Capítulo 22, Bioquímica de Lehninger, 2009.

En nódulos de la raíz de

plantas leguminosas viven

bacterias fijadoras de

nitrógeno en forma simbiótica

La mayor parte del nitrógeno existente en seres vivos se encuentra incorporado en aminoácidos y ácidos nucléicos.

Las vías metabólicas de aminoácidos y de ácidos nucléicos están extensamente interelacionadas, ya que comparten intermediarios clave.

Algunos aminoácidos, o partes de aminoácidos, se incorporan en la estructura de las purinas y pirimidinas.

En el caso del aminoácido histidina, un anillo purínico es incorporado a su estructura.

Aminoácidos y nucleótidos deben sintetizarse únicamente en las proporciones correctas en el momento indicado. Por ello su síntesis está estrictamente regulada, de forma coordinada una con otra.

Debido a que ambas moléculas tienen carga eléctrica a pH fisiológico, la cantidad debe controlarse para mantener el balance osmótico de la célula.

El ciclo del nitrógeno mantiene una reserva de nitrógeno

disponible para reacciones biológicas

Se lleva a cabo por enzimas del complejo nitrogenasa.

Nitrificación

Plantas y

bacterias pueden

reducir nitritos y

nitratos a amonio

por medio de las

enzimas nitrato y

nitrito

reductasas.

Componentes cruciales: dinitrogenasa reductasa (dímero con un solo centro 4Fe-4S) y dinitrogenasa (tetrámero con dos copias de dos subunidades diferentes, contiene centros redox con Fe y Mo. En variantes de nitrogenasa puede haber Va en lugar de Mo)

Nitrógeno reducido en forma de NH4+ es asimilado primero dentro

de los aminoácidos y luego dentro de otras biomoléculas que contienen nitrógeno.

Los aminoácidos glutamato y glutamina son los aminoácidos que proveen el punto crítico de entrada. Ambos se encuentran en altas concentraciones en la mayoría de células y fluidos extracelulares.

◦ Glutamato: fuente de grupos amino para otros aminoácidos por medio de reacciones de transaminación.

◦ Glutamina: fuente de grupos amino en varios procesos biosintéticos

VIAS BIOSINTETICAS QUE DAN ORIGEN A LA FORMACIÓN DE

GLUTAMATO Y GLUTAMINA

• La vía mas importante usada para incorporar el amonio en glutamato

ocurre en dos pasos. Requiere glutamina sintetasa:

• Producción de glutamato en bacterias y plantas:

• Producción de glutamato en animales:

•Se producen altas concentraciones de glutamato por transaminación de

a-cetoglutarato durante catabolismo de aminoácidos.

acetoglutarato + glutamina + NADPH+ H+ 2 glutamato

Glutamato

sintasa

acetoglutarato + NH4+ + NADPH Glutamato + NADP+ + H2O

•Se produce también, aunque en menor escala, por la reacción: Glutamato

deshidrogenasa

Glutamato + NH4+ + ATP glutamina

Glutamina

sintetasa

Es el punto de entrada del N2 reducido.

Primer nivel: regulación alostérica acumulativa, ejercida por 6 productos finales del metabolismo de la glutamina, alanina y glicina = inhibición concertada.

Segundo nivel: modificaciones covalentes. La enzima se inhibe por adenililación (adición de AMP) de la Tyr397 cercana al sitio activo.

Tercer nivel: regulación genética.

Efecto final: disminuir la actividad de la glutamina sintetasa cuando los niveles de glutamina están altos, y aumentar su actividad cuando estos disminuyen y hay disponibilidad de a-cetoglutarato y ATP.

Biosíntesis de aminoácidos: fuentes de esqueletos de

carbono

•Todos los aminoácidos se derivan de intermediarios de

la glucólisis, ciclo de Krebs o de la vía de la pentosa

fosfato.

•Los donadores de nitrógeno son glutamato y

glutamina.

GENERALIDADES

Cofactores utilizados en vias biosintéticas de

aminoácidos y nucleótidos:

•Piridoxal fosfato

•Tetrahidrofolato

•S-adenosilmetionina

PRPP: Intermediario importante en varias vías de síntesis de

aminoácidos y nucleótidos

• Se sintetiza a partir de ribosa-5- fosfato, derivada de la vía de las pentosas

fosfato.

3 aminoácidos no esenciales y 6 esenciales son sintetizados a partir

de oxaloacetato y piruvato

Corismato es un intermediario clave en la síntesis de triptofano, fenilalanina

y tirosina (aminoacidos aromáticos) en bacterias y plantas. A partir de él se

bifurcan las vias biosintéticas que dan origen a cada uno de los 3 aminoacidos.

La biosíntesis de histidina utiliza precursores de la

biosíntesis de purinas

Precursor No. 1

Precursor No. 2

Precursor 3

La biosíntesis de aminoácidos está bajo regulación alostérica

a) Inhibición por

producto final

La biosíntesis de aminoácidos está bajo regulación alostérica

b) Inhibición por

retroalimentación secuencial

en el caso de multiplicidad de

enzimas

Isozimas

controladas

independien-

temente

¿Qué otras moléculas,

además de proteínas, se

derivan de los aminoácidos?

Hormonas Coenzimas Nucleótidos Alcaloides Porfirinas Antibióticos Pigmentos Neurotransmisores

Biosíntesis de

protoporfirina IX

¿Qué relación tienen las porfirias con el

vampirismo?

Degradación de hemoglobina en el bazo.

Bilirubina

Componente bilis

Urobilina

Ictericia

Protección contra daño oxidativo.

Regulación de funciones celulares (vasodilatación, neurotransmisión).

Biosíntesis de algunos neutrotransmisores

•¿Relación entre dopamina y enfermedad de

Parkinson?

•¿Relación entre dopamina y esquizofrenia?

•¿Relación entre GABA y epilepsia?

•¿Relación entre histamina y cimetidina?

•¿Relación entre serotoninas y depresión?

PREGUNTAS QUE DEBE RESPONDERSE EL ESTUDIANTE

DE BIOQUIMICA!!!!

Neurotransmisor presente en el tejido cerebral.

Inhibe varios de los circuitos neuronales normales.

Alteraciones en estos circuitos GABAérgicos se asocian con la enfermedad de Huntington (mal de San Vito), Parkinson, demencia senil, Alzheimer y esquizofrenia.

http://www.javeriana.edu.co/Facultades/

Ciencias/neurobioquimica/libros/neurobio

quimica/GABA.htm

¿Qué funciones tiene el óxido nítrico?

Precursores de DNA y RNA.

Acarreadores de energía química (principalmente ATP y en menor grado GDP).

Componentes de los cofactores NAD, FAD, S-adenosilmetionina y coenzima A.

Componentes de intermediarios biosintéticos activados como UDP-glucosa y CDP-diacilglicerol.

Mensajeros intracelulares (AMPc y GMPc).

Existen 2 tipos de vías que suplen al organismo de nucleótidos:

a) Síntesis de novo: A partir de precursores metabólicos en vias biosíntéticas: aminoácidos, ribosa 5-fosfato, CO2 y NH3.

b) Vías de reciclaje o recuperación: reciclan las bases libres y los nucleósidos liberados durante la degradación de ácidos nucléicos.

El anillo de purina se sintetiza a partir de átomos simples, y se pega a la ribosa durante el proceso.

El anillo de pirimidina se sintetiza como orotato, se pega a la ribosa fosfato y luego se convierte en un nucleótido pirimídico.

Precursores importantes compartidos en la síntesis de purinas y pirimidinas:

a. Fosforibosil pirofosfato (PRPP).

b. Dos aminoácidos: glicina (síntesis de purinas) y aspartato (síntesis de pirimidinas).

c. Glutamato es la principal fuente de nitrógeno en ambas vías.

d. Aspartato es utilizado también como fuente de nitrógeno en la vía de las purinas.

Biosíntesis del anillo de purina

•Orígen de los

átomos que

conforman los

anillos de las

purinas

Precursor común

en purinas y

pirimidinas

Provienen del

formil H4

folato (ácido

fólico)

Primer

intermediario

con anillo

purínico

Biosíntesis de AMP y GMP a partir de IMP

Mecanismos de

regulación en la

biosíntesis de adenina y

guanina en E. coli

De novo

síntesis de

pirimidinas via

orotidilato

•Nucleótidos de pirimidina

son sintetizados a partir de

aspartato, PRPP y carbamil

fosfato

Los ribonucleótidos son precursores de los

desoxiribonucleótidos (dNTP)

Timina es un derivado de dCDP y dUMP

¿Qué relación existe entre la deficiencia de ácido fólico y la presencia de enfermedades cardíacas, cáncer y mal funcionamiento cerebral?

La degradación de purinas y pirimidinas produce ácido úrico y urea respectivamente

Catabolismo

de la timina

(ejempo de

pirimidinas)

Intermediario del

catabolismo de valina

NH4+ Síntesis de

urea

Bases púricas y pirimídicas libres se producen constantemente durante la degradación metabólica de nucleótidos.

Las bases púricas libres se reciclan principalmente para sintetizar nucleótidos por medio de una reacción simple.

Ejemplo: el reciclaje de adenina está catalizado por la enzima adenosina fosforibosiltransferasa:

Adenina + PRPP AMP + PPi

Guanina libre e hipoxantina (producto de la desaminación

de adenina) se reciclan de la misma forma, por medio de

la acción de la enzima hipoxantina-guanina

fosforibosiltransferasa.

Las pirimidinas se reciclan de manera similar a las

purinas.

Defectos genéticos en estas vías pueden tener efectos

devastadores. Ejemplo: Síndrome de Lesch-Nyhan

Individuos que lo padecen carecen del gen que codifica por la enzima hipoxantina-guanina fosforibosiltransferasa.

Automutilación, retardo mental, escasa coordinación, hostilidad. Se manifiesta a los 2 años de edad.

En ausencia de la enzima que recicla hipoxantina y guanina, los niveles de PRPP se elevan, produciendose una elevada síntesis de purinas, resultando en una excesiva producción de ácido úrico que daña tejidos de forma similar a como ocurre en casos de gota.

El cerebro es especialmente dependiente de éstas vías de reciclaje, lo cual posiblemente explique el daño al sistema nervioso central de los niños que lo padecen.

Gota: enfermedad de las articulaciones producida por una elevada concentración de ácido úrico en sangre y tejidos.

Articulaciones inflamadas, dolorosas y artríticas debido a la deposición de cristales de urato de sodio.

Riñones afectados por exceso de ácido úrico depositado en túbulos renales.

Afecta principalmente a hombres.

Causa precisa es desconocida. Se cree que se trata de una deficiencia genética de alguna enzima relacionada con el metabolismo de las purinas.

La gota se trata con una terapia que combina el

tratamiento farmacológico y nutricional

•Se eliminan las comidas

ricas en nucleótidos y

ácidos nucléicos.

•Gran alivio de síntomas con

uso de alopurinol, un inhibidor

de la enzima xantina oxidasa

(inhibición competitiva).

•Al inhibirse la xantina oxidasa,

los productos que se excretan

del metabolismo de purinas

son xantina e hipoxantina (mas

solubles en agua, no precipitan

como cristales) .

Diversos agentes

terapéuticos tienen como

blanco de acción enzimas de

las vías biosintéticas de

nucleótidos

•Las células cancerosas crecen

mas rápidamente que las células

normales. Por ello requieren mas

nucleótidos para la síntesis de ADN

y ARN. También son mas sensibles

a inhibidores de la biosíntesis de

nucleótidos.

•Ejemplo: inhibición de glutamina

amidotransferasas por compuestos

análogos a la glutamina (Azaserina

y Acivicina).

¿Qué agentes farmacológicos se utilizan en la quimioterapia basada en la inhibición de la síntesis de timina?

¿Cuál es el mecanismo de acción del metotrexato y la aminopterina?

¿Cómo actúa el alopurinol en el tratamiento de la tripanosomiasis africana?