Metabolismo nucleotidi

Metabolismo basi azotate

Funzioni metaboliche dei nucleotidi:

- Unità monomeriche degli acidi nucleici

- Metabolismo energetico (ATP)

- Mediatori fisiologici (cAMP, proteine G)

- Intermedi attivati (UDP-glucidi, SAM, CDP-derivati)

Basi pirimidiniche

- Citosina o 2-ossi-4-ammino pirimidina: presente solo nella

forma chetonica (lattamica)

- Uracile o 2,4-diossi pirimidina: presente solo nella forma

chetonica (lattamica)

- Timina o 2,4-diossi-5-metil pirimidina: presente solo

nella forma chetonica (lattamica)

Basi puriniche:

- Adenina o 6-aminopurina: presente nella forma

enolica o lattimica

- Guanina o 2-ammino-6-ossi purina: presente solo

nella forma chetonica (lattamica)

Vi sono due basi puriniche che non fanno parte della struttura

dei nucleotidi ma non intermedi della via di degradazione delle

purine stesse. Sono:

- Ipoxantina

- Xantina o 2,6-diossi purina

Xantina + ribosio: xantosina

Xantosina + P: xantosina monofosfato XMP

Digestione degli acidi nucleici

Gli acidi nucleici ingeriti con la dieta vengono scissi da diversi enzimi:

- Nucleasi: enzimi che scindono le catene nucleotidiche formano oligonucleotidi. Sono endonucleasi

perché agiscono all’interno della catena e si dividono in ribonucleasi e desossiribonucleasi.

- Fosfodiesterasi: enzimi che scindono i legami fosfodiesterici, formando nucleosidi mono-fosfato

- Nucleotidasi: enzimi che scindono il nucleoside dal fosfato. I nucleosidi sono la principale forma

assorbita.

- Nucleosidasi: enzimi che separano lo zucchero dalla base

La specificità degli enzimi pancreatici dà come risultato i 3’-nucleotidi e quella degli enzimi lisosomiali dà i

5’-nucleotidi

La scissione da parte delle nucleosidasi produce ribosio-1-fosfato (o deossiribosio-1-fosfato), in equilibrio con il ribosio 5-fosfato

che può essere utilizzato nella formazione di nucleotidi o nella via degli esosi fosfato.

Mentre c’è un significativo turn-over di tutti i tipi di RNA non vi è del DNA, che viene mantenuto più stabile. Porzioni di DNA

possono essere tagliate per meccanismi di riparo.

Tracciando le basi con traccianti radioattivi si è visto che:

- La maggior parte delle basi assorbite viene escreta

- In piccola parte viene assorbita per formare nuovi nucleotidi, tramite la “via di salvataggio”

Sintesi dei nucleotidi purinici

La sintesi dei nucleotidi può avvenire per:

1. Sintesi de novo: sintesi che avviene utilizzando i precursori quali amminoacidi, ribosio 5-fosfato, CO e NH

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2. Via di salvataggio: sintesi che ricicla le basi libere e in nucleotidi che derivano dalla demolizione degli acidi nucleici.

Sintesi de novo

Alla sintesi de novo dei nucleotidi prendono parte:

- 3 amminoacidi:

o Glicina, per la sintesi delle purine

o Aspartato, per la sintesi di purine e pirimidine

o Glutammina, per la sintesi di purine e pirimidine

- Carbamil fosfato, per la sintesi delle pirimidine

- CO , per la sintesi delle purine

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- Fosforibosil-1-pirofosfato (PRPP), sintetizzato a partire dal ribosio 5-fosfato, per

la sintesi di purine e pirimidine.

Formazione del Fosforibosil-1-pirofosfato (PRPP)

La forma attivata del ribosio-5- fosfato è il fosforibosil-1-pirofosfato o PRPP.

Questo si forma tramite l’enzima ribosio-5-fosfato pirofosfochinasi o PRPP sintasi, che

trasferisce un pirofosfato al C1 del ribosio, convertendo 1ATP in 1AMP. Il PRPP è un

intermedio chiave di molte vie metaboliche, compresa la sintesi di NAD/NADP

Sintesi delle purine

La sintesi delle purine ex novo avviene principalmente nel fegato, mentre negli altri

organi si predilige il riciclo degli acidi nucleici.

Esse non vengono sintetizzate separatamente, ma direttamente come nucleosidi

monofosfato, a partire dal PRPP. Sul PRPP si legano in successione atomi ceduti da diversi donatori, fino ad ottenere un derivato

purinico, l’inosina 5’monofosfato o IMP. Dall’IMP si formano poi sia adenosina 5’-monofosfato (AMP) che guanosina 5’-

monofosfato (GMP) → → →

PRPP aggiunta di atomi inosina 5’monofosfato (IMP) AMP e GMP

Nella sintesi dei nucleotidi si procede quindi sintetizzano prima i ribonucleotidi e poi, tramite la loro modificazione, i

desossiribonucleotidi.

I tappa: →

fosforibosil-1-pirofosfato (PRPP) 5-fosforibosilammina

Enzima: glutammina PRPP transferasi

In questa tappa viene utilizzata l’energia derivante dalla liberazione del

pirofosfato per trasferire all’atomo di carbonio 1 del PRPP un gruppo

amminico proveniente dalla glutammina, formando la 5-

fosforibosilammina.

La glutammina viene convertita quindi in glutammato

II tappa →

5-fosforibosilammina + glicina 5’-fosforibosilglicinamide (GAR)

Enzima: GAR sintasi

Questa reazione prevede la formazione di un legame ammidico tra il

gruppo carbossilico della glicina e il gruppo amminico presente sul 5-

fosforibosilammina.

L’amminoacido glicina viene trasferito interamente sul precursore

andando a formare, tramite l’enzima GAR sintasi, la 5’-

fosforibosilglicinamide (GAR). Questa reazione avviene tramite idrolisi di

1 ATP in ADP + Pi

III tappa →

5’-fosforibosilglicinamide (GAR) 5’-fosforibosil-formil-glicinamide (FGAR)

Enzima: GAR transformilasi

In questa reazione viene aggiunto un gruppo formilico preso dal N10-formil-

tetraidrofolato che si converte in tetraidrofolato.

Queste sono e prime reazioni che portano poi alla sintesi dell’inosinato o IMP

Dall’inosinato si formano sia AMP che GMP. La concentrazione cellulare di inosinato è solitamente

bassa proprio perché usato massivamente nella formazione dei nucleosidi mono-fosfato.

Sintesi di adenosina mono fosfato (AMP)

I tappa →

IMP + aspartato adenilsuccinato

Enzima: adenilsuccinato sintetasi

Questa prima reazione prevede il trasferimento

del gruppo amminico dell’aspartato sul C6

dell’IMP. La reazione utilizza GTP che viene

idrolizzato a GMP + Pi. La formazione di AMP

necessita quindi di GTP.

II tappa →

Adenilsuccinato fumarato + AMP

Enzima: adenilsuccinato liasi

In questa tappa il gruppo amminico si stacca

dall’aspartato e rimane sull’AMP, mentre si

libera fumarato.

Sintesi di GTP

Anche la sintesi di GTP inizia a partire dall’IMP

I tappa: →

inosinato (IMP) Xantilato (XMP)

Enzima: IMP deidrogenasi

Questa reazione avviene tramite l’ossidazione dell’anello

da parte della IMP deidrogenasi. Contemporaneamente

+

avviene la riduzione di un NAD a NADH

II tappa: →

Xantilato (XMP) GMP

Enzima: GMP sintasi

Nela seconda tappa una molecola di glutammina

fornisce un gruppo amminico al C2 del XMP,

convertendosi in glutammato. La reazione necessita di

ATP che si scinde in ADP + Pi.

La strategia che adotta la cellula per mantenere una

sintesi equilibrata di nucleotidi è quella di utilizzare:

- GTP nella sintesi di AMP: la disponibilità di GTP aumenta la sintesi di AMP

- ATP nella sintesi di GMP: la disponibilità di ATP aume