los nucleótidos pueden ser sintetizados por una variedad de medios tanto in vitro como in vivo.
In vitro, se pueden utilizar grupos protectores durante la producción de nucleótidos en laboratorio. Un nucleósido purificado está protegido para crear una fosforamidita, que luego se puede usar para obtener análogos que no se encuentran en la naturaleza y/o para sintetizar un oligonucleótido.
In vivo, los nucleótidos pueden ser sintetizados de novo o reciclados a través de vías de rescate., Los componentes utilizados en la síntesis de nucleótidos de novo se derivan de precursores biosintéticos del metabolismo de carbohidratos y aminoácidos, y de amoníaco y dióxido de carbono. El hígado es el órgano principal de la síntesis de novo de los cuatro nucleótidos. La síntesis De novo de pirimidinas y purinas sigue dos vías diferentes. Las pirimidinas se sintetizan primero a partir de aspartato y carbamoil-fosfato en el citoplasma a la estructura del anillo precursor común ácido orótico, sobre el cual una unidad ribosil fosforilada está covalentemente unida., Las purinas, sin embargo, se sintetizan primero a partir de la plantilla de azúcar en la que se produce la síntesis de anillo. Como referencia, las síntesis de los nucleótidos de purina y pirimidina se llevan a cabo por varias enzimas en el citoplasma de la célula, no dentro de un orgánulo específico. Los nucleótidos se descomponen de tal manera que las partes útiles pueden ser reutilizadas en reacciones de síntesis para crear nuevos nucleótidos.
Pirimidina ribonucleótido synthesisEdit
el esquema de color es el siguiente: enzimas, coenzimas, nombres de sustratos, moléculas inorgánicas
la síntesis de las pirimidinas CTP y UTP se produce en el citoplasma y comienza con la formación de carbamoil fosfato a partir de glutamina y CO2. A continuación, la aspartato carbamoiltransferasa cataliza una reacción de condensación entre aspartato y carbamoil fosfato para formar ácido carbamoil aspártico, que es ciclizado en ácido 4,5-dihidroorótico por dihidroorotasa. Este último se convierte en orotato por dihidroorotato oxidasa., La reacción neta es:
(S) – Dihidroorotato + O2 → orotato + H2O2
el orotato se une covalentemente con una unidad ribosil fosforilada. El enlace covalente entre la ribosa y la pirimidina ocurre en la posición C1 de la unidad de ribosa, que contiene un pirofosfato, y N1 del anillo pirimidina., Orotato fosforribosiltransferasa (prpp transferasa) cataliza la reacción neta produciendo orotidina monofosfato (OMP):
orotato + 5-Fosfo-α-D-ribosa 1-difosfato (PRPP) → Orotidina 5 ‘- fosfato + pirofosfato
Orotidina 5′-monofosfato es descarboxilada por orotidina-5′-fosfato descarboxilasa para formar uridina monofosfato (UMP). La transferasa PRPP cataliza las reacciones de ribosilación y descarboxilación, formando UMP a partir del ácido orótico en presencia de PRPP. Es a partir de UMP que se derivan otros nucleótidos de pirimidina., UMP es fosforilado por dos quinasas a trifosfato de uridina (UTP) a través de dos reacciones secuenciales con ATP. Primero, se produce el difosfato de UDP, que a su vez se fosforila a UTP. Ambos pasos son alimentados por hidrólisis de ATP:
ATP + UMP → ADP + UDP UDP + ATP → UTP + ADP
CTP se forma posteriormente por la aminación de UTP por la actividad catalítica de la CTP sintetasa., La glutamina es el donante de NH3 y la reacción es alimentada por hidrólisis de ATP, también:
UTP + glutamina + ATP + H2O → CTP + ADP + Pi
el monofosfato de citidina (CMP) se deriva del trifosfato de citidina (CTP) con la pérdida posterior de dos fosfatos.
Purina ribonucleótido synthesisEdit
los átomos de Los que se utilizan para construir los nucleótidos de purina, provienen de una variedad de fuentes:
La síntesis de IMP., id=»61600a4286″>
N1 surge del grupo amina de Asp
C2 y C8 se originan del formiato
N3 y N9 son aportados por el grupo amida de Gln
C4, C5 y N7 se derivan de Gly
C6 proviene de HCO3− (CO2)
la síntesis de novo de nucleótidos de purina por la que estos precursores se incorporan al anillo de purina procede por una vía de 10 Pasos al punto intermedio de ramificación IMP, el nucleótido de la hipoxantina base., AMP y GMP se sintetizan posteriormente a partir de este intermedio a través de vías separadas de dos pasos. Por lo tanto, las mitades de purina se forman inicialmente como parte de los ribonucleótidos en lugar de como bases libres.
seis enzimas participan en la síntesis de IMP. Tres de ellos son multifuncionales:
- GART (reacciones 2, 3 y 5)
- PAICS (reacciones 6 y 7)
- ATIC (reacciones 9 y 10)
la vía comienza con la formación de PRPP. PRPS1 es la enzima que activa R5P, que se forma principalmente por la vía de fosfato de pentosa, a PRPP mediante la reacción con ATP., La reacción es inusual en que un grupo pirofosforilo se transfiere directamente de ATP a C1 de R5P y que el producto tiene la configuración α alrededor de C1. Esta reacción también se comparte con las vías para la síntesis de Trp, His y los nucleótidos de pirimidina. Al estar en una encrucijada metabólica importante y requerir mucha energía, esta reacción está altamente regulada.,
en la primera reacción única a la biosíntesis de nucleótidos de purina, PPAT cataliza el desplazamiento del grupo pirofosfato de PRPP (PPi) por una amida de nitrógeno donado de glutamina (N), glicina (n&C), aspartato (N), ácido fólico (C1) o CO2. Este es el paso comprometido en la síntesis de purinas. La reacción ocurre con la inversión de la configuración sobre la ribosa C1, formando así β-5-fosforibosilamina (5-PRA) y estableciendo la forma anomérica del futuro nucleótido.,
a continuación, se incorpora una glicina alimentada por hidrólisis de ATP, y el grupo carboxilo forma un enlace de Amina al NH2 previamente introducido. Una unidad de un carbono de la coenzima de ácido fólico N10-formil-THF se agrega al grupo amino de la glicina sustituida seguido por el cierre del anillo imidazol. A continuación, un segundo grupo NH2 se transfiere de la glutamina al primer carbono de la unidad de glicina. Se añade concomitantemente una carboxilación del segundo carbono de la unidad de glicina. Este nuevo carbono es modificado por la adición de una tercera unidad de NH2, esta vez transferida de un residuo de aspartato., Finalmente, una segunda unidad de un carbono de formil-THF se agrega al grupo nitrógeno y el anillo se cierra covalentemente para formar el precursor común de purina inosina monofosfato (IMP).
el monofosfato de inosina se convierte en monofosfato de adenosina en dos pasos. En primer lugar, la hidrólisis de GTP alimenta la adición de aspartato a IMP por la adenilosuccinato sintasa, sustituyendo el oxígeno carbonilo por un nitrógeno y formando el adenilosuccinato intermedio. El Fumarato es entonces escindido formando monofosfato de adenosina. Este paso es catalizado por la adenilosuccinato liasa.,
el monofosfato de inosina se convierte en monofosfato de guanosina por la oxidación del IMP que forma xantilato, seguido por la inserción de un grupo amino en C2. NAD + es el aceptor de electrones en la reacción de oxidación. La transferencia del grupo amida de la glutamina es alimentada por hidrólisis de ATP.
degradación de pirimidina y purinaeditar
EN HUMANOS, Los anillos de pirimidina (C, T, U) pueden degradarse completamente a CO2 y NH3 (excreción de urea). Dicho esto, los anillos de purina (G, A) no pueden. En cambio, se degradan al ácido úrico metabólicamente inerte que luego se excreta del cuerpo., El ácido úrico se forma cuando GMP se divide en la base guanina y ribosa. La guanina es deaminada a xantina que a su vez se oxida a ácido úrico. Esta última reacción es irreversible. Del mismo modo, el ácido úrico se puede formar cuando AMP es deaminada a IMP de la que la unidad de ribosa se elimina para formar hipoxantina. La hipoxantina se oxida a xantina y finalmente al ácido úrico. En lugar de la secreción de ácido úrico, La guanina y el IMP se pueden usar para fines de reciclaje y síntesis de ácido nucleico en presencia de PRPP y aspartato (donante de NH3).