BIOSSÍNTESE DE NUCLEÓTIDOS

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1 BIOSSÍNTESE DE NUCLEÓTIDOS

2 FUNÇÕES METABÓLICAS DOS NUCLEÓTIDOS
Unidades monoméricas dos ácidos nucleicos Metabolismo energético Mediadores fisiológicos Precursores de outros compostos Componentes dos coenzimas Intermediários activos Efectores alostéricos

3 Um ácido nucleico é um polímero Açúcar com 5 átomos carbono
Base azotada Fosfato

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5 DESOXI-RIBONUCLEÓTIDO
Ligação -N-glicosídica NUCLEÓSIDO = PENTOSE + BASE NUCLEÓTIDO = PENTOSE + BASE + FOSFATO    DESOXI-RIBONUCLEÓTIDO ou DESOXINUCLEÓTIDO RIBONUCLEÓTIDO

6 BASES RARAS ENCONTRADAS NOS ÁCIDOS NUCLEICOS

7 O GRUPO FOSFATO PODE ESTAR LIGADO A DIFERENTES CARBONOS DA PENTOSE

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9 METABOLISMO ENERGÉTICO
O ATP é a principal forma de energia química disponível nas células O ATP é gerado nas células por fosforilação oxidativa ou ao nível do substrato O ATP está envolvido na contracção muscular, no transporte activo e na manutenção dos gradientes de iões O ATP é o dador de grupos fosfato para a formação de outros nucleótidos 5’ trifosfatados Também o GTP desempenha papel importante no metabolismo energético da célula

10 MEDIADORES FISIOLÓGICOS
Os nucleósidos e nucleótidos funcionam como mediadores em muitos processos metabólicos chave: Adenosina controla o fluxo de sangue coronário ADP apresenta função crítica na agregação plaquetária e portanto na coagulação sanguínea cAMP e cGMP actuam como segundos mensageiros GTP é necessário para o capping do mRNA e para a transdução de sinal através das GTP-binding proteins

11 PRECURSORES DE OUTROS COMPOSTOS
GTP é o precursor para a formação do cofactor tetrahidro- biopterina,necessário para as reacções de hidroxilação e para a geração de óxido nítrico

12 COMPONENTES DE COENZIMAS
Os coenzimas NAD+, NADP+, FAD e as suas formas reduzidas, assim como o Coenzima A, todos possuem na sua estrutura uma unidade 5’- AMP

13 INTERMEDIÁRIOS ACTIVOS
Os nucleótidos servem como transportadores de intermediários “activos”, necessários para uma grande variedade de reacções: UDP-glucose  precursor do glicogénio CDP-diacilglicerol  precursor de fosfogli- céridos S-adenosilmetionina  dador de grupos metilo

14 EFECTORES ALOSTÉRICOS
Nas diversas vias metabólicas existem passos que são regulados pelas concentrações intracelulares dos nucleótidos

15 A pool celular de nucleótidos (excepto ATP) é muito pequena
(< 1% do requerido para síntese de DNA) A síntese de nucleótidos tem que ser constante e, nalguns casos, pode mesmo ser factor limitante na replicação e transcrição do DNA Os inibidores da síntese de nucleótidos são extremamente importantes na medicina moderna, devido à relevância destes processos nas células em divisão

16 DISTRIBUIÇÃO DOS NUCLEÓTIDOS
As principais purinas e pirimidinas encontradas nas células são os seus derivados 5’-nucleotídicos ATP é o nucleótido predominante A distribuição dos nucleótidos varia com o tipo de célula Em células plenamente funcionais predominam os 5’-NTP Em células em hipóxia aumentam significativamente os níveis de 5’-NMP e 5’-NDP

17 TODOS OS PROCESSOS METABÓLICOS QUE CONDUZEM
À FORMAÇÃO EQUILIBRADA DE NUCLEÓTIDOS PÚRICOS E PIRIMÍDICOS PASSAM POR 4 FASES PRINCIPAIS: 1. BIOSSÍNTESE “DE NOVO” 2. REUTILIZAÇÃO, RECUPERAÇÃO OU SALVAGE 3. INTERCONVERSÃO NUCLEOTÍDICA 4. DEGRADAÇÃO

18 2 tipos de vias biossintéticas: de novo e recuperação ou salvage
Precursores comuns para as vias das purinas e das pirimidinas As enzimas encontram-se presentes na célula sob a forma de grandes complexos multienzimáticos

19 BIOSSÍNTESE de novo DAS PURINAS
Utilização de aminoácidos como dadores de carbono e azoto e também CO2 como dador de carbono Consiste em 10 passos metabólicos conduzindo à síntese de IMP Necessária a hidrólise de ATP em diversas reacções De modo global, esta via biossintética é energeticamente muito dispendiosa (muitas moles de ATP por cada mole de IMP sintetizada)

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21 BIOSSÍNTESE de novo DAS PURINAS PASSO LIMITANTE
GLUTAMINA – PRPP AMIDOTRANSFERASE FORMAÇÃO DA LIGAÇÃO -N-GLICOSÍDICA PASSAGEM DA FORMA  A 

22 FECHO DO ANEL IMIDAZÓLICO
GAR SINTETASE GAR TRANSFORMILASE FGAM CICLASE OU AIR SINTETASE FECHO DO ANEL IMIDAZÓLICO FGAR AMIDOTRANSFERASE

23 N5 – CAIR SINTETASE N5 – CAIR MUTASE SAICAR SINTETASE SAICAR LIASE

24 FECHO DO 2º ANEL AICAR TRANSFORMILASE IMP SINTETASE OU
IMP CICLO-HIDROLASE FECHO DO 2º ANEL

25 COMPLEXO MULTI-ENZIMÁTICO
INSTÁVEL

26 SÍNTESE DE AMP E GMP Ambos utilizam o mesmo precursor - IMP
AMP e GMP são convertidos em ATP e GTP, respectivamente, utilizando nucleósido-5’-monofosfato cinases e nucleósido-5’-difosfato cinases A formação de GMP requer ATP A formação de AMP requer GTP Relação recíproca: níveis de ATP elevados induzem a síntese de GMP e vice-versa

27 ASPARTATO E GLUTAMINA SÃO DADORES DE GRUPOS AMINA
ADENILO-SUCCINATO SINTETASE LIASE IMP DESIDROGENASE XMP - GLUTAMINA AMIDOTRANSFERASE ASPARTATO E GLUTAMINA SÃO DADORES DE GRUPOS AMINA

28 REGULAÇÃO POR RETRO - INIBIÇÃO 1º 3º 2º REGULAÇÃO RECÍPROCA
ATP NA SÍNTESE DE GMP GTP NA SÍNTESE DE ATP

29 MODULAÇÃO ALOSTÉRICA DA GLUTAMINA - PRPP AMIDOTRANSFERASE
AMP, GMP, IMP   ACTIVA INACTIVA PRPP

30 BIOSSÍNTESE de novo DAS PIRIMIDINAS
Utilização de aminoácidos como dadores de carbono e azoto e também CO2 como dador de carbono Consiste em 6 passos metabólicos conduzindo à síntese de UMP Necessária a hidrólise de ATP (ou equivalente) em diversas reacções Síntese inicial do anel pirimídico e posterior ligação da ribose-5-fosfato (via PRPP)

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32 FORMAÇÃO DA LIGAÇÃO -N-GLICOSÍDICA
GLUTAMINA + CO2 + 2 ATP carbamoílfosfato Sintetase II CAD COMPLEXO MULTI-ENZIMÁTICO ENZIMA MITOCONDRIAL FORMAÇÃO DA LIGAÇÃO -N-GLICOSÍDICA UMP SINTETASE COMPLEXO MULTI-ENZIMÁTICO Figure 22-34 CTP sintetase

33 CARBAMOÍL FOSFATO SINTETASE
LIGAÇÃO DA GLUTAMINA À SUB-UNIDADE PEQUENA DANDO AZOTO SOB A FORMA DE NH4 NH4 LIGA-SE AO BICARBONATO COM CONSUMO DE ATP CARBAMATO REENTRA NO CANAL PARA ATINGIR O TERCEIRO SÍTIO ACTIVO, ONDE É FOSFORILADO A CARBAMOÍLFOSFATO

34 REGULAÇÃO DA BIOSSÍNTESE DOS NUCLEÓTIDOS PIRIMÍDICOS
AO NÍVEL DA CARBAMOÍLFOSFATO SINTETASE II (enzima citoplasmática) VIA DE DESTOXICAÇÃO PARA O EXCESSO DE AMÓNIA A NÍVEL HEPÁTICO

35 PURINAS VIA DE RECUPERAÇÃO OU REUTILIZAÇÃO Salvage Pathway
HIPOXANTINA + PRPP IMP + PPi GUANINA + PRPP GMP + PPi Hipoxantina - guanina fosforribosil transferase ADENINA + PRPP AMP + PPi Adenina fosforribosil transferase Os eritrócitos não sintetisam de novo purinas porque carecem de PRPP amidotransferase

36 PIRIMIDINAS VIA DE RECUPERAÇÃO OU REUTILIZAÇÃO Salvage Pathway
PIRIMIDINA + PRPP PIRIMIDINA 5’NMP + PPi Pirimidina fosforribosil transferase A enzima dos eritrócitos humanos pode utilizar orotato, uracilo e timina , mas não citosina A via de recuperação desvia as bases da via degradativa, transformando-as em nucleótidos para utilização celular

37 INTERCONVERSÃO DE PURINAS

38 INTERCONVERSÃO DE PIRIMIDINAS

39 INTERCONVERSÃO DE NUCLEÓSIDOS MONO-, DI- E TRI-FOSFATOS
Adenilato cinase AMP + ATP ADP + ADP P + P + Nucleósido monofosfato cinases ex: UMP + ATP UDP + ADP Nucleósido difosfato cinases ex: UDP + ATP UTP + ADP ADP + GTP ATP + GDP Especificidade em relação à base e ao açúcar do aceitador O dador é sempre o ATP Ausência de especificidade em relação à base e ao açúcar do aceitador O dador pode não ser o ATP

40 RIBONUCLEÓTIDO REDUTASE
SÍNTESE de novo DE 2’-DESOXIRRIBONUCLEÓTIDOS A PARTIR DE RIBONUCLEÓTIDOS RIBONUCLEÓTIDO REDUTASE a enzima de E. coli e da maioria dos eucariotas é um heterodímero os equivalentes de redução são fornecidos pelo NADPH via tiorredoxina e pelo glutatião via glutarredoxina os substratos são difosfatos de nucleótidos (UDP, ADP, CDP, GDP) o mecanismo de acção envolve radicais livres

41 Flavoproteína cujo grupo prostético é o FAD
AS SETAS AZUIS INDICAM O PERCURSO DOS ELECTRÕES DESDE O NADPH ATÉ À ENZIMA TIORREDOXINA REDUTASE Flavoproteína cujo grupo prostético é o FAD Figure 22-37

42 RIBONUCLEÓTIDO REDUTASE
ESTRUTURA DA RIBONUCLEÓTIDO REDUTASE

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44 RIBONUCLEÓTIDO REDUTASE REGULAÇÃO DA ACTIVIDADE
Os níveis de dNTPs na célula devem ser estritamente controlados e equilibrados:  as deficiências são letais  os excessos são mutagénicos Os níveis são mantidos por controlo de retro-inibição sobre a ribonucleótido redutase Dois sítios alostéricos controlam ambos a actividade enzimática e a especificidade de substrato

45 dATP – inibidor da redução dos 4 substratos
dGTP – inibidor da redução de CDP, UDP e GDP dTTP – inibidor da redução de CDP, UDP efeito inibidor sobre a ribonucleótido redutase explica a toxicidade da d-adenosina, da d-guanosina e da timidina sobre as células de mamífero Figure 22-40

46 SÍNTESE DE DESOXITIMIDILATO (dTMP)
CDP dCDP dCMP UDP dUDP dUMP dTMP REGULAÇÃO DA dCMP DESAMINASE

47 Figure 22-42

48 DEGRADAÇÃO DE PURINAS

49 PRODUTOS FINAIS DA EXCREÇÃO DAS PURINAS EM VÁRIAS CLASSES DE ANIMAIS

50 CRISTAIS DE URATO DE SÓDIO

51 GOTA Patologia induzida por níveis séricos elevados de urato, cujos sais cristalizam e danificam as articulações e os rins No Homem, o valor médio de urato no soro é muito próximo do limite de solubilidade

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53 CAUSAS INDUTORAS DE GOTA
Deficiência em glucose-6-fosfatase Aumento de PRPP sintetase Deficiência parcial em HGPRT

54 TRATAMENTO DA GOTA   Acumula-se hipoxantina e xantina cujo limite de solubilidade é muito superior ao dos uratos

55 SÍNDROMA DA IMUNODEFICIÊNCIA COMBINADA
 SCID 50x [dATP] Deficiência em adenosina desaminase provoca imunodeficiência combinada em linfócitos T e B  dATP inibe ribonucleótido redutase que provoca  de todos os dNTP e consequentemente inibição da síntese de DNA (linfócitos T) Desoxi-adenosina inibe as reacções de metilação celulares  adenosina provoca  cAMP

56  SÍNDROMA DE LESH-NYHAN
Hipoxantina - guanina fosforribosil transferase (HGPRT)  HIPOXANTINA + PRPP IMP + PPi GUANINA + PRPP GMP + PPi Aumento dos níveis de PRPP estimula biossíntese de novo, conduzindo a hiperuricémia O tecido cerebral é extremamente dependente da via de recuperação; em caso de deficiência aparecem distúrbios do SNC Gene localizado no cromossoma X; doentes mais graves são do sexo masculino

57 VIAS DE DEGRADAÇÃO DOS NUCLEÓTIDOS PIRIMÍDICOS

58 DEGRADAÇÃO DO URACILO E DA TIMINA ATÉ AOS PRODUTOS FINAIS
AVALIAÇÃO DO TURNOVER DO DNA OU DOS NUCLEÓTIDOS DE TIMIDINA

59 ACIDÚRIA ORÓTICA - Uridina UMP UTP Glutamina + CO2 + 2 ATP
Carbamoíl fosfato sintetase II Uridina UMP UTP - ACIDÚRIA ORÓTICA UMP sintetase

60 NUCLEÓTIDOS DA ADENINA FAZEM PARTE DA COMPOSIÇÃO DE MUITOS COFACTORES ENZIMÁTICOS
A única relação estrutural entre os cofactores é a presença de adenosina A adenosina não participa directamente na função primária dos cofactores, mas se for removida a sua actividade é drasticamente reduzida Porquê a adenosina? Talvez por uma questão de economia. Dado que o ATP é a fonte energética, a célula desenvolveu sistemas que sintetisam ATP em maior abundância; daí resulta uma escolha lógica para a sua incorporação numa grande variedade de estruturas

61 SÍNTESE DE NAD+

62 SÍNTESE DE FAD

63 SÍNTESE DE CoA

64 SÍNTESE E UTILIZAÇÃO DE PRPP
5-fosforribosil-1-pirofosfato é uma molécula-chave na biossíntese de novo das purinas e pirimidinas, nas respectivas vias de recuperação e na síntese de NAD+ PRPP forma-se a partir da ribose 5-fosfato por acção da PRPP sintetase A ribose 5-fosfato provém do metabolismo da glucose 6-fosfato (via ciclo das hexoses monofosfato) ou da ribose 1-fosfato (gerada pela fosforólise dos nucleótidos) via uma reacção catalisada por uma fosforribomutase

65 PRPP – PRINCIPAL REGULADOR POSITIVO
SÍNTESE DE PRPP O Ribose 5-fosfato PRPP ATP AMP Mg2+  SINTETASE PRPP – PRINCIPAL REGULADOR POSITIVO DA PRPP AMIDOTRANSFERASE E DA CPS II

66 REACÇÕES QUE REQUEREM PRPP
1. Síntese de novo de nucleótidos púricos a) PRPP + glutamina  5-fosforribosilamina + glutamato + PPi 2. Recuperação de bases púricas a) PRPP + hipoxantina (guanina)  IMP (GMP) + PPi b) PRPP + adenina  AMP + PPi 3. Síntese de novo de nucleótidos pirimidínicos a) PRPP + orotato  OMP + PPi 4. Recuperação de bases pirimidínicas a) PRPP + uracilo  UMP + PPi 5. Síntese de NAD+ a) PRPP + nicotinato  nicotinato mononucleótido + PPi b) PRPP + nicotinamida  nicotinamida mononucleótido + PPi c) PRPP + quinolato  nicotinato mononucleótido + PPi

67 AGENTES QUIMIOTERÁPICOS
Antagonistas da glutamina azaserina, 6-diazo-5-oxo-L-norleucina Antimetabolitos (análogos estruturais de bases e nucleósidos) 6-mercaptopurina, 6-tioguanina, alopurinol, 5-fluo-uracilo, citosina arabinosido (araC) Antifolatos metotrexato, trimetoprim

68 ANTAGONISTAS DA GLUTAMINA INIBIÇÃO DE ENZIMAS QUE UTILIZAM A GLUTAMINA COMO DADORA DE AZOTO
EXTREMAMENTE TÓXICOS SEM USO CLÍNICO

69 ANTIMETABOLITOS INTERFEREM EM REACÇÕES METABÓLICAS MUITO ESPECÍFICAS
A compreensão detalhada do metabolismo dos nucleótidos conduziu ao desenvolvimento destes fármacos O estudo do mecanismo de acção destes fármacos conduziu à melhor compreensão do metabolismo nucleotídico normal no Homem

70 Importância da via de novo no metabolismo celular normal
A regulação destas vias tem lugar in vivo O conceito da necessidade de activação metabólica dos fármacos A inactivação destes fármacos pode influenciar enormemente a sua utilidade

71 ANTIMETABOLITO Activação Metabólica

72 CONVERSÃO DE dUMP EM dTMP E SUA INIBIÇÃO PELO FdUMP
FdUMP UTILIZA O MECANISMO DE REACÇÃO NORMAL DA ENZIMA PARA A INACTIVAR

73 ANTIMETABOLITO USADO NO TRATAMENTO DA GOTA

74 LOCAIS DE INIBIÇÃO DO METOTREXATO
ANTIFOLATOS INIBEM A FORMAÇÃO DE TETRA-HIDROFOLATO POR INIBIÇÃO DA DI-HIDROFOLATO REDUTASE LOCAIS DE INIBIÇÃO DO METOTREXATO

75 100 x mais afinidade que o di-hidrofolato
ANTIFOLATO INIBIDOR COMPETITIVO 100 x mais afinidade que o di-hidrofolato

76 RELAÇÃO ENTRE O TETRA-HIDROFOLATO, A SÍNTESE de novo DE PURINAS E A SÍNTESE DE dTMP
No tratamento das leucemias, as células normais são “salvas” dos efeitos tóxicos do MTX pela administração de N5-formil-H4folato (leucovorina)

77 METABOLISMO NUCLEOTÍDICO Desoxirribonucleósidos Desoxirribonucleótidos
“de novo” Ribose-P; AA; CO2; NH3 Ribonucleósidos Coenzimas Bases Ribonucleótidos RNA Desoxirribonucleósidos Desoxirribonucleótidos DNA