Metabolismo de Nucleotídeos

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCOCENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICASDEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICAMetabolismo de NucleotídeosDisciplina: Bioquímica 7Turma: Medicina (1 o período)Profa. Dra. Nereide MagalhãesRecife, dezembro de 2004

Diagrama do Ciclo CelularM = mitoseG 1 = intervalo 1S = sínteseReplicaçãoDNAG 2 = intervalo 2G 0 = fase nãoproliferativa(aquiescente)Síntese de RNAProtéinas(G 1 , S, G 2 )Devlin, 1995

Biossíntese de NucleotídeosDerivados de Bases Purinícas

Síntese de novo de Nucleotídeos Derivadosda PurinaRibose-5-fosfatoPRPP (5-fosforribosil-1-pirofosfato)XMP(Xantosina-5´-monofosfato)IMP (Inosina-5´-monofosfato)GMP(Guanosina-5´-monofosfato)AMP(Adenosina-5´-monofosfato)

Síntese de novo de NucleotídeosDerivados da Purina• 1 a Etapa: Síntese da Inosina 5’-monofosfato (IMP)• Localização = citossol (todas as células, exceto eritrócitos)• Enzimas citoplasmáticas: 10• Precursor: Ribose 5-fosfato• 6 mol de ATP (5 mol em reações e 1 de regeneração do AMP)• Doadores de C e N: Glutamina, Glicina, Aspartato,• Doador de C: CO 2 ,• Transportador de unidades C 1 : tetraidrofolato (THF),N 10 -formil H 4 -folato)Aminoácidos que doam unidades C 1 ao tetraidrofolato:Serina, glicina, triptófano e histidina

Doadores de C e N para o Anel PurinícoDevlin, 1995

Estrutura do N 10 -formil tetraidrofolatoDevlin, 1995

Estrutura de Derivados tetraidrofolatoMarks, 1994

Biossíntese de Nucleotídeos PurinícosDevlin, 1995

Síntese de novo de Nucleotídeos Derivados da Purina1 a Etapa: Formação do Anel Imidazólico1. Síntese de PRPPDevlin, 1995

Síntese de novo de Nucleotídeos Derivados daPurina1 a Etapa: Formação do Anel ImidazólicoDevlin, 1995

2 a Etapa: Formação do Anel PirimidínicoDevlin, 1995

1. PRPP = 5-fosoforribosil pirofosfato2. Fosforribosil-β-1-amina3. GAR = glicinamida ribonucleotídeo4. FGAR = formilglicinamida ribonucleotídeo5. FGAM = formilglicinamidina ribonucleotídeo6. AIR = 5-aminoimidazol ribonucleotídeo7. CAIR = carboxiaminoimidazol ribonucleotídeo8. SAICAR = N-succinil-4-carboxamida ribonucleotídeo9. AICAR = 5-aminoimidazol -4-carboxamida ribonucleotídeo10. FAICAR = N-formilaminoimidazol -4-carboxamidaribonucleotídeo11. IMP=inosina monofosfato (inosilato)Devlin, 1995

Formação de AMP e GMP a partir de IMPDevlin, 1995

Formação de AMP e GMP a partir de IMPDevlin, 1995

Conversão de IMP em AMP e GMP

Regulação da Síntese de NucleotídeosDerivados da PurinaEtapalimitante:Glutamina-PRPPamidotransferaseCélula:[NAP] 6x >[NGP][ATP] [ GTP][ADP] [GDP][AMP] [GMP]Devlin, 1995

Síntese de Nucleotídeos di e tri-fosfatosDerivados da PurinaFosforilação ATP-dependente• AMP +ATPAdenilato quinase2ADP• GMP +ATPGuanilato quinaseGDP + ADPFosforilação Oxidativa• ADP + P i + H +ATP sintetaseATP + H 2 O• GDP +ATPNucleosídeo difosfato quinaseGTP + 2ADP

Regulação da Síntese de NucleotídeosDerivados da PurinaATP x GTP• Reciprocidade na Fonte de EnergiaATP = fonte de Energia na síntese de GMPGTP = fonte de Energia na síntese de AMP• Reciprocidade na Regulação da BiossínteseMecanismo eficaz:– Balancear a formação de AMP e GMP necessários àcélula– Controle de IMP pelos níveis de AMP e GMPpromove auto-correção em caso de deficiência

Interconversão de NucleotídeosDerivados da PurinaDevlin, 1995

Vias de Recuperação de NucleotídeosDerivados da PurinaHipoxantinaGuanina+ PRPP IMP + PP iHGPRTase+ PRPP GMP + PP iHGPRTase = Hipoxantina-guanina fosforribosil transferaseAdenosinaAPRTase+ PRPP AMP + PP iAPRTase = Adenina fosforribosil transferaseRegenerar NucleotídeosPoupança de Energia

Biossíntese de NucleotídeosDerivados de Bases Pirimídicas

Síntese de novo de NucleotídeosDerivados da Pirimidina• 1 a Etapa: Síntese da uridina 5’-monofosfato (UMP)• Localização = citossol• Precursor: Carbamoil fosfato (glutamina, HC O 3= )• 2 mol de ATP• Doadores de C e N: Carbamoil fosfato, Aspartato,• Enzimas citoplasmáticas: 6 (complexo enzimático)– Carbamoil fosfato sintetase II (CPSII)– ATCase Complexo multifuncional– Diidrouratase– DHO desidrogenase Membrana mitocondrial– OPRT UMP sintetase– OMP descarboxilase

Síntese de novo de Nucleotídeos Derivadosda PirimidinaCarbamoil Ribose-5-fosfato(Diidroorato) DHO HeterocicloNucleotídeoOMP (Orotidina-5´-monofosfato)UMPUDP(Uridina-5´-monofosfato)dUMPUMP (Desoxiuridina-5´-monofosfato)CTPUTPTMP

Doadores de C e N para o Anel PirimidínicoDevlin, 1995

Devlin, 1995

Fosforilação de UMP a UTPDevlin, 1995

Síntese de Citidina (CTP)Devlin, 1995

Regulação Síntese de novo de NucleotídeosDerivados da PirimidinaDevlin,1995

Síntese de novo de desoxirribonucleotídeosDerivados da PirimidinaRibonucleotídeo redutaseDevlin, 1995

Síntese de Desoxirribomucleotídeos• Redução de C2´-OH de NDP– Substituição de OH H: - (íon hidrido)• Síntese ordenada e balanceada de dNDP• Regulação: Ribonucleotídeo redutaseNDPH: - OHRibonucleosídeo redutasedNDPCDP Fe - dependente dCDPUDP Mn - dependente dUDPGDP 5-desoxiadenosilcobalamina dGDPADP dependente dADP

Papel da Ribonucleotídeo Redutase naSíntese do DNADevlin, 19951. Ribonucleotídeo redutase; 2. Nucleosídeo 5´difosfatoquinase; 3. Desoxicitidilato desaminase;4. Timidilato sintetase; 5. DNA polimerase

Síntese de Desoxitimidina Nucleotídeo(TMP)Doador de CH 3Estrutura do N 5 ,N 10 -metileno H 4 folatoDevlin, 1995

Síntese de Desoxitimidina Nucleotídeo (TMP)Devlin, 1995

Interconversão de DesoxinucleotídeosDerivados da PirimidinaDevlin, 1995

Regulação da Ribonucleotídeo Redutase

Síntese de Coenzima A (CoA)Devlin,1995

Catabolismo dos Nucleotídeos1. Vias de Degradação de NucleotídeosDerivados da Purina2. Vias de Degradação de NucleotídeosDerivados da Pirimidina

Degradação dos NucleotídeosDerivados da Purina• AMP• IMP• GMP• XMPXantinaÁcido Úrico

Degradação de NucleotídeosDerivados da PurinaFormação de Ácido Úrico• Enzimas:– Nucleases– Nucleotidases– AMP desaminase– Adenosina desaminase (ADA)– Purina nucleotídeo fosforilase– Xantina oxidase

Degradação de Bases Purínicas• Ácidos nucléicos são degradados no trato digestivoÁcidoNucléicoNucleasesFosdodiesterasesNucleotidasesfosfatasesNucleotídeosH 2 Onucleosidase fosforilaseNucleosídeos + P iBASE+RIBOSE-1-FOSFATOnucleosidaseH 2 OBASE NITROGENADA+RIBOSE

Degradação dos Nucleotídeos Derivados da PurinaDevlin,1995

Vias de Degradação dos Nucleotídeos Derivadosda PirimidinaDevlin, 1995

Degradação de Timina e UracilaDevlin, 1995

Biossíntese de Coenzimas eCo-fatores Derivados deNucleotídeos

Coenzimas Derivadas de NucleotídeosDevlin, 1995

Síntese de Nicotinamida Dinucleotídeo (NAD)Devlin,1995

Devlin,1995Síntese de Flavina Adenina Dinucleotídeo(FAD)

Síntese de Flavina Adenina Dinucleotídeo (FAD)Devlin,1995

Síntese de Coenzima A (CoA)Devlin,1995

Recuperação das Purinas

Doenças Provenientes de defeitos noMetabolismo de Nucleotídeos• Hiperuricemia IDerivados da Purina– Produção aumentada de ácido úrico.– Altos níveis de ácido úrico no sangue através dasíntese de novo de nucleotídeos derivados da purina• Hiperuricemia II– Doença renal– Excessiva morte celular– Aumento na degradação de ácidos nucléicos porradioterapia

Doenças Provenientes de defeitos noMetabolismo de Nucleotídeos• Hiperuricemia IDerivados da Purina– Produção aumentada de ácido úrico.– Altos níveis de ácido úrico no sangue através dasíntese de novo de nucleotídeos derivados da purina• Hiperuricemia II– Doença renal– Excessiva morte celular– Aumento na degradação de ácidos nucléicos porradioterapia

Doenças Provenientes de defeitos no• GotaMetabolismo de NucleotídeosDerivados da PurinaNíveis elevados de ácido úrico no sangue e urina.Depósito de cristais de urato de sódio, principalmente emarticulações (artrite) e tecido renal intersticial (cálculorenal), tecido cartilaginoso

Gota SeveraMudanças nos dedos em pacientes com gota severa.

Gota SeveraDepósito de urato sob a pele em pacientes com gota.

Defeitos Bioquímicos que Aumentam aSíntese de Nucleotídeos1. Atividade aumentada de PRPP sintetase↑ [PRPP] => efetor glutamina PRPP amidotransferase2. Atividade Parcial de HGPRTaseComprometimento da regulação da PRPPamidotransferase por IMP e GMP3. Deficiência de Glicose-6-fosfataseDoença de von Gierke (armazenamento de glicogênio tipo I)↑ ribose-5-fosfato => ↑ PRPP

Tratamento da GotaInibidores da xantina oxidase• Colchicina• Alopurinol e aloxantina (metabólito)Análogos da Hipoxantina e ligam-sefirmemente à xantina oxidase[ácido úrico][Hipoxantina] e [xantina]excreção

Doenças por Imunodeficiência• Deficiência da ADA (adenosina desaminase)• Deficiência da PNP (purina nucleosídeo fosforilase)↓ Células T e B↑ dATP e S-Adenosil-Homociseína↓Células TPNP (Purina nucleosídeo fosforilase)

Síndrome da Imunodeficiência CombinadaSevera (SIDC)É um grupo de desordens genéticas caracterizadas pelaausência de resposta imune a infecções. Estaimunodeficiência imunológica é atribuída a incapacidadede proliferação de linfócitos B e T e produção deanticorpos com reação normal a antígenosDeficiência de Adenosina Desaminase (ADA)• Desoxiadenosina dAMP dATPSintese de DesoxinucleotídeosDNA Linfócitos T e B

• ADA é uma enzima dependente de Zn 2+deficiência de Zn 2+ reduz função imune• Na ausência da ADA, a desoxiadenosina não édegradada, sendo convertida a dAMP e ATP.• Cerca de 30% dos pacientes sofrem deficiência deADA• A deficiência ADA está também implicada emvárias outras doenças: AIDS, anemia, linfomase leucemias

Deficiência de Adenosina Desaminase (ADA)• dATP é um potente inibidor de retroalimentação(feedback) da biosíntese de desonucleotídeos.• Sem desoxinucleotídeos, o DNA não pode serreplicado e as células não podem sofrer divisão,impedindo a proliferação de linfócitos(susceptíveis à diminuição da síntese de DNA)

Síndrome de Lesch-Nyhan• Doença congênita, recessiva, ligada ao sexo• Hiperuricemia: produção elevada de ácido úrico• Problemas neurológicos (espasticidade, retardomental, comportamento agressivo e auto-mutilação)• insuficiência renal• Deficiência severa ou total da HGPRTase (gene nocormossomo X).• Não ocorre reutilização das bases• Excreção de xantina e hipoxantina

Síndrome de Lesch-Nyhantetraidrobiopterina↓ HGPRTase↓GTPSíntese deneurotransmissoresManifestaçõesneurológicasProteína GTratamento:Alopurinol↓ Ácido Úrico

Síndrome de Lesch-NyhanCriança com síndome de Lesch-Nyhan mentalmente retardadacom movimentos involuntários. Lábios mutilados de criança.

Síndrome de Lesch-Nyhan• Embora a HGPRTase pareça ter um papelsecundário no metabolismo de basespúricas, sua ausência implica emconseqüências drásticas:A biossíntese de novo das purinas éaumentada 200 vezes e os níveis de ácidoúrico no sangue são muito elevadosAberrações neurológicas – ainda nãoexplicadas

Doenças Provenientes de defeitos noMetabolismo de Nucleotídeos Derivadosda Pirimidina• Acidúria Orótica Hereditária doença raríssima• Sintomas:Anemia severa, retardo no crescimento e aumentona excreção de ácido orótico.• Tratamento:UridinaReversão do problema hematológicoDiminuição de ácido orótico

Fármacos Inibidores da Síntese deNucleotídeos Ácidos NucléicosQuimioterápicos e Antivirais• Antifolatos Inibidores de THF• Antagonistas da Glutamina• Inibidores da Ribonucleotídeo Redutase• Agentes antivirais Análogos da Purina ePirimidina• Antimetabólitos Análogos Estruturais de BasesNitrogenadas ou de Nucleosídeos

Antifolatos Inibidores de THFDevlin,1995

Antifolatos Inibidores de THFInibição da síntese de THF pelo Metotrexato.Devlin,1995

Relação entre o THF, síntese de novo dasPurinas e Síntese de dTMPDevlin,1995

Antagonistas da GlutaminaDevlin,1995

Inibidores da Ribonucleotídeo RedutaseDevlin,1995

Agentes antivirais Análogos daPurina e PirimidinaDevlin,1995

Antimetabólitos Análogos Estruturais de BasesNitrogenadas ou de NucleosídeosDevlin,1995

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS• -Strauer, L. Bioquímica. 4 a ed. Guanabara Koogan,1996, Rio de Janeiro, 1000p.• -Garret, R.H., Grisham, C.M., Biochemistry, SaundersColleg. Pub., Nova Iorque, 1995, 1100p.• -Leningher, D.L., Cox, M.M., Principles ofBiochemistry, Worth Pub., 3 a ed., Nova Iorque, 2000.• -Voet, D., Voet, J.G., Biochemistry, 2a ed., JohnWiley, Nova Iorque, 1995.• -Devlin, T.M., Manual de Bioquímica comCorrelações Clínicas (tradução), Edgard Blücher, 4 aed., 1998,1007p.

LEITURAS RECOMENDADAS• Calladine, C.R. & Drew, H.R., Understanding DNA:The Molecule and how it works, 2 a ed., AcademicPress, Nova Iorque, 1999, 283p.• DePamphilis, M.L., Concepts in Eukayotic DNAReplication, CSHL Press, Nova Iorque, 1999, 520p.• Ridley, M. Evolution, Oxford University Press,Oxford, 1997, 430p.• Davies, K., Decifrando o Genoma Humano. Editorasdas Letras (Tradução), São Paulo, 2001, 469p.