biossÍntese de nucleÓtidos - cld.ptº... · sÍntese de amp e gmp. adenilo-succinato sintetase...

BIOSSÍNTESE DE

NUCLEÓTIDOS

FUNÇÕES METABÓLICAS DOS

NUCLEÓTIDOS

Unidades monoméricas dos ácidos nucleicos

Metabolismo energético

Mediadores fisiológicos

Precursores de outros compostos

Componentes dos coenzimas

Intermediários activos

Efectores alostéricos

Um ácido nucleico é um polímero

Açúcar com 5 átomos carbono

Base azotada

Fosfato

NUCLEÓSIDO = PENTOSE + BASE

NUCLEÓTIDO = PENTOSE + BASE + FOSFATO

RIBONUCLEÓTIDO

DESOXI-RIBONUCLEÓTIDO

ou DESOXINUCLEÓTIDO

Ligação

-N-glicosídica

BASES RARAS ENCONTRADAS NOS ÁCIDOS NUCLEICOS

O GRUPO FOSFATO PODE ESTAR LIGADO A DIFERENTES

CARBONOS DA PENTOSE

METABOLISMO ENERGÉTICO

O ATP é a principal forma de energia química

disponível nas células

O ATP é gerado nas células por fosforilação

oxidativa ou ao nível do substrato

O ATP está envolvido na contracção muscular, no

transporte activo e na manutenção dos

gradientes de iões

O ATP é o dador de grupos fosfato para a

formação de outros nucleótidos 5’ trifosfatados

Também o GTP desempenha papel importante no

metabolismo energético da célula

MEDIADORES FISIOLÓGICOS

Adenosina controla o fluxo de sangue coronário

ADP apresenta função crítica na agregação

plaquetária e portanto na coagulação sanguínea

cAMP e cGMP actuam como segundos

mensageiros

GTP é necessário para o capping do mRNA e para

a transdução de sinal através das GTP-binding

proteins

Os nucleósidos e nucleótidos funcionam como

mediadores em muitos processos metabólicos chave:

PRECURSORES DE OUTROS COMPOSTOS

GTP é o precursor

para a formação do

cofactor tetrahidro-

biopterina,necessário

para as reacções de

hidroxilação e para a

geração de óxido

nítrico

COMPONENTES DE COENZIMAS

Os coenzimas NAD+, NADP+, FAD

e as suas formas reduzidas, assim

como o Coenzima A, todos

possuem na sua estrutura uma

unidade 5’- AMP

INTERMEDIÁRIOS ACTIVOS

Os nucleótidos servem como transportadores de

intermediários “activos”, necessários para uma

grande variedade de reacções:

UDP-glucose precursor do glicogénio

CDP-diacilglicerol precursor de fosfogli-

céridos

S-adenosilmetionina dador de grupos metilo

EFECTORES ALOSTÉRICOS

Nas diversas vias metabólicas existem

passos que são regulados pelas

concentrações intracelulares dos

nucleótidos

Diversos exemplos serão dados ao longo

desta aula

A pool celular de nucleótidos

(excepto ATP) é muito pequena (< 1% do requerido para síntese de DNA)

A síntese de nucleótidos tem que

ser constante e, nalguns casos,

pode mesmo ser factor limitante na

replicação e transcrição do DNA

Os inibidores da síntese de

nucleótidos são extremamente

importantes na medicina moderna,

devido à relevância destes

processos nas células em divisão

DISTRIBUIÇÃO DOS NUCLEÓTIDOS

As principais purinas e pirimidinas

encontradas nas células são os seus

derivados 5’-nucleotídicos

ATP é o nucleótido predominante

A distribuição dos nucleótidos varia com

o tipo de célula

Em células plenamente funcionais

predominam os 5’-NTP

Em células em hipóxia aumentam

significativamente os níveis de 5’-NMP e

5’-NDP

TODOS OS PROCESSOS METABÓLICOS QUE CONDUZEM

À FORMAÇÃO EQUILIBRADA DE NUCLEÓTIDOS PÚRICOS

E PIRIMÍDICOS ENGLOBAM 4 VIAS PRINCIPAIS:

1. BIOSSÍNTESE “DE NOVO”

2. REUTILIZAÇÃO OU RECUPERAÇÃO

3. INTERCONVERSÃO NUCLEOTÍDICA

4. DEGRADAÇÃO

2 tipos de vias biossintéticas: de novo e recuperação ou salvage

Precursores comuns para as vias das purinas e das pirimidinas

As enzimas encontram-se presentes na célula sob a forma de grandes complexos multienzimáticos

BIOSSÍNTESE de novo DAS PURINAS

Utilização de aminoácidos como dadores

de carbono e azoto e também CO2 como

dador de carbono

Consiste em 10 passos metabólicos

conduzindo à síntese de IMP

Necessária a hidrólise de ATP em

diversas reacções

De modo global, esta via biossintética é

energeticamente muito dispendiosa (muitas

moles de ATP por cada mole de IMP sintetizada)

GLUTAMINA – PRPP

AMIDOTRANSFERASE FORMAÇÃO DA LIGAÇÃO

-N-GLICOSÍDICA

PASSAGEM DA FORMA A

BIOSSÍNTESE de novo DAS PURINAS

PASSO LIMITANTE

GAR

SINTETASE

GAR

TRANSFORMILASE

FGAR

AMIDOTRANSFERASE

FGAM CICLASE

OU

AIR SINTETASE

FECHO DO

ANEL IMIDAZÓLICO

N5 – CAIR

SINTETASE

N5 – CAIR

MUTASE

SAICAR

SINTETASE SAICAR

LIASE

AICAR

TRANSFORMILASE

IMP SINTASE

OU

IMP CICLO-HIDROLASE FECHO DO

2º ANEL

COMPLEXO

MULTI-ENZIMÁTICO

INSTÁVEL

COMPLEXO

MULTI-ENZIMÁTICO

COMPLEXO

MULTI-ENZIMÁTICO

Ambos utilizam o mesmo precursor - IMP

AMP e GMP são convertidos em ATP e

GTP, respectivamente, utilizando

nucleósido-5’-monofosfato cinases e

nucleósido-5’-difosfato cinases

A formação de GMP requer ATP

A formação de AMP requer GTP

Relação recíproca: níveis de ATP

elevados induzem a síntese de GMP e

vice-versa

SÍNTESE DE AMP E GMP

ADENILO-SUCCINATO

SINTETASE

LIASE

IMP

DESIDROGENASE XMP - GLUTAMINA

AMIDOTRANSFERASE

ASPARTATO E

GLUTAMINA SÃO

DADORES DE

GRUPOS AMINA

1º

2º 2º

REGULAÇÃO POR

RETRO - INIBIÇÃO

3º REGULAÇÃO RECÍPROCA

ATP NA SÍNTESE DE GMP

GTP NA SÍNTESE DE AMP

MODULAÇÃO ALOSTÉRICA DA

GLUTAMINA - PRPP AMIDOTRANSFERASE

AMP, GMP, IMP

PRPP

ACTIVA INACTIVA

BIOSSÍNTESE de novo DAS PIRIMIDINAS

Utilização de aminoácidos como dadores

de carbono e azoto e também CO2 como

dador de carbono

Consiste em 6 passos metabólicos

conduzindo à síntese de UMP

Necessária a hidrólise de ATP (ou

equivalente) em diversas reacções

Síntese inicial do anel pirimídico e

posterior ligação da ribose-5-fosfato (via

PRPP)

ENZIMA

MITOCONDRIAL

GLUTAMINA + HCO3- + 2 ATP

carbamoílfosfato

Sintetase II

CAD

COMPLEXO

MULTI-ENZIMÁTICO

FORMAÇÃO

DA LIGAÇÃO

-N-GLICOSÍDICA

CTP

sintetase

UMP SINTASE

COMPLEXO

MULTI-ENZIMÁTICO

REGULAÇÃO DA BIOSSÍNTESE

DOS NUCLEÓTIDOS PIRIMÍDICOS

AO NÍVEL DA

CARBAMOÍLFOSFATO

SINTETASE II

(enzima citoplasmática)

VIA DE DESTOXICAÇÃO

PARA O EXCESSO DE

AMÓNIA A

NÍVEL HEPÁTICO

PURINAS

VIA DE RECUPERAÇÃO OU REUTILIZAÇÃO

Salvage Pathway

HIPOXANTINA + PRPP IMP + PPi

GUANINA + PRPP GMP + PPi

Hipoxantina - guanina fosforribosil transferase

ADENINA + PRPP AMP + PPi

Adenina fosforribosil transferase

Os eritrócitos não sintetisam de novo purinas porque carecem de PRPP amidotransferase

PIRIMIDINAS

VIA DE RECUPERAÇÃO OU REUTILIZAÇÃO

Salvage Pathway

PIRIMIDINA + PRPP PIRIMIDINA 5’NMP + PPi

Pirimidina fosforribosil transferase

A enzima dos eritrócitos humanos pode utilizar

orotato, uracilo e timina , mas não citosina

A via de recuperação desvia as bases pirimídicas

da via degradativa, transformando-as em

nucleótidos para utilização celular

INTERCONVERSÃO DE PURINAS

INTERCONVERSÃO DE PIRIMIDINAS

Realce para a importância no metabolismo dos desoxirribonucleótidos

INTERCONVERSÃO DE NUCLEÓSIDOS

MONO-, DI- E TRI-FOSFATOS

Adenilato cinase

AMP + ATP ADP + ADP P + P +

Nucleósido monofosfato cinases

ex: UMP + ATP UDP + ADP

Nucleósido difosfato cinases

ex: UDP + ATP UTP + ADP

ADP + GTP ATP + GDP

Nucleósido difosfato cinases

ex: UDP + ATP UTP + ADP

ADP + GTP ATP + GDP

Nucleósido difosfato cinases

ex: UDP + ATP UTP + ADP

ADP + GTP ATP + GDP

Especificidade em relação à

base e ao açúcar do aceitador

O dador é sempre o ATP

Ausência de especificidade em

relação à base e ao açúcar do

aceitador

O dador pode não ser o ATP

SÍNTESE de novo DE 2’-DESOXIRRIBONUCLEÓTIDOS

A PARTIR DE RIBONUCLEÓTIDOS

RIBONUCLEÓTIDO REDUTASE

a enzima de E. coli e da maioria dos eucariotas é um heterodímero

os equivalentes de redução são fornecidos pelo NADPH via tiorredoxina e

pelo glutatião via glutarredoxina

os substratos são difosfatos de nucleótidos (UDP, ADP, CDP, GDP)

o mecanismo de acção envolve radicais livres

AS SETAS AZUIS

INDICAM O PERCURSO

DOS ELECTRÕES

DESDE O NADPH ATÉ À

ENZIMA

TIORREDOXINA

REDUTASE

Flavoproteína cujo

grupo prostético é o

FAD

RIBONUCLEÓTIDO REDUTASE REGULAÇÃO DA ACTIVIDADE

Os níveis de dNTPs na célula devem ser

estritamente controlados e equilibrados:

as deficiências são letais

os excessos são mutagénicos

Os níveis são mantidos por controlo de

retro-inibição sobre a ribonucleótido

redutase

Dois sítios alostéricos controlam ambos a

actividade enzimática e a especificidade

de substrato

ESTRUTURA DA

RIBONUCLEÓTIDO REDUTASE

dATP – inibidor da redução dos 4 substratos

dGTP – inibidor da redução de CDP, UDP e GDP

dTTP – inibidor da redução de CDP, UDP e GDP

efeito inibidor sobre a ribonucleótido redutase explica a toxicidade da

d-adenosina, da d-guanosina e da timidina sobre as células de

mamífero

SÍNTESE DE DESOXITIMIDILATO (dTMP)

CDP dCDP dCMP

UDP dUDP dUMP dTMP

REGULAÇÃO DA

dCMP DESAMINASE

DEGRADAÇÃO

DE

PURINAS

PRODUTOS FINAIS

DA EXCREÇÃO

DAS PURINAS

EM VÁRIAS

CLASSES DE ANIMAIS

CRISTAIS DE

URATO DE SÓDIO

GOTA Patologia induzida por níveis séricos elevados de urato, cujos

sais cristalizam e danificam as articulações e os rins

No Homem, o valor médio de urato no soro é muito próximo

do limite de solubilidade

• Deficiência em

glucose-6-fosfatase

CAUSAS INDUTORAS DE GOTA

• Aumento de

PRPP sintetase

• Deficiência parcial

em HGPRT

TRATAMENTO DA GOTA

Acumula-se hipoxantina

e xantina cujo limite de

solubilidade é muito

superior ao dos uratos

VIAS DE DEGRADAÇÃO DOS NUCLEÓTIDOS PIRIMÍDICOS

DEGRADAÇÃO DO URACILO E DA TIMINA

ATÉ AOS PRODUTOS FINAIS

AVALIAÇÃO DO

TURNOVER DO

DNA OU DOS

NUCLEÓTIDOS DE

TIMIDINA

UMP

sintetase

Glutamina + HCO3- + 2 ATP

Carbamoíl fosfato sintetase II

Uridina

UMP

UTP

-

ACIDÚRIA

ORÓTICA

NUCLEÓTIDOS DA ADENINA

FAZEM PARTE DA COMPOSIÇÃO

DE MUITOS COFACTORES ENZIMÁTICOS

A única relação estrutural entre os cofactores é a

presença de adenosina

A adenosina não participa directamente na função

primária dos cofactores, mas se for removida a sua

actividade é drasticamente reduzida

Porquê a adenosina?

Talvez por uma questão de economia. Dado que o

ATP é a fonte energética, a célula desenvolveu

sistemas que sintetisam ATP em maior abundância;

daí resulta uma escolha lógica para a sua

incorporação numa grande variedade de estruturas

SÍNTESE DE NAD+

SÍNTESE DE FAD

SÍNTESE DE CoA

SÍNTESE DE PRPP

O

Ribose 5-fosfato PRPP

ATP AMP

Mg2+

PRPP

SINTETASE

PRPP – PRINCIPAL REGULADOR POSITIVO

DA PRPP AMIDOTRANSFERASE

E DA CPS II

REACÇÕES QUE REQUEREM PRPP

1. Síntese de novo de nucleótidos púricos

a) PRPP + glutamina 5-fosforribosilamina + glutamato + PPi

2. Recuperação de bases púricas

a) PRPP + hipoxantina (guanina) IMP (GMP) + PPi

b) PRPP + adenina AMP + PPi 3. Síntese de novo de nucleótidos pirimidínicos

a) PRPP + orotato OMP + PPi 4. Recuperação de bases pirimidínicas

a) PRPP + uracilo UMP + PPi 5. Síntese de NAD+

a) PRPP + nicotinato nicotinato mononucleótido + PPi

b) PRPP + nicotinamida nicotinamida mononucleótido + PPi

c) PRPP + quinolato nicotinato mononucleótido + PPi

AGENTES QUIMIOTERÁPICOS

Antagonistas da glutamina

azaserina, 6-diazo-5-oxo-L-norleucina

Antimetabolitos (análogos estruturais de

bases e nucleósidos)

6-mercaptopurina, 6-tioguanina, alopurinol,

5-fluo-uracilo, citosina arabinosido (araC)

Antifolatos

metotrexato, trimetoprim

ANTIMETABOLITOS INTERFEREM EM REACÇÕES METABÓLICAS

MUITO ESPECÍFICAS

A compreensão detalhada do metabolismo dos

nucleótidos conduziu ao desenvolvimento

destes fármacos

O estudo do mecanismo de acção destes

fármacos conduziu à melhor compreensão do

metabolismo nucleotídico normal no Homem

1. Importância da via de novo no

metabolismo celular normal

2. A regulação destas vias tem lugar in

vivo

3. O conceito da necessidade de

activação metabólica dos fármacos

4. A inactivação destes fármacos pode

influenciar enormemente a sua

utilidade

ANTIMETABOLITO

Activação

Metabólica

ANTIMETABOLITO USADO NO

TRATAMENTO DA GOTA

ANTIFOLATOS INIBEM A FORMAÇÃO DE TETRA-HIDROFOLATO

POR INIBIÇÃO DA DI-HIDROFOLATO REDUTASE

LOCAIS DE INIBIÇÃO DO METOTREXATO

INIBIDOR

COMPETITIVO

100 x mais afinidade

que o di-hidrofolato

ANTIFOLATO