Bioquímica Estructural y Metabólica. TEMA 18. Síntesis de aminoácidos, hemo y nucleó<dos

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2 . Biosíntesis de los aminoácidos no esenciales. Aminoácidos como precursores de otras aminas biológicas. Síntesis y degradación del grupo hemo. Síntesis de novo de los nucleó<dos de purina. Glutamina- amido transferasas. Síntesis de AMP y GMP. Enzimas mul<funcionales. Ruta de recuperación de nucleó<dos de purina y patologías asociadas. Síntesis de novo de nucleó<dos de pirimidinas. Recuperación de pirimidinas. Degradación de purinas y gota. El metabolismo de nucleó<dos como diana de fármacos an<bió<cos, an<tumorales y an<virales.

3 Biosíntesis de aminoácidos no esenciales PREURSR RUTA AMIÁID Piruvato Transaminasa Ala α- etoglutarato Transaminasa Glu Glu Gln sintetasa Gln Glu (4 pasos) Pro AA transaminasa Asp Asp Asn sintetasa Asn Phe Phe hidroxilasa Tyr 3- fosfoglicerato (3 pasos) Ser Met + Ser (3 pasos) ys Ser Serhidroxime<ltransferasa Gly Gly sintasa Gly (Asp + rn) Arg- succinato liasa Arg)

4 Biosíntesis de aminoácidos no esenciales Glucosa Glicina Asparragina Glu 3- Fosfoglicerato Serina Me<onina isteína Glutamina Piruvato Aspartato AA Ace<loA Alanina iclo de Krebs itrato Isocitrato Alfa- cetoglutarato Glutamina Glutamato Glutamato semialdehido Fenilalanina Tirosina Prolina

5 Síntesis de cisteína: Adomet como donadora de átomos de azufre Met 2 S S + 2 ATP PP+Pi S β- ista<onina ista&onina liasa (PLP) Alfa cetobu<rato S- Adenosil me<onina (AdoMet) S 3 + isteína 2 Serina ista&onina βsintasa (PLP) omocis<nuria S- Adenosil homocisteína S omocisteína Adenosil homocisteína hidrolasa

6 Enfermedades del metabolismo de aminoácidos Enfermedad Incidencia (por 10 5 nac.) Enzima defec<va Efectos Fenilcetonuria 8 Phe hidroxilasa. Retraso mental. Albinismo 3 Tirosinasa. o pigmentación. Alcaptonuria 0,4 omogen[sico oxigenasa. rina oscura. rina en jarabe de arce 0.4 omplejo deshidrogenasa de α- cetoácidos ramificados. Retraso mental, convulsiones, muerte temprana. omocis<nuria 1 ista<onina sintasa. Retraso mental. Acidemia me<lmalónica 0.5 Me<lmalonil- oa mutasa. artnup 7 iperamonemia <po I 0.5 Transportador de Val, Leu, Ile, Tyr, Trp, Phe. arbamilfosfato sintetasa I (ciclo de la urea). Retraso mental, convulsiones, muerte temprana. Fotosensibilidad, ataxia, seudo- pelagra. Letargia, convulsiones, muerte prematura.

7 La his<dina es precursora de histamina is PLP istamina

8 La <rosina es precursora de catecolaminas Tirosina ofactor de otras dos enzimas importantes que ya hemos visto. 2 Tyr iroxilasa (Tetrahidrobiopterina) Melaninas Adrenalina L- DPA (L- 3,4- dihidroxi- Fenilalanina) DPA Descarboxilasa Dopamina idroxilasa Feniletanolamina - me&ltransferasa (S- Adenosil me&onina) Dopamina or- adrenalina

9 La Arg y Gly son precursoras de crea<na Arg + Glicina rea<na 3 2 P + 2 Fosfo- crea<na rea<nina La serina es precursora de colina y etanolamina 2 2 Ser 2 2 ( 3 ) olina Etanolamina

10 La lisina es precursora de carni<na Lys unida a proteína Lys Ascorbato L- arni<na

11 La arginina es precursora del oxido nítrico ADP ADP sintasa Arginina itrulina

12 Funciones de los nucleó<dos: Monómeros de ácidos nucleicos. Metabolismo energé<co: ATP. Precursores de coenzimas: AD +, ADP +, FAD, coenzimaa, tetrahidrobiopterina. Señalizadores: ADP, camp, cgmp, GTP. Intermediarios ac<vados: UDP- glucorónico, UDP- glucosa, UDP- galactosa, DP- colina, DP- etanolaminia. Efectores alostéricos: ATP, ADP, AMP.

13 AILL DE LAS PURIAS BASE: Ribosa ADEIA IPXATIA GUAIA ULEÓSID: ADESIA ISIA GUASIA AILL DE LAS PIRIMIDIAS BASE: Ribosa ITSIA URAIL TIMIA ULEÓSID: ITIDIA URIDIA TIMIDIA

14 Biosíntesis de nucleó<dos de purinas y pirimidinas 1. o hay reservas de nucleó<dos (sólo 1% disponible) y la absorción intes<nal de bases es mínima (un 5% de lo presente en la dieta) se han de sinte<zar según se necesiten para sinte<zar AD y AR. 2. ay rutas de biosíntesis de novo y de recuperación. Las de biosíntesis de novo son rutas idén<cas en todos los seres vivos. 3. ay polipép<dos mul<enzimá<cos en estas rutas en eucariotas. 4. Las rutas de biosíntesis son bastante diferentes para los nucleó<dos de purina y primidinas, pero hay moléculas comunes en la biosíntesis de : PRPP y Gln (como dador de ).

15 Síntesis de novo de nucleó<dos de purina: origen de los átomos del anillo Amino del Aspartato Formil- TF 3 Glicina Formil- TF Amida de la Glutamina Los nucleósidos de purina se forman mediante la unión de la base (adenina o guanina) a la ribosa, sino que se sinte<za primero un mononucleó<do (IMP) a par<r de PRPP y otros precursores: Gly, formil- TF, Asp, Gln y 2. A par<r de IMP se sinte<zan AMP y GMP.

16 Ribosa- 5- P PRPP RUTA DE SÍTESIS DE V DE PURIAS Ribosa- 5- P IMP RUTA DE REUPERAIÓ DE PURIAS AMP Adenina DA, RA ATP, etc. Xan<na GMP Guanina ipoxan<na RUTA DE DEGRADAIÓ Úrico

17 El PRPP es molécula clave en el metabolismo de nucleó<dos P 2 Ruta de las Pentosas- fosfato Ribosa 5- P Adenosina- P- P- P PRPP sintetasa = R5P pirofosfoquinasa P 2 AMP 5- fosforribosil 1- pirofosfato (PRPP) P P ULEÓSIDS DE PURIAS (IMP) ULEÓSIDS DE PIRIMIDIAS (UMP)

18 Síntesis de nucleó<dos de purina (1) P 2 Glutamina Glu + PPi P 2 2 Ribosa 5- P P P PRPP 2 2 Glutamina PRPP amido Transferasa ADP+Pi + Glicina +ATP GAR Sintetasa 5- fosfo- β- ribosilamina 2 P 2 10 Formil- TF TF GAR Transformilasa P 2 (5- fosforibosil) P Glicinamida Ribonucleó<do (GAR) Glu + ADP + Pi Glutamina + ATP FGAR amidotransferasa 2 FGAM iclasa P ATP ADP+ Pi Formil Glicinamida Ribonucleó<do (FGAR) P 2 5- Amino Imidazol Ribonucleó<do (AIR)

19 Síntesis de nucleó<dos de purina (2) 5- AminoImidazol Ribonucleó<do (AIR) 2 P Succinilo- 5- Aminoimidazol 4- arboxamida Ribonucleó<do (SAIAR) R R 3 ATP AIR arboxilasa SAIAR Sintetasa ADP+Pi SAIAR Liasa Fumarato 10 Formil- TF 2 Asp + ATP 2 2 R R 5- Aminoimidazol- 4- arboxamida Ribonucleó<do (AIAR) 4- arboxi- 5- aminoimidazol Ribonucleó<do (AIR) 2 = P TF AIAR Transformilasa IMP Sintasa 2 P 2 - Formilaminoimidazol 4- carboxamida Ribonucleó<do (FAIAR) Inosina Monofosfato, Inosinato (IMP)

20 Resumen de la biosíntesis de novo de nucleósidos de purina Gln PRPP Grupo Amino del Aspartato Formil- TF 3 Glicina Formil- TF Gly + ATP Formil- TF Gln + ATP ATP ATP + 3 Asp + ATP Formil- TF Glu + PPi ADP + Pi TF Glu + ADP +Pi ADP + Pi ADP + Pi ADP + Pi Fumarato Amida de la Glutamina TF Gln + ATP XMP AD + IMP 2 Asp + GTP Adenilosuccinato GMP AMP Fumarato AMP

21 Síntesis de purinas: enzimas mul<funcionales (1) P 2 PP Glutamina Glu + PPi P 2 2 PRPP Glutamina PRPP amido Transferasa 5- fosfo- β- ribosilamina Enzima mul<funcional Glicina +ATP GAR Sintetasa 2 P 2 P 2 PP 10FormilTF TF P Glicinamida Ribonucleó<do (GAR) GAR Transformilasa Glutamina + ATP Formil GlicinAmida Ribonucleó<do (FGAR) 2 Glu + ADP FGAR amidotransferasa P AIR ciclasa = FGAM iclasa ATP ADP+ Pi 2 P Formil- GlicinAMidina Ribonucleó<do (FGAM) 5- AminoImidazol Ribonucleó<do (AIR)

22 Síntesis de purinas: enzimas mul<funcionales (2) 2 + ATP 2 P AIR Sintetasa 2 P 2 5- AminoImidazol Ribonucleó<do (AIR) = P 2 2 P SAIAR Sintetasa - Succinilo- 5- aminoimidazol 4- carboxamida Ribonucleó<do (SAIAR) - Formilaminoimidazol 4- arboxamida Ribonucleó<do (FAIAR) TF SAIAR Liasa Fumarato IMP Sintasa Asp, ATP 10 Formil- TF AIAR Transformilasa 4- arboxi- 5- aminoimidazol Ribonucleó<do (AIR) aminoimidazol 4- carboxamida Ribonucleó<do (AIAR) P 2 R Inosina Monofosfato, Inosinato (IMP)

23 Síntesis de AMP y GMP a par<r de IMP IMP D P 2 Adenosil succinato Sintasa P AD + + AD+ + 2 Inosina 5 monofosfato (IMP) Aspartato + GTP GDP + Pi 2 Xan<lato (XMP) Adenilo- Succinato P GMP Sintetasa = XMP- Gln amido transferasa Glutamina + ATP Glutamato + AMP + PPi Fumarato Adenilosuccinato liasa 2 2 P 2 [ATP + ADP + AMP] > > [GTP + GDP + GMP] P 2 Guanosina monofosfato, GMP Adenosina monofosfato, AMP

24 Regulación de la síntesis de nucleó<dos de purina: inhibición por producto = retroinhibición y ac<vación por PRPP Ribosa- 5- fosfato PRPP sintetasa 5- Fosforribosil- 1- pirofosfato 5- Fosforribosilamina Gln- PRPP amidotransferasa + IMP Dehidrogenasa IMP Adenil- succinato. Sintetasa Amidotransferasa (inac<va) XMP Adenilosuccinato GMP AM GDP ADP PRPP IMP, GMP, AMP Amidotransferasa (ac<va)

25 Interconversión de nucleó<dos de purina Desaminación reductora + ADP GMP reductasa GMP ADP P 2 IMP IMPD GTP XMP ATP AMP- desaminasa AdSucc sintasa Adenosilosuccinato AMP GDP ADP GTP ATP 2 2 Ribosa - 5- P P P Ribosa - 5- P P P

26 Rutas de recuperación o salvamento de purinas ipoxan<na Guanina Adenina ipoxan&na- Guanina Fosforribosil Transferasa (GPRT) P 2 P- P Adenosina fosforribosil Transferasa (APRT) Síndrome de Lesch- yhan 5- fosforribosil 1- pirofosfato P 2 P 2 P 2 Inosina Monofosfato (IMP) Guanosina Monofosfato (GMP) Adenosina monofosfato (AMP)

27 Síndrome de Lesch- yhan Descubierto por Lesch y yhan en 1964, gen aislado en Diversas mutaciones en el gen GPRT, en el cromosoma X ASIGATURA DE GEÉTIA. 1/ nacidos: - Retraso mental. - Automu<lación. - iperuricemia Disfunción renal grave.

28 Síntesis de novo de nucleó<dos de pirimidina: origen de los átomos del anillo Glutamina Aspartato Se sinte<za primero una base (orotato) y luego se le une la ribosa para dar un nucleósido monofosfato (MP). Glutamina ATP arbamilfosfato rotato MP UMP TP

29 Rutas de recuperación o salvamento de pirimidinas ADP MP Pirimidina ucleósido fosoforilasa Uridina- ci&dina quinasa ATP i<dina Uridina UMP itosina Uracilo ADP Pi Ribosa- 1- fosfato ADP Deoxi&midina quinasa Timina Desoxi <midina dtmp Pi ATP Ribosa- 1- fosfato

30 Interconversión entre nucleó<dos monofosfato y difosfato ATP + AMP Adenilato quinasa ADP+ ADP ATP + MP ATP + dmp TP D + DP A ucleósido monofosfato quinasas (AMP quinasa, GMP quinasa, etc) (específicas para la base, inespecíficas para el azúcar) ucleósido difosfato (DP) quinasa (inespecífica para base y azúcar) ADP + DP ADP + ddp DP D + TP A ATP ADP ATP ADP Gln ADP + Pi UMP UMP Quinasa UDP DP Quinasa UTP Glu TP

31 Síntesis de deoxiribonucleó<dos ADP GDP DP UDP ADP + ADP Ribonucleó&do reductasa (ucleósido- 5 - difosfato.reductasa) dadp dgdp ddp dudp P P Ribonucleó&do reductasa 2 DP BASE R1 Tiorredoxina S S S S P P 2 S R1 S S Tiorredoxina S BASE ddp Tiorredoxina reductasa ADP ADP + + +

32 Regulación de la ribonucleó<do reductasa entro de control de la especificidad (une ATP, datp, dttp y dgtp). Lehninger Principles of Biochemistry. 4ª ed. elson, D.L. y ox, M.M. Ed. mega Tyr ys ys S S Fe 3+ Subunidad R1 B1 Subunidad R2 entro de control de la ac<vidad (une ATP y datp). entro atalí<co: une sustratos (ADP, GDP, DP. UDP). Par<cipan aminoácidos de ambas subunidades. Resumen de la regulación de la ac<vidad de la Ribonucleó<do Reductasa: S S Fe 3+ B1 Fe 3+ B2 ATP aumenta la ac<vidad del enzima. datp disminuye la ac<vidad. Sustratos ADP GDP DP UDP

33 Síntesis de <midilato (dtmp) a par<r del dump 3 UDP dudp P 2 P 2 Deoxiuridina Monofosfato dump Timidilato Sintasa Desoxi<midina Monofosfato dtmp , 10 - Me<len- TF DF (Dihidrofolato) Glicina Serina hidroxime&l transferasa PLP Serina TF (Tetrahidrofolato) ADP + ADP + + Dihidrofolato reductasa

34 Síntesis de desoxirribonucleó<dos pirimidínicos DP ddp dtp RibonucleóEdo reductasa DP quinasa Deaminasa UDP dudp dutp dutpasa dtp Timidilato sintasa dump dtmp dtdp dttp RESUME: Síntesis de deoxitps DP ddp UDP dudp Ribonucleó&do reductasa GDP dgdp ADP dadp dtp dump dgtp datp dttp

35 Resumen de la síntesis de novo de nucleó<dos de purina Ribosa 5P PRPP PRPP sintetasa Gln PRPP amidotransferasa 5- fosforribosilamina Adenilsuccinato sintasa IMP IMP D ucleó<dos sustrato de DA y RA polimerasas. Adenilato quinasa AMP GMP Guanilato quinasa DP quinasa ADP RibonucleóEdo reductasa GDP DP quinasa ATP dadp DP quinasa dgdp GTP datp dgtp

36 Resumen de la síntesis de novo de nucleó<dos de pirimidina PS II Gln + ATP + 3 arbamilfosfato + Aspartato Asp Transcarbamilasa - arbamil Aspartato UMP Uridilato quinasa ucleó<dos sustrato de DA y RA polimerasas. DP quinasa UTP i&dilato sintetasa TP TPasa DP RibonucleóEdo reductasa UDP RibonucleóEdo reductasa dudp dutpasa dump Timidilato sintasa dtmp MP quinasa ddp dtp DP quinasa dttp

37 RESUME: Reacciones de la PRPP: Síntesis de novo de nucleó<dos de purina. PRPP + glutamina 5- fosfo- ribosilamina + Glu + PPi. Recuperación de nucleó<dos de purinas. PRPP + hipoxan<na (guanina) IMP (GMP) + PPi. PRPP + adenina AMP + PPi. Síntesis de novo de nucleó<dos de pirimidina. PRPP + orotato MP + PPi. Síntesis de AD +. PRPP + nico<namida ico<namida mononucleó<do + PP. AD +

38 Degradación de nucleó<dos de purina GMP AMP 5 nucleo&dasa Purin nucleósido Fosforilasa = ucleosidasa Guanosina Guanina Ribosa 5P Pi Ribosa Guanina deaminasa Xan<na (forma enol) Pi 4 + Ribosa Adenosina Inosina Ribosa5P 5 nucleo&dasa Adenosina deaminasa Purin nucleósido Fosforilasa = ucleosidasa URAT Espontáneo a p > ÁID ÚRI 2 2 XanEna oxidasa (Mo) 2 ipoxan<na (forma ceto)

39 Enfermedades de la degradación de nucleó<dos de purina (1) 1. Gota. 2. Deficiencia en adenosina deaminasa. 3. Deficiencia en purin- nucleósido fosforilasa. Exceso de úrico Gota Posibles causas: Deficiencia en la GPRT (enfermedad de Lesch- yhan) acúmulo PRPP. Deficiencia en glucosa- 6- fosfatasa (enfermedad de Von Gierke) Aúmulo PRPP. iperac<vidad de la PRPP sintetasa Acúmulo PRPP. > 90% de los casos la gota es idiopá<ca. Enfermedad de Lesch- yhan: o hay consumo de PRPP por el enzima inac<vo acúmulo de PRPP sobreac<vación de la Gln- PRPP amidotransferasa exceso síntesis de AMP y GMP exceso de úrico disfunción renal por depósitos de urato cálcico.

40 La gota mejora con el tratamiento con alopurinol ipoxan<na Alopurinol XanEna oxidasa Ácido úrico

41 Enfermedades de la degradación de nucleó<dos de purina (2) Inmunodeficiencia de linfocitos T URAT GMP 5 nucleo&dasa Purin nucleósido Fosforilasa = ucleosidasa Guanosina Guanina Ribosa 5P Pi Ribosa Espontáneo a p > 7 Guanina deaminasa nucleo&dasa Adenosina Pi Xan<na (forma enol) AMP Ribosa Xan&na xidasa (&ene un átomo de Molibdeno). Adenosina deaminasa Inmunodeficiencia severa combinada ÁID ÚRI Xan&na xidasa (Mo) Inosina Purin nucleósido Fosforilasa = ucleosidasa Ribosa ipoxan<na (forma ceto). Ribosa

42 Degradación de nucleó<dos de pirimidina i<dina Desoxi<midina Uridina 3 Uracilo Timina ADP + ADP β- Alanina β - Aminoisobu<rato RIA 3 2 Ace<l - oa Me<lmalonato

43 Resúmenes SÍTESIS DE LA SÍTESIS DE ULEÓTIDS DE PURIAS De novo: PRPP + Gln + Gly + Asp ATP IMP AMP, GMP. Interconversión: GMP, AMP IMP. ipoxan<na + PRPP IMP. Recuperación Guanina + PRPP GMP. Adenina + PRPP AMP. ADP, GDP dadp, dgdp. SÍTESIS DE LA SÍTESIS DE ULEÓTIDS DE PIRIMIDIAS De novo: Gln Asp + PRPP + ATP UMP UTP TP. Recuperación ucleósidos de pirimidina + ATP MP, UMP. Desoxinucleósidos de pirimidina + ATP dmp, dtmp. DP, UDP ddp, dudp. dump dtmp.

44 Síntesis de <midilato (dtmp) como diana an<tumoral y an<bacteriana 3 P 2 P 2 Deoxiuridina Monofosfato dump Timidilato Sintasa Deoxi<midina Monofosfato dtmp , 10 - Me<len- 4F DF (Dihidrofolato) Glicina Serina hidroxime&l transferasa PLP Serina TF Dihidrofolato reductasa ADP + + Sulfamidas ADP + Metotrexato Trimetoprim

45 Dihidrofolato reductasa como diana an<bacteriana y an<tumoral ADP Dihidrofolato 2 10 ADP * Dihidrofolato reductasa 2 Tetrahidrofolato 10 Ácido p- aminobenzoico PABA S Metotrexato, Ametopterina 4- amino- 10- me<lfolato (ATITUMRAL) 10 Trimetoprim (ATIBIÓTI) Sulfanilamida (ATIBIÓTI) Dihidropteroato sintetasa Pteridina P- aminobenzoato Glutamato Tetrahidrofolato Folato

46 Análogos de bases como an<metabolitos an<tumorales (1) Adenina S 6- Mercapto purina GPRT PRPP 6- mercaptopurina ribonucleó<do monofosfato Uracilo 5- Fluorouracilo RA, DA F PRPP Amidotransferasa IMP Dehidrogenasa Adenilosuccinato sintasa 5 Fluorouridina 5 difosfato (5F- UDP) Ribonucleó&do reductasa 5 fluoro 2 desoxiuridina 5 monofosfato (FdUDP) Timidilato Sintasa DA

47 Análogos de bases como an<metabolitos an<tumorales (2) i<dina ucletó<dos de primidinas Desoxi- i<dina Uridina Uridina quinasa UMP PRPP Uracilo Pirimidina fosforribosil transferasa Timidina Quinasa Desoxi- Timidina dtmp MP UMP Desoxi i&dina qinasa 2 Ara- (itosina Arabinósido) Ara- MP Ara- TP dmp DA polimerasa

48 Agentes an<virales análogos de bases o nucleó<dos 2 2 La DA polimerasa (transcriptasa inversa) del virus VI es 100 veces más sensible al AZT- trifosfato que la DA polimerasa celular. Timidina 3 AZT (3 azido 2 desoxi<midina). Acicloguanosina = aciclovir (an< erpes simplex). Vribudin (an< Varizela- Zoster).

49 BIBLIGRAFÍA Lehninger Principles of Biochemistry. 5ª ed. Freeman, ap 22. Mark s Basic Medical Biochemistry. A clinical approach. 3ª ed. LWW., aps 39, 41. Feduchi y cols. Bioquímica: conceptos esenciales. Panamericana, ap 15. Berg, Tymoczko and Stryer. Biochemistry. 7ª ed. W. Freeman, aps 24, 25. Voet and Voet. Biochemistry. 4ª ed. Wiley, aps 26, 28. Baynes and Dominiczak. Bioquímica Médica. 3ª ed. Elsevier, aps 19, 30. Garre and Grisham. Biochemistry. 4ª ed aps 25, 26. Devlin. Textbook of Biochemistry with linical correla&ons. 7ª ed. Wiley, aps 19, 20.