Biochimica 9: metabolismo delle basi azotate e dei nucleotidi

Biosintesi delle basi azotate e dei nucleotidi

Il nucleotide è composto da una base azotata, purinica o pirimidinica, legata a uno zucchero pentoso (ribosio o deossiribosio) mediante un legame β-glicosidico in posizione 1’. Inoltre, vi è la presenza di uno, due o tre gruppi fosfato denominati, rispettivamente, α, β e γ.

La biosintesi di purine, pirimidine e nucleotidi stessi è un processo regolato in maniera molto complessa. Questa precisa regolazione è molto importante, poiché tende a bilanciare la produzione dei vari tipi di nucleotidi, per generare un numero pressoché uguale di nucleotidi purinici e nucleotidi pirimidinici. La regolazione, dunque, è soprattutto un’inibizione di tipo feedback in cui il prodotto della biosintesi di un nucleotide, che sia purinico o pirimidinico, o di una base, inibisce l’intera via che porta alla sua produzione.

La biosintesi dei nucleotidi può avvenire in due diverse vie: vi è la biosintesi de novo, in cui le basi vengono sintetizzate a partire da precursori molto piccoli, e la biosintesi di salvataggio, in cui le basi azotate sono recuperate mediante la dieta o biosintetizzate attraverso altri pathways derivanti dalla degradazione degli acidi nucleici. Quasi tutti gli organismi sono in grado di sintetizzare le basi azotate de novo, ma non tutti possono anche recuperarle.

Il processo di biosintesi delle basi azotate è, in generale, un meccanismo molto dispendioso energeticamente. In più, la degradazione delle basi azotate non fornisce energia, al contrario, invece, di quella del ribosio o del deossiribosio.

Biosintesi de novo delle purine

La biosintesi de novo delle purine avviene a partire dal 5-fosforibosil-1-pirofosfato, da cui si ottengono direttamente i ribonucleotidi-monofosfato (AMP o GMP). Per la sintesi si utilizzano amminoacidi, CO₂ e tetraidrofolato. Le tappe della biosintesi de novo delle purine portano alla formazione di un prodotto comune, detto IMP (inositato). L’IMP, poi, può prendere due vie metaboliche diverse per produrre o AMP o GMP. La biosintesi de novo delle purine richiede ATP o GTP: per produrre l’inosinato, infatti, sono richieste 7 molecole di ATP.

5-fosforibosil-1-pirofosfato

Il 5-fosforibosil-1-pirofosfato (PRPP) è la forma attivata del ribosio e partecipa alla biosintesi, sia de novo che di recupero, dei nucleotidi purinici. Il PRPP si ottiene mediante una reazione catalizzata dalla PRPP-sintasi, che trasforma il ribosio-5-fosfato proveniente dalla via del pentoso fosfato in PRPP, utilizzando due molecole di ATP per aggiungere il pirofosfato sul substrato (dunque, rilasciando AMP).

Basi puriniche

• Le fonti di azoto (N) sono acido aspartico, glutammina e glicina;
• Le fonti di carbonio (C) sono glicina, CO₂ e tetraidrofolato.

Tappe della biosintesi de novo delle basi puriniche

Dopo che il ribosio-5-fosfato viene convertito in 5-fosforibosil-1-pirofosfato dalla PRPP-sintasi, esso viene incanalato nelle diverse tappe della biosintesi de novo delle basi puriniche.

• Nella prima fase, l’enzima glutamin-PRPP-ammidotrasferasi trasferisce il gruppo ammidico di una molecola di glutammina (che diventa glutammato) in posizione 1’ del PRPP, che però perde il pirofosfato e diventa, dunque, 5-fosfo-β-D-ribosilammina.
• Nella seconda fase, l’enzima GAR-sintetasi catalizza il legame di una molecola di glicina a livello del gruppo amminico della 5-fosfo-β-D-ribosilammina, formando glicinammide-ribonucleotide (GAR) e spendendo una molecola di ATP.
• Nella terza fase, l’enzima GAR-transformilasi catalizza l’aggiunta di un gruppo formilico a livello dell’azoto della glicinammide-ribonucleotide formando formil-glicinammide-ribonucleotide (FGAR). Il gruppo formilico viene donato dal coenzima della GAR-transformilasi, ossia il tetraidrofolato, che passa da N¹⁰-formil-tetraidrofolato a tetraidrofolato.
• Nella quarta fase, l’enzima FGAM-sintetasi catalizza l’aggiunta di un gruppo amminico alla formil-glicinammide-ribonucleotide, che diventa formil-glicinamidina-ribonucleotide (FGAM). Anche questa reazione richiede una molecola di ATP.
• Nella quinta fase, l’enzima AIR-sintetasi catalizza una reazione di deidratazione che fa chiudere l’anello, formando dunque 5-amminoimidazolo-ribonucleotide e spendendo un’ulteriore molecola di ATP.
• Nella sesta fase, l’enzima AIR-carbossilasi catalizza una reazione di carbossilazione del 5-amminoimidazolo-ribonucleotide che non richiede biotina, formando N⁹-carbossi-amminoimidazolo-ribonucleotide (CAIR).