Metabolismo de nucleotídeos

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Metabolismo de nucleotídeos 
Para que servem os nucleotídeos? 
• São os precursores do DNA e RNA 
• São carreadores de energia química (ATP e GTP, por exemplo) 
• São componentes de cofatores (NAD+ e FAD, por exemplo) 
• Formam segundos mensageiros celulares (AMPc e GMPc) 
Estrutura geral de um nucleotídeo 
• Um nucleotídeo é composto por... 
o 1 base nitrogenada 
o 1 grupo fosfato 
o 1 pentose 
• Importante lembrar que um nucleotídeo sem fosfato é um nucleosídeo 
Bases nitrogenadas 
• Bases púricas: adenina e guanina (2 anéis aromáticos) 
• Bases pirimídicas: citosina e timina (DNA) e uracila (RNA); presença de 1 anel aromático 
Biossíntese dos nucleotídeos (anabolismo) 
• Ocorre biossíntese de nucleotídeos derivados de purina e biossíntese de nucleotídeos derivados 
de pirimidina 
• Há duas classes de reações que podem acontecer (vias de novo e vias de recuperação/salvação) 
• As duas vias produzem ribonucleotídeos, os quais formam desoxirribonucleotídos (sintetizados a 
partir dos ribonucleotídeos correspondentes) 
• Sobre as vias de novo 
o Ocorrem a partir de precursores simples 
o Para montar o anel pirimídico, partimos de bicarbonato e ATP (processo anabólico) 
o Em uma 1ª etapa, o ATP fornece energia para a fosforilação do bicarbonato, que formará 
ácido carbâmico 
o Em uma 2ª etapa, o ácido carbâmico é fosforilado e se torna carbamoil-fosfato, o primeiro 
intermediário, importante para doar nitrogênio e carbono para formar o anel pirimídico 
o O aminoácido glutamina é importante pois doa NH3 pro carbamoil-fosfato 
o A enzima carbamoil-fosfato-sintetase possui 3 subunidades (estrutura quaternária) 
▪ Participa da síntese de carbamoil-fosfato 
▪ Possui um sítio que hidrolisa a glutamina, um que fosforila o bicarbonato e outro 
que fosforila o ácido carbâmico 
o Em uma 3ª etapa, o carbamoil-fosfato recebe 3 átomos de carbono e 1 de nitrogênio do 
aspartato, formando um intermediário chamado di-hidro-orotato 
o Uma enzima que usa NAD+ como coenzima faz uma reação de oxidação-redução e forma 
orotato 
o O orotato é fusionado com a ribose-5-fosfato oriunda da via das pentoses-fosfato 
o Uma enzima chamada PRPP-sintetase transfere 2 fosfatos de alta energia do ATP para a 
ribose, que fica ativada (chamamos de PRPP) 
o A quebra da ligação acima libera PPi, que impulsiona a reação de condensação do orotato 
com a pentose, formando orotidilato, o qual sofre descarboxilação e forma uridilato (UMP) 
o Monofosfatos de nucleotídeos são convertidos (por intermédio de algumas enzimas) em di 
e trifosfatos em reações sucessivas, como por exemplo... 
▪ UMP + ATP => UDP + ADP => UTP 
o O UTP serve de molde para a síntese de outros trifosfatos de nucleotídeos, como a 
formação, por exemplo, de CTP, a qual ocorre quando a glutamina doa seu grupo amino, 
convertendo UTP em CTP 
▪ Assim termina a síntese de uma pirimidina 
o Para sintetizar os nucleotídeos derivados de purina, na 1ª etapa ocorre a síntese de IMP 
(inosina-5-monofosfato) no citosol, através de 10 reações enzimáticas, utilizando como 
precursor a ribose-5-fosfato 
o Glutamina, glicina e aspartato doam carbono e nitrogênio 
o O CO2 também é um importante doador de carbono, e o tetraidrofolato (THF) regula 
algumas enzimas dessa via de biossíntese e é um transportador de carbonos C1 
o Alguns aminoácidos (serina, glicina, triptofano e histidina) doam carbonos C1 para o THF 
o Diferente das pirimídicas, as bases purínicas são montadas já ligadas ao anel de ribose 
o Partimos da ativação da ribose-5-fosfato, que se torna PRPP, servindo de arcabouço para 
a montagem das bases púricas 
o PRPP sofre modificação e se torna IMP, precursora para a síntese de GMP e AMP 
o 9 reações sucessivas acontecem para que 1 átomo de oxigênio (C=O carbonílico) seja 
ativado por fosforilação, seguido de um deslocamento do grupo fosforila pelo NH3+ ou 
grupo amino que atua como nucleófilo (em suma, 9 reações para formar IMP) 
o O intermediário 5-fosforribosil-1-amina formado é importante para que se siga a síntese 
de IMP 
o A partir do inosinato (IMP) forma-se adenilato e guanilato através de 2 reações, uma que 
usa GTP como coenzima, enzima adenilosuccinato-sintetase e doação de amino pelo 
aspartato, e outra que a glutamina doa amino, usa ATP como coenzima e usa a enzima XMP-
glutamina-amidotransferase (antes dessa última, o IMP sofre oxidação e se torna 
xantilato, havendo a redução de NAD+ em NADH; posteriormente, o xantilato sofre a 
reação descrita anteriormente) 
o Sobre os processos regulatórios... 
▪ A inibição da síntese de PRPP não gera ribose ativada, não formando o intermediário 
5-fosforribosilamina e, consequentemente, IMP (ADP inibe esse processo) 
▪ A inibição da síntese de precursores de bases púricas pode acontecer quando a 
glutamina-PRPP-amidotransferase é inibida e não gera 5-fosforribosilamina (AMP, 
GMP e IMP são inibidores) 
▪ Na síntese de AMP, o AMP é inibidor e leva à necessidade de GTP 
▪ Na síntese de GMP, o GMP é inibidor e leva à necessidade de ATP 
• Sobre as vias de recuperação/salvação 
o Bases pré-formadas são recuperadas e reconectadas a uma unidade de ribose 
o Para recuperar as pirimidinas (usando a base timina como exemplo), a enzima timidina-
fosforilase fosforila a timina, formando o nucleosídeo timidina 
o Timidina + ATP => TMP + ADP (presença da enzima timidina-quinase, que possui ação 
fosforilante) 
o O vírus da herpes possui uma timidina-quinase viral, que difere um pouco da humana; o 
antiviral ACICLOVIR, quando se liga ao sítio ativo da timidina-quinase viral, torna-se um 
inibidor, impedindo que essa enzima sintetize TMP e, consequentemente, duplique seu 
material genético (isso promove um controle da infecção viral) 
o Para recuperar as purinas, as bases purinas livres (derivadas da renovação de nucleotídeos 
ou da alimentação) podem se ligar à PRPP, formando monofosfatos de nucleosídeos 
purínicos 
o Duas enzimas de recuperação com especificidades diferentes recuperam as bases purinas 
o A adenina-fosforribosil-transferase catalisa a formação de adenilato (AMP) 
▪ Adenina + PRPP => Adenilato + PPi 
o A hipoxantina-guanina-fosforribosil-transferase (HGPRT) catalisa a formação de guanilato 
(GMP), bem como de IMP, um precursor de guanilato e adenilato 
▪ Guanina + PRPP => Guanilato + PPi 
▪ Hipoxantina + PRPP => IMP + PPi 
Redução dos ribonucleotídeos para desoxirribonucleotídeos 
• Os ribonucleotídeos (NDP) são reduzidos para formarem desoxirribonucleotídeos (dNDP) através 
da enzima ribonucleotídeo-redutase, a qual possui resíduos de cisteína em seu sítio ativo, 
importantes para se ligarem ao OH do carbono 2 do NDP, havendo perda da hidroxila e formando 
água e dNDP, o qual possuirá apenas um átomo de hidrogênio em seu carbono 2 
• A enzima ribonucleotídeo-redutase é oxidada e a pentose é reduzida; para que a enzima fique 
novamente reduzida, é preciso haver, principalmente, NADPH, que doa elétrons para a manutenção 
da forma reduzida da ribonucleotídeo-redutase 
• No caso do dUMP, para que ele se torne TTP, é preciso a ação da enzima timidilato-sintase, que 
forma timidilato (TMP), importante para a síntese dos nucleotídeos de timina que serão 
incorporados ao DNA 
o Para isso, utilizamos tetraidrofolato, o qual é reduzido e serve como cofator para a enzima 
que reduz dUMP em TMP 
o O tetraidrofolato é regenerado através da redução do di-hidrolato, por ação da enzima di-
hidrofolato-redutase, a qual usa como coenzima o NADPH, que é oxidado em NADP+ 
o A di-hidrolato-redutase é alvo para fármacos anti-cancerígenos, uma vez que, inibindo essa 
enzima, paramos de regenerar tetraidrofolato e, consequentemente, bloqueamos a 
produção de TMP, o qual é necessário para a síntese de DNA (a célula tumoral não 
conseguirá se dividir) 
o Aminopterina e metrotexato são inibidores competitivos da di-hidrolato-redutase, 
impedindo a regeneração do tetraidrofolato e gerando as consequências faladas acimao Análogos de dUMP ( o fármaco fluorouracila é um exemplo, pois é convertido em um inibidor 
suicida) inibem a timidilato-sintase, não havendo a conversão de dUMP em TMP 
Erros no metabolismo dos nucleotídeos 
• A doença da gota está relacionada ao metabolismo das purinas, causando produção excessiva de 
ácido úrico 
• Na síndrome de Lesch-Nyhan, há alteração da enzima HGPRT, que ficará mais ausente (haverá 
déficit na reciclagem de hipoxantina e guanina), levando ao aumento dos níveis de PRPP e a uma 
superprodução de purinas pela via de novo, resultando na produção de altos níveis de ácido úrico, 
que causará lesão tecidual; o cérebro é especialmente dependente das vias de salvação, e isso pode 
ser a causa da lesão do sistema nervoso em crianças que possuem essa síndrome 
• A deficiência de ADA (enzima adenosina-deaminase, relacionada com a degradação de 
nucleotídeos derivados de purina) causa uma deficiência no sistema imune, pois os linfócitos T e B 
não se desenvolvem adequadamente; a falta de ADA aumenta em 100x a [dATP], um poderoso 
inibidor da ribonucleotídeo-redutase, portanto, altos níveis de dATP produzem uma deficiência 
geral de outros dNTP nos linfócitos T; pessoas com essa síndrome não possuem um sistema imune 
efetivo e não sobrevivem, ao menos que isolados no ambiente de uma “bolha” estéril