Síntesis de NucleótidosAntonio E. Serrano PhD. MT.Cátedra de Bioquímica - 2012@xideralxideral.com

Bases, Nucleótidos y Nucleósidos

BaseAdenina

Base + AzúcarDeoxyadenosina

Base + Azúcar + FosfatoDeoxyadenosina Trifosfato

Bases Nitrogenadas• Planas, Aromáticas y heterocíclicas• Derivadas de Purina o Pirimidina

Bases NitrogenadasPurines Pyrimidines

Pentosas

D-Ribosa 2’-Deoxyribosa

Nucleósidos

• Union de una azúcar con una purina o pirimidina a través de un enlace N-glicosídico

Nucleósidos y Nucleótidos

Funciones Celulares de los Nucleótidos• Metabolismo Energético : ATP• Monómeros de Ácidos Nucleicos• Regulación de Procesos Fisiológicos• Control de Flujo sanguíneo : Adenosina• Moléculas de señalización intracelular: cAMP y cGMP

• Coenzimas : AMP• Transporte de Protones/Electrones : FAD/NAD• Intermediarios activados : UDP-Glucosa• Regulación Alostérica• Intervienen en la biosíntesis de Coenzima A

Purinas y Pirimidinas• Síntesis• De Novo• Rescate

• Degradación

Purinas y Pirimidinas

Adenine Guanine

Thymine/Uracil Cytosine

Purinas

Pirimidinas

Vías de Síntesis

De Novo Rescate

Biosíntesis de Bases Púricas• Vias de Novo• Comienza a partir de precursores metabólicos

• Ribosa• Aminoácidos

• Vias de Recuperación:• Reciclan las bases libres y los nucleósidos liberadospor el

recambio de estas biomoléculas.• Provenientes de la absorción intestinal

Biosíntesis del Fosforribosil Pirofosfato (PRPP)

• Precursor común de Vías de Novo y Vias de Recuperación • Se sintetiza a partir de ribosa-5-fosfato y ATP, por accion

de la Fosforribosil pirofosfato sintetasa

PRPP

Síntesis de Fosforribosilamina (PRA)

Vía de Biosíntesis de Purinas

Inosín Monofosfato

OH

H

H

CH2

OH OH

H HO

O2-O3P

-D-Ribose-5-Phosphate (R5P)

O

H

H

CH2

OH OH

H HO

O2-O3P

5-Phosphoribosyl--pyrophosphate (PRPP)

P

O

O

O P

O

O

O

ATP

AMP

RibosePhosphatePyrophosphokinase

H

NH2

H

CH2

OH OH

H HO

O2-O3P

-5-Phosphoribosylamine (PRA)

AmidophosphoribosylTransferase

Glutamine + H2O

Glutamate + PPi

H

NH

H

CH2

OH OH

H HOO2-O3P

CO

H2C NH2

Glycinamide Ribotide (GAR)

GAR Synthetase

Glycine + ATP

ADP+ Pi

H2C

CNH

O

CH

HN

O

Ribose-5-Phosphate

Formylglycinamide ribotide (FGAR)

H2C

CNH

O

CH

HN

HN

Ribose-5-Phosphate

Formylglycinamidine ribotide (FGAM)

THFN10-Formyl-THF

GAR Transformylase

ATP +Glutamine +H2O

ADP +Glutamate + PiFGAM

Synthetase

HC

CN

CH

N

H2N

Ribose-5-Phosphate

4

5

5-Aminoimidazole Ribotide (AIR)

ATP

ADP + PiAIR Synthetase

C

CN

CH

N

H2N

OOC

Ribose-5-Phosphate

4

5

Carboxyamidoimidazole Ribotide (CAIR)

ATP+HCO3

ADP + PiAIR Car boxylase

Aspartate+ ATP

ADP+ Pi

SAICAR Synthetase

AdenylosuccinateLyase

Fumarate

C

CN

CH

N

NH

Ribose-5-Phosphate

4

5

5-Formaminoimidazole-4-carboxamideribotide (FAICAR)

CH2N

O

CH

O

C

CN

CH

N

H2N

Ribose-5-Phosphate

4

5

5-Aminoimidazole-4-carboxamideribotide (AICAR)

CH2N

O

C

CN

CH

N

H2N

CNH

O

HC

COO

CH2

COO

Ribose-5-Phosphate

4

5

5-Aminoimidazole-4-(N-succinylocarboxamide)ribotide (SAICAR)

THF

AICAR Transformylase

N10-Formyl-THF

Inosine Monophosphate (IMP)

HN

HCN

C

CC

N

CH

N

O

4

5

HH

CH2

OH OH

H HOO2-O3P

IMPCyclohydrolase

H2O

Inosín Monofosfato – AMP/GMP• El IMP representa un punto

de ramificación para la biosíntesis de purinas, porque puede ser convertido en AMP o GMP a través de dos distintas vías de reacción.

• La vía que conduce a AMP requiere energía en forma de GTP

• La que lleva a GMP requiere energía en forma de ATP.

Biosíntesis de Novo de Purinas• El gasto energético total de

la síntesis de novo de purinas a partir de ribosa-5-fosfato 8 y 9 ATP para la síntesis de cada uno de los nucleótidos

• Se gastan otras 2 moléculas de ATP para la biosíntesis de los Trifosfatos.

• Indica importancia de las vías de recuperación para la economía celular.

Regulatory Control of Purine Biosynthesis

• Above the level of IMP production:• Independent control• Synergistic control• Feedforward activation by PRPP

• Below level of IMP production• Reciprocal control

• Total amounts of purine nucleotides controlled• Relative amounts of ATP, GTP controlled

Biosíntesis de Bases

Purinas

• Sintetizadas a partir de PRPP• Reguladas por GTP/ATP• Genera IMP• Requiere Energía

Pirimidinas

• Sintetizadas y luego agregadas a PRPP• Reguladas por UTP• Genera UMP/CMP• Requiere Energía

Biosíntesis de Pirimidinas• A partir de:• Glutamina• CO2• Ácido Aspártico

• Anillos de Pirmidinas son sintetizados independientemente de la ribosa y son transferidos a PRPP• Genera UMP

Uracil Cytosine

Síntesis de Pirimidinas Ribonucleótidos

• Uridin Monofosfato (UMP) es el primero en sintetizar.• Anillos de Pirimidinas

son sintetizados completamente y luego se unene ala Ribosa-5-fosfato

2 ATP + HCO3- + Glutamine + H2O

CO

O PO3-2

NH2

Carbamoyl Phosphate

NH2

CNH

CH

CH2

C

COOO

HO

O

Carbamoyl Aspartate

HN

CNH

CH

CH2

C

COOO

O

Dihydroorotate

HN

CNH

C

CHC

COOO

O

Orotate

HN

CN

C

CHC

COOO

O

HH

CH2

OH OH

H HOO2-O3P

Orotidine-5'-monophosphate(OMP)

HN

CN

CH

CHC

O

O

HH

CH2

OH OH

H HOO2-O3P

Uridine Monophosphate(UMP)

2 ADP +Glutamate + Pi

CarbamoylPhosphateSynthetase II

AspartateTranscarbamoylase(ATCase)

Aspartate

Pi

H2O

Dihydroorotase

Quinone

ReducedQuinone

DihydroorotateDehydrogenase

PRPP PPi

Orotate PhosphoribosylTransferase

CO2

OMP Decarboxylase

Síntesis de UMP

UMP UTP y CTP

• Nucleósido monofosfato kinasas transfieren Pi a UMP para formar UDP• Nucleosido difosfato kinasas transfieren Pi desde

ATP al UDP para formar UTP• CTP se forma desde UTP vía CTP Sintetasa.

Formación de Timina• La timina de origina a partir

de deoxiuridina monofosfato. (dUMP)

• UTP es necesario para la produccion de RNA

• Pero dUTP no se requere para DNA

Metabolismo de Nucleótidos

• Biosíntesis es solo para la producción de ribonucleótidos

• Desoxiribonucleotidos son sintetizados a partir de ribonucleótidos correspondientes

• Degradación de Purinas y Pirimidinas es la misma para ribonucleótidos y desoxiribonucleótidos

Síntesis de DNA/RNA• A partir de monofosfatos ( ej. GMP) se sintetizan nucleótidos

trifosfatados ( ej. GTP)• Acción realizada por kinasas específicas

Nucleosidos Monofosfatos

NucleosidosDifosfatos

MonophosphateKinases

AMP + ATP 2ADP

GMP + ATP GDP + ADP

Adenilato Kinasa

Guanilato Kinasa

Conversión de Ribonucleótidos a Desoxiribonucleótidos

1´

2´3´

4´5´

1´

2´3´

4´5´

BASE BASE

Desoxiribonucleosido Ribonucleosido

RibonucleotidoReductasa

• Cataliza conversión de NDP a dNDP • Enzima altamente Regulada por retroalimentación negativa• Regula niveles de dNTPS Celular

dNDP a dNTP• Una vez generados los dNDPs por la ribonucleósido reductasa

una kinasa general fosforila para generar dNTPs• GTP• ATP• UTP -> Puede ser aminada a CTP