Biochimica - sintesi dei purinnucleotidi

Alterazioni degli enzimi e iperuricemia

Solitamente il difettoso funzionamento degli enzimi sopra citati è dovuto ad alterazioni a livello genico. Frequentemente queste alterazioni sono responsabili dell'insorgenza della gotta detta primaria che è caratterizzata da iperuricemia ed attacchi ricorrenti di artrite acuta soprattutto localizzati all'alluce del piede.

Altre volte la iperuricemia è conseguente ad accentuata demolizione di acidi nucleici, situazione che caratterizza le leucemie e le policitemie, indipendentemente da difetti genetici. In questi casi si parla di gotta secondaria. L'iperuricemia può insorgere anche per difetto della escrezione di acido urico a livello renale (gotta primaria renale) o per alterata funzionalità renale come nella glomerulonefrite (gotta renale secondaria).

Laddove la iperuricemia si protragga si può avere deposizione di urati sotto forma di calcoli a livello renale, associata spesso a lesioni renali e a livello degli ureteri. A questa alterazione

sonosoggetti individui affetti da gotta e del pari in individui non gottosi in cui per svariati motivi il pH urinario si abbassi il che concorre a diminuire la solubilità degli urati e dell’acido urico. Il rimedio della iperuricemia è rappresentato dall’allopurinolo. La gotta è inoltre frequentemente associata a regolazioni alimentari, elevata assunzione di carni soprattutto se di selvaggina in relazione all’elevata numero di cellule nucleate presenti in questo tipo di carne, o elevata assunzione di vino causa di ridotta funzionalità renale. Xantina ossidasi (XO) L’enzima è un protide coniugato omodimerico di massa molecolare di circa 300 kDa che porta legati come gruppo prostetico due molecole di FAD, 2 atomi di molibdeno (Mo) ed 8 atomi di Ferro (Fe) non emico; inoltre presenta due centri Fe-S e gruppi SH.. Il molibdeno è legato ad una pterina che nella sua struttura si approssima alla tetraidropterina cofattore della

fenilalanina idrossilasi, così da formare un complesso detto molibdo-pterina adeso all'enzima; la valenza del molibdeno e del ferro varia durante la catalisi per Mo da 6 a 4, per Fe da 3 a 2. Nella catalisi Mo è determinante per il legame di XO sul substrato ipoxantina o xantina; Fe è invece implicato nella riossidazione del FAD ridotto. XO è inibito irreversibilmente da cianuro e da allopurinolo con un meccanismo di tipo competitivo nei riguardi dei substrati naturali ipoxantina e xantina. L'allopurinolo è formato da un anello pirimidinico che in 6 porta un gruppo OH come nella ipoxantina, e da un anello pirazolico in sostituzione dell'anello imidazolico presente nell'adenina ed ipoxantina, in cui i due atomi di azoto sono vicinali e pertanto l'azoto in posizione 7 del nucleo purinico è sostituito da un gruppo metinico ed il gruppo metinico in posizione 8 da un atomo di azoto. In presenza di allopurinolo la conversione di

ipoxantina in xantina e di xantina in acido urico è quindi bloccata con conseguente accumulo di ipoxantina e xantina notevolmente più solubili dell'acido urico e quindi più facilmente eliminabili per via renale. È tuttavia probabile che l'allopurinolo si comporti come inibitore di altri enzimi coinvolti nel divenire degli acidi nucleici. Nel suo meccanismo d'azione la xantina ossidasi in primo luogo determina l'addizione di una molecola di acqua sul substrato, addizione in cui è dirimente l'intervento di Mo che probabilmente allontana l'H, legando l'ossidrile OH al C 2 e il protone all'N in 3 con scomparsa del doppio legame 2-3; quindi a mezzo del FAD deidrogena il gruppo alcolico formatosi in 2 e forma un chetogruppo; il FAD ridotto cede quindi 2 elettroni a Mo e successivamente Fe e libera due protoni: Da ultimo un elettrone alla volta viene trasferito all'ossigeno formando un anione superossido; i due

anioni superossido dalla supeossido dismutasivengono trasformati in ossigeno molecolare ed anione perossido; quest’ultimo con i due protoniliberati dal FAD forma una molecola di perossido di idrogeno; due molecole di quest’ultimoformano 2 molecole di acqua con svolgimento di ossigeno.

La superossido dismutasi è presente nelle cellule in svariate isoforme, alcune citopalsmatiche altremitocondriali. Di queste l’isoforma citopalsmatica degli eritrociti, la meglio caratterizzata, è unmetallo-protide legante un atomo di rame impegnato con 4 istidine della proteina, la cui valenzamuta nel corso della catalisi, ed un atomo di Zn con funzione strutturale, legato a 3 istidine ed unaspartato.

La catalasi è un cromoprotide omo-tetramerico in cui ogni subunità lega un Fe-emo in cui Fe ètrivalente e una molecola di NADP ridotto con funzione ignota. L’enzima è particolarmente attivonei globuli rossi e in tutte le cellule è

localizzato nei perossisomi, costituiti da una matrice e da una membrana permeabile a perossido di idrogeno ed a svariati altri composti, tra cui acil CoA. In questi organelli sono presenti molti altri enzimi importanti nel metabolismo degli aminoacidi (aminoacido ossidasi, FMN-enzima), acidi grassi (acil CoA deidrogenasi, FAD enzima) la transferasi che determina la copulazione di acidi biliari con glicina e taurina. Regolazione della sintesi ex novo dei purinnucleotidi La regolazione insiste sull'enzima che dà inizio al processo di sintesi, la fosforibosilamina sintetasi che è inibita dai prodotti terminali della sequenza metabolica, AMP, IMP, GMP ed invece è indifferente ai nucleotidi pirimidinici. Sempre a questo riguardo è da ricordare il deficit di adenosina deaminasi (ADA) nei linfociti di alcuni soggetti responsabile di una sindrome ereditaria nota come SCID (severe combined immunodeficiency disease); questo deficit è dovuto ad un difetto genetico.

per mutazione che comporta la sintesi di forme di ADA inattive. Ne consegue accumulo di adenosina e desossiadenosina; quest'ultima verrebbe attivamente trasformata in desossiATP in presenza di ATP che verrebbe così sottratto alla conversione di disossiuridina e desossicitosina nei corrispondenti nucleotidi con impossibilità di sintesi di acidi desossiribonucleici e quindi blocco della replicazione cellulare. La malattia colpisce ovviamente i bambini ed è fatale in quanto riduce le difese da agenti infettanti esogeni in rapporto ad una ridotta sintesi di anticorpi funzione tipica dei linfociti di tipo B. La malattia, poiché localizzata ad un ben definito tipo di cellule, in teoria poteva essere curata mediante una terapia sostitutiva in cui ADA in forma stabilizzata e quindi poco suscettibile a degradazione, processo particolarmente attivo nel fegato, viene iniettata in circolo; essendo le membrane cellulari permeabili, il deficit a livello dei linfociti viene

In parte compensato, ma il costo del trattamento è assai elevato e quindi questo trattamento trova oggi una applicazione limitata.

Successivamente, in rapporto alla localizzazione del difetto solo sui linfociti, si tentò una terapia genica in cui i linfociti dei soggetti deficitari della ADA vennero estratti dal paziente, arricchiti in vitro per tecniche di bioingegneria del gene dell'ADA, e quindi riintrodotti in circolo. La terapia a distanza di dieci anni si dimostrava ancora efficace in quanto circa il 20% dei pazienti trattati presentavano ancora nei loro linfociti il gene dell'ADA; tuttavia questioni etiche e soprattutto i costi portarono all'abbandono di questa terapia ed a preferire la terapia sostitutiva nonostante i costi elevati ed un vantaggio per il paziente assai limitato.

Regolazione della sintesi ex novo dei pirimidinnucleotidi

La regolazione insiste sulla carbamilfosfato sintetasi ed è data dall'effetto inibente di UTP e CTP

edattivante di 5-fosforibosil, 1-pirofosfato. Da ricordare i primi tre enzimi della sintesi di UMP fanno parte di un' unica proteina polifunzionale in cui sull' estremo N-terminale è localizzata l' attività carbamilfosfato transferasica, sull' estremo C-terminale l' attività diidro-orotasica o cicloidrolasica, mentre l' attività carbamilfosfatosintetasicasi localizza al centro della sequenza. Inoltre le due reazioni che portano alla formazione di orotidin-5-fosfato (orotato-fosforibosil-transferasi) e alla decarbossilazione di questo con formazione di UMP (orotidin-monofosfato decarbossilasi) sono catalizzate da un' unica proteina polifunzionale in cui in siti diversi si localizzano la transferasi e la liasi). Da ricordare come alterazione genetica il difetto dell' enzima polifunzionale orotato fosforibosiltransferasi-orotidin-5-fosfato decarbossilasi che comporta accumulo di acido orotico e conseguente aumento della sua.escrezione a livello renale con urine arricchite in acido orotico che si presenta informa di aggregati cristallini. Questa anomalia è causa di anemia spesso associata a ritardo mentale ed è nota come orotico-aciduria. Sintesi di CTP Avviene a partire da UTP in una reazione ligasica in presenza di glutamina come donatore dell'aminogruppo e di ATP che si scinde in ADP e Pi. Sintesi di desossiribonucleotidi Nelle cellule di mammifero la sintesi procede da nucleoside-difosfato (ADP, GDP, CDP, UDP) conformazione dei corrispondenti disossi-nucleosidi bifosfato. La reazione è catalizzata dall'aribonucleotide riduttasi di cui esistono almeno tre isoforme. Nelle cellule di mammifero è presente l'isoforma 1 che è un omodimero in cui ogni monomero è formato da due subunità differenti identificate come R1 ed R2. R1 funziona da regolatore in quanto contiene un sito a cui si legano i nucleoside trifosfato sia purinici che pirimidinici con.

conseguente inibizione della riduttasi. R2 porta il sito catalitico in cui sono presenti un residuo di Tyr il cui OH fenolico ha parte nella catalisi, gruppi tiolici SH, e due atomi di Fe fra di loro legati da un atomo di ossigeno. Cosubstrato dellareazione oltre in ribonucleoside bifosfato è una proteina nota come tioredossina, di massa molecolare intorno a 15kDa ricca in aminoacidi acidi (glu), che dispone di due residui di Cysalternativamente in forma di tiolo (SH) o di disolfuro (S-S). La ribonucleotide riduttasi in primislega il nucleotide, probabilmente al C del riboso da cui sottrae un H formando un intermedio3radicalico, e successivamente attacca il C da cui sottrae OH che legandosi all'idrogeno di una dei2due gruppi SH di cui dispone forma H O, mentre addiziona su questo C l'idrogeno del secondo2 2gruppo SH. Ne consegue la formazione del desossiribonucleotide mentre sulla riduttasi si è formatoun disolfuro a livello delle due Cys. La riduttasi disolfuro

reagisce ora con la tioredossina ditiolo, sottrae da questa i due H legati ai due gruppi tiolici ritornando così alla forma ditiolica, mentre la tioredossina diventa disolfuro. Quest'ultima rit