Rita luz/3.8 Metabolismo de nucleótidos púrinicos e
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Bioquimica Fisiológica Metabolismo de purinas e pirimidinas Metabolismo de purinas e pirimidinas Introdução Bases purínicas e pirimidínicas são compostos aromáticos heterocíclicos, dos quais derivam os nucleótidos e nucleósidos. Principais funções dos nucleótidos purínicos e pirimidínicos: reacções de transferência do grupo fosfato dos NTPs síntese de hidratos de carbono → UDP-glicose e UDP-galactose síntese lipídica → CDP-acilglicerol intermediários de alta energia para síntese de ligações covalentes fazem parte de coenzimas como FAD, NAD, NADP, CoA, Sadenosilmetionina funções reguladoras → efectores alostéricos mensageiros secundários (cAMP, cGMP) precursores de ácidos nucleicos e outros compostos Estas bases absorvem radiação UV → luz UV é mutagénico. As bases púrinicas e pirimidinas provêm da biossíntese e da dieta. O metabolismo destas bases está associado ao ácido úrico e à gota. O ácido úrico é insolúvel na urina ácida, assim os metabolitos xantina e ácido úrico podem ocorrer em calculos urinários. Composição e Estrutura das Purinas e Pirimidinas Purinas e pirimidinas são compostos heterocíclicos, ou seja, são compostos com anéis (cíclicos), com átomos de carbono e outros átomos (hetero), em especial azoto. Costumam ligar-se a uma pentose (açucar), ligada a um grupo NH por uma ligação N-glicosídica. Podem conter um ou mais grupos fosfato esterificados a um grupo OH da pentose. São moléculas essencialmente planas. As mais importantes bases heterocliclicas dos ácidos nucleicos são as purinas adenina e guanina e as pirimidinas citosina, timina (no DNA) e uracilo (RNA) Página 1 de 14 Bioquimica Fisiológica Metabolismo de purinas e pirimidinas Nomenclatura São usados muitos sistemas de numeração para purinas e pirimidinas As Pirimidinas possuem anéis menores (6 carbonos) e as purinas possuem anéis maiores (9 carbonos). Os átomos são numerados no sentido dos ponteiros do relógio na pirimidinas e em sentido retrógrado nas purinas. Nucleótidos A maioria das purinas e pirimidinas existem na célula como nucleótidos Nucleósidos = purina/pirimidina + açucar cíclico (D-ribose ou 2-desoxi-Dribose) com ligação -N-glicosídica entre o N-1 da pirimidina ou o N-9 da purina. Nucleótidos = nucleósidos fosforilados (mono, di ou tri) Conformações N-glicósidos heterocíclicos formam conformações Sin e Anti Após se formar a base heterocíclica, não existe liberdade de rotação na ligação N-glicosídica que une a base à pentose. Deste modo, nucleótidos são estáveis, não interconvertíveis nas conformações sin e anti → só são interconvertíveis pela ruptura e reformação na ligação glicosídica. Ambas as conformações existem na natureza, mas a conformação anti predomina, e participa na formação da dupla cadeia do DNA. Bases secundárias ou incomuns Ácidos nucleicos contém bases minor ou pouco usuais 5-metil-citosina → DNA N6-metiladenina, N6,N6-dimetiladenina, N6,N7-dimetiladenina → mRNA Vários no tRNA Estas bases pouco usuais no DNA e RNA têm funções importantes no reconhecimento de oligonucleótidos e regulação da meia-vida do RNA. Página 2 de 14 Bioquimica Fisiológica Metabolismo de purinas e pirimidinas Funções dos nucleótidos 1. NTP têm elevado potencial de transferência de grupos (ácido anídrico) → fornecem energia a reacções de síntese a) Derivados de adenosina: ADP e ATP estão envolvidos na fosforilação oxidativa, e o ATP é o maior transdutor biológico de energia livre (é muito abundante). O AMPc é mensageiro secundário. O adenosina 3-fosfato-5-fosfossulfato é um dador de grupos sulfato para formação de proteoglicanos ou metabolitos urinários de drogas. S-adenosilmetionina é metionina activa, serve de dador de grupos metil e fonte de propilamina para síntese de poliaminas. b) Derivados de guanina: Participa na conversão de succinil-CoA a succinato GTP é activador da adenilato ciclase, regulador alostérico e fonte de energia para síntese proteica. GMPc é sinal intracelular ou 2º mensageiro c) Derivados de hipoxantina: IMP é um percursor dos nucleótidos purínicos, por desaminação do AMP Desfosforilação do IMP forma inosina, essencial para a recuperação de purinas d) Derivados de uracilo: Derivados de UDP participam na epimerização de açúcares ex.: glicose 1P → galactose 1P, com UDP-glicose UDP-açúcar é dador de açúcar para a síntese de oligossacáridos de glicoproteínas e proteoglicanos UDP-glicuronato é dador de glicoronato para a conjugação da bilirrubina e de drogas como a aspirina e) Derivados de citosina: CTP é necessária para a síntese de alguns fosfoglicéridos como a esfingomielina. 2. Algumas coenzimas são derivados de nucleótidos Nota: Podem ser usados nucleótidos análogos sintéticos para quimioterapia Página 3 de 14 Bioquimica Fisiológica Metabolismo de purinas e pirimidinas Biossíntese dos nucleótidos púrinicos A biossíntese de bases purinicas e pirimidinas é estritramente regulada, dependendo da necessidade fisiológicas dos nucleótidos. O fígado é o principal órgão da biossíntese dos nucleótidos purínicos. Existe uma dependência parcial (cérebro - devido aos niveis baixos de PRPP aminotransferase) ou exclusiva (leucócitos polimorfonucleares e eritrócitos - devido à incapacidade de sintetizar 5-fosforibosilamina) As reacções de síntese e degradação dos nucleótidos purínicos decorrem no citosol. A formação do PRPP (5-fosforibosil-1-pirofosfato) a partir de ribose-5fosfato, exige a dependência da via das fosfopentoses O PRPP é intermediário comum na biossíntese de purinas e pirimidinas e reacções de recuperação das purinas. Existem 2 mecanismos de biossíntese dos nucleótidos purínicos: 1. Sintese“de novo”, a partir de intermediários anfibólicos; 2. Recuperação das purinas: fosforibosilação das purinas; fosforilação de nucleósidos purínicos. Síntese “de novo” Requer a formação do anel de purina a partir de fragmentos de N e C de aminoácidos (glicina, aspartato, glutamato), tetrahidrofolato (N5, N10metenil e N10 formil) e CO2. 11 reacções em sequência sintetizam o 1º produto da via: inosina 5’monofosfato (IMP) O IMP é o precursor de dois mononucleótidos purínicos: AMP (adenosina 5’-monofosfato); GMP (guanosina 5’-monofosfato). Formação de: 1. PRPP: 1º intermediário formado na síntese de novo das purinas e intermediário na via de recuperação de purinas. 2. fosforibosilamina (N9 do anel de purina pela PRPP aminotransferase); 3. 5’fosforibosil-glicinamida (C4, C5 e N7, pela fosforibosil-glicinamida sintetase); 4. 5’fosforibosil-formilglicinamida (C8, por formil transferase); 5. 5’-fosforibosil-formilglicinamidina (N3, por sintetase); 6. 5’-fosforibosil-5-amino-imidazol (encerramento do anel imidazol, por sintetase); 7. 5’-fosforibosil 5-aminoimidazol-4-carboxilato (C6, por carboxilase independente da biotina); 8. 5’-fosforibosil 5-aminoimidazol 4-N succinocarboxamida (N1, por sintetase, que incorpora aspartato); 9. 5’-fosforibosil-5-aminoimidazol-4-carboxamida (separação do fumarato, por adenil-succinase); 10. 5’-fosforibosil-5-formamidoimidazol-4-carboxamida (C2, por formil transferase); 11. IMP (por encerramento do anel, por inosinicase). Página 4 de 14 Bioquimica Fisiológica Metabolismo de purinas e pirimidinas Ribose 5P Sintase ATP AMP 5-Fosforribosil 1-Pirofosfato (PRPP) PRPP aminotransferase Glutamina Glutamato + PPi 5-Fosforribosil amina Sintase Glicina + ATP ADP + Pi 5-Fosforribosil glicinamida Formiltransferase N10 Formil H4 Folato H4 Folato 5-Fosforribosil formil glicinamida Sintase Glutamina + ATP Glutamato + ADP + Pi 5-Fosforribosil formil glicinamidina Sintase ATP ADP + Pi 5-Fosforribosil 5-aminoimidazol Carboxilase CO2 5-Fosforribosil 5-aminoimidazol 4-carboxilato Sintase Aspartato + ATP ADP + Pi 5-Fosforribosil 5-aminoimidazol 4-succinocarboxamida Adenil Succinase Fumarato 5-Fosforribosil 5-aminoimidazol 4-carboxamida Formiltransferase N10 Formil H4 Folato H4 Folato 5-Fosforribosil 5-formaminoimidazol 4-carboxamida Inosinicase NADH + H+ NAD+ Xantosina 5-monofosfato GMP sintase Glutamina + ATP Glutamato + AMP + PPi Guanosina 5-monofosfato Nucleósido cinase GDP, GTP IMP DH H2 Aspartato + GTP Inosina 5-monofosfato GDP + Pi AdenilSuccinato Fumarato Adenil Succinase Adenosina 5-Monofosfato Nucleósido cinase ADP, ATP14 Página 5 de Bioquimica Fisiológica Metabolismo de purinas e pirimidinas Notas: Gasto de 6mol de ATP por mol de IMP formado O tetrahidrofolato é transportador de Formil As enzimas desta via estão organizadas em complexos – Proteinas Multifuncionais. Drogas antifolato ou análogos da glutamina bloqueiam a biossíntese de nucleótidos púrinicos Conversão do IMP em AMP e GMP O IMP depois de formado pode seguir duas vias diferentes: sintese de AMP ou GMP. Ambos os processos dependem de energia: ATP para a biossíntese do GMP; GTP, para a do AMP. Transformação do IMP em AMP: formação de adenil-succinato, por sintetase, através da adição de aspartato formação do AMP, por adenil-succinase, libertando fumarato Transformação do IMP em GMP formação da xantosina 5’-monofosfato, XMP, por desidrogenase NAD+ dependente formação de GMP, por sintetase. A transferência do grupo fosforil do ATP converte mononucleótidos a nucleósidos di- e trifosfatos, catalisada 1º pela monofosfato nucleósido cinase e depois pela difostato nucleósido cinase. Recuperação das purinas As reacções de recuperação requerem muito menos energia que a sintese “de novo”. A origem das bases pode ser exógena (da dieta) ou endógena (de ácidos nucleicos degradados) 1. Fosforibosilação: – Envolve a fosforibosilação de uma purina livre por PRPP, formando purina 5-mononucleótido A fosforibosilação da guanina em GMP e da hipoxantina em IMP é catalisada por fosforibosiltransferases comuns: hipoxantina-guanina fosforribosiltransferase (regulação por IMP ou GMP) A fosforribosilação da adenina em AMP por fosforibosiltransferase específica: adenina fosforibosiltransferase (regulação pelo AMP). PRPP PPi Adenina Adenosina 5-mononucleótido Adenina fosforribosil transferase Página 6 de 14 Bioquimica Fisiológica Metabolismo de purinas e pirimidinas PRPP PPi Hipoxantina Inosina 5-mononucleótido PRPP PPi Guanina Guanosina 5-mononucleótido Hipoxantina-guanina fosforribosil transferase 2. Fosforilação: A fosforilação de nucleósidos purínicos pelo ATP, envolve a adenosina cinase (adenosia AMP ou deoxiadenosina dAMP) e a deoxicitidina cinase (deoxicitidina CMP; deoxiadenosina dAMP; deoxiguanosina dGMP) ATP ADP desoxiGuanosina desoxiGuanosina-mononucleótido ATP ADP desoxiAdenosina desoxiAdenosina mononucleótido ATP ADP desoxiCitidina desoxiCitidina mononucleótido Desoxicitdina cinase ATP ADP Adenosina Adenosina-mononucleótido ATP ADP desoxiadenosina Desoxiadenosina 5-mononucleótido Adenosina cinase Página 7 de 14 Bioquimica Fisiológica Metabolismo de purinas e pirimidinas Regulação da síntese dos nucleótidos purínicos O PRPP é o determinante da velocidade da sintese “de novo” daas purinas. A síntese do PRPP depende da actividade da sintetase do PRPP e da disponibilidade de ribose-5-fosfato. A PRPP sintetase é sensível à concentração de fosfato e às concentrações de ribonucleótidos de purina que actuam como reguladores alostéricos. A principal etapa reguladora é a catalisada pela aminotransferase da fosforibosilamina, que é sensivel à inibição competitiva por nucleótidos púrinicos (AMP e GMP). A inibição da PRPP aminotransferase, transforma esta enzima num dímero inactivo. A libertação do dímero, activa a enzima. O AMP e o GMP regulam a sua própia formação a partir do IMP, por retroinibição. A formação do AMP é regulada a nível da IMP desidrogenase (inibição competitiva pelo GMP) e formação do GMP é controlada na adenilsuccinato sintetase (inibição competitiva pelo AMP). 5-Fosforribosil 1-Pirofosfato (PRPP) PRPP aminotransferase Guanosina 5-monofosfato Inosina 5-monofosfato Adenosina 5-Monofosfato Adenilsuccinato sintase IMP DH GTP ATP Transformação de nucleósidos púrinicos em desoxiribonucleósidos A redução, no carbono 2 dos ribonucleótidos púrinicos é catalizada pelo complexo da nucleótido-redutase, formando difosfatos de desoxiribonucleósidos. A enzima só é activa quando a célula sintetiza activamente DNA, em preparação para a divisão celular. A redução requer tio-redoxina, redutase e NADPH. Ribonucleósido-DP NDP redutase Tioredoxina reduzida Tioredoxina oxidada NADP+ Redutase NADPH + H+ Desoxirribonucleósido-DP Página 8 de 14 Bioquimica Fisiológica Metabolismo de purinas e pirimidinas Catabolismo dos nucleósidos purínicos Os nucleósidos púrinicos são convertidos a ácido úrico Catabolismo dos nucleósidos por nucleotidases; A adenosina é desaminada a inosina, por desaminase Ocorre fosforólise de ligações N-glicosidicas da inosina e guanosina, catalisada pela purina nucleósido fosforilase, formando hipoxantina e guanina. A hipoxantina e guanina formam xantina pela xantina oxidase e guanase, respectivamente, A xantina é oxidada a ácido úrico (pela xantina-oxidase). O ácido úrico é um ácido fraco, logo as proporções não dissociadas e a sua base conjugada (urato) dependem do pH. A dissociação ocorre a pH = 5,8, logo existe urato na urina. Os uratos são muito mais solúveis em água do que o ácido úrico. O ácido úrico torna-se a forma predominante na urina normal, assim, os cristais do tracto urinário são de urato de sódio, em qualquel local próximo do sítio de acidificação do tubulo distal e nos ductos colectores, mas o ácido úrico estará presente em qualque local distante destes sítios. A formação de cálculos pode ser reduzida através da alcalinização da urina. Adenosina H2 O NH4+ Desaminase Guanosina Inosina Pi Ribose 1P Hipoxantina H2O + O2 H2O2 Pi Purinanucleósido fosforilase Ribose 1P Guanina Xantina oxidase Guanase NH3 Xantina H2O + O2 H2O2 Ácido Urico Página 9 de 14 Bioquimica Fisiológica Metabolismo de purinas e pirimidinas Defeitos metabólicos Hiperuricémia: os nivés séricos de urato de sódio excedem o limite de solubilidade. Cristais de urato de sódio podem ser formados nos tecido moles e nas articulações o que pode levar a processos inflamatórios. Doença Gota Síndrome de Lesch-Nyahn Imuno-deficiência Imuno-deficiência Litiase Renal Xantinúria Enzima Deficiente PRPP sintetase ou Hipoxantina-guanina fosforribosiltransferase (parcial) Hipoxantina-guanina fosforribosiltransferase (completa) Adenosina desaminase Purina nucleósido fosforilase Adenina fosforribosil transferase Xantina Oxidase Caracteristicas Padrão de Herança Recessivo ligado ao X superprodução e excreção acentuada de purina superprodução e excreção acentuada de purina; paralesia cerebral e automutilação Imunodeficiência combinada (células T e célula B), desoxiadenosinúria Deficiância das células T, inosinúria, desoxiguanosinúria, hipouricémia Litiase renal de 2,8diidroxiadenina Litiase renal da xantina, hipouricémia Recessivo ligado ao X Autossómica recessiva Autossómica recessiva Autossómica recessiva Autossómica recessiva Página 10 de 14 Bioquimica Fisiológica Metabolismo de purinas e pirimidinas Biossíntese dos nucleótidos pirimidinicos Síntese “de novo” A síntese “de novo” de núcleósidos purinicos e pirimidinicos envolve vários percursores comuns: PRPP, glutamina, CO2, aspartato e derivados de H4folato (para os derivados de Tiamina) Uma diferença entre estes 2 processos é que enquanto a ribose fosfato é uma parte integrante da molécula precursora inicial na síntese de nucleótidos de purina, a ligação do grupo ribose fosfato ao N-3 da base pirimidina ocorre as últimas etapas da biossíntese. 1. Formação do carbamoil-fosfato (C2, N3- carbamoil sintetase II) 2. Condensação com aspartato formando carbamoil aspartato (N1, C4, C5, C6 - transcarbamilase ou carbamoil-transferase) 3. Encerramento do anel (dihidro-orotase) 4. Formação de orotato (desidrogenase de dihidro-orotato, mitocondrial; todos as restantes etapas decorrem no citosol) 5. Fosforibosilação (com PRPP) do orotato, originando a orotidina monofosfato 6. Descarboxilação em UMP (uridina monofosfato) 7. Transformação em UDP e UTP (por fosforilação com ATP) 8. Aminação do UTP em CTP (com a glutamina e ATP) pela sintetase do CTP. 9. A transformação de nucleósidos em desoxiribonucleósidos pirimidínicos é idêntica ao das purinas, por complexo da redutase da tio-redoxina;. 10. Formação do dUTP pela aceitação de um fosfato do ATP pelo dUMP 11. Transformação do dUMP em TMP. Glutamina + CO2 ATP Carbamoil Sintase II Glutamato + ADP Carbamoil-P Aspartato Aspartato carbamoil sintase Pi Carbamoil Aspartato Dihidroorotase Dihidroorotato NAD+ DH NADH + H+ Orotato Fosforribosil Transferase PRPP PPi Orotidina monofosfato ADP ATP Descarboxilase UTP Sintase CTP CO2 Tioredoxina redutase Uridina monofosfato Glutamina + ATP dUMP N5N10metileno H4Folato Glutamato + ADP + Pi NADH + H+ NAD+ Timidilato sintase H2Folato Página 11 de 14 dTMP Bioquimica Fisiológica Metabolismo de purinas e pirimidinas Recuperação das pirimidinas Existem reacções de recuperação que convertem os ribonucleósidos de pirimidina (uridina e citidina) e desoxirribonucleósidos (timidina e desoxicitidina) aos seus respectivos nucleótidos. As reacções de recuperação incluem a fosforibosilação das pirimidinas (por fosforibosiltransferase) e fosforilação (por cinases). A oroato fosforibosiltransferase é capaz de poupar o oroato, convertendoo a OMP. 1. Fosforribosilação PRPP PPi Uracilo Uridina 5-mononucleótido PRPP PPi Tiamina Timidilato 5-mononucleótido Fosforribosil transferases 2. Fosforilação: ATP ADP Uridina Uridina-mononucleótido ATP ADP Citidina Citidina mononucleótido Uridina-citidina cinase ATP ADP Timidina Timidilato mononucleótido Timidina cinase ATP ADP desoxiCitidina desoxiCitidina mononucleótido dCitidina cinase ATP ADP CMP CDP ATP ADP UMP UDP ATP ADP dCMP dCDP Pirimidina nucleótido monofosfocinase ATP ADP dTMP dTDP Timidilato cinase Página 12 de 14 Bioquimica Fisiológica Metabolismo de purinas e pirimidinas Regulação da biossíntese de pirimidinas A regulação é a nível alostérico e genético. As 2 primeiras enzimas do processo biossíntético são reguladas alostericamente. A nivel genético são controladas as 3 primeiras e 2 últimas enzimas do processo, através de mecanismos de repressão e desrepressão coordenadas. A actividade da carbamoil-sintetase II é inibida pela UTP, mas activada por PRPP A aspartato transcarbamoilase é inibida por CTP e activada por ATP. A OMP descarboxilase é regulada pelo UMP e CMP A sintetase do CTP é inibida pelo CTP. Glutamina + CO2 Carbamoil Sintase II PRPP Carbamoil-P Aspartato carbamoil sintase Carbamoil Aspartato Orotidina monofosfato Descarboxilase Uridina monofosfato UTP Sintase CTP Página 13 de 14 Bioquimica Fisiológica Metabolismo de purinas e pirimidinas Catabolismo dos nucleótidos pirimidinicos Os produtos finais do catabolismo das pirimidinas são altamente hidrossolúveis: CO2, NH3, β-aminoisobutirato e β-alanina. A excreção de β-aminoisobutirato aumenta na leucémia e apóes a exposição a raios X, devido a uma aumentada destruição de DNA. Defeitos metabólicos Sindrome de Reye: é acompanhado por acíduria orótica, incapacidade da mitocôndria severamente danificada, de carbamoil-fosfato que fica disponível para a superprodução de citosol. Acidúria Orótica I: deficiência na oroato fosforibosiltransferase e descarboxilase. Acidúria Orótica II: deficiência na orotidilato descarboxilase. Citosina Uracilo devido à utilizar o oroato no orotidilato Timina NADPH + H+ NADP + Dihidrouracilo β-alanina Dihidrotimina CO2, NH4+ β-aminobutirato Página 14 de 14
