BIOSÍNTESIS Y DEGRADACIÓN DE NUCLEÓTIDOS:

1. BIOSÍNTESIS Y DEGRADACIÓN DE NUCLEÓTIDOS: Los nucleótidos son substituyentes ubicuos en la naturaleza que participan casi en todos los procesos bioquímicos. 1.- Forman las unidades monoméricas de los ácidos nucleicos, que son sintetizados directamente de nucleósidos trifosfatados, la forma activada de los nucleótidos. 2.- De los nucleósidos trifosfatados el que participa como donador de energía química en un mayor número de procesos, es el adenosín trifosfato (ATP) que además es el producto final de la gran mayoría de los procesos metabólicos. Muchos intermediarios activados como la UDP-glucosa en la síntesis de glucógeno, contienen nucleótidos. 3.- muchas vías metabólicas están reguladas al menos en parte por los niveles de ATP, ADP o AMP. De manera semejante, muchas señales hormonales como aquellas que controlan al metabolismo del glucógeno, son mediadas intracelularmente por las moléculas cíclicas del AMP o GMP (cAMP o cGMP). 4.- Los nucleótidos de adenina son componentes de las coenzimas NAD+, NADP+, FMN, FAD y CoA. La importancia de los nucleótidos en el metabolismo celular es clara por que casi todos las células pueden sintetizarlos de novo y a partir de la degradación de los ácidos nucleicos.

2. NUCLEÓTIDOS Son ésteres de fosfato de pentosas en las cuales una base nitrogenada está unida al C1´ de una azúcar. En los ribonucleótidos la pentosa es la D-ribosa, en los desoxiribonucleótidos (DNA, desoxinucleótidos), el azúcar es 2´-desoxi-D-ribosa (los números primos señalan posiciones de átomos del azúcar, los no primos corresponden a la base nitrogenada). El fosfato puede estar en posición 3´ó 5´. Si no hay fosfato en la molécula, el compuesto es un nucleósido. En general estos compuestos son ácidos moderadamente fuertes. Las bases nitrogenadas son moléculas planas, aromáticas y heterocíclicas que son derivados de la purina o pirimidina

3. SÍNTESIS DE RIBONUCLEÓTIDOS DE PURINA En 1948, John Buchanan obtuvo las primeras evidencias de las síntesis de novo de estos compuestos al alimentar palomas con una variedad de compuestos isotópicamente marcados. Determinó químicamente las posiciones de los átomos marcados en el producto de excreción, el ácido úrico (una purina). Buchanan utilizó aves porque excretan el nitrógeno casi enteramente como ácido úrico, substancia insoluble, fácilmente de aislar. Nótese que los C4, C5 y N7 provienen de la glicina, mientras que cada uno de los otros átomos, derivan de un precursor independiente. El formato proviene del tetrahidro folato, en el metabolismo de unidades de un carbono. El procedimiento consta de 11 reacciones

4. Figura: origen de los átomos de una purina Vía de salvamento de las purinas Muchas células tienen un recambio activo de muchos de sus ácidos nucleicos (particularmente de algunos tipos de ARNs). A partir de este proceso, se liberan adenina, guanina e hipoxantina (que a diferencia de la guanina, carece del grupo amino en posición C2) moléculas de guanina e hipoxantina.

5. Estas purinas libres, son recuperadas para formar sus nucleótidos correspondientes a través de vías de salvamento. A diferencia de la síntesis de novo que es prácticamente idéntica en todas las células, las vías de salvamento, son diversas. A diferencia de la síntesis de novo que es Estas purinas libres, son recuperadas para formar sus nucleótidos prácticamente idéntica en todas las células, las vías de salvamento, son diversas. En los mamíferos, las purinas son salvadas principalmente por medio de dos enzimas, la adenina fosforibosiltransferasa (APRT), forma AMP a través de la transferencia de adenina al fosforibosil pirofosfato con la liberación de PPi: Adenina + PRPP  AMP + PPi Y la hipoxantina-guanina fosforibosiltransferasa (HGPRT), que cataliza una reacción análoga tanto para hipoxantina como para guanina: Hipoxantina IMP + PPi o + PRPP  Guanina GMP + Ppi

6. Síndrome de Lesh-Nyhan Resultado de la deficiencia de la hipoxantina-guanina fosforibosiltransferasa en el metabolismo de nucleótidos: La deficiencia en HGPRT es un defecto genético ligado al sexo masculino. Resulta en la excesiva producción de ácido úrico (producto de la degradación de las purinas), lo cual causa anormalidades neurológicas, retardo mental, comportamiento autodestructivo y agresivo, además de automutilación. La acumulación de PRPP incrementa la síntesis de purinas, la degradación de este exceso ocasiona el incremento de ácido úrico, pero no es claro porque causa estos trastornos. SÍNTESIS DE RIBONUCLEÓTIDOS DE PIRIMIDINA El proceso de la biosíntesis de los ribonucleótidos de pirimidina, es más sencilla que la de purinas. Experimentos con moléculas marcadas radiactivamente muestran que los átomos N1, C4,5 y 6, provienen de aspartato, C2 del HCO3- y N3 de la glutamina Figura: origen de los átomos de una purina

7. SÍNTESIS DE DESOXIRIBONUCLEÓTIDOS En vez de ser sintetizados de novo, a partir de precursores que contengan desoxibases, los desoxiribonucleótidos, son sintetizados a partir de sus ribonucleótidos correspondientes mediante la reducción de su C2´. La reacción es catalizada por la familia de las ribonucleótido reductasas, que se clasifican en tres clases, todas ellas remplazan el grupo hidroxilo de la posición 2´de la ribosa con H, vía un mecanismo de radical libre. Todos los eucariontes, excepto algunas especies unicelulares sintetizan ribonucleótido reductasa tipo I. DEGRADACIÓN DE NUCLEÓTIDOS Muchos de los alimentos tienen un origen celular y por tanto contienen ácidos nucleicos, estos ácidos nucleicos sobreviven al pH ácido del estómago, por lo que son degradados a nucleótidos, principalmente en el duodeno por nucleasas pancreáticas y fosfodiesterasas intestinales. Estos compuestos ionicos no pueden atravesar las membranas, por tanto son hidrolizados a nucleósidos por una variedad de nucleotidasas específicas y fosfotransferasas no específicas. Los nucleósidos son absorbidos por la mucosa intestinal para su degradación a bases nitrogenadas libres y ribosa o ribosa-1-fosfato por la acción de nucleosidasas y nucleósido fosforilasas.

8. nucleosidasa Nucleósido + H20base + ribosa nucleósido Nucleósido + Pibase + ribosa-1-P fosforilasa Muy poca cantidad las bases ingeridas, es incorporada a los ácidos nucleicos, la mayoría son degradados y excretados. En humanos y otros primates el producto final de la degradación de purinas es el ácido úrico que es excretado en la orina. Este proceso conserva agua (las aves, reptiles y la mayoría de los insectos son uricotélicos). La gota es una enfermedad que se caracteriza por niveles elevados de ácido úrico en los fluidos corporales La gota La gota es una enfermedad que se caracteriza por niveles elevados de ácido úrico en los fluidos corporales i.e. acumulación de ureato sódico (ácido úrico). El ácido úrico puede precipitar en riñones y uréteres en piedras (cálculos), que obstaculizan y hacen daño renal (esta enfermedad se presenta en 3 de cada 1000 personas, predominantemente hombres). La gota resulta a partir de muchas insuficiencias que aún no están caracterizadas del todo. Una causa bien entendida, es la deficiencia de HGPRT (enfermedad de Lesch-Nyhan en casos severos), así

9. como la deficiencia en glucosa-6-fosfatasa (estimula la vía de las pentosas incrementando la velocidad de producción de ribosa-5-fosfato y por tanto de PRPP). La enfermedad puede ser tratada con alopurinol, que es un análogo de la hipoxantina con posiciones intercambiadas de N7 y C8. La xantina oxidasa hidroliza este compuesto al igual que a la xantina, únicamente que queda unido fuertemente al sitio catalítico de la enzima. Figura: la molécula del alopurinol

10. El 5-fosforibosil-a-pirofosfato (PRPP) El 5-fosforibosil--pirofosfato (PRPP) interviene en: 1.- Biosíntesis de Histidina, cinco de los seis átomos de carbono del aminoácido derivan del PRPP. 2.- Biosíntesis de ribonucleótidos de purina. En el primer paso, la ribosa fosfato pirofosfocinasa, activa a la -D-ribosa-5-fosfato con ATP para formar PRPP. 3.- Biosíntesis de novo del UMP, específicamente en el paso 5 en donde el orotato reacciona con el PRPP para dar orotidina-5´-monofosfato (OMP), reacción catalizada por la orotato fosforibosil transferasa. 4.- Biosíntesis de coenzimas nucleotídicas (NAD+), la nicotinato fosforibosil transferasa, que ocurre en la mayoría de los tejidos de los mamíferos, cataliza la formación de nicotinato mononucleótido a partir de nicotinato y PRPP. El intermediario también puede ser obtenido a partir del producto de la degradación del triptofano, el quinolato, la reacción es catalizada por la quinolato fosforibosil transferasa, que está presente principalmente en hígado y riñón.

11. Figura: el papel metabólico del 5-fosforibosil--pirofosfato Biosíntesis de coenzimas nucleotídicas La unidad nicotinamida de las coenzimas de nicotinamida (NAD+, NADP+), en los humanos deriva de la nicotinamida, ácido nicotínico y triptofano consumidos en la dieta. Las coenzimas de flavina, FAD, se sintetiza a partir de riboflavina.

12. Figura: representación de la molécula de riboflavina Primero, el hidroxilo en posición 5´ de cadena lateral ribitil de la riboflavina, es fosforilado por la flavocinasa, dando flavin mononucleótido (FMN), que no es un nucleótido verdadero por que la cadena ribitil no es una azúcar verdadera. El FAD se forma al acoplar al FMN con en AMP en una unión pirofosfato, reacción catalizada por la FAD pirofosforilasa. La coenzima A (CoA), en los mamíferos, se sintetiza a partir del pantotenato, una vitamina esencial, que se fosforila por la pantotenato cinasa y acoplada a la cisteina por la acción de la fosfopantotenoilcisteina sintasa. Después de la descarboxilación realizada por la fosfopantotenoilcisteina descarboxilasa, el 4´-fosfopantetieno es acoplado al AMP por medio de un enlace pirofosfato por la defosfo-CoA pirofosforilasa; finalmente, esta molécula es fosforilada en el hidroxilo de la posición 3´ por la defosfo-CoA cinasa formando CoA. Las dos últimas reacciones ocurren en la misma proteína.