L'AICAR inosin chinasicos