METABOLISMO DE NUCLEOTIDOS

METABOLISMO DE LOS NUCLEOTIDOS

Docente: Ms. Nathaly Lpez BustamanteAlumna: Mblgo. Birmania Gil Ruizcidos nucleicosLos cidos nucleicos son grandes polmeros formados por la repeticin de monmeros denominados nucletidos, unidos mediante enlaces fosfodister.

Los cidos nucleicos almacenan la informacin gentica de los organismos vivos y son los responsables de la transmisin hereditaria. Existen dos tipos bsicos, el ADN y el ARN.

El descubrimiento de los cidos nucleicos se debe a Friedrich Miescher, quien en el ao 1869 aisl de los ncleos de las clulas una sustancia cida a la que llam nuclena, nombre que posteriormente se cambi a cido nucleico. Posteriormente, en 1953, James Watson y Francis Crick descubrieron la estructura del ADN, empleando la tcnica de difraccin de rayos X.

Hidrolisis de los cidos nucleicos

NUCLEOSIDOS.

Se forman por la unin de una base nitrogenada y la D-Ribosa o con la 2,desoxirribosa, mediante un enlace -N-glicosdico entre el carbono anomrico del azcar y el nitrgeno N1 de la pirimidina o el nitrgeno N9 de la purina.

Composicin de bases del ADNLas bases nitrogenadas que forman parte de los cidos nucleicos son de dos tipos, pricas y pirimidnicas. Las bases pricas derivadas de la purina (fusin de un anillo pirimidnico y uno de imidazol) son la Adenina (6-aminopurina) y la Guanina (2-amino-6-hidroxipurina). Las bases pirimidnicas (derivadas de la pirimidina) son la Timina (2,6-dihidroxi-5-metilpirimidina o tambin llamada 5-metiluracilo), Citosina (2-hidroxi-6-aminopirimidina) y Uracilo (2,6-dihidroxipirimidina). Las bases nitrogenadas que forman normalmente parte del ADN son: Adenina (A), Guanina (G), Citosina y Timina (T). Las bases nitrogenadas que forman parte de el ARN son: Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) y Uracilo (U). Por tanto, la Timina es especfica del ADN y el Uracilo es especfico del ARN

Reglas de ChargaffLa proporcin de Adenina (A) es igual a la de Timina (T). A = T . La relacin entre Adenina y Timina es igual a la unidad (A/T = 1).La proporcin de Guanina (G) es igual a la de Citosina (C). G= C. La relacin entre Guanina y Citosina es igual a la unidad ( G/C=1).La proporcin de bases pricas (A+G) es igual a la de las bases pirimidnicas (T+C). (A+G) = (T + C). La relacin entre (A+G) y (T+C) es igual a la unidad (A+G)/(T+C)=1.Sin embargo, la proporcin entre (A+T) y (G+C) era caracterstica de cada organismo, pudiendo tomar por tanto, diferentes valores segn la especie estudiada. Este resultado indicaba que los cidos nucleicos no eran la repeticin montona de un tetranucletido. Exista variabilidad en la composicin de bases nitrogenadas.

Estructura del ADNEstructura de doble hlice formada por 2 cadenas polinucleotdicas que se enrollan helicoidalmente una sobre la otra sobre un eje imaginario central.En ambas cadenas las bases se encuentran apiladas en el interior, y de esta forma pueden interactuar con las bases de la otra cadena por puentes de hidrgeno.Los enlaces de hidrgeno y las interacciones de Van der Waals entre los pares de bases apiladas, contribuyen a estabilizar la estructura helicoidal.

Desnaturalizacin trmica del ADNLa desnaturalizacin de cidos nucleicos como el ADN por altas temperaturas produce una separacin de la doble hlice, que ocurre porque los enlaces o puentes de hidrgeno se rompen. Esto puede ocurrir durante la reaccin en cadena de la polimerasa; las cadenas del cido nucleico vuelven a unirse (renaturalizarse) una vez que las condiciones "normales" se restauran.

Al desnaturalizarse, las dos hebras de DNA se separan y pasan a una conformacin al azar (ovillo aleatorio), sin que se altere la estructura primaria, pues no hay ruptura de enlaces covalentes. HibridacinEl ADN desnaturalizado puede ser renaturalizado de nuevo; cuando se enfria lentamente, el ADN desnaturalizado mediante calentamiento vuelve a dar lugar a una doble helice intacta. Sin embargo si el el enfriamiento es rapido, la mayor parte de la molecula de ADN se mantiene desnaturalizado.La capacidad de regeneracio se caracteriza por una gran especificidad con respecto a la cadena complemntaria, siendo posible formar helices hibridas con cadenas complementarias de ARN.

Estructura de ARNARN mensajeroLleva la informacin sobre la secuencia de aminocidos de la protena desde el ADN, lugar en que est inscrita, hasta el ribosoma, lugar en que se sintetizan las protenas de la clula. Es, por tanto, una molcula intermediaria entre el ADN y la protena y apelativo de "mensajero" es del todo descriptivo. En eucariotas, el ARNm se sintetiza en el nucleoplasma del ncleo celular y donde es procesado antes de acceder al citosol, donde se hallan los ribosomas, a travs de los poros de la envoltura nuclear.

ARN de transferencia Son cortos polmeros de unos 80 nucletidos que transfiere un aminocido especfico al polipptido en crecimiento; se unen a lugares especficos del ribosoma durante la traduccin. Tienen un sitio especfico para la fijacin del aminocido (extremo 3') y un anticodn formado por un triplete de nucletidos que se une al codn complementario del ARNm mediante puentes de hidrgeno. Estos ARNt, al igual que otros tipos de ARN, pueden ser modificados post-transcripcionalmente por enzimas.

ARN ribosmico o ribosomalEl ARNr se halla combinado con protenas para formar los ribosomas, donde representa unas 2/3 partes de los mismos. En procariotas, la subunidad mayor del ribosoma contiene dos molculas de ARNr y la subunidad menor, una. En los eucariotas, la subunidad mayor contiene tres molculas de ARNr y la menor, una. En ambos casos, sobre el armazn constituido por los ARNm se asocian protenas especficas. El ARNr es muy abundante y representa el 80% del ARN hallado en el citoplasma de las clulas eucariotas. Los ARN ribosmicos son el componente cataltico de los ribosomas; se encargan de crear los enlaces peptdicos entre los aminocidos del polipptido en formacin durante la sntesis de protenas; actan, pues, como ribozimas.

Figura 1: Traduccin del RNA mensajero con ayuda del RNA de transferencia. Obsrvese cmo de un lado de la molcula de RNA de transferencia se encuentra la secuencia de tres nucletidos y del otro lado el aminocido correspondiente.Biosntesis de los nucletidos pricos y pirimdicosFunciones del cido flico

El cido flico es considerado como una vitamina hidrosoluble que pertenece al complejo B. Tambin se lo conoce como folacina o folatos cuya etimologa proviene del latn 'folium' que significa hoja.

Esta vitamina es fundamental para llevar a cabo todas las funciones de nuestro organismo. Su gran importancia radica en que el cido flico es esencial a nivel celular para sintetizar ADN, que trasmite los caracteres genticos, y para sintetizar tambin ARN, necesario para formar las protenas y tejido del cuerpo y otros procesos celulares. Por lo tanto la presencia de cido flico en nuestro organismo es indispensable para la correcta divisin y duplicacin celular.

NUCLEOTIDOS DE PURINAEl hgado es el sitio principal de la biosntesis de nucletidos de purina, proporciona purinas y nucletidos de purina para los sitios que no son capaces de biosintetizarlos:

El cerebro humano : disminucin de amidotransferasaEritrocitos y leucocitos PMN : no sintetizan 5 fosforribosilamina

Los organismos pueden sintetizar nucletidos de purina y pirimidina de novo, es decir a partir de molculas pequeas

BIOSINTESISProcesos que contribuyen a la biosntesis de Nucletidos de purina

Sntesis de intermediarios anfibolicos (sntesis de novo) Reacciones de rescate ( salvamento)Fosforilacin de purinasFosforilacin de nucletidos de purina

Todas las enzimas involucradas en la biosntesis de purinas se encuentran en el CITOSOL.

Procedencia de los tomos del anillo de PURINA

Anillo de PurinaGLUTAMINAFORMIATOASPARTATOGLICINACO2Mediante el uso de marcadores isotpicos, se pudo determinar el origen de los tomos de carbono y nitrgeno que forman el anillo de purinas

El anillo de purina se forma por la unin de una serie de precursores. La glicina suministra los C-4 y C-5 y el N-7. El tomo de N-1 proviene del aspartato. Los otros 2 tomos de Nitrgeno provienen del grupo amida de la cadena lateral de glutamina. Los derivados activados de tetrahidrofolato proporcionan el C-2 y C-8, mientras el CO2 es la fuente del C-1.

17BIOSINTESIS DE NOVO NUCLEOTIDOS DE PURINALa sntesis de novo comienza con la formacin de 5-fosfato-a-D- ribosil-pirofosfato (PRPP)

El sustrato de esta reaccin es la a-D-ribosa 5 fosfato (ruta de las pentosas fosfato)

OHHBIOSINTESIS DE NOVONUCLEOTIDOS DE PURINA

ATPAMPa-D-Ribosa-5-fosfato5-Fosfo-a-D-Ribosil-1-pirofosfato ( PRPP )

Ribosa-5-fosfato pirofosfoquinasaLas etapas de formacin de purinas comprenden:a) Condensacin de ribosa -5-fosfato para dar fosforribosilpirofosfato (PRPP).

19NUCLEOTIDOS DE PURINA

El determinante principal de la rapidez de la biosntesis es la concentracin de PRPP

La rapidez de sntesis de PRPP depende de la disponibilidad de la ribosa 5-fosfato y de la actividad de la PRPP sintetasa

El PRPP se convierte a inosina monofosfato

Formacin de IMP a partir de Fosforibosilamina El IMP es el primer nucletido que se forma en la va de biosntesis de novo de las purinas, a partir de intermediadores anfiblicosA partir de PRA se va sintetizando el anillo de IMP sobre el nitrgeno que proviene de Glutamina. Desde PRA hasta IMP se gastan 4 ATP.Interviene los aminocidos Glicina, Glutamina (-NH2) y Aspartato (-NH2) y se libera Glutamato y FumaratoDerivados del FH4 proveen grupos de 1 tomo de carbono.Se incorpora un carbono proveniente de CO2

21Formacin de 5-Fosfo-b-ribosilamina

GlutaminaGlutamatoH2OPPiMg+

Amido fosforribosil transferasaNH25-Fosfo-a-D-Ribosil-1-pirofosfato ( PRPP )5-Fosfo-b-D-ribosilamina (PRA)Las etapas de formacin de purinas comprenden:a) Condensacin de ribosa -5-fosfato para dar fosforribosilpirofosfato (PRPP).b) Incorporacin del grupo amino del cido glutmico al PRPP y liberacinde pirofosfato. Esta reaccin escatalizada por la PRPP amidotransferasa.c) Incorporacin de glicina y otras sustancias hasta obtener nucletidos de purina.

22Formacin de IMP

Las etapas de formacin de purinas comprenden:a) Condensacin de ribosa -5-fosfato para dar fosforribosilpirofosfato (PRPP).b) Incorporacin del grupo amino del cido glutmico al PRPP y liberacinde pirofosfato. Esta reaccin escatalizada por la PRPP amidotransferasa.c) Incorporacin de glicina y otras sustancias hasta obtener nucletidos de purina.

23

2424

1- glutamina fosforribosil-pirofosfato amido-transferasa

La sntesis de IMP requiere de cinco moles de ATP, dos moles de glutamina, una mol de glicina, una mol de CO2, una mol de aspartato y dos moles de formato.

25Requiere de 10 enzimas:Glutamina fosforibosil pirofosfato amidotransferasaGlicinamida ribtido sintasaGlicinamida ribtido transformilasaFormil-glicinamida sintasaAmino-imidazol ribtido sintasaAmino-imidazol ribtido carboxilasaSuccinil-amino-imidazol carboxamida ribtido sintasaAdenilo-succinato liasaAmino-imidazol carboxamida ribotide transformilasaIMP ciclohidrolasa 26CONVERSION DE IMP EN AMP

El IMP representa un punto de ramificacin para la biosntesis de purinas, porque puede ser convertido en AMP o GMP a travs de dos distintas vas de reaccin.

La va que conduce a AMP requiere energa en forma de GTP

La que lleva a GMP requiere energa en forma de ATP.

conversin de IMP a GMP y AMP28

MONONUCLEOTIDOSLAS REACCIONES DE RECUPERACIN CONVIERTEN PURINAS Y SUS NUCLEOSIDOS EN MONONUCLETIDOS CONVERSION DE PURINAS :PURINA LIBREFOSFORRIBOSILACIN30

Reacciones de rescateConversin de purinas, ribonucleosidos, y Desoxirribonuclesidos en mononucleotidos

1. La fosforilacin mediante PRPP de una Purina libre para formar un 5mononucleotido de purina (mecanismo mas importante)

Transferencia de fosforilo desde ATP a un ribonuclesido de purina (Adenosin cinasa y la desoxicitidina)

VIAS DE RECUPERACIONLas bases pricas libres se recuperan

Hipoxantina + PRPP IMP + PPi

Guanina + PRPP GMP + PPI

Adenina + PRPP AMP + PPiAdenosina fosforribosil transferasa (APRT)Hipoxantian-guanina fosforribosil transferasa (HGPRT)La PRPP sintetasa una enzima sensible a la inhibicin por retroalimentacin que ejercen AMP, ADP,GMP Y GDP

El AMP Y GMP inhiben por Retroalimentacin la denilSuccinato sintasa y la IMP deshidrogenasa

La conversion de IMP a AMP requiere de GTP, La conversion de XMP en GMP requiere de ATP

EL AMP Y GMP Inhibe la hipoxantina- guanina fosforribosiltransferasa

GMP inhibe la Glutamilamidotransferasa se PRPP

Regulacin de la biosntesis de los nucletidos de purina:REGULACION DE LA BIOSINTESIS DE Nucletidos Pricosa-D-ribosa-5-fosfatoPRPP5-Fosfo-b-D-ribosilamina (PRA)IMPGTPGDPGMPAMPADPATPAmido fosforribosil transferasaRibosa-5-fosfato pirofosfoquinasaAc.AdenilsuccnicoXMP

IMPDes hidrogenasa

Adenilosuccinato sintetasa

GMP

AMP

GMPAMPIMPGMPAMPIMP

+

IMPAc. Xantlico (XMP)GMP-SintetasaIMP-DeshidrogenasaGMPAMPAc.AdenilsuccnicoAdenilosuccinato sintetasaAdenilosuccinato liasaRESUMEN DE LA BIOSINTESIS DE NUCLEOTIDOS PURICOSSUSTRATO: a-D-ribosa-5-fosfato (V.PP)AMINOACIDOS: Glutamina, Glicina, AspartatoProductos secundarios: Fumarato y GlutamatoDerivados de FH4: N10formil FH4Dadores de Energa: ATP y GTPIngresa una molcula de CO2 y se produce una de NADHRESUMEN DE LA VIA DE BIFURCACIONEl IMP se transforma en AMP por adicin de un grupo amino en posicin C=6El grupo amino de AMP proviene de Aspartato.Los carbonos de Aspartato se liberan como fumaratoEl IMP se transforma en GMP por adicin de un grupo amino en posicin C=2El grupo amino de GMP proviene de GlutaminaLa glutamina cede el grupo amino liberndose glutamato.DEGRADACION DE PURINAS- FORMACION DE ACIDO URICOAMPH2OPi

NucleotidasaAdenosinaH2ONH3

desaminasaH2ORibosa

Hipoxantina

XantinaXantina OxidasaH2O + O2H2O2

Xantina Oxidasa

H2O + O2H2O2

Acido UricoGMPGuanosinaGuaninadesaminasaHipoxantinaResumen de la degradacin de bases pricasLos mononucletidos (AMP y GMP) deben perder el grupo fosfato, la ribosa y el grupo amino para formar Hipoxantina y Xantina respectivamente.

El producto final de la degradacin es el ACIDO URICO

El cido rico es poco soluble y cuando aumenta su produccin precipita (rin, articulaciones)

El depsito de cido rico produce la GOTA

La dieta en estos casos debe ser pobre en: protenas, vsceras, mollejas, espinaca, bajo consumo de alcohol, caf, etc.

El frmaco Alopurinol inhibe la enzima Xantina oxidasa disminuyendo la produccin de cido rico

Primero se sintetiza el anillo de pirimidina.Requiere de Carbamil fosfatoUtiliza dos aminocidos: Glutamina y AspartatoSe sintetiza UTP y CTPActa una protena trifuncional: CADBIOSINTESIS DE NUCLEOTIDOS PIRIMIDINICOS

El anillo de pirimidina se ensambla primero y luego se liga a la ribosa fosfato

Los tomos de carbono y nitrgeno del anillo: Del bicarbonato, el aspartato, y gluatamina

La orotidina 5-fosfato;OMPEs el primer nucletido de la ruta por reaccin con el PRPP

EL UMP es un precursor de los Nucletidos de pirimidina: UTP y CTP NUCLEOTIDOS DE PIRIMIDINA

BIOSINTESIS DE CARBAMILFOSFATO

+HCO3GlutaminaGlutamatoCarbamoil fosfato sintetasa IIATPADP+ O

H2N-C-O-P

Carbamil fosfato

.

AspartatoCarbamilfosfatoN-CarbamilAspartatoATCasaL-DihidroorotatoOrotatoDihidroorotasaDihidroorotatoDeshidrogenasBIOSINTESIS DE OROTATO

PRPPOrotatoFosforribosiltransferasaOrotilidato (OMP)Uridilato (UMP)OMPDescarboxilasaQuinasaQuinasaGlutaminaCitidilatosintetasaUMPRibosa-PCTPUTPRecuperacin de PirimidinasUridina + ATPUMP + ADP

Citidina + ATP CMP + ADP

Timidina + ATP TMP + ADP

Degradacin de Bases Pirimidinicas

UraciloDesoxiuridinaRibosa-1-PCitosinaUridinaCitidinaDesoxiribosa-1-PDihidrouraciloDihidrouraciloAcido b-ureidopropionicob-Alanina+ NH3 + CO2Degradacin de Bases PirimidnicasSe forman compuestos muy solubles que pueden ser eliminados fcilmente.

Los productos de degradacin son: CO2, NH4+, b-alanina y b-aminoisobutirato.

El b-aminoisobutirato puede degradarse a Succinil-CoA que puede ingresar al Ciclo de Krebs.Biosintesis de desoxirribonucleotidosNADPH+ H+Tiorredoxina (SH2)

Tiorredoxina (S-S)

Ribonucletido reductasaNADP+

BaseBaseOHH

Tiorredoxina reductasaBIOSINTESIS DE TMP

Timidilato sintasaCH3

USO DE FARMACOS CAPACES DE INHIBIR ENZIMAS IMPLICADAS EN EL METABOLISMO DE NUCLEOTIDOSALOPURINOL: Inhibe la Xantina oxidasa (Inh. Suicida)- Tratamiento de la Gota

Azaserina: Inh. Glutamina aminotransferasa (Inh. Suicida)- Anticancergeno

Fluoruracilo:FdUMP- Inh. Timidilato sintasa- Quimioterpico.

Metotrexato y Aminopterina: Dihidrofolato reductasa. Quimioterpico.