Metabolismo de Nucleotídeos

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA Metabolismo de Nucleotídeos Disciplina: Bioquímica 7 Turma: Medicina (1 o período) Profa. Dra. Nereide Magalhães Recife, dezembro de 2004

2 Metabolismo de Nucleotídeos 1. Funções metabólicas dos nucleotídeos 2. Química dos nucleotídeos 3. Metabolismo dos nucleotídeos derivados da purina 4. Metabolismo dos nucleotídeos derivados da pirimidina 5. Síntese de desoxirribonucleotídeos 6. Nucleosídeos e nucleotídeos quinases 7. Síntese de Coenzimas derivadas de nucleotídeos 8. Agentes quimioterápicos 9. Correlações Clínicas 10. Referências Bibliográficas

3 Anabolismo dos Nucleotídeos 1. Biossíntese de Nucleotídeos Derivados da Purina 2. Biossíntese de Nucleotídeos Derivados da Pirimidina 3. Biossíntese de Coenzimas derivadas de Nucleotídeos

4 Diagrama do Ciclo Celular M = mitose G 1 = intervalo 1 S = síntese Replicação DNA G 2 = intervalo 2 G 0 = fase não proliferativa (aquiescente) Síntese de RNA Protéinas (G 1, S, G 2 ) Devlin, 1995

5 Biossíntese de Nucleotídeos Derivados de Bases Purinícas

6 Síntese de novo de Nucleotídeos Derivados da Purina Ribose-5-fosfato PRPP (5-fosforribosil-1-pirofosfato) XMP (Xantosina-5 -monofosfato) IMP (Inosina-5 -monofosfato) GMP (Guanosina-5 -monofosfato) AMP (Adenosina-5 -monofosfato)

7 Síntese de novo de Nucleotídeos Derivados da Purina 1 a Etapa: Síntese da Inosina 5 -monofosfato (IMP) Localização = citossol (todas as células, exceto eritrócitos) Enzimas citoplasmáticas: 10 Precursor: Ribose 5-fosfato 6 mol de ATP (5 mol em reações e 1 de regeneração do AMP) Doadores de C e N: Glutamina, Glicina, Aspartato, Doador de C: CO 2, Transportador de unidades C 1 : tetraidrofolato (THF), N 10 -formil H 4 -folato) Aminoácidos que doam unidades C 1 ao tetraidrofolato: Serina, glicina, triptófano e histidina

8 Doadores de C e N para o Anel Puriníco Devlin, 1995

9 Estrutura do N 10 -formil tetraidrofolato Devlin, 1995

10 Estrutura de Derivados tetraidrofolato Marks, 1994

11 Biossíntese de Nucleotídeos Purinícos Devlin, 1995

12 Síntese de novo de Nucleotídeos Derivados da Purina 1 a Etapa: Formação do Anel Imidazólico 1. Síntese de PRPP Devlin, 1995

13 Síntese de novo de Nucleotídeos Derivados da Purina 1 a Etapa: Formação do Anel Imidazólico Devlin, 1995

14 2 a Etapa: Formação do Anel Pirimidínico Devlin, 1995

15 1. PRPP = 5-fosoforribosil pirofosfato 2. Fosforribosil-β-1-amina 3. GAR = glicinamida ribonucleotídeo 4. FGAR = formilglicinamida ribonucleotídeo 5. FGAM = formilglicinamidina ribonucleotídeo 6. AIR = 5-aminoimidazol ribonucleotídeo 7. CAIR = carboxiaminoimidazol ribonucleotídeo 8. SAICAR = N-succinil-4-carboxamida ribonucleotídeo 9. AICAR = 5-aminoimidazol -4-carboxamida ribonucleotídeo 10. FAICAR = N-formilaminoimidazol -4-carboxamida ribonucleotídeo 11. IMP=inosina monofosfato (inosilato) Devlin, 1995

16 Formação de AMP e GMP a partir de IMP Devlin, 1995

17 Formação de AMP e GMP a partir de IMP Devlin, 1995

18 Conversão de IMP em AMP e GMP

19 Regulação da Síntese de Nucleotídeos Derivados da Purina Etapa limitante: Glutamina- PRPP amidotransferase Célula: [NAP] 6x > [NGP] [ATP] [ GTP] [ADP] [GDP] [AMP] [GMP] Devlin, 1995

20 Síntese de Nucleotídeos di e tri-fosfatos Derivados da Purina Fosforilação ATP-dependente AMP + ATP Adenilato quinase 2ADP GMP + ATP Guanilato quinase GDP + ADP Fosforilação Oxidativa ADP + P i + H + ATP sintetase ATP + H 2 O GDP + ATP Nucleosídeo difosfato quinase GTP + 2ADP

21 Regulação da Síntese de Nucleotídeos Derivados da Purina ATP x GTP Reciprocidade na Fonte de Energia ATP = fonte de Energia na síntese de GMP GTP = fonte de Energia na síntese de AMP Reciprocidade na Regulação da Biossíntese Mecanismo eficaz: Balancear a formação de AMP e GMP necessários à célula Controle de IMP pelos níveis de AMP e GMP promove auto-correção em caso de deficiência

22 Interconversão de Nucleotídeos Derivados da Purina Devlin, 1995

23 Vias de Recuperação de Nucleotídeos Derivados da Purina Hipoxantina Guanina + PRPP IMP + PP i HGPRTase + PRPP GMP + PP i HGPRTase = Hipoxantina-guanina fosforribosil transferase Adenosina APRTase + PRPP AMP + PP i APRTase = Adenina fosforribosil transferase Regenerar Nucleotídeos Poupança de Energia

24 Biossíntese de Nucleotídeos Derivados de Bases Pirimídicas

25 Síntese de novo de Nucleotídeos Derivados da Pirimidina 1 a Etapa: Síntese da uridina 5 -monofosfato (UMP) Localização = citossol Precursor: Carbamoil fosfato (glutamina, HC O 3= ) 2 mol de ATP Doadores de C e N: Carbamoil fosfato, Aspartato, Enzimas citoplasmáticas: 6 (complexo enzimático) Carbamoil fosfato sintetase II (CPSII) ATCase Complexo multifuncional Diidrouratase DHO desidrogenase Membrana mitocondrial OPRT UMP sintetase OMP descarboxilase

26 Síntese de novo de Nucleotídeos Derivados da Pirimidina Carbamoil Ribose-5-fosfato (Diidroorato) DHO Heterociclo Nucleotídeo OMP (Orotidina-5 -monofosfato) UMP UDP (Uridina-5 -monofosfato) dump UMP (Desoxiuridina-5 -monofosfato) CTP UTP TMP

27 Doadores de C e N para o Anel Pirimidínico Devlin, 1995

28 Devlin, 1995

29 Fosforilação de UMP a UTP Devlin, 1995

30 Síntese de Citidina (CTP) Devlin, 1995

31 Regulação Síntese de novo de Nucleotídeos Derivados da Pirimidina Devlin,1995

32 Síntese de novo de desoxirribonucleotídeos Derivados da Pirimidina Ribonucleotídeo redutase Devlin, 1995

33 Síntese de Desoxirribomucleotídeos Redução de C2 -OH de NDP Substituição de OH H: - (íon hidrido) Síntese ordenada e balanceada de dndp Regulação: Ribonucleotídeo redutase NDP H: - OH Ribonucleosídeo redutase dndp CDP Fe - dependente dcdp UDP Mn - dependente dudp GDP 5-desoxiadenosilcobalamina dgdp ADP dependente dadp

34 Papel da Ribonucleotídeo Redutase na Síntese do DNA Devlin, Ribonucleotídeo redutase; 2. Nucleosídeo 5 difosfato quinase; 3. Desoxicitidilato desaminase; 4. Timidilato sintetase; 5. DNA polimerase

35 Síntese de Desoxitimidina Nucleotídeo (TMP) Doador de CH 3 Estrutura do N 5,N 10 -metileno H 4 folato Devlin, 1995

36 Síntese de Desoxitimidina Nucleotídeo (TMP) Devlin, 1995

37 Interconversão de Desoxinucleotídeos Derivados da Pirimidina Devlin, 1995

38 Regulação da Ribonucleotídeo Redutase

39 Síntese de Coenzima A (CoA) Devlin,1995

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41 Catabolismo dos Nucleotídeos 1. Vias de Degradação de Nucleotídeos Derivados da Purina 2. Vias de Degradação de Nucleotídeos Derivados da Pirimidina

42 Degradação dos Nucleotídeos Derivados da Purina AMP IMP GMP XMP Xantina Ácido Úrico

43 Degradação de Nucleotídeos Derivados da Purina Formação de Ácido Úrico Enzimas: Nucleases Nucleotidases AMP desaminase Adenosina desaminase (ADA) Purina nucleotídeo fosforilase Xantina oxidase

44 Degradação de Bases Purínicas Ácidos nucléicos são degradados no trato digestivo Ácido Nucléico Nucleases Fosdodiesterases Nucleotidases fosfatases Nucleotídeos H 2 O nucleosidase fosforilase Nucleosídeos + P i BASE+RIBOSE-1-FOSFATO nucleosidase H 2 O BASE NITROGENADA+ RIBOSE

45 Degradação dos Nucleotídeos Derivados da Purina Devlin,1995

46 Vias de Degradação dos Nucleotídeos Derivados da Pirimidina Devlin, 1995

47 Degradação de Timina e Uracila Devlin, 1995

48 Biossíntese de Coenzimas e Co-fatores Derivados de Nucleotídeos

49 Coenzimas Derivadas de Nucleotídeos Devlin, 1995

50 Síntese de Nicotinamida Dinucleotídeo (NAD) Devlin,1995

51 Devlin,1995 Síntese de Flavina Adenina Dinucleotídeo (FAD)

52 Síntese de Flavina Adenina Dinucleotídeo (FAD) Devlin,1995

53 Síntese de Coenzima A (CoA) Devlin,1995

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55 Recuperação das Purinas

56 Doenças Provenientes de defeitos no Metabolismo de Nucleotídeos Hiperuricemia I Derivados da Purina Produção aumentada de ácido úrico. Altos níveis de ácido úrico no sangue através da síntese de novo de nucleotídeos derivados da purina Hiperuricemia II Doença renal Excessiva morte celular Aumento na degradação de ácidos nucléicos por radioterapia

57 Doenças Provenientes de defeitos no Metabolismo de Nucleotídeos Hiperuricemia I Derivados da Purina Produção aumentada de ácido úrico. Altos níveis de ácido úrico no sangue através da síntese de novo de nucleotídeos derivados da purina Hiperuricemia II Doença renal Excessiva morte celular Aumento na degradação de ácidos nucléicos por radioterapia

58 Doenças Provenientes de defeitos no Gota Metabolismo de Nucleotídeos Derivados da Purina Níveis elevados de ácido úrico no sangue e urina. Depósito de cristais de urato de sódio, principalmente em articulações (artrite) e tecido renal intersticial (cálculo renal), tecido cartilaginoso

59 Gota Severa Mudanças nos dedos em pacientes com gota severa.

60 Gota Severa Depósito de urato sob a pele em pacientes com gota.

61 Defeitos Bioquímicos que Aumentam a Síntese de Nucleotídeos 1. Atividade aumentada de PRPP sintetase [PRPP] => efetor glutamina PRPP amidotransferase 2. Atividade Parcial de HGPRTase Comprometimento da regulação da PRPP amidotransferase por IMP e GMP 3. Deficiência de Glicose-6-fosfatase Doença de von Gierke (armazenamento de glicogênio tipo I) ribose-5-fosfato => PRPP

62 Tratamento da Gota Inibidores da xantina oxidase Colchicina Alopurinol e aloxantina (metabólito) Análogos da Hipoxantina e ligam-se firmemente à xantina oxidase [ácido úrico] [Hipoxantina] e [xantina] excreção

63 Doenças por Imunodeficiência Deficiência da ADA (adenosina desaminase) Deficiência da PNP (purina nucleosídeo fosforilase) Células T e B datp e S-Adenosil-Homociseína Células T PNP (Purina nucleosídeo fosforilase)

64 Síndrome da Imunodeficiência Combinada Severa (SIDC) É um grupo de desordens genéticas caracterizadas pela ausência de resposta imune a infecções. Esta imunodeficiência imunológica é atribuída a incapacidade de proliferação de linfócitos B e T e produção de anticorpos com reação normal a antígenos Deficiência de Adenosina Desaminase (ADA) Desoxiadenosina damp datp Sintese de Desoxinucleotídeos DNA Linfócitos T e B

65 ADA é uma enzima dependente de Zn 2+ deficiência de Zn 2+ reduz função imune Na ausência da ADA, a desoxiadenosina não é degradada, sendo convertida a damp e ATP. Cerca de 30% dos pacientes sofrem deficiência de ADA A deficiência ADA está também implicada em várias outras doenças: AIDS, anemia, linfomas e leucemias

66 Deficiência de Adenosina Desaminase (ADA) datp é um potente inibidor de retroalimentação (feedback) da biosíntese de desonucleotídeos. Sem desoxinucleotídeos, o DNA não pode ser replicado e as células não podem sofrer divisão, impedindo a proliferação de linfócitos (susceptíveis à diminuição da síntese de DNA)

67 Síndrome de Lesch-Nyhan Doença congênita, recessiva, ligada ao sexo Hiperuricemia: produção elevada de ácido úrico Problemas neurológicos (espasticidade, retardo mental, comportamento agressivo e auto-mutilação) insuficiência renal Deficiência severa ou total da HGPRTase (gene no cormossomo X). Não ocorre reutilização das bases Excreção de xantina e hipoxantina

68 Síndrome de Lesch-Nyhan tetraidrobiopterina HGPRTase GTP Síntese de neurotransmissores Manifestações neurológicas Proteína G Tratamento: Alopurinol Ácido Úrico

69 Síndrome de Lesch-Nyhan Criança com síndome de Lesch-Nyhan mentalmente retardada com movimentos involuntários. Lábios mutilados de criança.

70 Síndrome de Lesch-Nyhan Embora a HGPRTase pareça ter um papel secundário no metabolismo de bases púricas, sua ausência implica em conseqüências drásticas: A biossíntese de novo das purinas é aumentada 200 vezes e os níveis de ácido úrico no sangue são muito elevados Aberrações neurológicas ainda não explicadas

71 Doenças Provenientes de defeitos no Metabolismo de Nucleotídeos Derivados da Pirimidina Acidúria Orótica Hereditária doença raríssima Sintomas: Anemia severa, retardo no crescimento e aumento na excreção de ácido orótico. Tratamento: Uridina Reversão do problema hematológico Diminuição de ácido orótico

72 Fármacos Inibidores da Síntese de Nucleotídeos Ácidos Nucléicos Quimioterápicos e Antivirais Antifolatos Inibidores de THF Antagonistas da Glutamina Inibidores da Ribonucleotídeo Redutase Agentes antivirais Análogos da Purina e Pirimidina Antimetabólitos Análogos Estruturais de Bases Nitrogenadas ou de Nucleosídeos

73 Antifolatos Inibidores de THF Devlin,1995

74 Antifolatos Inibidores de THF Inibição da síntese de THF pelo Metotrexato. Devlin,1995

75 Relação entre o THF, síntese de novo das Purinas e Síntese de dtmp Devlin,1995

76 Antagonistas da Glutamina Devlin,1995

77 Inibidores da Ribonucleotídeo Redutase Devlin,1995

78 Agentes antivirais Análogos da Purina e Pirimidina Devlin,1995

79 Antimetabólitos Análogos Estruturais de Bases Nitrogenadas ou de Nucleosídeos Devlin,1995

80 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS -Strauer, L. Bioquímica. 4 a ed. Guanabara Koogan, 1996, Rio de Janeiro, 1000p. -Garret, R.H., Grisham, C.M., Biochemistry, Saunders Colleg. Pub., Nova Iorque, 1995, 1100p. -Leningher, D.L., Cox, M.M., Principles of Biochemistry, Worth Pub., 3 a ed., Nova Iorque, Voet, D., Voet, J.G., Biochemistry, 2a ed., John Wiley, Nova Iorque, Devlin, T.M., Manual de Bioquímica com Correlações Clínicas (tradução), Edgard Blücher, 4 a ed., 1998,1007p.

81 LEITURAS RECOMENDADAS Calladine, C.R. & Drew, H.R., Understanding DNA: The Molecule and how it works, 2 a ed., Academic Press, Nova Iorque, 1999, 283p. DePamphilis, M.L., Concepts in Eukayotic DNA Replication, CSHL Press, Nova Iorque, 1999, 520p. Ridley, M. Evolution, Oxford University Press, Oxford, 1997, 430p. Davies, K., Decifrando o Genoma Humano. Editoras das Letras (Tradução), São Paulo, 2001, 469p.