Metabolismo de nucleótidos púricos y pirimidicos

Funciones de los nucleótidos púricos:

Servir como precursores monoméricos de los ácidos nucléicos

Mediadores de la acción de hormonas y otros mediadores químicos al actuar como segundos mensajeros: AMPc, GMPc

Forman parte de coenzimas como NAD+, FAD, NADP, etc.

Sirven como fuente de energía: ATP, GTP.

Poseen acciones farmacológicas, lo que los hace muy útiles en tratamiento de diversas enfermedades: teofilina en el tratamiento del asma.

La reserva con la que cuenta el cuerpo de nucleótidos en las células (a excepción del ATP) es de aproximadamente el 1% de lo que se necesita para la síntesis del ADN celular, de manera que la síntesis de nucleótidos debe darse en forma continua durante la síntesis de los ácidos nucléicos y en algunos casos puede limitar la tasa de replicación y transcripción del ADN.

Proceso de digestión de las nucleoproteínas:

Vamos a ingerir nucleoproteínas que se degradan a ácidos nucléicos, sobre los cuales van a actuar distintas enzimas como las ribonucleasas, desoxi-ribonucleasas y polinucleasas. Estas enzimas convertirán los ácidos nucléicos a mononucleótidos. Los mononucleótidos serán degradados por las nucleotidasas hasta nucleósidos, sobre quienes actúan las nucleosidasas para producir bases púricas y pirimídicas.

Las bases púricas pueden ser degradadas y formar ácido úrico. Este se excreta por la orina y poco se absorbe. Los niveles séricos normales son:

Mujeres: 2,5 - 5,0 mg/dl

Hombres: 2,0 – 6,0 mg/dl

Alimentos ricos en nucleoproteínas pueden ser como el pan, las vísceras, el tomate y las sardinas.

Biosíntesis de nucleótidos:

Púricos:

Síntesis de novo: ir haciendo el anillo con todos los carbonos que lo forman y las vías de recuperación son obtener las bases ya formadas y solo pegarle una ribosa 5 fosfato para hacer el nucleótido. La profe dijo que a pesar de ver las reacciones paso a paso, lo importante es ver cuales sustancias se necesitan y quien las aporta.

Síntesis del fosforribosil pirofosfato (PRPP) es en realidad la ribosa activada para que pueda reaccionar para empezar a hacer el anillo para que reaccione con una base preformada.

Aquí ocupamos que la ribosa-5-fosfato esté activa (para pegarla con un anillo preformado etc) y esto se obtiene pegándole un grupo pirofosfato (dos fosfatos juntos) a partir de ATP que llega hasta AMP. La enzima que cataliza la reacción se llama PRPP sintetasa y es inhibida por AMP, GMP e IMP; osea los productos de la vía de síntesis de los nucleótidos púricos. El IMP va a ser como un intermediario entre la síntesis de AMP y GMP.

La PRP sintetasa es una enzima reguladara

La profe insistió en que apartir de aquí vienen varios compuestos intermediarios que no hay que aprenderse, que lo importante son las enzimas reguladoras.

El PRPP reacciona con la glutamina quien le dona un Nitrógeno. La enzima que cataliza esta reacción se llama Glutamina-PRPP Amido Transferasa. A esta enzima la van a inhibir los mismos que la anterior (fácil!) GMP, AMP e IMP.

La Glutamina-PRPP amido transferasa es estimulada por la PRPP. Esto es importante xq cualquier situación que estimule la síntesis de PRPP estimula la síntesis de los nucleótidos púricos. Por ejemplo, si la vía de las pentosas se ve estimulada, entonces se estimulará la síntesis de PRPP quien estimulará a su vez la síntesis de nucleótidos púricos.

Seguidmante se le incorpora una glicina (aportando carbonos). Este proceso ocupa un ATP. Luego de esto viene el Formil tetrahidrofolato., quien dona un carbono.

Seguidamente, entra otra glutamina con un ATP y dona otro grupo amino (un nitrógeno) y se puede ir cerrando el anillo. A partir de aquí vamos a formar el segundo anillo.

Para formar el segundo anillo se introduce un carbono a partir del bicarbonato. Esta reacción también requiere de ATP. Después se acomoda la molécula y deja entrar un aspartato, quien dona solo un nitrógeno y tmbn ocupa ATP.

Finalmente sale un fumarato y formamos la base llamada hipoxantina. Esta base unida a la ribosa 5 fosfato, se denomina IMP (inosina monofosfato)

A partir del IMP vamos a hacer AMP. Introducimos un grupo amino por medio de un aspartato. La reacción va a ser catalizada por la Adenilo Succinato Sintetasa quien es inhibida por AMP. OJO que la energía que ocupamos aquí es con GTP

Para sintetizar GMP vamos a utilizar la IMP, la cual se va a oxidar por medio de la IMP deshidrogenasa (enzima inhibida por GMP). El resultado de esta reacción será un intermediario denominado XMP, quien obtiene un grupo amino de una glicina para formar por fin el GMP

Ojo con esto, por que la profe le dio mucho énfasis a saber de donde proviene cada uno de los componentes de los anillos!!

Básicamente podemos observar que los aminoácidos son los que donarán nitrógenos, carbonos provienen de CO2 y grupos Formilo del Formil tetrahidrofolato.

Vías de recuperación

Basicamente es obtener la base preformada de distintas fuentes (digestión, degradación de nucleótidos) y unirle el fosforribosil pirofosfato para formar el nucleótido. Esta reacción será catalizada por la acción de la fosforibosil transferasa correspondiente como se muestra a continuación

Ojo que cada enzima (Adenina PR TASA e Hipoxantina/ Guanina PR Tasa) será inhibida por sus productos, ya que el exceso de estos nucleótidos puede producir gota.

Repaso de la regulación:

1- La concentración de PRPP es determinante en la síntesis de nucleótidos, en esta vía el PRPP estimula alostéricamente a la enzima Glutamina PRPP amidotransferasa.

2- El ADP y el DPG inhiben la síntesis del PRPP al actuar sobre la PRPP sintetasa.

3- Inhibición de la PRPP sintetasa por los productos finales de la vía: AMP, IMP y GMP

4- Inhibición de la Glutamina PRPP amidotransferasa por los productos finales: AMP, IMP y GMP.

5- Inhibición de la IMP deshidrogenasa por exceso de GMP

6- Inhibición de la Adenilosuccinato cintetasa por acumulación de AMP *sin afectar la síntesis de GMP

7- ATP: estimula la síntesis de GMP. GTP: estimula la síntesis de AMP.

Síntesis de novo de los nucleótidos Pirimídicos.

Los nucleótidos pirimídicos tienen un método de síntesis distinto. Es una vía regulada, pero no tanto como los púricos por que los productos de degradación no son tóxicos para el organismo.

Para la síntesis de novo de los nucleótidos pirimídicos necesitamos carbamoil fosfato. Este consta de un grupo amino (de la glutamina), un grupo fosfato (del ATP) y un C=O aportado por el HCO3. En esta reacción actúa la enzima Carbamoil fosfato sintetasa II, la cual es una enzima citoplasmática. Esta es inhibida por uno de los productos de la vía, el UTP.

Con el carbamoilfosfato que acabamos de sintetizar, vamos a empezar con la síntesis de novo de los nucleótidos pirimídicos. El carbamoilfosfato reacciona con un grupo aspartato, formando carbamoilaspartato. Sale una molécula de agua, se cierra el anillo y seguidamente se da una oxidación y se forma el ácido orótico u orotato.

Ya con el orotato formado, va a reaccionar el fosforribosil pirofosfato, formando el primer nucleótido: OMP. La enzima OMP descarboxilasa, se va a encargar de quitarle un grupo carboxilo al OMP para producir UMP. La OMP descarboxilasa va a ser inhibida por su producto (UMP).

A este UMP, por medio de quinasas, se le añaden dos fosfatos pasando de UMP a UTP. El UTP pasará a CTP por medio de la acción de la CTP sintetasa, que se inhibe por su producto, CTP. Esto es importante para que no todo el UTP se vaya por esta vía, ya que se ocupa en otras.

Al final, vamos a tener dos nucleótidos: UTP y CTP.

Es interesante observar que en esta vía de los nucleótidos pirimídicos se forma primero la base y después se une el fosforribosil pirofosfato (interesante para la profe tal vez.... pero si lo repitió y es una diferencia importante)

Acuerdense también de aprenderse de donde proviene cada uno de los siguientes elementos:

Vía de recuperación de los nucleótidos pirimídicos:

Las pirimidinas pueden ser recuperadas por reacciones que involucran a la enzima Pirimidina Fosforribosil Transferasa (Pirimidina PRTasa) de la siguiente forma:

A pesar de que no produzcamos nucleótidos de Timina, si se recupera.

La enzima no va a ser reguladora pero sí va a ser específica para cada uno de los nucleótidos. Tampoco va a ocupar energía para su funcionamiento.

También acordarse de que en la vía de recuperación de los nucleótidos puricos si se requiere energía y sus productos van a inhibir la síntesis de novo. Esto es útil para la célula por que se ahorra mucha energía que gastaría en la síntesis de novo en los momentos en que hay bastante sustrato (de la dieta o de la degradación de los nucleótidos) para la recuperación.

Regulación de la síntesis de los nucleótidos pirimídicos

1- Inhibición de la Carbomoilfosfato Sintetasa II por el UTP

2- Inhibición de la OMP Descarboxilasa por el UMP

3- Inhibición de la CTP sintetasa por CTP (para inhibir que todo el UTP pase a CTP)

Síntesis de los desoxiribonucleótidos

La concentración de dRibonucleótidos es baja en las células en reposo, solo en la fase de replicación del ADN (fase S) es que aumenta su concentración para soportar las necesidades en la síntesis de ADN.

La primera enzima que actúa en esta vía es la ribonucleótido reductasa, que lo que hace es reducir el carbono 2 de la ribosa y la convierte en una desoxiribosa, conviertiendo asi el nucleótido difosfato (NDP) en desoxiribonucleótido difosfato (dNDP). Se habla de ribonucleótido reductasa como término general, pero en realidad es una enzima espcífica para cada uno de los NDP y utilizará como coenzima a la tiorredoxina, quien es la que va a donar los electrones necesarios para que se pueda dar la reacción.

La tiorredoxina tiene grupos S-H que se convierten en grupos S-S. La tiorredoxina reductasa va a ser la encargada de regenerar a la tiorredoxina (a S-H) y utilizará como coenzima al NADPH.

Asi que OJO!! Una posible pregunta de examen sería si la tiorredoxina es la enzima encargadad de convertir los NDP a dNDP, lo cual como vimos anteriormente es falso. La Riboonucleótido Reductasa es la encargada de esto y su coenzima (ahí si) es la tiorredoxina.

Los ribonucleótidos de timina solo se obtienen por vías de recuperación y no existe síntesis de novo de ellos xq los que se van a ocupar en realidad son los desoxiribonucleótidos de timina, entonces estos últimos los podemos obtener apartir de dCTP o dUTP de la siguiente manera:

Y solo de esta manera se obtendrán desoxiribonucleótidos de timina. Es importante recalcar que la timidilato sintasa es una enzima importante para tratamientos con ciertos medicamentos.

Viendo con mayor detenimiento la última reacción, podemos observar que la diferencia entre un dUMP y el dTMP es un grupo metilo. Este será donado por una coenzima: metilen-tetrahidrofolato. Cuando esta pierde el grupo metilo y se lo da al dTMP, se va a convertir en dihidrofolato, quien con la adición de un Hidrógeno de un NADPH se convierte en tetrahidrofolato por medio de la dihidrofolato reductasa.

A apartir de aquí, el tetrahidrofolato se puede convertir en formil tetrahidrofolato (para la síntesis de nucleótidos púricos) o en metilen-tetrahidrofolato. Esta vía es de suma importancia ya que los dTMP cumplen importante función en la replicación de la célula y la timilato sintasa y la dihidrofolato reductasa son un punto regulatorio para la proliferación celular (aplicaciones clínicas para impedir la replicación de células no deseadas en el organismo). La profe le dio mucho énfasis a esta parte… asi que en caso de que no entendieron ese montón de palabras, aquí está el dibujo:

Los diferentes desoxiribonucleótidos regularán su propia síntesis de la siguiente manera:

Esto significa que el dATP inhibirá la síntesis de los 4, e y el dGTP inhibirá al GDP, UDP y CDP y el dTTP inhibirá el UDP y CDP, mientras que las estimulaciones si son individuales como indica la flecha. La profe dijo que no iba a preguntar individualmente quien promueve o inhibe a quien, sino que era nada más para que tuviéramos una idea de que los dNTP se regulan a si mismos y que altas concentraciones de dATP inhiben a todos, por lo que altas concentraciones de este pueden ser tóxicos para la célula inhibiendo su proliferación.

Acuerdense que los dNTP solo van a aumentar en proliferación celular.

Degradación de las bases púricas: El AMP, el GMP y el IMP se degradan los tres hasta ácido úrico. Lo importante aquí es tener calro que la síntesis de ácido úrico se hace a partir de la degradación de los nucleótidos PÚRICOS, por que si se degradan nuecleótidos pirimídicos NUNCA se va a formar ácido úrico.

Aquí es importante ver que el AMP y el IMP producen Hipoxantina, quien por medio de la xantina oxidasa produce Xantina, quien es el precursor directo del ácido úrico. Para convertir la Xantina a ácido úrico también actúa la xantina oxidasa. Por otro lado tenemos el GMP que produce Guanina, que se convertirá en xantina también, pero por una enzima diferente que xantina oxidasa.

La xantina oxidasa es, por esta razón, el blanco de los fármacos para combatir la gota. Obviamente si se bloquea esta enzima pues se producirá un exceso de xantina e hipoxantina, pero estas son más solubles que el ácido úrico por lo cual los problemas se verán reducidos.

Causas de hiperuricemia:

Nefropatía crónica: va a causar un aumento de ácido úrico, urea, creatinina, etc en sangre.

Se puede tener una hiperuricemia por que tengo una sobreproducción de ácido úrico, lo cual hace que aumente en sangre. Por que? xq hay un exceso de degradación de los ácidos nucléicos, osea, hay células muriéndose

Si hay una persona con leucemia o un tumor, se le manda un tratamiento. Este va a matar a las células y por eso va a haber un incremento en la cantidad de ácido úrico, por que va a haber mayor degradación de nucleótidos puricos. En estos casos el aumento del ácido úrico sería más bien un indicador de la efectividad del medicamento.

Defectos enzimáticos: por ejemplo que la fosforribosil pirofosfato tenga un defecto y funcione más de la cuenta; tanto asi que a pesar de la cantidad de AMP e IMP estos no logren inhibir su actividad y continua actuando la enzima descontroladamente

Una deficiencia de hipoxantina guanina fosforribosil transferasa va a ser la responsable de Lyesch Nyhan. Es al enzima que actúa en la vía de recuperación de los nucleótidos púricos. Esta es importante por que las vías de recuperación consumen fosforribosil pirofosfato, producen AMP, GMP e IMP que inhiben síntesis de novo. Si esto no se da, no hay inhibición de la síntesis de novo y va a haber mucho más fosforribosil pirofosfato que estimula la síntesis de nucleótidos púricos, lo que aumenta la degradación de los mismos y deriva en un problema de gota.

Una deficiencia de glucosa 6 fosfatasa puede llevar a aumentos de glucosa en sangre por que actua sobre glucosa 6 fosfato. Es importante en hígado por que la glucosa puede salir y normaliza la glicemia (de gluconeogénesis) Si no hay glucosa 6 fosfatasa en hígado, la glucosa se va a desviar por la vía de las pentosas, donde se va a producir ribosa 5 fosfato quien se convierte en fosforibosil pirofosfato y estimula síntesis de nucleótidos por lo que puede dar hiperuricemias.

Otros defectos o factores que pueden elevar los niveles de ácido úrico son algunos jarabes para la tos o demás medicamentos y también se ha observado que en hombres mayores a 40 años les puede empezar a doler el dedo gordo del pie como primer síntoma de gota.

La hiperuricemia puede ser variable dependiendo de la persona, asi una persona con una alta concentración puede no tener ningún efecto, mientras que uno con baja concentración puede sufrir ataques de gota severos. Esto se debe a factores que influyen en la solubilidad del ácido úrico en cada persona y se desconocen con certeza.

Cuando se satura el ácido en la sangre se deposita en las articulaciones como cristales y llegan neutrofilos y monocitos fagocitan. Los monocitos se empiezan a convertir en macrófagos, producen interleuquina 1, los neutrofilos producen prostanglandinas y leucotrienos y una serie de radicales libres xq estas células inmunes reconocen al cristal como un agente extraño y lo tratan de “matar”. Estas células de tanto fagocitar, se rompen y liberan todas las sustancias que producían y también enzimas lisosómicas etc. Llamando a más células del sistema inmune para que siga pasando lo mismo, se de inflamación y se produzca más daño al tejido circundante. Esto produce un ataque de gota aguda que llega a ser incapacitante por el dolor y puede volverse

crónico. Cuando los ataques se vuelven constantes se empieza a formar un tejido en esas articulaciones que se llama granuloma y ya aquí se vuelve crónico.

Esto se puede curar con un antiinflamatorio y alopurinol. Este último actúa sobre la enzima xantina oxidasa para que se deje de producir ácido úrico y se disuelvan los cristales. El Alopurinol tiene una gran semejanza estructural con la hipoxantina, por eso la xantina oxidasa agarra el Alopurinol y lo convierte en Aloxantina, quien a su vez inhibirá la xantina oxidasa.

Agentes quimioterapéuticos:

Sirven para controlar células tumorales o infecciones bacterianas o virales.

-Antimetabolitos: sustancias que se parecen estructuralmente a compuestos propios de la célula. Por ejemplo: la 6-mercaptopurina que es una base púrica pero con un grupo SH. La célula la ve como una base lista, solo falta añadirle el fosforribosil pirofosfato. Como produce un nucleótido monofosfato va a inhibir a la IMP deshidrogenasa, la dehidrosuccinato sintetasa y la fosforribosil monofosfato amido transferasa que son las enzimas importantes en la síntesis de nucleótidos púricos.

El 5-fluorouroacil: la célula lo cree uracilo y lo convierte en fluor-dUMP quien inhibe la timidilato sintasa y no permite el paso de dUMP a dTMP.

-Antifolatos: actúan inhibiendo a la dihidrofolato reductasa. Evitan que esta enzima recupere el dihidrofolato y lo convierta en tetrafolato.

* Trimetroprim lo usan para la gente que tiene infecciones urinarias e inhibe dicha enzima pero solo de las bacterias. Al bloquearse la enzima la bacteria no puede producir su pared y queda indefensa.

Si una persona está bajo este tratamiento NO debe tomar ácido fólico.

-Antagonistas de la Glutamina: La glutamina tiene una función muy importante en diversas reacciones donando su grupo amino. Estos medicamentos entran en vez de la glutamina a la reacción y no permiten que la glutamina actúe; osea son inhibidores competitivos. Ejemplos de estos serían el Acivicin y la Azaserina. Estos casi no se utilizan por que son sumamente tóxicos xq la glutamina tiene que ver en metabolismo de los amino ácidos.

Aciclovir: combate herpes simplex.

AZT: sirve para combatir VIH