METABOLISMO DELLE BASI PURINICHE E PIRIMIDINICHE

base nucleoside nucleotide sigla adenina adenosina adenosina-5'-monofosfato AMP (acido adenilico) guanina guanosina guanosina-5'-monofosfato GMP (acido guanilico) citosina citidina citidina-5'-monofosfato CMP (acido citidilico) uracile uridina uridina-5'-monofosfato UMP (acido uridilico) timina deossitimidina deossitimidina-5'-monofosfato dTMP (acido deossitimidilico)

Per molti processi biologici è necessario un ampio apporto di nucleotidi Alcuni di essi, non solo ATP, sono la fonte di energia che guida la maggior parte delle nostre reazioni. L’ATP è la fonte più comunemente usata (“moneta corrente” della cellula), il GTP è invece usato per un gruppo più limitato di processi biologici, come ad esempio la sintesi proteica. L’UTP è la fonte di energia per l’attivazione di glucosio e galattosio, il CTP è la fonte di energia nel metabolismo lipidico. AMP è parte della struttura di alcuni coenzimi come NAD+, NADP+, FAD e Coenzima A.

Naturalmente i nucleotidi fanno anche parte degli acidi nucleici. NB: Né le basi né i nucleotidi sono componenti dietetici richiesti. Possiamo sintetizzarli de novo oppure salvare e riutilizzare quelli che già abbiamo.

NOMENCLATURA Esistono 2 tipi di basi contenenti azoto: BASI AZOTATE Esistono 2 tipi di basi contenenti azoto: PURINE: un anello a 6 atomi e uno a 5 atomi contenenti azoto e condensati. PIRIMIDINE: un anello a 6 atomi contenente azoto. Esistono 4 purine e 4 pirimidine di nostro interesse.

ANELLO A 6 ATOMI E ANELLO A 5 ATOMI CONTENENTI AZOTO E FUSI INSIEME PURINE ANELLO A 6 ATOMI E ANELLO A 5 ATOMI CONTENENTI AZOTO E FUSI INSIEME 1)ADENINA: 6-AMMINO-PURINA 2)GUANINA: 2-AMMINO,6-OSSI-PURINA 3)IPOXANTINA: 6-OSSI-PURINA 4)XANTINA: 2,6-DIOSSI-PURINA Adenina e Guanina si trovano sia nel DNA che nell’RNA. Ipoxantina e Xantina non sono incorporate negli acidi nucleici appena vengono sintetizzate, ma sono intermedi importanti nella sintesi e nella degradazione dei nucleotidi purinici.

ANELLO A 6 ATOMI CONTENENTE AZOTO PIRIMIDINE ANELLO A 6 ATOMI CONTENENTE AZOTO 1)URACILE:2,4-DIOSSI-PIRIMIDINA 2)TIMINA: 2,4-DIOSSI-5-METIL-PIRIMIDINA 3) CITOSINA: 2-OSSI-4-AMMINO-PIRIMIDINA 4)ACIDO OROTICO: 2,4-DIOSSI-6-CARBOSSI-PIRIMIDINA La Citosina si trova sia nel DNA che nell’RNA, l’Uracile si trova solo nell’RNA, la Timina si trova generalmente nel DNA. A volte il tRNA può contenere alcune timine così come l’uracile.

NUCLEOSIDI 1)ADENOSINA 2)GUANOSINA 3)INOSINA( la base è l’IPOXANTINA) Se uno zucchero, sia ribosio che 2-desossiribosio viene aggiunto a una base azotata il composto risultante è chiamato nucleoside. Il carbonio 1 dello zucchero è legato all’azoto 9 della purina o all’azoto 1 della pirimidina. I nomi dei nucleosidi purinici terminano in –OSINA, mentre i nomi dei nucleosidi pirimidinici terminano in –IDINA. La convenzione è quella di numerare normalmente gli atomi dell’anello della base e di usare 1’…etc… per distinguere gli atomi dell’anello dello zucchero. Se non diversamente specificato, lo zucchero che si assume è il ribosio. Per indicare che lo zucchero è il 2-desossiribosio, si posiziona una –d davanti al nome. 1)ADENOSINA 2)GUANOSINA 3)INOSINA( la base è l’IPOXANTINA) 4)URIDINA 5)TIMIDINA 6)CITIDINA

NUCLEOTIDI Aggiungendo uno o più fosfati alla porzione di zucchero di un nucleoside si ottiene un nucleotide. Generalmente il fosfato ha un legame estere con il C5’ dello zucchero. Se è presente più di un fosfato, essi sono solitamente legati da legami anidridici. Se il fosfato si trova in qualsiasi altra posizione, quest’ultima deve essere naturalmente designata.

POLINUCLEOTIDI I nucleotidi sono legati insieme da legami 3’-5’ fosfodiesterei per formare polinucleotidi. La polimerizzazione dei ribonucleotidi produce Rna La polimerizzazione dei desossiribonucleotidi porta a Dna.

IDROLISI DEI POLINUCLEOTIDI La maggior parte degli acidi nucleici delle cellule sono associati a proteine. Le nucleoproteine della dieta sono degradate dagli enzimi pancreatici le nucleoproteine tissutali sono degradate dagli enzimi lisosomiali. Dopo la dissociazione dell’acido nucleico e delle proteine, queste ultime sono metabolizzate come qualsiasi altra proteina.

Gli acidi nucleici sono idrolizzati casualmente da nucleasi a produrre una miscela di polinucleotidi; questi sono ulteriormente scissi da fosfodiesterasi (esonucleasi) in un miscuglio di mononucleotidi. La specificità degli enzimi pancreatici dà come risultato i 3’-nucleotidi e quella degli enzimi lisosomiali dà i 5’-nucleotidi, biologicamente molto importanti. I nucleotidi sono idrolizzati dalle nucleotidasi per dare nucleosidi e fosfato. Questo è probabilmente il prodotto finale nell’intestino, poiché i nucleosidi sono la principale forma assorbita.

In alcuni tessuti i nucleosidi sono sottoposti a fosforolisi dai nucleosidi fosforilasi per formare la base corrispondente e il ribosio1-P o il desossiribosio 1-P. Poichè il ribosio1-P e il ribosio 5-P sono in equilibrio lo zucchero fosfato può essere incorporato nei nucleotidi o metabolizzato nella via dell’esoso monofosfato. Le basi puriniche e pirimidiniche rilasciate sono degradate o salvate per essere di nuovo incorporate nei nucleotidi. C’è un significativo turn-over di tutti i tipi di Rna così come del pool nucleotidico. Non vi è invece turn-over del Dna ma porzioni della molecola possono essere tagliate come parte di un processo di riparazione.

Le Purine e le Pirimidine del turn-over tissutale che non sono salvate, vengono catabolizzate ed escrete. Il catabolismo delle pirimidine produce beta-alanina, mentre il prodotto finale del catabolismo delle purine nell’uomo è l’acido urico, formato principalmente nel fegato ed escreto dal rene attraverso l’urina.

CATABOLISMO DELLE PURINE DAI NUCLEOTIDI ALLE BASI I nucleotidi guaninici sono idrolizzati nel nucleoside guanosina che subisce fosforolisi per dare guanina e ribosio1-P. Le nucleotidasi intracellulari dell’uomo non sono molto attive nei confronti dell’AMP; l’AMP è piuttosto deaminato dall’enzima Adenilato deaminasi in IMP. Nel catabolismo dei nucleotidi purinici l’IMP è in seguito degradato dall’idrolisi con nucleotidasi per formare inosina che è poi fosforilato per dare ipoxantina.

L’adenosina solitamente origina dalla S- adenosilmetionina nel corso delle reazioni di transmetilazione. L’adenosina è deaminata a inosina da un’adenosina deaminasi. Carenze in adenosina deaminasi o nella fosforilasi dei nucleosidi purinici conducono a due diverse malattie da immunodeficienza con meccanismi che non sono ancora chiaramente definiti. La carenza di adenosina deaminasi influenza l’immunità dei linfociti B e T. La carenza di fosforilasi influenza le cellule T, ma le cellule B sono normali.

UNA CURIOSITA’… “Nel settembre del 1990, una bambina di 4 anni venne trattata per carenza di adenosina deaminasi tramite ingegneria genetica, di modo che le sue cellule incorporassero il gene codificante per l’enzima ADA ricombinante. Il trattamento, fino ad ora, sembra essere riuscito.”

Se le purine metilate sono o meno catabolizzate dipende dalla posizione del gruppo metilico. Se il gruppo metilico si trova su un gruppo -NH2, è rimosso con l’NH2 e il nucleo è metabolizzato nel modo consueto. Se il gruppo metilico si trova sull’anello di azoto, il composto è escreto immodificato nelle urine.

DALLE BASI ALL’ACIDO URICO Entrambe l’adenina e la guanina convergono nell’intermedio comune xantina. L’ipoxantina, che rappresenta l’adenina originale è ossidata a xantina dall’enzima xantina ossidasi. La guanina è deaminata a xantina, con il gruppo amminico rilasciato come ammoniaca. Se questo processo si verifica in tessuti diversi dal fegato, gran parte dell’ammoniaca verrà trasportata al fegato per ultimare l’escrezione sottoforma di urea.

La xantina, così come l’ipoxantina è ossidata dall’ossigeno e dalla xantina ossidasi con la produzione di perossido d’idrogeno e urato. Nell’uomo l’urato è escreto e il perossido d’idrogeno è degradato dalle catalasi. La xantina ossidasi è presente in concentrazioni significative solo nel fegato e nell’intestino.

Gotta e Iperuricemia L’acido urico indissociato e i corrispondenti Sali di urato sono scarsamente solubili. La limitata solubilità ordinariamente non è un problema nell’urina, a meno che quest’ultima non sia molto acida o abbia un’alta concentrazione di [Ca]2+(i Sali di urato coprecipitano con i Sali di calcio e possono formare calcoli nel rene o nella vescica) Un’alta concentrazione di urato nel sangue conduce ad un gruppo abbastanza comune di malattie denominato GOTTA.

Il termine GOTTA indica un quadro sintomatologico secondario all’ IPERURICEMIA (presenza nel sangue di elevati tassi di acido urico: >6,4 mg/dl-3,7 mg/dl normale). L’ IPERURICEMIA non è sempre sintomatica, ma in certi individui qualcosa innesca la deposizione di cristalli di urato di sodio nelle articolazioni e nei tessuti. In aggiunta all’estremo dolore che accompagna attacchi acuti, attacchi ripetuti conducono alla distruzione dei tessuti e a gravi malformazioni simili a quelle artritiche. Elevati livelli di acido urico non comportano necessariamente la GOTTA, che è invece dovuta ad un errore metabolico congenito, ereditario.

L’urato nel sangue si può accumulare tramite una sovrapproduzione e/o una sottoescrezione di acido urico. Nelle gotte causate da una sovrapproduzione di acido urico, i difetti non sono dovuti ai meccanismi di controllo che determinano la produzione dello stesso, ma dei nucleotidi precursori. L’unico principale controllo nella produzione di urato che conosciamo fino ad oggi è la disponibilità dei substrati (nucleotidi, nucleosidi o basi libere. Un approccio al trattamento della gotta è il farmaco allopurinolo, un isomero dell’ipoxantina che agisce riducendo la formazione dell’acido urico da parte dell’organismo

CATABOLISMO DELLE PIRIMIDINE Diversamente dalle purine, le pirimidine subiscono l’apertura dell’anello ed i prodotti finali soliti del catabolismo sono beta-amminoacidi più ammoniaca e diossido di carbonio. Le pirimidine da acidi nucleici metabolizzate da nucleosidasi e fosforilasi per produrre le basi libere.

Il gruppo 4-amminico della citosina e della 5-metil citosina, è rilasciato come ammoniaca.

APERTURA DELL’ANELLO Affinché gli anelli siano aperti essi devono essere, per prima cosa, ridotti da NADPH. Gli atomi 2 e 3 di ambo gli anelli sono rilasciati come ammoniaca e diossido di carbonio. Il resto dell'anello viene rilasciato come un beta-amminoacido: il beta-ammino-isobutirrato da timina o dalla 5-metil citosina, la beta-alanina da citosina o uracile,che può essere espulsa o essere incorporata nel cervello e nel muscolo come dipeptide, carnosina (his-beta-ala) o anserina (metile his-beta-ala).

NOZIONI GENERALI Le basi purine e pirimidine che non sono degradate sono riciclate e reincorporate nei nucleotidi. Comunque, questo riciclaggio non è sufficiente ed è essenziale la sintesi de novo. Ci sono precise differenze nei vari tessuti per eseguire la sintesi de novo. La sintesi de novo di purine è molto attiva nel fegato. I tessuti non-epatici generalmente hanno una limitata o anche assente sintesi de novo. La sintesi di pirimidine avviene in molti tessuti

Per le purine, soprattutto, i tessuti non-epatici contano prevalentemente su basi preformate, che sono recuperate dal loro proprio turnover intracellulare con l’integrazione di basi sintetizzate nel fegato e consegnate ai tessuti via ematica. Il recupero di purine è ragionevole in più cellule perché la xantina ossidasi, l'enzima chiave nel portare tutte le purine ad acido urico, è significativamente attiva solo nel fegato e nell’intestino.

Le basi generate dal turnover nei tessuti non-epatici non sono degradate prontamente ad acido urico in quei tessuti e, perciò, sono disponibili per il recupero. Il fegato probabilmente salva meno ma è molto attivo nella sintesi de novo- non così tanto per se stesso ma come supporto per i tessuti periferici. La sintesi de novo di nucleotidi purinici e pirimidinici avviene a partire da componenti facilmente disponibili.

SINTESI DE NOVO DI NUCLEOTIDI PURINICI La sintesi de novo dei nucleotidi purinici è un processo a tappe che porta alla costruzione dell’IMP, a sua volta il prodotto di partenza per la sintesi sia dell’adenosina 5’-monofosfato (AMP) che della guanosina 5’-monofosfato (GMP). Poiché è il precursore sia dell’AMP che del GMP, che regolano strettamente la via, l’IMP normalmente non è presente in quantità apprezzabili nelle cellule. SINTESI DE NOVO DI NUCLEOTIDI PURINICI

Precursori  amminoacidi Gly  nucl purinici Sintesi dei nucleotidi Sintesi de novo Precursori  amminoacidi Gly  nucl purinici Asp  nucl pirimidini/purinici Gln  nucl pirimidinici/nucl purinici - carbamil fosfato  nucl pirimidinici - 5-fosforibosil-1-pirofosfato (PRPP)  nucl pirimidinici/nucl purinici - CO2  nucl purinici Via di recupero demolizione degli acidi nucleici Riciclo dei NUCLEOTIDI In alcuni tessuti avviene sia sintesi de novo sia via di recupero Nel cervello solo via di recupero •I nucleotidi della dieta vengono in gran parte direttamente degradati: il ribosio si recupera (energia) e le basi azotate eliminate •I prodotti del turn-over vengono in parte riciclati e in parte eliminati

Siccome le purine sono sintetizzate come i ribonucleotidi, (non come le basi libere) un requisito indispensabile necessario è la sintesi della forma attivata del ribosio 5 fosfato. Il ribosio 5 fosfato reagisce con ATP per formare 5-fosforibosil-1-pirofosfato (PRPP).

Questa reazione accade in molti tessuti perché il PRPP ha molti ruoli – sintesi di nucleotidi purinici e pirimidinici, vie di salvataggio, formazione di NAD e NADP. L'enzima è controllato da una varietà di composti (di - e tri-fosfati, 2,3-DPG), per adeguare la sintesi di PRPP secondo i bisogni.

LA PRIMA TAPPA DI COMANDO NELLA BIOSINTESI DI NUCLEOTIDI PURINICI

La sintesi de novo dei nucleotidi purinici avviene attivamente nel citosol del fegato dove sono presenti tutti gli enzimi necessari sottoforma di aggregato macro-molecolare. Il primo passo è una sostituzione del pirofosfato del PRPP con il gruppo amminico della glutammina.

Questo è il primo passo della via e ne limita la velocità. L'enzima è sotto stretto controllo allosterico da inibizione a feedback.

AMP, GMP, o IMP interdicono l'amminotransferasi singolarmente mentre AMP + GMP o AMP + IMP agiscono sinergicamente. Questo è un controllo eccellente. I nucleotidi inibiscono l'enzima in maniera tale che le piccole molecole attive si aggreghino in più grandi molecole inattive. La concentrazione di PRPP anche può giocare un ruolo nella regolazione della velocità della reazione.

LA FORMAZIONE DI IMP Una volta che la prima tappa di comando ha prodotto la 5-fosforibosil ammina,il resto della molecola si forma da una serie di aggiunte per fare prima un anello formato da cinque atomi, poi da sei. L’intera molecola di glicina, a spese di ATP aggiunge il gruppo aminico e forma il 5-fosforibosil-glicinammide.

C’è bisogno di un atomo in più per completare l’anello formato da cinque atomi e questo è fornito dal 10-formiltetraidrofolato, che diventa tetraidrofolato .

Prima della chiusura dell’anello, comunque, il gruppo amidico intero viene attivato e poi convertito in amidina mediante addizione di ammoniaca derivata dalla glutammina. Questa somma richiede ATP.

Un altro ATP è necessario per ciclizzare il 5-fosforibosil-N-glicinamide formatosi in 5-fosforibosil-aminoimidazolo.

Il prossimo passo è la somma di diossido di carbonio (come un gruppo carbossile) per formare il carbonio 6 dell'anello.

In seguito il gruppo amminico dell’aspartato si lega al gruppo carbossilico con una rimozione susseguente di fumarato. Il gruppo aminico che è stato appena aggiunto è ora l’azoto 1 dell’anello finale. Questo processo richiede ATP.

Un gruppo formilico proveniente dal 10-formiltetraidrofolato

viene ora aggiunto a questo atomo di azoto e si forma un intermedio completo che ciclizza con perdita di acqua producendo inositato.

FORMAZIONE DI AMP E GMP A PARTIRE DALL’IMP La formazione di GMP richiede che l’IMP sia prima ossidato a XMP usando NAD, seguito dalla sostituzione dell’ossigeno sul carbonio 2 con un gruppo amminico della glutammina a spese di ATP. Similmente, GTP offre l'energia per convertire IMP in AMP. Il gruppo aminico è dato dall’aspartato che viene trasformato in fumarato in un meccanismo simile a quello usato nel formare azoto 1 dell'anello. I monofosfati vengono poi convertiti in di - e tri-fosfati.

CONTROLLO DELLA SINTESI DE NOVO La sintesi de novo viene controllata a livello della glutammina PRPP amidotrasferasi, che è la tappa limitante dell’intera via. Inoltre essa è regolata allostericamente dai prodotti finali della via: IMP, GMP e AMP, che agiscono da effettori negativi, mentre il PRPP è un effettore positivo. In presenza di IMP, AMP o GMP, l’enzima forma un dimero molto meno attivo. La presenza di PRPP favorisce l’esistenza della forma monomerica, più attiva, dell’enzima.  

Possibile scenario: L’enzima nei tessuti umani possiede siti di legame per i nucleotidi distinti. Un sito lega specificamente IMP e GMP mentre l’altro lega specificamente AMP. Quando sono contemporaneamente presenti AMP e GMP o IMP, l’attività dell’enzima viene inibita sinergicamente.

SINTESI DE NOVO DELLE PIRIMIDINE Dal momento che le molecole pirimidiniche sono più semplici delle puriniche, la loro sintesi è più semplice. La prima tappa è la formazione del carbamil fosfato da bicarbonato e ammoniaca, proveniente quest’ultima dalla glutammina.

Il carbamil fosfato condensa con l’aspartato per formare carbamil aspartato, in una reazione catalizzata dalla aspartato transcarbamilasi.

Il carbamil aspartato ciclizza poi, convertendosi in diidroorotato, che poi viene ossidato dal NAD+ a orato. Nota il contrasto con la sintesi delle purine in cui viene formato prima un nucleotide mentre le pirimidine sono prima sintetizzate come basi libere. L’orato lega un’unità di ribosio donata dal PRPP per produrre orotidina 5-fosfato, che viene poi decarbossilata a uridina 5’-monofosfato.  

La CTP sintetasi catalizza la formazione del CTP dall’UTP cui partecipa la glutammina come donatore del gruppo amminico.  

CONTROLLO DELLA SINTESI DI NUCLEOTIDI PIRIMIDINICI Il controllo nell’uomo avviene primariamente a livello del CPS citoplasmatico. L’UTP inibisce l’enzima, competitivamente con l’ATP. Il PRPP lo attiva.

L’INTERCONVERSIONE DEI NUCLEOTIDI I monofosfati sono il prodotto della sintesi de novo sebbene i trifosfati sono le forme più comunemente usate. Ma, naturalmente, le tre forme sono in equilibrio. Ci sono parecchi enzimi classificati come nucleoside monofosfato chinasi che catalizzano la reazione generale:(= rappresentano una reazione reversibile) Base-monofosfato + ATP = Base-difosfato + ADP per esempio: Adenilato chinasi: AMP + ATP = 2 ADP

C’è un enzima differente per il GMP, uno per le pirimidine ed anche enzimi che riconoscono le forme deossi. Similmente, i difosfati sono convertiti in trifosfati da nucleoside di fosfato chinasi: BDP + ATP = BTP + ADP Ci potrebbe essere soltanto una nucleoside di fosfato chinasi con una vasta specificità. Si può parlare legittimamente di un pool di nucleotidi in equilibrio l’uno con l’altro.

Ci sono due vie distinte possibili per salvare le basi. RECUPERO DI BASI   Il recupero di basi puriniche e pirimidiniche è un processo estremamente importante per la maggior parte dei tessuti. Ci sono due vie distinte possibili per salvare le basi.

Base + PRPP = Base-ribosio-fosfato (BMP) + PPi RECUPERO DI PURINE   La più importante delle vie per il recupero delle purine usa gli enzimi denominati phosphoribosyltransferases (PRT): PRTs catalizza l'aggiunta del ribosio 5-fosfato alla base da PRPP per rendere un nucleotide: Base + PRPP = Base-ribosio-fosfato (BMP) + PPi di cui abbiamo già visto un esempio di questo tipo di enzima come parte normale della sintesi de novo dei nucleotidi della pirimidina, - O-PRT.

Ci sono due enzimi, A-PRT e HG-PRT. Come processo di recupero comunque, noi ci stiamo occupando delle purine. Ci sono due enzimi, A-PRT e HG-PRT. A-PRT non è molto importante perché si genera pochissima adenina. HG-PRT, benchè sia eccezionalmente importante è inibito sia dall’ IMP che dal GMP. Questo enzima salva le guanine direttamente e indirettamente le adenine. Ricorda che l'AMP è generato soprattutto dall’ IMP, non dall’ adenina libera.

LA SINDROME DI LESCH-NYHAN Nella sindrome di Lesch-Nyhan si ha carenza di HG-PRT. È un disordine neurologico grave di cui la maggior parte della manifestazione clinica è una auto-mutilazione incontrollabile. I pazienti di Lesch-Nyhan hanno livelli di acidi urici molto alti nel sangue a causa di una incontrollata sintesi de novo. (può essere fino a 20 volte più alta del normale). C’è un aumento significativo nei livelli di PRPP in varie cellule ed un'incapacità a mantenere i livelli di IMP e di GMP tramite le vie di recupero. Entrambi questi fattori hanno potuto condurre ad un aumento nell'attività del amidotransferasi.

IL RECUPERO DELLE PIRIMIDINE La seconda via di recupero coinvolge due punti ed è la via principale per le pirimidine, l'uracile e la timina. Base + ribosio 1-phosphate = nucleoside + pi (fosforilasi del nucleoside) Nucleoside + ATP = Nucleotide + ADP (nucleoside chinasi-irreversibile)  

LA FORMAZIONE DI DEOSSIRIBONUCLEOTIDI La sintesi de novo e la maggior parte delle vie di recupero coinvolgono i ribonucleotidi. I deossiribonucleotidi per la sintesi del DNA sono formati dai difosfati del ribonucleotide (nei mammiferi e nell’ E. coli). Una base difosfato (BDP) è ridotta alla posizione 2’ della parte del ribosio usando la proteina, thioredoxina e la nucleoside di fosfato reduttasi come enzimi. La thioredoxina ha due gruppi sulfidrilici che sono ossidati ad un legame bisolfurico durante il processo. Per ristabilire la thioredoxina al relativo ridotto in modo da poterlo riutilizzare, sono richiesti thioredoxina reduttasi e NADPH.

Questo sistema è controllato molto strettamente da una varietà di effettori allosterici. Il dATP è un inibitore generale per tutti i substrati e l’ATP un attivatore. Ogni substrato allora ha un effettore positivo specifico (un BTP o un dBTP). Il risultato è un mantenimento di un equilibrio adatto dei deossinucleotidi per la sintesi del DNA.

LA SINTESI DEL dTMP La sintesi del DNA richiede il dTMP (dTTP). Questo non è sintetizzato nella via de novo ed il recupero non è sufficiente per mantenere la quantità necessaria. Il dTMP è generato dal dUMP. Poiché la nucleoside di fosfato reduttasi non è molto attiva verso l’UDP, il CDP è ridotto a dCDP che è convertito in dCMP. Questo è allora deaminato per formare il dUMP.

In presenza di tetrahydrofolate 5,10-Methylene e della thymidylato sintetasi, il gruppo del carbonio viene sia trasferito all'anello della pirimidina e quindi ridotto a gruppo metile. L'altro prodotto è dihydrofolate che successivamente è ridotto al tetrahydrofolate dalla riduttasi del dihydrofolate.

GLI AGENTI CHEMIOTERAPEUTICI La Thymidylate sintetasi è particolarmente sensibile alle variazioni del pool del folato. Alcuni degli agenti chemioterapeutici del cancro interferiscono con questo processo così come con i passi della sintesi del nucleotide della purina che coinvolge questo pool. Gli agenti chemioterapeutici del cancro come methotrexato ed aminopterina sono analoghi strutturali di acido folico ed inibiscono la dihydrofolate redduttasi. Ciò interferisce con il mantenimento del pool del folato e perciò con la sintesi de novo dei nucleotidi della purina e del dTMP. Tali agenti sono altamente tossici e devono essere amministrati sotto controllo attento.  

Sintesi dei nucleotidi

Via metabolica molto regolata Donatori di gruppi ed origine degli atomi dei nucleotidi purinici Adeninosina Guanosina Glicina aspartato Precursori -Glicina -Aspartato -Glutammina -CO2 -PRPP Formil- tetraidrofolato Formil- tetraidrofolato glutammina Sintesi dispendiosa energeticamente (5 ATP) Via metabolica molto regolata

Cofattori enzimatici coinvolti nel trasferimento di unità monocarbonise Acido folico è una vitamina idrosolubile del gruppo B. Ci sono almeno 7 forme coenzimatiche contenenti THF e queste sono: N5-metil-THF; N5,N10-metilen-THF; N5,N10-metenil-THF; N5-formimmino-THF; N5-formil-THF; N10-formil-THF; THF libero. ognuna di queste forme coenzimatiche differisce dall'altra solo per un frammento monocarbonioso che può essere allo stato di ossidazione di metile, metilene o di metino, la struttura di base infatti rimane inalterata

Tetraidrofolato trasporta gruppo metilico (-CH3) Biotina trasporta CO2 Tetraidrofolato trasporta gruppo metilico (-CH3) gruppo metilenico (-CH2-) gruppo formilico (-CHO) gruppo formiminico (CHNH) S-adenosilmetionina trasporta gruppo metilico (-CH3)

Sintesi dei nucleotidi purinici

Dalla sintesi dei nucleotidi purinici si ottiene inosinato IMP GMP si forma per ossidazione del C2 da parte del NAD e aggiunta del gruppo amminico donato da glutammina IMP + aspartato + GTP  AMP IMP + glutammina + ATP + NAD+  GMP Reazione di aminazione

La biosintesi dei nucleotidi inibizioni retroattive purinici è regolata da inibizioni retroattive

carbamil fosfato (carbamil fosfato sintetasi II) Glutammina Sintesi nucleotidi pirimidinici Donatori di gruppi aspartato carbamil fosfato (carbamil fosfato sintetasi II) Glutammina 5-fosforibosil-pirofosfato (PRPP) Prodotti finali UTP CTP

tappa limitante del ciclo Carbamil fosfato sintetasi I Sintesi di carbamil fosfato 2 ATP consumati Reazione regolata tappa limitante del ciclo Carbamil fosfato sintetasi I Enzima allosterico L’ enzima Carbamil fosfato sintetasi I, mitocondriale, è diversa dalla carbamil fosfato sintetasi II, citosolica che agisce nella biosintesi delle pirimidine $

La biosintesi dei nucleotidi pirimidinici è regolata da inibizione retroattiva dell’aspartato transcarbamilasi (primo enzima della via biosintatica) da parte di ATP e CTP

ATP+AMP  2ADP adenilato chinasi I nucleosidi monofosfato sono convertiti in nucleosidi trifosfato ATP+AMP  2ADP adenilato chinasi ADP fosforilato nella glicolisi o fosforilazione ossidativa   ·  ATP +NMP ADP+NDP Nucleoside monofosfato chinasi · NTP+NDP NDP+NTP Nucleoside difosfato chinasi L’ATP è utilizzato per la formazione degli altri nucleosidi difosfato Nucleoside difosfato chinasi nonè specifico né per la base né per il tipo di zucchero

Sintesi dei deossinucleotidi (DNA) Ribonucleotidi trifosfato ATP GTP CTP UTP   Ribosio  deossiribosio enzima  Ribonucleotide reduttasi NADPH Deossinucleotidi trifosfato dNTP  dATP dGTP dCTP

Ribonucleotide reduttasi utilizza tioredossina Regolazione dell’attività e specificità dell’enzima per mantenere i precursori del DNA a concentrazioni tra loro bilanciate

Il dTMP deriva dal dCDP e dal dUMP UDP  dUDP  dUMP  (metilazione) dTMP  (fosforilazione)  dTTP Conversione molto rapida Nella reazione catalizzata dalla timidilato sintasi una unità monocarboniosa è trasferita da N5-N10metilen-tetraidrofolato al dUMP.

Sviluppo di farmaci capaci di inibire la sintesi di nucleotidi Molti agenti chemioterapici colpiscono enzimi delle vie biosintetiche dei nucleotidi La produzione di nucleotidi opera continuamente durante la sintesi degli acidi nucleici e in alcuni casi può rappresentare un limite alla velocità di replicazione e trascrizione del DNA Sviluppo di farmaci capaci di inibire la sintesi di nucleotidi

Farmaci antitumorali - fluorouracile Inibitori degli enzimi della biosintesi dei nucleotidi Farmaci antitumorali - fluorouracile - metotrexato   Il metotrexato è l'inibitore più importante della diidrofolato reduttasi DHFR (enzima coinvolto nel metabolismo del tetraidrofolato), in grado di legare l'enzima con una affinità 1000 volte maggiore di quella dell'acido folico. Assieme all'aminopterina è stato il primo anti-folico a trovare impiego come chemioterapico, perché in grado di bloccare la crescita incontrollata delle cellule tumorali.