I nucleotidi possono essere sintetizzati con una varietà di mezzi sia in vitro che in vivo.
In vitro, i gruppi protettivi possono essere utilizzati durante la produzione di nucleotidi in laboratorio. Un nucleoside purificato è protetto per creare un fosforammidite, che può quindi essere utilizzato per ottenere analoghi non trovati in natura e/o per sintetizzare un oligonucleotide.
In vivo, i nucleotidi possono essere sintetizzati de novo o riciclati attraverso percorsi di salvataggio., I componenti utilizzati nella sintesi nucleotidica de novo sono derivati da precursori biosintetici del metabolismo dei carboidrati e degli amminoacidi e dall’ammoniaca e dall’anidride carbonica. Il fegato è l’organo principale della sintesi de novo di tutti e quattro i nucleotidi. La sintesi De novo di pirimidine e purine segue due percorsi diversi. Le pirimidine sono sintetizzate in primo luogo da aspartato e carbamoil-fosfato nel citoplasma all’acido orotico della struttura dell’anello precursore comune, su cui un’unità ribosil fosforilata è collegata covalentemente., Le purine, tuttavia, vengono prima sintetizzate dal modello di zucchero su cui si verifica la sintesi dell’anello. Per riferimento, le sintesi dei nucleotidi purinici e pirimidinici vengono eseguite da diversi enzimi nel citoplasma della cellula, non all’interno di uno specifico organello. I nucleotidi subiscono una rottura tale che le parti utili possono essere riutilizzate nelle reazioni di sintesi per creare nuovi nucleotidi.
Pirimidina ribonucleotidemodifica
La combinazione di colori è la seguente: enzimi, coenzimi, nomi di substrati, molecole inorganiche
La sintesi delle pirimidine CTP e UTP avviene nel citoplasma e inizia con la formazione di carbamoil fosfato da glutammina e CO2. Successivamente, l’aspartato carbamoiltransferasi catalizza una reazione di condensazione tra aspartato e carbamoil fosfato per formare acido carbamoil aspartico, che viene ciclizzato in acido 4,5-diidroorotico dalla diidroorotasi. Quest’ultimo viene convertito in orotato dalla diidroorotato ossidasi., La reazione netta è:
(S)-Diidroorotato + O2 → Orotato + H2O2
L’orotato è legato covalentemente con un’unità ribosilica fosforilata. Il legame covalente tra il ribosio e la pirimidina si verifica nella posizione C1 dell’unità ribosio, che contiene un pirofosfato e N1 dell’anello pirimidinico., Orotato di adenosin fosforibosiltrasferasi (PRPP transferasi) catalizza la reazione netta producendo orotidina-monofosfato (OMP):
Orotato + 5-Fosfo-α-D-ribosio 1-difosfato (PRPP) → Orotidina 5′-fosfato + Pirofosfato
Orotidina 5′-monofosfato viene decarbossilata da orotidina-5′-fosfato decarbossilasi a forma di uridina monofosfato (UMP). La transferasi di PRPP catalizza sia le reazioni di ribosilazione che di decarbossilazione, formando UMP dall’acido orotico in presenza di PRPP. È dall’UMP che derivano altri nucleotidi pirimidinici., L’UMP è fosforilato da due chinasi a uridina trifosfato (UTP) tramite due reazioni sequenziali con ATP. In primo luogo, viene prodotto il difosfato da UDP, che a sua volta viene fosforilato a UTP. Entrambi i passaggi sono alimentati dall’idrolisi dell’ATP:
ATP + UMP → ADP + UDP UDP + ATP → UTP + ADP
Il CTP è successivamente formato dall’amminazione di UTP dall’attività catalitica della CTP sintetasi., La glutammina è il donatore di NH3 e la reazione è alimentata anche dall’idrolisi dell’ATP:
UTP + Glutammina + ATP + H2O → CTP + ADP + Pi
La citidina monofosfato (CMP) deriva dalla citidina trifosfato (CTP) con successiva perdita di due fosfati.
Purina ribonucleotide synthesisEdit
Gli atomi che vengono utilizzati per costruire i nucleotidi purinici provengono da una varietà di fonti:
La sintesi di IMP., id=”61600a4286″>
N1 nasce dal gruppo amminico dell’Asp
C2 e C8 hanno origine da formiato
N3 e N9 con il contributo della ammide gruppo di Gln
C4, C5 e N7 sono derivati da Gly
C6 viene da HCO3− (CO2)
La de novo sintesi dei nucleotidi purinici per cui questi precursori sono incorporati in anello purinico proventi da 10 passo percorso per la filiale di punto intermedio IMP, il nucleotide di base ipoxantina., AMP e GMP sono successivamente sintetizzati da questo intermedio tramite percorsi separati in due fasi. Pertanto, le parti puriniche sono inizialmente formate come parte dei ribonucleotidi piuttosto che come basi libere.
Sei enzimi prendono parte alla sintesi IMP. Tre di questi sono multifunzionali:
- GART (reazioni 2, 3 e 5)
- PAICS (reazioni 6 e 7)
- ATIC (reazioni 9 e 10)
Il percorso inizia con la formazione di PRPP. PRPS1 è l’enzima che attiva R5P, che è formato principalmente dalla via del pentoso fosfato, a PRPP reagendolo con ATP., La reazione è insolita in quanto un gruppo pirofosforilico viene trasferito direttamente da ATP a C1 di R5P e che il prodotto ha la configurazione α su C1. Questa reazione è anche condivisa con i percorsi per la sintesi di Trp, His e dei nucleotidi pirimidinici. Essendo su un importante crocevia metabolico e che richiede molta energia, questa reazione è altamente regolata.,
Nella prima reazione unica alla biosintesi dei nucleotidi purinici, PPAT catalizza lo spostamento del gruppo pirofosfato di PRPP (PPi) da un azoto ammidico donato da glutammina (N), glicina (N&C), aspartato (N), acido folico (C1) o CO2. Questo è il passo impegnato nella sintesi delle purine. La reazione avviene con l’inversione della configurazione su ribosio C1, formando così β-5-fosforibosilammina (5-PRA) e stabilendo la forma anomerica del futuro nucleotide.,
Successivamente, una glicina viene incorporata alimentata dall’idrolisi dell’ATP e il gruppo carbossilico forma un legame amminico con l’NH2 precedentemente introdotto. Un’unità del un-carbonio dal coenzima N10-formyl-THF dell’acido folico poi è aggiunta al gruppo amminico della glicina sostituita seguita dalla chiusura dell’anello dell’imidazolo. Successivamente, un secondo gruppo NH2 viene trasferito dalla glutammina al primo carbonio dell’unità glicina. Viene contemporaneamente aggiunta una carbossilazione del secondo carbonio dell’unità glicina. Questo nuovo carbonio viene modificato con l’aggiunta di una terza unità NH2, questa volta trasferita da un residuo di aspartato., Infine, una seconda unità di un carbonio da formil-THF viene aggiunta al gruppo dell’azoto e l’anello è chiuso covalentemente per formare il comune precursore delle purine inosina monofosfato (IMP).
L’inosina monofosfato viene convertita in adenosina monofosfato in due fasi. In primo luogo, l’idrolisi GTP alimenta l’aggiunta di aspartato a IMP da parte dell’adenilosuccinato sintasi, sostituendo l’ossigeno carbonilico con un azoto e formando l’adenilosuccinato intermedio. Il fumarato viene quindi scisso formando adenosina monofosfato. Questo passaggio è catalizzato dalla liasi adenilosuccinata.,
L’inosina monofosfato viene convertita in guanosina monofosfato dall’ossidazione di IMP formando xantilato, seguita dall’inserimento di un gruppo amminico a C2. NAD + è l’accettore di elettroni nella reazione di ossidazione. Il trasferimento del gruppo ammidico dalla glutammina è alimentato dall’idrolisi dell’ATP.
Degradazione di pirimidina e purinamodifica
Nell’uomo, gli anelli pirimidinici (C, T, U) possono essere completamente degradati a CO2 e NH3 (escrezione di urea). Detto questo, gli anelli purinici (G, A) non possono. Invece, sono degradati all’acido urico metabolicamente inerte che viene poi escreto dal corpo., L’acido urico si forma quando GMP viene diviso nella base guanina e ribosio. La guanina è deaminata in xantina che a sua volta viene ossidata in acido urico. Quest’ultima reazione è irreversibile. Allo stesso modo, l’acido urico può essere formato quando AMP è deaminato a IMP da cui l’unità di ribosio viene rimossa per formare ipoxantina. L’ipoxantina viene ossidata a xantina e infine all’acido urico. Invece della secrezione di acido urico, guanina e IMP possono essere utilizzati per scopi di riciclaggio e sintesi di acido nucleico in presenza di PRPP e aspartato (donatore NH3).