27 Metabolismo di basi azotate e nucleotidi

consumo E BIOSINTESI DI RECUPERO:

2. Tutte le cellule, sopratt 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.

de novo

Biosintesi “ ” 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-

PRPP

ribosio-5P e ATP per azione della

sintetasi, che catalizza il trasferimento del Nb: nella biosintesi dei nucleotidi pirimidinici

pirofosfato terminale dell'ATP sul C1 del

Ribosio fosfato si forma prima il nucleo azotato, che poi è

ribosio-5P. o trasferito sul ribosio-5P, mentre nella

pirofosfochinasi biosintesi dei nucleotidi purinici è proprio il

ribosio-5P che fa da supporto per la

formazione del nucleo azotato.

Ribosio fosfato pirofosfochinasi

de novo

Biosintesi “ ” dei nucleotidi purinici Glutammina 5‛-fosforibosil-

(

Un residuo di glutammina cede il gruppo amminico 1-pirofosfato)

inserendo l'N9, la glicina fornisce poi .... Fosforibosilpirofosfato amido transferasi

Il prodotto finale di queste reazioni è l'inosina Glicina

monofosfato. ( Sapere da dove derivano i vari atomi della

!)

molecola e con quale ordine N -formil-FH

10 4

Glutammina

CO 2

Aspartato

N -formil-FH

10 4

Ribosio fosfato pirofosfochinasi fosforibosil

e

pirofosfato amido transferasi = Enzimi la cui attività Inosina monofosfato

è regolata per regolare la quantità di nucleotidi (IMP)

purinici. de novo

Biosintesi delle basi puriniche

Fosforibosilpirofosfa

to amido transferasi

(citoplasma) 5‛-fosforibosil

formilglicinammide

sintetasi

(citoplasma)

5‛-fosfo

ribosilglicinammide

sintetasi

(citoplasma) 5‛-fosforibosil

amminoimidazolo

(AIR) sintetasi

(citoplasma)

Formil

transferasi

(citoplasma)

5‛-fosfo ribosil

ammino

imidazolo

carbossilasi adenilato succinasi

(citoplasma) (citoplasma)

5‛-fosforibosilammino

imidazolo carbossammide

formil transferasi

(citoplasma)

Inosinicasi

(o IMP sintetasi)

5‛-fosforibosilammino (citoplasma)

imidazolo succino

carbossammide sintetasi I

(citoplasma)

Formazione del legame N-glicosidico del nucleotide –> questa reazione consiste nell'amminazione del PRPP da parte

glutammina,

della con formazione della 5'-fosforibosil-1-ammina. La reazione implica anche la transizione della

Alcuni principali processi metabolici che richiedono il NADPH

configurazione α in β del leg N-glicosidico, che rimane poi in tutti i nucleotidi purinici.

Costruzione della porzione imidazolica –> sul gruppo amminico della 5'-fosforibosil-1-ammina viene inserita una

glicina

molecola di con formazione della GAR; la reazione richiede ATP per l'attivazione, in forma di acil-fosfato, del

Reazioni di detossificazione formil transferasi,

gr.carbossilico della glicina. Il gr.amminico della glicina è quindi formilato ad opera di una con l'intervento

glutammina

di THF. Il FGAR così formato viene amminato a FGAM in presenza di (che cede il gruppo amminico) e ATP.

di composti xenobiotici o di metaboliti di scarto di origine

sintetasi

Interviene infine una 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.

esogena (dieta) o endogena (metabolismo) che utilizzano il

sistema delle monoossigenasi Citocromo P -dipendente (CYP)

Costruzione della porzione pirimidinica –> l'AIR viene carbossilato con impiego di CO2 e si forma un ac.carbossilico, che

450

ac.aspartico

viene successivamente aminato mediante attacco di (in presenza di ATP) e rimozione di fumarato. L'AICAR

inosin chinasi

così prodotto viene formilato con intervento del THF => si forma il FAICAR, sul quale interviene la (IMP

delle specie reattive dell‛O che causano stress ossidativo,

2

sintetasi) che opera la chiusura dell'anello pirimidinico attraverso l'elimazione di una molecola di H2O.

tramite l‛attivazione del sistema di difesa che utilizza il

ex novo -5'-FOSFATO

=> il prodotto terminale della biosintesi è l'INOSINA (IMP) che, non essendo costituente normale

degli ac.nucleici, deve essere trasformata nei nucleotidi adenilici e guanilici, maggiori costituenti purinici di DNA e RNA.

glutatione ridotto

Trasformazione dell'IMP in AMP e GMP –> l'amminazione dell'IMP in AMP richiede l'aspartato come donatore dell'NH2

adenil-succinato sintetasi adenil-succinato liasi.

e l'azione catalitica di due enzimi: (con intervento di GTP) e

Sintesi riduttive IMP deidrogenasi

Anche la conversione dell'IMP in GMP avviene in 2 fasi: nella 1ª l'IMP viene ox a XMP per azione della

glutammina.

(NAD+ dipendente); nella 2ª il XMP viene aminato ad opera della

sintesi e allungamento di acidi grassi

"Ciclo dei nucleotidi purinici"

sintesi di colesterolo e derivati

È possibile anche dall'AMP sintetizzare GMP, ma non viceversa. Questa via metabolica è molto attiva in muscolo e cervello

e prevede la liberazione di ioni ammonio, poi eliminati. Questa via permette di rifornire il ciclo del TCA con il fumarato:

(ormoni steroidei, acidi e sali biliari, vitamina D)

quando aumentano i livelli di AMP, per aumentare il ciclo del TCA (che serve per riportare adeguati livelli di ATP), si attiva

questo ciclo perchè si fornisce fumarato.

sintesi di neurotrasmettitori adenosina deaminasi

Elevati livelli di AMP (indice di consumo E da parte di cervello e muscoli) attivano l'enzima che forma

inosina monofosfato, che potrebbe sintetizzare GMP, ma anche, prendendo il gruppo amminico dall'aspartato, dare AMP.

sintesi di desossiribonucleotidi

Sembra un ciclo futile perchè ripristina AMP, ma si riesce a rifornire fumarato al ciclo del TCA per continuare a produrre ATP.

Si ha produzione di ammoniaca e ioni ammonio, ma si continua a produrre anche fumarato => continua produzione di ATP.

sintesi di NO

Conversione dell‛IMP nei nucleotidi purinici AMP e GMP

Adenilsuccinato

liasi

Adenilsuccinato

sintetasi Adenosina

Adenilsuccinato monofosfato

(AMP)

Inosina

monofosfato

(IMP) IMP

deidrogenasi XMP-glutammina

amidotransferasi

L'Aspartato si lega al C carbonilico dell'adenosina, con

liasi

consumo di ATP. La libera 4C come fumarato, Xantosina Guanosina

lasciando il gr.amminico legato all'AMP.

L'Inosina monofosfato può essere utilizzata anche monofosfato monofosfato

per formare GMP: ossidaz di un C a dare gruppo (XMP) (GMP)

cheto, poi sostituito da un gruppo amminico donato

dalla glutammina (che si converte in glutammato). Si ha

spesa di ATP, a differenza di quello che accade per la

sintesi di AMP, che richiede GTP. “Ciclo dei nucleotidi purinici” Guanosina

monofosfato

1. IMP deidrogenasi (GMP)

2. XMP-Gln amidotransferasi

Adenosina Adenosina

monofosfato deaminasi

(AMP) Inosina

monofosfato

(IMP) Adenilsuccinato

Fumarato Aspartato

sintetasi

Adenilsuccinato Sembra un ciclo futile perchè si passa da

liasi AMP a IMP ad AMP di nuovo; è però una

reaz anaplerotica che va a formare

Ciclo TCA continuamente fumarato che atfiva e

mantiene attivo il ciclo del TCA.

È un ciclo mlt attivo anche in caso di

digiuno, e in questo caso è alimentato

dagli aa ramificati (altro motivo x cui sono

dati agli sportivi: entrando in questo ciclo,

Adenilsuccinato aumentano i livelli di fumarato e quindi i

livelli E per la prestazione dell'atleta).

Conversione dell‛AMP e del GMP in ADP/ATP e GDP/GTP

AMP e GMP non sono attivi come tali, ma sono presenti come molecole trifosfate. Un eccesso di GDP e ADP può portare

alla formazione di ATP e un eccesso di ADP può portare alla formazione di ATP. Se il GTP eccede, l'eauilibrio si sposta

verso la formazione di ATP (devono essere in equilibrio tra loro).

Biosintesi “per recupero” (o “vie di salvataggio”) dei nucleotidi purinici

adenosina fosforibosil

transferasi

+ AMP + PP i

Adenina 5-fosforibosil-1-pirofosfato

(PRPP) ipoxantina/guanina

fosforibosil transferasi

+ GMP (o IMP) + PP

i

Guanina 5-fosforibosil-1-pirofosfato

(o Ipoxantina) (PRPP)

Se le basi si dovessero dissociare dallo zucchero, possono essere recuperate per formare AMP e GMP o IMP.

Anche queste basi recuperate (AMP / GMP / IMP) andranno ad accumularsi nel pool di quelle sintetizzate de novo,

se aumenta il recupero delle basi, rallenta la sintesi de novo.

regolando la sintesi de novo stessa: Ribosio 5-fosfato

Regolazione della

de novo“

biosintesi “ Ribosio fosfato

pirofosfochinasi

dei nucleotidi purinici (PRPP sintetasi)

5-fosforibosil-1-pirofosfato (PRPP)

L'equilibrio viene mantenuto anche andando a

regolare la sintesi de novo. I 2 enzimi sono

regolati a feedback dai prodotti di reazione: sia Glutamina-PRPP

IMP che AMP e GMP vanno ad inibire l'azione di amidotransferasi

uno o entrambi gli enzimi in modo che i livelli siano

regolati.

Maggior equilibrio si ha anche perchè un eccesso

di AMP e GMP va a ridurre la sintesi di entrambi i 5-fosforibosilammina

nucleotidi, ma se si ha un eccesso di uno rispetto

all'altro, ognuno è in grado di inibire la sua sintesi

a partire dall'IMP (IMP è più disponibile x l'altra

via).

Un 4º livello di regolazione è attuato dai nucleotidi

trifosfato: un elevato livello di GTP (espressione di

elevati livelli di GMP) attiva la sintasi per

aumentare la sintesi di AMP e quindi aumentare i IMP

livelli di ATP; ATP che attiva la deidrogenasi. IMP

Adenilsuccinato deidrogenasi

sintetasi ATP

GTP GMP

AMP XMP

XMP-glutamina

amidotransferasi

Arginsuccinato GMP

Adenilsuccinato

liasi

AMP

NADP : Nicotinammide Adenin Dinucleotide Fosfato

+

REGOLAZIONE DELLA BIOSINTESI PURINICA

Il processo di biosintesi de novo dei nucleotidi purinici, e quindi la vel di sintesi dei prodotti terminali AMP e GMP,

è regolato da 4 principali meccanismi a feedback. transferasi,

1. Inibizione allosterica esercitata dai prodotti terminali IMP, AMP e GMP sull'ammido-fosforibosil

enzima che catalizza la 1ª reaz del processo. In particolare, l'azione di AMP e GMP è sinergica e quando

ciascuno di que