Metabolismo de Bases Nitrogenadas: Purinas e Pirimidinas

Selma M.B. Jeronimo

Departamento de Bioquímica, CB, UFRN

I. Bases nitrogenadas

Bases nitrogenadas (purinas e pirimidinas) são encontradas na células na forma de nucleosídeo (ligação b-glicosídica entre a base e a pentose/fosfato).

Biossíntese endógena, não aproveitamento daquelas contidas na dieta.

N

N

NH

N

NH2

NH

NH

O

O

CH3

II. Nucleosídeos de purinas e pirimidinas: Funções

1. Precursor monomérico de ácidos nucléicos: Nucleosídeo trifosfato

2. Armazenamento de energia e ativador substâncias: ATP, GTP, CTP e UTP

3. Efetor alostérico: vias metabólicas

4. Transferência de grupos químicos: UDP-glicose, PAPS, CDP-colina, S-adenosil metionina.

III. Metabolismo

I. Biossíntese:

Via de novo

Via de salvação

II. Catabolismo

Bases Púricas: excreção como ác. Úrico

Bases Pirimídicas: reutilação de parte da cadeia carbonada.

IV. Distribuição diferencial celular

Hemácias: derivados de adenina

Fígado: derivados de uracila e outros

Ribonucleosídeos: concentração celular milimolar

Desoxiribonucleosídeos: concentração micromolar

V. Química 1. Nomenclatura

A) Base nitrogenada (Púrica e Pirimídica)

N

N

NH

N

NH2

N

NH

NH2

ON

NH

NH

N

NH2

O

NH

NH

O

O

CH3

NH

NH

O

O

N

NH

NH

N

O

A

G

T

U

C H

V. Química

B) Nucleosídeo (Base + pentose)

C) Nucleotídeo (Base + pentose + fosfato)

OO

OH

OH

OH

O

P

N

N

NH

N

NH2

OOH

OH

N

N

NH

N

NH2

OH OH

Nucleosídeo trifosfato

OO

OH

P

OH

O

P

O

P

OH

O

OH

OHN

N

NH

N

NH2

Propriedades

Absorção no UV

Solubilidade

Metabolismo de Bases Púricas: Biossíntese

Síntese de novo

A. Formação de Inosina Monofosfato (IMP)

1. Formação de fosforibosil-pirofosfato:

Ribose + ATP PRPP

2. Formação da ligação glicosídica: PRPP + Gln Glu + PP + 5-fosfo-b-ribosilamina

3. 5-fosfo-b-ribosilamina + Gli + ATP

Ribonucleotídeo-glicinamida + ADP + P

Biossíntese bases Púricas

4. Ribonucleotídeo-glicinamida + N10 formilH4 Folato

Ribonucleotídeo-formil-glicinamida + H4 Folato

5. Ribonucleotídeo-formil-glicinamida + Gln + ATP

Ribonucleotídeo-formil-glicinamidina + Glu + ADP + P

6. Ribonucleotídeo-formil-glicinamidina + ATP

Ribonucleotídeo 5-aminoimidazol + ADP + P + H2O

7. Ribonucleotídeo 5-aminoimidazol + CO2 + Biotina

Ribonucleotídeo 5-aminoimidazol-4-carboxaminoimidazol +

Biossíntese Bases Púricas

8. Ribonucleotídeo 5-aminoimidazol-4-carboxaminoimidazol + ASP + ATP

Ribonucleotídeo N-succinil-5-aminoimidazol-4-carboxamida

9. Ribonucleotídeo N-succinil-5-aminoimidazol-4-carboxamida

Ribonucleotídeo 5-aminoimidazol-4-carboxamida + Fumarato

10. Ribonucleotídeo 5-aminoimidazol-4-carboxamida + N10 formilH4

Folato Ribonucleotídeo N-formilaminoimidazol-4-carboxamida

11. Ribonucleotídeo N-formilaminoimidazol-4-carboxamida + H2O Inosinato (IMP)

HOO

OHOH

P

OH

HOCH2O

OHOH

P

O P O P

NH3+O

CH2 O

OHOH

P

H

CH

NH

C

CH2

NH

O

O

Ribose -5-P

Formiglicina - midarribosil - 5-P

CH

NH

C

CH2

NH

O

NH

Ribose -5-P

CH

N

C

CH

NNH2

CH

N

C

C

NNH2

C

OH

O

CH

N

C

C

NNH2

C

NH

O

CH

CH2

CH2

COO-

OO-

CH

N

C

C

NNH2

C

NH2

O

CH

N

C

C

NNH

C

NH2

O

CHO

CH

N

C

C

NN

C

NH

O

CH

ATP AMP

PP-Ribose -P - Sintetase

PP-Ribose-P-Glutamil- Amidotransferase

-D-Ribose-5-P P-Ribose-5-P

-Sintetase

Glutamina Glutamato

PP

ATP ADP+ Pi

O

CH2

C

NH2

O-

CH2 O PNH3

+

O

OHOH

H

CO

CH2

Mg² Pi

N5, N10 - Metanil - H4 - Folato

H4 - Folato

Formil- transferase

Glutamina

Glutamato

Formiglicina - midarribosil - 5-P

ATP, Mg2Fechamento do Anel

OH2

Aminoimidazoliribosil-5-P

Ribose -5-P

Aminoimidazol - Carboxilatorribosol - 5 -P

Biotina

CO2

Aspartato

OH2

Aminoimidazol - Succinil Carboxilatorribosol - 5 -P

Ribose -5-P

AdenilsuccinaseFumarato

Ribose -5-P Ribose -5-P Ribose -5-P

N10 -Formil - H4 - Foleto H4 - Folato

TransformilaseFechamento do Anel

OH2

Ribose -5-P

IMP

Síntese de Adenina e Guanina

IMP

XMP GMP GDP GTP

Adenilosuccinato AMP ADP ATP

Via de salvação

Enzima: Hipoxantina-guanina fosforibosil transferase

Guanina + PRPP GMP + PPi

Hipoxantina + PRPP IMP + PPi

Enzima Adenina-fosforibosil transferase Adenina + PRPP AMP + PPi

Síntese de Pirimidinas

Síntese de orotato

Adição de PRPP

Formação de uracila

Formação de timina e citosina

Síntese de desoxiribonucleosídeos trifosfatos

Redução dos ribonucleosídeos

Avaliar o papel da ribonucleotídeo redutase

Folato

Inibidores

Nucleotídeo

5’-difosfato

P O

O

O

O

C

O

C

OH

C

OH

H H C

H

CH2

H

Base

Deoxinucleotídeo

5’-difosfato

P O

O

O

O

C

O

C

H

C

OH

H H C

H

CH2

H

Base

Conversão de ribonucleotídeos em desoxirribonucleotídeos

Ribonucleotídeo redutase

dATP

Subunidade B1

Subunidade B1

Subunidade B2

Subunidade B2

SH

SH

SH SH

Ribonucleotídeo redutase

Nucleotídeo

5’-difosfato Deoxinucleotídeo

5’-difosfato ATP ATP

dATP dATP

GTP GTP

dGTP dGTP

CTP CTP

dCTP dCTP

UTP UTP

dUTP dUTP

ATP ATP

ATIVA

dATP dATP Inibe

ATP ATP GTP GTP CTP CTP UTP UTP

ATP

H-S

H-S

S-H

S-H

R1 b1

R2 1 R2 2

ATP ativa

dATP inibe

2 sítios de atividade

dATP inibe a atividade catalítica geral da enzima.Isto explica a toxicidade dos níveis aumentados de dATP observada na deficiência de adenosina deaminase

Sitios alostéricos

2 sítios de especificidade

ATP ativa

ATP estimula a redução de CDP e UDP

dTTP estimula a redução de GDP

dTTP inibe a redução de UDP e CDP

dGTP estimula a redução de ADP

dGTP inibe a redução de UDP e CDP

Sítios de ligação do substrato

dATP inibe

Tyr Tyr

Fe 1 Fe 2 Asp

His Glu

Glu

His

Glu

R2 b2

O ATP ativa a redução de pirimidinas.

Conversão de ribonucleotídeos em desoxirribonucleotídeos

Origem da timina

dUDP + ATP Nucleosídeo difosfato quinase

dUTP dUMP + PPi dUTP difosfohidrolase

dUMP

H

N5, N10-metileno H4 folato

C

C

C

N

N N

C

C

N C

H2N

OH

H

H

H

H

C

H

N CH2 C

H

C

C

H

H

C

C

H

C C

O

N

H

C

COO

CH2

CH2

COO

H

O

N

C

HN C

C O

CH3

C

dRibose fosfato

dTTP

Timidilato sintase

+ diidrofolato

ADP + H2O

FdUMP

O

N

C

HN C

C O

F

C

dRibose fosfato

Células em crescimento rápido necessitam de suprimento contínuo de dTMP, células normais não.

Inibição da síntese

de timidilato na

terapia contra o

câncer

Exceções: medula óssea(tecido formador do sangue e da maior parte do sistema imune, mucosa intestinal, folículos pilosos.

Bases nitrogenadas - catabolismo

N

N

NH

N

NH2

N

NH

NH2

O

N

NH

NH

N

NH2

O

Adenina Citosina

NH

NH

O

O

CH3

Guanina Timina

Distúrbio gênico bases nitrogenadas

Doença Defeito enzimático

Efeito Manifestação Herança

Gota PRPP Vm Ác. úrico X

Lesch Nyhan HGPRTasse Parcial Superprodução e excreção de purina; paralisia cerebral e automutilação

X

Imunodeficiência combinada

Adenosina deaminase

Deficiência grave

Imunodeficiência T e B

Autossômico recessiva

Xantinúria Xantina oxidase

Deficiência completa

Litíase renal e hipouricemia

Autossômico recessiva

Catabolismo Purinas

NH

NH

NH

NH

O

O

O

N

N

NH

N

NH2

O

OHOH

N

NH

NH

N

O

O

OHOH NH

NH

NH

N

O

ONH

NH

NH

N

O

N

NH

NH

N

NH2

O

OO

OHOH

P

O

OH

OH

2. ADA

3. nucleosidase

OO

OHOH

P

O

OH

OH

N

N

NH

N

NH2

1. 5-nucleotidase

inosina

adenosina

4.Xantina oxidase 5. Xantina oxidase

hipoxantina Xantina Ác.úrico

O

N

C

HN C

C O

CH3

C

H H

H

H4N+

H2O HCO3

O C

C

CH3

C O

H

O

O

O C

C

CH3

C

H H

O

H

H3N+

O

N

C

H2N C C

O

CH3

C

H

H H

O

H

O

N

C

HN C

C O

CH3

C H

TIMINA DIHIDROTIMINA

H2O

UREIDOISOBUTIRATO Β-AMINOISOBUTIRATO

METILMALONIL

SEMIALDEÍDO

-CETOGLUTARATO GLUTAMATO

Dihidrouracil

desidrogenase

NADPH + H+ NADP+

Dihidropiriminidase b-ureídopropionase

É possível sintetizar glicose com produtos da degradação de pirimidinas?

Succinil-

CoA

METILMALONIL-CoA

MUTASE

Coenzima B12

Catabolismo de pirimidinas nos animais

Via da Salvação de bases

• imunodeficiência

• doença auto-imune: Hashimoto e Graves

Karbownik M, J. Cell. Biochem. 89:250-256, 2003

Karbownik M, J. Cell. Biochem. 89:250-256, 2003

Via de Salvação

ADA

Karbownik M, J. Cell. Biochem. 89:250-256, 2003

Causas de hiperuricemia e Classificação de gota

Gota Primária

A maioria dos pacientes excretam baixa quantidade Ác. Úrico, poucos produzem excesso

Secundária Baixa secreção:

insuficiência renal ou uso de diurético

Superprodução

Doenças mieloproliferativas

Hiperuricemia

Dieta

Superprodução de urato

Baixa secreção de uratos

5-Fosforibosil 1-pirofosfato

Ác. Nucleico PRPP-GLN Ác. Nucleico

Ác. Guanílico Ác. Inosínico Ác. Adenílico

Adenina

Formação do cálculo

Podagra -

Lesão óssea por processo inflamatório repetido

Tofo gotoso

Depósito de ác. Úrico e inflamação

Depósito de ác. Úrico e inflamação

Depósito de ác. Úrico e inflamação

Depósito de ác. Úrico e inflamação

Depósito de ác. Úrico e inflamação

Depósito de ác. Úrico e inflamação e erisipela

Objetivos 1. Compreender a biossíntese de novo das bases nitrogenadas.

2. Compreender o papel de aminoáciodos e de micronutrientes na biossíntese das bases.

3. Papel da nutrição

4. Regulação da síntese de bases e interrelação com a biossíntese de aminoácidos.

5. Compreender a Formação de desoribunocleosídeos.

6. Compreender o catabolismo de bases nitrogenadas

7. Compreender o racional de análagos de aminoácidos e nucleosídeos em terapêutica antimicrobiana e anti-neoplásica.

8. Compreender as doenças relacionadas ao metabolismo de bases (deficiência de adenosina deaminase, gota, Lesch Nyhan, por exemplo).

9. Compreender como ácido úrico induz inflamação.