Biosintesi delle pirimidine, Biochimica

Biosintesi delle pirimidine

Le pirimidine fanno parte dei nucleotidi, dei cofattori enzimatici, dell'RNA messaggero, un pool di sostanze fondamentali per le quali tutti gli organismi, dal batterio all'uomo, necessitano di vie biosintetiche del composto a partire da materie prime. Dal punto di vista evoluzionistico è la prima via biosintetica [cenni su catabolismo purine e uno schema sulla biosintesi dell'uracile].

La sintesi delle basi azotate risulta essere il primo evento probiotico, deve cioè essere stata ottenuta a partire da materie prime, in era probiotica NH₃, CO₂, derivati di ammoniaca e CO₂ (formammide e urea), alcuni amminoacidi (aspartato, glutammato, glutammina, alanina, glicina), i prodotti del cosiddetto brodo primordiale per riuscire a dare origine a composti sempre più complessi e dare origine alle basi azotate che rappresentano gli elementi primordiali dell'esistenza.

Uracile

Ci sono due ammidi, è un'ammide ciclica, legame difficile da formare, catalizzare. Si potrebbe partire dall'urea più un composto a tre atomi di carbonio più un acido a tre atomi di carbonio e formare l'uracile; implicherebbe la formazione di un legame azoto-carbonio saturo che anche a temperature alte è molto difficile da formare.

Sarebbe più semplice considerare la formammide e l'acido aspartico, perché la formammide è molto reattiva, può reagire facilmente grazie alla reattività del carbonio carbonilico (l'aspartato ha catena carboniosa più corta rispetto al glutammato). Considerando formammide e acido aspartico si può formare un composto ciclico che somiglia alla molecola di uracile. Di fatto si avrà un nucleofilo, gruppo amminico, un elettrofilo, carbonio carbonilico; si ha addizione nucleofila della formammide (un'aldeide primaria) al gruppo amminico dell'aspartato. Si ottiene così la formammil-aspartato, basta ricordarsi del gruppo ammidico [formammide è metà molecola di urea].

Il formammil-aspartato ha diversi gruppi reattivi, tre gruppi carbonili, due gruppi amminici, è una molecola complessa e ramificata e tende a ciclizzare; a pH 7 viene assistita da enzimi, nel brodo primordiale può avvenire ciclizzazione fra ammina e ammide a formare l'ammide ciclica, il diretto precursore dell'uracile, necessita di una decarbossilazione e di una ossidazione dell'ammide ciclica formata dal carbammil fosfato.

È facile produrre l'uracile in laboratorio mescolando formammide, acido aspartico, in presenza di sali di ferro (catalizzatori), si ottiene la molecola precursore, si aggiunge un agente ossidante, in laboratorio l'ossigeno, nel brodo sarà stato un altro ossidante. Questo è il primo metabolismo che si sarà evoluto nel primo essere vivente, che doveva essere in grado di produrre i propri acidi nucleici, se vi è replicazione c'è un essere vivente.

Il nucleotide più importante nel metabolismo energetico è l'ATP, hanno ruolo fondamentale nell'organismo. È interessante notare che la via biosintetica delle purine e pirimidine è praticamente identica dal batterio fino all'uomo.

Per quanto riguarda i nucleotidi esiste una sintesi de novo (a partire dai composti primordiali) ed esiste una importante via di recupero. I nucleotidi del DNA o RNA, dopo l'utilizzo delle molecole informazionali, una volta degradati possono essere riciclati. Esiste quindi una sintesi de novo ed esiste un meccanismo di riciclo. La cellula difficilmente degrada o degrada a bassissimo ritmo i nucleotidi, basta aumentare la degradazione e si va incontro ad una patologia, come nel caso di accumulo di acidi urici, si ha nascita di una condizione patologica.

Sintesi dell'uridil monofosfato

Abbiamo visto la sintesi prebiotica. Il nucleotide in questo caso è un uridin-riboso-monofosfato. Significa che la sintesi va scorporata, bisogna effettuare l'analisi retrosintetica, cioè dato un composto come può essere formata questa molecola. In questo caso l'UMP sarà formato da base azotata più ribosio fosfato.