cap57_Metabolismo de los Nucleótidos

8/7/2019 cap57_Metabolismo de los Nucletidos

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Dentro del metabolismo de los compuestos nitrogenados de bajo peso molecular,los nueletidos ocupan un lugar relevante. Estos compuestos tienen variadas eimportantes funciones en el organismo, entre las cuales se cuentan su papel comoprecursores de los cidos nucleicos, su participacin en los mecanismos de labiotransduccin,su intervencin.en funciones reguladorasy otras (captulo8).Els um i n i .de nudetidos es una condicin indispensablepara lamultiplicacincelular.Comosever, los aminocidos tienen una participacin destacada en lasntesisde estos compuestos, tal y como se plante en relacin con el metabolismo de loscompuestos~trogenadosn general.El estudio del metabolismo de los nucletidos tiene importancia mdica, puestanto en su biosutesis como en su degradacin pueden presentarse anomalas queoriginan alteraciones del estado de salud; las medidas teraputicas que en algunos deestos casos pueden emplearse, tienen so fundamento en el conocimiento de lascondiciones normales del metabolismo de estos compuestos.

Al igual que los aminocidos, los nucletidos libres presentes en los Lquidos~Wrales,pudenseronsiderados formandouu paso a travsde las barreras que limitan los diferentes compartimientos quidos del organismo,Presenta determinadas imitadones. Los nucletidos son incapaces de atravesar lasmembranasd~lares, ientras que los nudesidosy las bases Ntrogenadas s puedenhacerlo. Como quiera que estos componentes son interconvertibles, es vlida laconc@n de la existencia de un pool de nucletidos. Debido a que, prcticamente,noexisten nucietidos fuera de la clula, se tratara en este caso de un poolen esencia

Aligual que para los aminocidos, la cantidad y concentracin decada uno de losuudetidos enelpool pude ser considerada como biol@mente constante.~mnstaociarelativaeieja el'equilibrio e n t ~os que aportan nudetidosa l ~ o ' J l ~ossustraen de l.Los Procesos que aportan nucletidos al poolsou:1.La absorcin intestinal.2. El catabolismo de polinucletidos.3.La sntesis de nucletidos.


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Los siguientes procesos sustraen nucletidos del pool:

Fig. 57.1. Procesos que brindan nucletidosal pool de estos compuestos y lossustraen. La absorcin intstinal,el eatabolismo de polinurletidmy la sntesisaportan nucletidos alpool, mientras que la sintesis depolinucletidos, la sintesis de de-rivados nucleotidicos y el eatabo-lismo los sustraen.

Fig. 57.2. Digestin intestinal de polinu-cletidos. Las ribonucleasas ydesoxirribonucleasaspmcre4-t iaconvierten a las polinucletidos enoligonucletidos qu e a su vez sonconverlidos en mononucletidospor fosfodiesterasas.

1.La sntesis de polinucletidos.2. La formacin de compuestos que contienen nucletidos.3. El caiabolismo de nucletidos.

Estos procesos serepresentan esquemticamente en lafigura57.1.Degradacinde polinucletidos Sntesis depolinucletidos

SntesisAbsorcin- de otrosintestinal compuestosnucleotdicos

Sntesis denucletidosI

Catabolismo denucletidos

A continuacin haremos un anlisis general de estos diferentes procesos.

Los polinucletidos presentes en los alimentos que ingerimos son degradados enel intestino delgado por accin de ribonucleasasy desoxirrbonucleasas presentes enlas secreciones pancreticas, las cuales los convierten en oligonucletidos. Estosltimos, a su vez, experimentan la accin de fosfodiesterasas del mismo origen,y seobtiene una mezcla de mononucletidos (Fig.57.2). Nucleotidasas y fosfatasas ines-pecficas los descomponen en nuclesidosy fosfato inorgnico (Fig.57.3).

.- --., Po1inuc:etidos---,- de la dieta1 ibonucleasasDesoximbonucleasas~..: -, ----------.S- Oligonucletidos

I Fosfodiesterasas-.- - ".

~

-. - .. ~- Mononucletidos


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Nucletidos

1 NucleotidasasFosfatasasml

Catabolismo

CirculacingeneralLos nuciesidos aueden ser ab sorbidos c omo tales por la mucosa intestinal o suf r i rhidzGadieional,liberondolas bawsnihvgenadas y 11 mwr.Sin embar#), laabwn.ihintestiorilde gtos om putw rc no constituye un aporte sustanciald pno lde nu i lmt idos de loreanismo.va oue m uywosa l ~ i l l ~ ma circulacin genernl; l a m a y n a son cat;ihnlhdw

Sfnt&denaeletidcaEn la sntesis de nucletidos se dis ting uen 2 vas m u y relacionadas, pero que tienen.dfelWlcins importantes en cuanto a l a cvnnomia celular.E n n denominada sntesis de no w . lac bases nitroeenadac se s i n t e t h a pa r t i r dedetenninado6prrrursores,eswfialmente aminocidos; m ienh as que en ns b i n a d a svasde

h i m p o ~ t e s q u e l a s n t e s ie novo, va que med'anteellasse pm duc en la m ay on ade osnudeodos s in te tizados po r el u r g a n k t k - ~ aecuperac in de hases parece tener m enosi m ~ o r t a n c i a e n e laso de los nucletidos oirim idinicu s.

Fig. 57.3. Degradacin intestinal dernononueletidos. Nucleotidasas yfasfatasas inesoeeifieas conviertena los nucletidos en nuelesidasyliberan el grupo fosfato.El nuelW-sido ouede ser adicionalmenteM-drozado rindiendo la base nitro-genada y el rnonasacrida.


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Fnnnadn de mmpuestm que mntienen nudetidosLosnucletidos, adems de participar en la sntesis de cidos nucleicos, formanpartede ohos compuestos degran mportancia metablica; tal es elcasode las coenzimasNAD', COAy otros compuestos con funciones coenzimticas. La formacin de dichoscompuestos constituye un drenaje adicional al pwld e nucletidos.

Una fraccin de los nucletidos del pwle s catabolizada continuamente. En esteproceso degradativo, las partes constituyentes de los nucletidos son separadas porhidrsis, y las bases nitrogenadas sufren ulteriores transformaciones quesernobjetode estudio en este captulo.

El catabolismo de los nucletidos sustrae este tipo de compuestos de su pool, locualdetermina queestasprdidas tengan que ser restituidas por los procesas de sntesisantes mencionados.

Los urocesos une aoortan nucletidos al o001 v los sustraen de l se relacionan aA . "travs de&, por lo que pueden inullsedpro*unente. As,porejemplo,un inrrementoen la intensidad de sntesis de los uucletidos induce un incremento en su catabolismo.

Aunque las clulas poseen los procesos metablicos necesarios para la sntesisntegra de los nucletidos a partir de determinados precunores, tambincuentan conlas denominadas vas de recuperacin de bases, que permiten incorporar basespreformadac a los nuclmtidus, cun la cumipuirnte ~ ~ o n o m iae sustanciay energa.El aspecto fundamental de la sintesis de nucletidns rs la formacin de lascorresoondientes bases n ihenadas. El orieeu dela ribosafne estudiadoen el cauhilo"44 y en el presenteconsideraremos a formacin deun derivado activo de este azcarque participa en la biosntesis de nucletidos.La forma activa de la ribosa,que interviene tantoen las reaccionesde recuperacinde bases como en la sntesis de novo de los nucletidos, es el compuesto denominado5-fosfo ribos-1-pirufosfato, es decir PRPP.ElPRPPse forma aparrde la ribosa-5-dato,originada en el ciclo delaspentosas,por accin de la enzima ribosad-fosfato uirofosfoauinasa,en una reaccin donde un&po pirofosfato del AT P ~ Sransferido al carboo1 el&onosac"do. La enzimakul'hbibida por elAMPy el GDPen forma no competitiva,y por el ADP y el cido23-bisfosfogiicrico,que actan como inhibidores competitivos.

IH OH pirofosfoquinasaRibosa- 5-fosfato 5-fosfo nbosil- 1- pirofosfato(PRPP)

Reaednnes de recuperacin de basasEl organismo posee reacciones metablicas que permiten la formacin de

nucletidos a partir de bases nitrogenadas libres, especialmente a partir de basespurnieas.

La llamada recuperacin de bases se produce mediante la reaccin de lacorrespondiente base nitrugenada con el PRPP, lo cual da lugar a la formacin delnuclesido monofosfatado correspondientecon liberacin de pirofosfato.


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PRPPNuclesido

monofosfatadoLa recuperacin de bases, especialmente las purnicas, constituye un proceso

mucho ms importante desde el punto de vista cuantitativo de lo que se crea conanterioridad. Se estima que la mayor parte de los nucletidos formados en el orga-nismose producen por medio de la recuperacin de bases.Se conocen 2enzimas fundamentales que participan en la recuperacin de basespuriicas, a adenina fosforribosil transferasa y la hipoxantina-guanina fosfornbosilmnsferasa,que permiten la recuperacin de la adeniua, la primera; y de la hipoxantinay laguanina, la segunda. La reaccin catalizada essimilar en ambos casos.

lH AdeninaAdenina fosfombosiltransferasa

OH OHPRPP Adenosn monofosfato

(AMP)

Guanina,

transferasa

OH OHPRPPGuanosn monofosfato

(GMP)iatamsdirrioysii#C@h&O 965


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ErzasrraeciOnes~yenunaimportanteposib~deahomdesusZamiaymeigaparalacluIa,puespermitenutiZar basesnivgenadas provenientes deladieta o de otrasf u m t g , e n l u g a r d e ~ e v a r a c a b o ~ ~ 9 n ~ m ~ ~ ~ & b i n ~ ~ b l e ~ p o rmlaciones interorgnim en el metaboLiano de los nudetida', pues el hgadomdka unasntesis de novo muy aclivade bases nitmgenadas que son exportadas y uoli2adas por otmstejida' por mediodelm m m o n e ~e ~o~up eraane bases.Como ventajas adicionales de la recuperacin de bases sobre la sntesis de novopueden sealarseque requieremuchomenoseminmpara produUrSe,y que,alconhziode la sntesis de novo, la recuperacin tiene un efecto deuresor sobre la formacin decido rico al reincorporar las bases nitrogenadas al hab oli sm o. El cido rico,aunque pudiera tener funciones fisiolgicas -ver ms adelante-, es considerado uncompuesto de excrecin que en determinadas circunstancias puede tener efectosperniciosos sobre el organismo.Sintesisde novo de nudetidos pirimidnim

Son2 los compuestos precursores bsicos en la biosnesis de las bases nitrogenadasde los nucletidos pirimidnicos: el aminocido asprtico y el carbamil fosfato. Adiferencia del carbamil fosfato, que interviene en la sntesis de urea, el que nos ocupaes sintetizado en el citoplasma soluble por una carbamil fosfato sintetasa que utilizaglutamina como fuente de nitrgeno.

8H,\-C-@coz 2 ATP ADP + Pi Carbamil fosfatosintetasaIl (glutamina)

COOHlH2N-C-HICH,I

Glutamina cido glutmico

El carbamil fosfato y el cido asprtico se condensan en una reaccin catalizadapor la enzimaalostrica asprtico carbamil transferasa (asprtico hanscarbdasa),formndose el compuesto denominado cido carbamil asprtico. En este compuestoesposible percatarse de la posicin que ocuparn los diferentes tomos en el anillopirimidnico.


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H H\ /N OI HO, 11

Carbamil fosfato ' 'COOHcido carbamilasprtico

cido asprtico

El cierre del anillo se produce por la deshidratacin catalizada por la enzimadihidro orotasa, formndose el cido dihidro ortico.

HOH-N-HI i'NH Dihidro orotasao=c\N/ 'COOH

1H

cido cubamilasprticoH

cido dihidro ortico

El dihidro ortico resulta posteriormente oxidado a cido ortico por la enzimadeidodihidroortico d eshidr~~enasaorticoreductasa), reaccin en la cual intervieneelNAD' como aceptor de hidrgenos. La enzima es una flavoprotena que contieneF A D , m y tomos de hierro.

"1" N N * D ; ; + +H-r

"1 7. bc/H Dihidro ortico'~00~ deshidrogenasa C CO+ '$' 'COOH

H&ido dihidro ortico

IHcido ortico


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En la siguiente reaccin se incorpora el resto de ribosa. El compuesto que aportael grupo ribosilo es el 5-fosfo ribosil-1-pirofosfato, cuya formacin a partir de laribosa 5 fosfatoya fue considerada.La incorporacin de la ribosa -en reaiidad del conjunto fosfombos+ escatalizadapor la enzima cido ortico fosfombosil transferasa.

OH OHPRF'P OH OHOrotidn monofosfato

El orotidn-5'-fosfato resulta as el primer nucletido formado en esta rutabiosinttica.Apartir del omtidn-5'-fosfato seforma el uridn-5'-fosfao (iJMP,cido uridlico)mediante una reaccin de descarboxilacin catalizada por la correspondientedesearboxasa.

Orotidin monofosfato

CO, C

COrotidn -5-fosfato \ Hdescarboxilasa I

Undn monofosfato(UMP)

Como se ver ms adelante, elUMP y otros nncletidos monofosfatados puedenelevar su grado de fosforilacinhasta el correspondiente rifosfato. La sntesis de otroimportantenncietido, el citidh trifosfato (CTP),seproduce precisamente a partir deluridn trifosfato(UTP).En lareaccin de fohnacin de CTP, el UTPincorpora un grnpo amino provenientede la glutamina. La reaccin requiere energa, que ff iaportada por el ATP. La enzima


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que cataliza esta transferencia se denomina citidn trifosfato sintetasay requiere lapresencia de iones Mgu y GTP para su actividad.

sintetasa Citidn trifosfatoCOOH /

COOHIH,N-C-HICH2ITHzCO" bH

cido glutmico

La sntesis de los nucletidos de timina est asociada con la formacin dedesoxinibonucle6tidosy ser considerada ms adelante.En Lasbacterias, la etapa fundamentalde regulacin en la &tesis de los nucletidospirimidiicas componde a la formacin del cido carbamil asproco, catalizada porh sp&ico carbamil transferasa.El esquema de regulacin responde asal principiogeXIeralde regulacin de las vas biosintticas en las primeras etapas de stas, lo cual esexprrsi6ndel prinapio de mxima economa. La asprco carbamil transferasa es unaenzima alostrica que resulta inhibida por el CTP,uno de los productos finales de ladaEsteefectoinhibitoriodel CTP es anulado por el ATP. Adicionalmente,la enzimambam fosfato sintetasa11(glutamina) es inhibida por el UDP y el UTP, lo cualProvee unmecanismo adicional de regulacin; este ltimo parece ser el mecanismoregulatodo fundamental en el ser humano.

Sf~~tesiSenovo de nucietidos purinieosL~sconocimientosundamentalessobrrestava metablica se deben a los trabajosPioneros de John Buclianany Robert Grennbergdorante los aos 50.A diferencia de las bases nitrogenadas pirimidnicas,que poseen slo2precurso-metablicos, en la sntesis del anillo p u r ~ c ontervienen varios compuestos que

en o~aSeC~eIIaalan aportando los elementos requeridos. Otra diferenciapeculiarw n m P e c t ~ a sntesis de las pirimidinas es que la ribosa fosfatada se incorporadesde lasprimeras e t a~asiosinttica~.Lasintesis de las baws purinira5 (einicia ron una rearrin que tienr lu p r entre

e l P R P P ~a flutamina, formnd(meel compue5to 5-f,,shrrihi,siI~mina. t m ene Id


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enzimafosforribosil pirofosfeto amido transferasa,y enstael nih.geno arm'dico de laglutamina es transferido al carbono 1del monosacrido fosfatado,y se libera elpirofosfatoque ocupaba esa plaza.

COOH @-@ COOHIlH2N-


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Seguidamente, un gmpo formilo proveniente del N, N,, metenil tetrahidroflicoaporta el carbono de la posicin 8.H

,NH? N, ~ , , ~ ~ t ~ ~ i l t ~ t ~ ~ .etrahidroflico 1hidroflico N

P '-- b lC< 'T-H

o * ~ \ ~ - ~ Fosfombosil glicinamida ,C CI transferasa O' 'N-H I

5- fosfombosilglicinamida 5- fosfombosilN formil glicinamidaA continuacin,y por segunda vez en la va, se incorpora un grupo nitrogenadoproveniente dela glutamina, en esta ocasin dicho aminocido aporta el nitrgeno dela posicin 3. La reaccin requiere ATPe ionesMg".H cido glutmicoGlutamina H1 ADP+ Pi 1Nc,/ 'c-HI I,c o OO

I I

5- fosfombosilN formil glicinamida 5- fosforribosilN formil glicinamidina

El cierre del anillo pentagonal es catalizado por la enzima fosforribosil aminoimidazol sintetasa. lo cual consume una molcula ms de ATP.

Nc,/ 'cH ADP + PiI AT 1HO H-C-NI Io 11 llH-N& H,N -CN-H Fosforribosil \ /C-HNl ~~ - iniidazol sintetasa 1

5- fosfombosilN f o m licinamidina 5- aminii imidazolribonuclctido


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Una carbuxilasacataliza a incorporacin del carbono de la posicin6 a parr delCO,. Es llamativo el hecho de que esta reaccin no consume ATP ni requiere laparticipacin de biotina u otra cwnzima.

H-C-NII ll CO, C -C-NH,N-C, ,C-H HO' 1 1 1 1bFosforribosil /C, F - HN imidazol H'N Nl

5- min o imidazolnbonucleiido

carboxilasa5: fosfombosil5- m i n o imidazol4- carboxiico

La incorporacin del nitrgeno de la posicin 1 tiene lugar a continuacin, enuna secuencia similar a la incorporacin del segundo nitrgenoalciclo de la urea, queconsideramos en el captulo precedente. El gmpo nitrogenado lo apor ta el aminocidoasprco mediante2 reacciones consecutivas, en la primera de ellas el asprco se unealcido5 -fosfombosil-5-amino rnidami-4-0i-boxiiico con consumo de otra molculadeATP. De inmediato se produce la liberacin de cido fumrico, y elgrupoamino delasprticoquedaformandopartedelwmpuesto5 -fosfombonl4carboxamida-5-aminoimidazol.

9C-C-N COOHHO' 1 1 1 1 ICH,1 9CH-C -N / \l C-NI I 1 1' fosfombosil5 - amino imidazol Fosfombosil amino imidazol4- carboxlico succnico carboxamida/ sintetasa S- fosfombosil

COOHI 4- (N succino carboxamida)H,N-C-H / 5- amino imidazol1CH2ICOOHcido aspmco

COOHI

5: fosfombosil4- carboxamidaICOOHAcido fumrico

5- amino imidazol


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En estos momentos slo falta la incorporacin del carbono de la posicin2 del&o purnico, lo cual selogra con el concurso delN,, formil tetrahidroflicoen unareaccin de trarsferencia degrupo.

? N,, fomil FH,C-C-NH ~ N / II I I C -N

A- C . C C-HN '-\N'- 'H Fosfonibosil amino imidaml /C\N/ y1 carboxamida formil uansferasa H 15: fosfombosil4- carboxamida5 - amino imidazol

5'- osfomibosil4- carboxamida5- fomaminoimidazol

El cierre del anillo purnico se completa con la prdida de H,O catalizada por laenzima inosinicasa (IMP ciclobidrolasa), con lo que se forma el inosn-5 -fosfato(IMP)que viene a ser as el primer nncletido pnrnico formado en la va biosinttica.9

H- N /C \

5 - fosfombosil4- carboxamida5- fomaminoimidazol

!?/C\-N C-NI " l l

Inosn monofosfato(MP)

Como habr podido notarse, los elementos que constituyen el anillo purnico se0nginan a parr dedisontm precursores, tales como la glutamina, aglicina,el asprtico,elCO,y fragmentos mon-rbonados unidos al cido tetrahidmfco. La procedenciadelosdistintos tomos del anillo purnico se resume en la figura 57.4. Es de destacar elelevado gastoenergticoque ocurre en esta va, la sntesis del IMP consume 6 enlacesricmen energa. f" Glicina

cido asprtico +N /C ,JlN,,formil FH, --+6 6c , N,,metiln FH,\N / 'N Fig. 57.4. Procedencia de los distintos to-m o s q u e componen el anillopunnico. Los elementos del anillopurnico son aportados por laglutamina, la gl irina , c l cidoasprtico, el CO , y fragmenlosrnonocarbonados unidos al cidotetrahidroflico.


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El I J I P forma do. segn se ha detallado, est constituido po r la base nitrogenadahipo sant ina. l a cual se halla con mu? poca frecuencia en los polinucletidos. .A p a rt irdel IM P se form an los nucletidos de adenina guanina.E1 gru po aniino adicional requerido pa ra co nvertir el IJ lP e n A3IP, lo apor ta elcido asprtico en una secuencia de 1 eacciones que !a nos debe resultar familiar .H OO C-CH - C H r COOH

rl N-H NH ?yc\ GDP+Pi cH - S C-N H-N -h'' \C

: :-c C Adenilato ' ./ ' succinico /c*N/C\ ,cH N Nlsintetasa- - -i i b ; i $3- ih ! i !@- -ih i-

OOH COOHCH ? A M PIM P H~N-c-HCH, CH:COOH COOH

h i d o aspnico cido fumnco

E s de notar, sin em bargo, q ue en este caso la energa req uerida por la reaccininicial de condensacin es apo rta da por el GTP. Las enzimas qu e catalizan estas 2reacciones son: adenilo succnico sintetasa adenilo succinasa. en este orden.El G\IPta mb in se form a a partir del n IP .E n este caso. el grupo amino adicionales cedido por la glutam ina, y la incorporacin est precedida por una oxidacin aexpensas del SAD'. Debemos Ilaniar la atencin en cua nto a qu e la sntesis del .ANPrequiere GTP,mientra s que la del GX IPrequiere . A P . Este hecho provee un m ecanismoque pe rm ite un halan ce ad ecu ado en la sntesis de nucletidos purnicos.

Xantina-5-fosfato ,--oH vIM P COOHH?S-C-H H,S-C-H

CH, CH2

Glutarnina c id o glutrnico


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~a etapa fund ame ntal de la regulacin d e la sntesis de los nucletidos purnicosen sus momentos iniciales, como corre spon de a u na va hiosinttica. L aenzimafosforrihosil pimfosfato amido transfe rasa es inhihida po r el AMP, el GM Py elIMP;


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sntesis activa de nucletidos de pirimidina, las2enzimas multifnncionales descritasse asocian con la mitocondria, y se produce un fenmeno de canalizacin metablica-queasegurauna elevada eficiencia del procesoy n i i n i z a as prdidas de intermediariossin ot ra funcin en el metabolismo (Fig.57.6).Un fenmeno de canalizacin similar parece ocurrir en el caso de la sntesis denucletidos purnicos, en la que existen evidencias, en clulas eucariontes, de lapresencia de3enzimas multifuncionales.

Fig. 57.6. Esquema dc la ubieaeibn de la La elevacin del grado de fosforilacin de los nuclesidos monofosfatados se~ i h i d r o o r ~ t i c oeshidrogenasa en produce por la transferencia de grupos fosfato provenientes del ATP. Las enzimas qneia meiiihrana i n t c r n a d r la catalizan este tipo de reaccin se denominan nuclesido monofosfato quinasas y sonmitoeoiidria. especficas para cada una de las bases nitrogenadas.

ATP ADP\ f

UMP UD,Uridn monofosfatoquinasaEl paso de nuclesido difosfatado a trifosfatado ocurre en forma similar por accinde la nuclesido difosfato quinasa, que puede fosforilar a cualquiera de los noclesi-dos difosfato; aunque el ATPes el donante habitual del grupo fosfato, cualquier otronucletido trifosfatado puede sustituirlo. Las enzimas mencionadas en este apartadoson activas, tanto sobre los ribonucletidos como sobre los desoxirribonucletidos.

N ,DP Nuclesido difosfatoquinasa

Los desoxirribonncletidos purnicos y pirimidnicos se forman por reduccindel carbono 2 de la ribosa de los Nbonucletidos correspondientes, los cuales debenencontrarse en forma de nnclesidos difosfatados.La enzima responsable del proceso reductor es la nuclesido difosfato reductasa.Los equivalentes de reduccin requeridos por esta reaccin son aportados por elNADPH, perono de una formadirecta,sino por mediode una protena: la tiorredoxina.vfTiorredoxioa

0dHTO~T ( H,,)-@-cH~ 0 SHtNuclesido difosfato

1 I 1OH OH reductasa OH HNuclesido difosfato ~esoxirribonuclesido

difosfato


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En la reaccin se forma el derivado desoxi correspondiente, y 2 grupos sulfidrilosde la tiorredoxina son oxidados a disulfuro. La tiorredoxina reductasa esla responsablederestituir la forma reducida de la tiorredoxha a expensas del NADPH, por intermediodel FADH,. Se ha descubierto una segunda protena, la glutarredoxina, que utiliza alg[utatin reducido en lugar del FADH,, aunque la fuente original del equivalente dees tambin el NADPH.NADP' NADPH

FADH, FAD'-..2Tiorredoxinareductasa

La nuclesido difosfato reductasa es una curiosa enzima formada por 4subunidades, 2 denominadas B1 y 2 denominadas B2. Posee 2 sitios activos que seconstituyen en la zona de contacto entre los protmeros B l y B2; las subunidades B1aportanun grupo -SHal centro activo, mientras que lasB2 aportan un radical tirosilo.Adicionalmente, las subunidades B2 contienen un ion Fe1+ ndispensable para la ac-cin cataltica.La regulacin de esta enzima es muy interesante. Las subunidadesB1 poseen 2sitios alostricos separados, uno de ellos permite regular la actividad cataltica generalde laenzima y puede acomodar al ATP, que laactiva, o al dATP, que lainhibe. El otrositio modicala especificidad de sustrato de la enzima, en dependencia del efector quese le une. ste es uno de los pocos casos conocidos de regulacin enzimtica pormodificacin de laespecificidad. Los distintos efectores capaces de unirse al sitio decontrol de la especificidad estimulan o inhiben la reduccin de diferentesribonuclesidos difosfatados de la manera que aparece en el cuadro.CbsamEfectores queintervienen en la regulacin de la enzima nuclesido difosfatoreducasa

Efector Sustrato cuya Sustratocuyareduccin disminuye reduccin aumentaAT P y dATP . . . CDP y UDPdITP CDP y UDP GDPdGTP CDP, UDP y GDP ADP

En condiciones que favorecen la actividad anablica -altos niveles de ATP-, lareduccin de ribonuclesidos difosfatados sigue estas etapas:

1. ATP(a, e) : CDP+ CDP -f CT PUD P+ UDP++ TT P2. dTTP (e): GD P --+ GD P+ GTP

3 . dGTP (e): ADP.ADP -f ATP4. dATP (a): Se inhiben todas las reducciones.

Las letras a y eentre parntesis indican si el efectorse une al sitio de control de laactividad0 al sitio de control de la especificidad.


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El resultado de esta compleja regulacin es que los desoxirribonucletidos sonsintetizados en la cuanta necesariay en las proporciones requeridas para la actividadcelular, en particular para la sntesis deADN.

Sntesisde nucietidos de timinaLa sntesis de nucletidosde timina sloseproduce en forma de desoxiderivados.

Como se sahe, estos nucletidos son caractersticos delADN. El precursor inmediatopara la sntesis de nucletidos de timina es el desoxiuridin monofosfato (dUMP), elcual, en los mamferos, puede originarse a partir del dCMP por accin de unadesaminasa, o directamente a partir del dUTP.

En la reaccin, el dUMP es convertido en desoxi timidn monofosfato(dTMP) poraccin de la enzima timidiico sintetasa. El grupo metilo que se requiere es aportadopor el N,N,, metiln tetrahidroflico.

N,N,,, metiln FH , CH--N ' c-CH,1o=c Timidlico sintetasa C -H'N'

Desoxi undndifosfato (dUDP)

Desoxi timidindifosfato (dTDP)

Las figuras 57.7 y 57.8 constituyen un resumen general de los procesos dehiosntesis de nucletidos pirimidnicos y purnicos, respectivamente.

Catabolismo de nucletidosLos nuclesidos monofosfatados, tanto pirimidnicos como purnicos, pueden

experimentar la separacin del grupo fosfato por la accin enzirntica de fosfatasas.

NMP Nucle6sidoFosfatasa


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Cnrbamil asprricoL :Oih d o ihidro ortico, NAD'Tcido ortico ATP

, / p R p pu ihosa I 3)r ATP

1L.\DPA?Pt i 1' +C D P U T PGlutniiiina ' i.ARNGiutrnico + vd C D P C T P

C D PS.ADPH y,\ ADP' 4':d C D P .ATPI Fig. 57.7. Esquema general de la sintesis denurletidos piriniidnicos > su s di.ferentes deri


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Fig. 57.8. Esquema general de la sinte-sis de nueldtidos purnicos ysus derentes derivados.

ATP AMPRibosa I @f' RP PpGlutamina

5 - fosfombosilaminaATP -.@Glicina

ADP+ pi45 PR glicinamida// N, N,, metenil FH,5 PR N formif glicinamida

Glutaminam$ cido glutmicoADP + P

5 PR N formil glicinamidinaADP + Pi

co*5 ' - fosfombosil- 5'-amino-iamino imidazol nbonucletidoimidazol- 4 -carboxlicoATP - cido asprtico5'- fosforribosil4 - carboxamida5 - amino imidazol

k ,, formil FH2 AMP+ ADP+ ATPcido fumnco5 ' - fosfombosil4 - carboxamida cido5 - amino imidazol asp"fico GTP dADP 1i .....ADP+Pi dATP..,O . ... ..

...........MP +GDP+ GTP. I/ NADPHcido glutmico


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Los nuclesidos son posteriormente degradados por un proceso fosforoltico,t&mdo por nucleosidasas.

NucleosidasasOH OH

Nuclesido Ribosa I fosfato

Las bases nitrogenadas pueden entonces ser recuperadas o seguir sus vasdwda ti vas cnrrespondientes. .

CataboliPmodebasespirimidiicasLa citosina resulta desaminada y convertida en uracilo por accin de una

desaminasa

ya oIN/c\c-H 7 H- N /C\c-HI IIO=C C-H Citosina desaminasa O=C C-HI I I

'N' ' lH

CitosinaH

UraciloU uracilo formado por la reaccin anterior o el proveniente del catabolismo de los

nucletidos que lo contienen, es reducido a dihidro uracilo por accin de unadeshidrngenasa que utilizaNADH como cofactor.

-II NADP+ IINADPH'\C-H H-N / C \ C , ~H-N

I II ,o=C, ,-H 1Dihidro uracilo deshidrogenasa O=C lrHc / ~Y \ N / \HIHUracilo

HDihidro uracilo


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La ru pt ur a del anillo piriniidinico se produce po r hidrlisis.

HDihidro uracilo cido p ureidi~propinico

Finalmen te, el cido P ureido propinico es hidrolizado y se obtienen P alanina.%NH,CO..oHO\! l\ H1O H\

o11NH: CH 2 N--CH.- C H r CH>. -L- aianina 'OHp ureido propionasa +cido p ureidopropinico

La degradacin de la timina es esencialnieiite igual. con la fnrniaciii dedihidrotimin apor reduccin y de cido P ureid o isobutirico por hidrlisis. Este ltiinorinde los produ ctos finales cido o inetil P aniino propinico. NH, J CO,.C H , OH\ 11N - C H ? C H - C ,H' OH

cido u iiietil(3 ainiiio propi


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L a guanina es convertida en xantina por desaminacin.o$ 1

H-N /C\(I l

O11H~-N/C \ C-NI i I I

H iuan ina H HXantinaCua lquiera qu e sea el origen de la xaiitina, sta es oxida da por la propia xantinao g d m hasta fo rm ar el cido urico.oII

H1OH-Ni

o=c1

Xantina cido ricoEl cido rico es el prod ucto de la excrecin de las purin as en el hom bre y otrosvertebrados, y du ran te much o t iempo ha sido considerado exclusivamente como uncompuesto de desecho del metabolismo. .Algunas investigaciones recientes p arece nindicar queel cido riw podria tener una funcin fisiolgica actuan do como agenteantioxidante.Seha w iiiprohad o su capacidad de reaccionar con los radicales hidroxilosobre todoe n el tejido pulm onar, posee, adem c, un efecto inhibitorio sob re la xantinaoxidssa, lo que evita la formacin excesiva de anin superxido y peruido dehidrgeno. Otros animales tienen un a va degra dativ a ms extensa y excretan otrosproductos finales.

NH, COOH

+ NH; Anhidrido carbnico ! monaco: sx c r c i d m p o r in -vcrtchradi>.; ac utic o\


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Aspectos deintersmdico en el metabolismo de los nucletidosEn el metabolismo de los nucletidos existen aspectos que tienen un relevanteinters mdico. ste est dado, por una parte, por la existencia de enfermedades que sedeben a deficiencias enzimticas de estas vas; por otra parte, existen diversosmedicamentos cuya accin bsica es producir modificaciones en el metabolismo delos nucletidos.

Enfermedades relacionadas con el metabolismo de los nudedosLa aciduria ortica es una enfermedad hereditaria caracterizada por retardo delcrecimiento, anemia megaloblstica y leucopenia. Se encuentra una concentracinanormalmenteelevada de cido ortico en la sangre, el mal se excreta por la orina. Lasenzimas ortico fosforribosil transferasa y orotidina 5 -fosfato descarboxilasa estndeficientes -recurdese que ambas forman la enzima multifuncional UMP sintasa-;ello explica la acumulacin de cido ortico y la deficiente sintesis de los nucletidospirimidnicos con retraso del crecimiento y de la hematopoyesis. La enfermedadpuede

aliviarse con la administracin oral de nridina o citidina.El sndrome de Lesch Nyhan es otra enfermedad de carcter gentico que estasociada alcromosomaX.En ellase observa un profundo retardo mental,espasticidady una gran agresividad, por la cual los pacienteslleganincluso hasta automutane pormordidas de dedos y labios, y suelen morir en edades tempranas. La enfermedad seacompaa de niveles muy elevados de cido rico en sangre, el que termina pordepositarse en las articulaciones y el rin, y produce lesiones fatales.La enzima deficiente es la hipoxantina-guanina fosforribosil ransferasa, queparticipa en la recuperacin de bases pur ~cas . recisamente al no producirse larecuperacin de bases ocurre la sobreproduccin de cido rico, ya que las bajasconcentracionesde nucletidos con accin inhibitoria y una mayor disponibilidad de5 -fosforribosil-1-pirofosfatoestimulan la sntesis de novo, y aumenta asla cantidadde bases purnicas que deben ser catabolizadas. Nada se conoce acerca de la patogeniade los trastornos de la conducta.Tambin se observa una produccin excesiva de cido rico en la gota. El cidorico y sus sales son relativamente insolubles en agua. En la gota, la excesivaconcentracin de cido rico en los lquidos corporales conduce a su precipitacinycristalizacin en los cartlagos y el rin, donde da lugar a los denominados tofos.Actualmente se considera que al menos algunos tipos de gota tienen carcterhereditario y se deben a una falla en el control negativo ejercido por los nucletidos deadenina y guanina sobre la enzima fosforribosil pirofosfatoamido transferasa, lo cualconduce a una sobreproduccin de nucletidos purinicosy con ello a la consiguienteestimulacin del catabolismoy la hiperuricemia.Como el contenido de nucleoprotenas y purinas de la dieta influye en la excrecinde cido rico, los pacientes afectados por la gota deben restringir la ingestin decarnes y otros alimentos que contengan es& sustancias.La deficiencia de adenosina desaminasa, una enzima que convierte la adenosinaen inosina, provoca una grave inmunodeficienciapor un inapropiado desarrollo de loslinfocitos T y B. Los pacientes con esta enfermedad son muy propensos a contraerinfecciones, a menos que sean mantenidos en un ambiente estril. Precisamente enpacientes con esta afeccin se han reaiizado algunos de los primeros ensayos de terapu-tica gnica con algn grado de xito.

Drogas con accin sobre el metabolismo de los nucietidosEl alopurinol es un anlogo de la hipoxantina con efectos inhibitorios sobre laxantino oxidasa, y se ha utilizado en el tratamiento de la gota, pues, al provocar una


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disminucin en la formacin de cido rico, alivia los sntomas, de los cuales el mscmel es el dolor en las articulaciones (Fig. 57.9).Existe un conjunto creciente de medicamentos que poseen accin sobre elmetabolismo de los nucletidos. Las sulfonamidas o sulfas son compuestos con accinrntibacteriana, cuyo efecto principal es impedir la sntesis de purinas limitando conello la multiplicacin de los microorganismos.Las sulfonamidasson anlogos estmcturales del cido para amino benzoico, por10 cual inhiben competitivamente la sntesis del cido flico en las bacterias. Losderivados del cido flico son imprescindibles para la sntesis del anillo purnico.

-Sulfanilamida(una sulfonamida)H,N ~ C O O H

cido para amino benzoico(componente del cido flico)

Otrosmedicamentos con accin sobre el metabolismo de los nucletidos poseenaccin anticancerosa.Una caracterstica de las clulas cancerosas es su rpido crecimiento ymultiplicacin (captulo 80). Esto requiere una gran velocidad de sntesis de ADN yARN, por lo cual estas clulas son muy sensibles a cualquier limitacin en la sntesisde nucletidos.Diversas sustancias con efecto inhibitorio sobre la sntesis de nucletidos se usancon algn xito en el tratamiento de ciertas formas de cncer. No obstante, casi todasestas drogas poseen efectos indeseables por la afectacin que producen en las clulasnormales del organismo.Laazaserina, compuesto de estmctura similar a la glutamina, ejerce una accinanticancerosa por inhibicin de la sntesis de nucletidos. La azaserina inhibe lasreacciones de las vas biosintticas de los nucletidos en las cuales interviene ladutamina (Fig. 57.10).La aminopterina y la ametopterina (metotrexato) son anlogas del cido flico eimpiden la regeneracin del tetrahidroflico(FH,) a partir del dihidroflico(FH,).EnWtpfhilo se puso de manifiesto a importancia de los derivados del cido flico enla sintesis de nucletidos (Fig. 57.11).

d h g o d e baies, tanto pu rni w cons, pirimidinicai,se utilizan en elhatamientodel cncer. Ellos interfieren en la sintesis de lui nuclc6tidos norm4e.r O

Fig. 57.9. Estructura del alopurinol. Estasustancia se ha u tilizado en d tra-tamiento de la gota por su efectoinhibitorio sobre la formacin decida rieo.

Fig. 57.10. Estructura de la azaserina. Estecompuesto es un anloga de laglutamina,quese ha utizadoeomoantiranecroso por su efecto inhi-b i torio sobre la s ntes is denucletidos.

Fig. 57.11. Estructura de la ametopterina.Este compuesto t iene accinantiflica, por lo cual se ha utiliza-do en el tratamiento del cncer,yaque inhibe lasntesis denucletidosy con ello la multiplicacin celu-lar.


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H5 - iodo-uracilo

H6- azo uracilo

Fig. 57.12. Anlogos de hasrs nitrogeiiadasernpleador conio rnctliriimentor.

Entre los anlogos de hases empleados como medicamentos se encuentran la6-mercaptopurina, el 5-Hor uracilo, la 8-azoguanina, el 5-iodo urecilo, el 6-azouracilo g otros (Fig.57.12).

ResumenPor la importancia de las funciones que reazan los nucletidos en el organis-

mo, su metabolismo ocupaun lugar relevanteen el de los compuestos nitrogenadosde bajo peso molecular.

Los nucletidos se encuentran formandou n pool cuyas concentraciones y can-tidades se mantienen relativamente constantes producto del equilibrio din4micoentre los procesos que aportan nudetidos a dichopool y los sustraen de l.

La absorcin intestinal, el catabolismo de polinucletidos y la sntesis sonprocesos que aportan nudetidos al pool;mientras que lasintesisde polinudetidos,la formacin de derivados nucleodicos y el catabolismo, los sustraen.

Existen 2 vias fundamentales para Uevar a cabo la sntesis de los nudetidos:la sntesis de novo, que implica la formacin de las bases ~ tr og en ad as partir deciertos precursores, y la recuperacin de bases, que consiste en la formacin delnucletido a partir de bases preformadas. La recuperacin de bases es m& activaen el caso de las bases purnicas; este proceso constituye un importante ahorro desustanciay enew'a para la cluia, y tiene una importancia cuantitativa considera-ble. La recuperacin de bases permite, adems, el establecimiento de relacionesinterorganicas entre el hgado que sintetiza y exporta bases, y otros tejidos que lasuolizan mediante estas reacciones de recuperacin. La recuperacin de bases tienecomo ventaja adicional que disminuye la formacin de dcido rico, compuesto quepuede Uegar a tener efectos dainos sobre el organismo.

k t o a recuperacin de bases, como la sntesis de novo de los nucletidos,requieren una forma activada de la ribosa, el5-fosfodbosil-1-pimfosfatoo PRPP,el cual sesintetiza a partir de la ribosad-fosfato.Las reacciones de recuperacin de bases consisten en la unin de las basesnitrugenadas con el PRPP, con formacin del nucletido monofosfatado corres-pondiente y la liberacin de pirofosfato.

La sntes'i de novo, en el caso de los nucletidos pirimidnicos, se realiza apartir de 2 precursores: el carbam fosfato y el dcido asprtico.

El orotidn monofosfato es el primer nudetido pirimidnico que se completaen la va biosinttica. A partir de este compuesto se sintetizan elUMF', de esteltimo, el resto de los nucletidos pirimidinicos.

La sntesis de novo de nucletidos purnicos es ms compleja, pues en eUaparticipa un nmero mayor de precursores.Los elementos que constituyen elmi-Uo purnico se incorporan en reacciones sucesivas,y son aportados por la glutami-na, la geina, el dudo asprtico, el CO, y fragmentos monocarbonados unidos aldcido tetrahidmflico. ElDIPes el primer nudetido pnrnico completado en estava y a partir de ste se forman los demts.

Esnotable la contribucin de diferentes aminodeidos a la sntesis de nudetidos.La sntesis de nucletidos purnicos y pirimidnicos se encuentra rigurosamen-

te controlada y balanceada, de modo que los diferentes nudetidos se sintetizanslo en las cantidades y proporciones requeridas por el momento metablico de laclula.

Existen enzimas capaces de modificar el grado de fosforilacin de 10snudetidos, por lo cual los nudetidos monofosfatados,difosfatados y trifosfatadosson interconvertibles.

Los nucletidos de desoximbosa se forman por reduccin del carbono 2 de laribosa de los correspondientes ribonuclesidos difosfatados. La reaccin escatalizada por la nudesido difosfato reductasa y requiere NADPH como fuente de


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poder reductor. Los nucletidos de t imina slo se s inte tizan en forma dedesoxirribouucle6sidos monofosfatados.El catabolismo de los nudetidos consiste en la separacin de sus pad es cons-tituyentes: base nitrogenada, m onosacrido y grupos fosfatos, y la ulterior de gra-daci6n de la base nitrogen ada.L a degradacin d e las bases pirimidinicas produce compuestos como la Bdanina, CO, yM,,que son incorporados al metabolismo.Po r el contrario, la degradaci n de las bases purinicas conduce a la formacindel d ad o rico, q ue n o tiene otro destino metablico qu e su excrecin urinariaSe conocen d p a s n fe rmedades ocasionadas por deficiencias enzim6ticas enel metabolismo de los nudetidos, tales como la aciduria o r ti a , el sndrome de~ e dyhan y d p a s orm as d e gota, y cierto tipo d e inmunodeficiencia.l b b i e n exisien medicamentos que ejercen efedos teraputicos mediante suaccin sobre el metabolismo de los nucletidos. Tal es el caso de algunosantibacterianos como las sulfonamidas (sulfas) y compuestos con accinanticancerosa como la azaserina, la ameto pterina, la 6-mercnp topurina y otros.

Ejercicios1.Enumere y caracterice los procesos que apo rta n nucletidos al poolde estos com-puestos y los sustraen de l.2. Cul es el papel m etablico del compuesto 5fosfor ribo sil -1-pirofosfato en lasntesis de nucletid os?3.Establezca una comparacin e ntre la sntesis de nucletidos por recuperacin debases y la sntesis de novo.4. Cite los amino cidos que intervienen en la sntesis de novo de nucletidos.5. ;Cul es el mecanismo mediante el cual los medicamentos que antag onizan con elcido flico nhiben la multiplicacin celu lar?6. Explique cm o se logra la regulacin y el balance en la sntesis de los dife rentes

nucletidos.7. Cules son los producto s finales del catabolismo de las bases nitrogena das de losnucletidos?8. Cite algunas enferm edades producto de alteraciones en el metabolismo de losnucletidosy seale el dficit enzimtico en cada caso.9. Cite algunos medicanlentos que acten modificando el metabolismo de losnucletidosy seale cul es su mecan ismo de accin.

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cap57_Metabolismo de los Nucleótidos