BIOSSÍNTESE E DEGRADAÇÃO DE NUCLEOTÍDEOS

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BIOSSÍNTESE E DEGRADAÇÃO DE NUCLEOTÍDEOS
			
Universidade do Sul de Santa Catarina
Campus da Grande Florianópolis
Unidade Pedra Branca, Palhoça
Professor Frederico Tourinho
Bioquímica II - 2ª Fase do curso de Medicina
	Dalva Gomes
	Fernanda Donin 
	Gabriel Vizzoto
	Maria Eduarda Valgas
	Sofia Rech
	Rafael Jadoski
ESTRUTURA DOS NUCLEOTÍDEOS
	São compostos formados por uma base nitrogenada, um monossacarídeo e grupos fosfato (um, dois ou três). Existem duas famílias de bases nitrogenadas: purinas e pirimidinas. 
Nucleosídeo: pentose + açúcar 
Nucleotídeo: um ou mais grupos fosfato a um nucleosídeo
Os papéis metabólicos variam desde funcionarem como segundos mensageiros de vias metabólicas até servirem de precursores para RNA e DNA. A farmacêutica tem utilizado isso para o desenvolvimento de medicamentos que funcionam como bloqueadores das vias de nucleotídeos para tratamento de doenças tumorais e virais.
FUNÇÕES METABÓLICAS
Metabolismo energético
Monômeros em ácidos nucleicos
Mediação fisiológica
Composição de coenzimas
Precursores
I) Metabolismo energético: o ATP (adenosina trifosfato) é a principal forma de energia química disponível para as células. O ATP é importante por também funcionar como doador de fosfato para a geração de outros nucleosídeos.
II) Monômeros em ácidos nucleicos: RNA e DNA nada mais são do que sequências de nucleotídeos. Assim, os nucleosídeos 5-trifosfatos são substratos para a atuação das RNA e DNA polimerases.
III) Mediação fisiológica: Os nucleosídeos e nucleotídeos fazem a mediação de processos chave para o metabolismo: a adenosina é importante no controle do fluxo sanguíneo coronário, o ADP é essencial na coagulação sanguínea; o GTP é necessário para o capping do mRNA e na formação dos microtúbulos
IV) Composição de coenzimas: NAD+, NADP+ e FAD têm como parte de sua estrutura resíduos de 5’-AMP.
V) Precursores: o GTP atua como precursor na formação do óxido nítrico; UDP-glicose é um intermediário importante na glioneogênese
Metabolismo de purinas 
 
3. Excreção
Síntese de novo
2. Vias de salvação
Síntese de 5-fosforribosil-1-pirofosfato
Síntese da inosina-5-monofosfato
Formação de AMP e GMP a partir da IMP
O anel de purina é principalmente formado no fígado, por uma série de reações em que os carbonos e nitrogênios são adicionados a uma ribose-5-fosfato (formada na via das pentoses).
SÍNTESE DE NOVO
1) SÍNTESE DE 5-FOSFORRIBOSIL-1-PIROFOSFATO (PRPP)
	O PRPP é uma pentose que participa nas vias de síntese de salvação das purinas e pirimidinas. A molécula de açúcar do PRPP é uma ribose. Assim, a síntese de novo das purinas produz ribonucleotídeos; quando há necessidade de desoxirribonucleotídeos, a molécula da ribose é reduzida. 
	A enzima responsável é a PRPP-sintetase e ela é ativada por fosfato inorgânico (Pi) e inibida pelos nucleotídeos púricos (inibição pelo produto final).
2) SÍNTESE DA INOSINA-5-MONOFOSFATO (IMP)
Requer aminoácidos como doadores de carbono e nitrogênio, CO2 como fonte de carbono.
Ponto de importância bioquímica: regulação que acontece na formação de 5’-Fosforribosilamina. 
Inibidores: AMP, GMP
Ativador: PRPP
Glutamina não exerce poder regulatório por sua quantidade não variar consideravelmente.
Acontece no citosol
AA que cedem carbono ao tetrahidrofolato: Serina, glicina, triptófano e histidina
Dois pontos de importância clínica:
Medicamentos análogos
Importância do ácido fólico nessa via reacional
MEDICAÇÕES ANÁLOGAS
Metotrexato
MEDICAMENTOS ANÁLOGOS AO ÁCIDO FÓLICO: Limitam a quantidade de tetra-hidrofolato disponível para o uso na síntese de novo, comprometendo a replicação do DNA e RNA. O metotrexato é um exemplo e ele pode ser utilizado no combate de tumores de crescimento rápido e também em pacientes com artrite reumatoide. Ele é um antagonista do ácido fólico e também inibe a produção de citocinas que produzem os sintomas da doença. Porém, sua atuação é sistêmica, então pacientes sob esse tratamento podem experimentar efeitos como a anemia, descamação de pele, distúrbios do trato gastrointestinal, imunodeficiência e perda de cabelo.
Entre a formação da 5-fosforribosilamina e a IMP não se conhecem etapas reguladas.
MEDICAÇÕES ANÁLOGAS
Sulfonamida
FUNCIONAMENTO DAS SULFONAMIDAS: As sulfonamidas inibem competitivamente a síntese bacteriana do ácido fólico (que é quem fornece o tetra-hidrofolato) – mas não interferem na síntese de purinas em humanos, porque nós não obtemos o ácido fólico a partir da dieta. Assim, o medicamento atua diminuindo a velocidade da síntese de purinas nas bactérias.
 
A IMPORTÂNCIA DO ÁCIDO FÓLICO
ÁCIDO FÓLICO NA GRAVIDEZ: O ácido fólico fornece o tetra-hidrofolato necessário para a replicação de DNA e RNA, vem daí sua importância durante o período pré-gestacional e durante a gestação. A falta desse composto na dieta da mãe pode levar a problemas como espinha bífida e anencefalia.
3) FORMAÇÃO DE AMP E GMP A PARTIR DA IMP
Dois pontos de importância bioquímica:
Regulação da IMP-desidrogenase
Regulação da Adenilatosuccinato sintetase
ÁCIDO MICOFENÓLICO
Imunossupressor utilizado em transplantes. É um inibidor reversível da IMP-desidrogenase. 
O ácido micofenólico atua suprimindo componentes importantes para a síntese de linfócitos T e B
GOTA
Falta de regulação nessas vias e consequente produção aumentada desses nucleotídeos leva à ocorrência de um quadro clínico conhecido como GOTA
GOTA
FISIOPATOLOGIA DA GOTA
 Atividade aumentada da PRPP sintetase
Deficiência de glicose-6-fosfase
a deficiência na enzima de glicose-6-fosfatase resulta em uma maior produção de hexose monofosfato, que gera mais ribose-5-fosfato, que aumenta a produção de PRPP. (Ela ocorre em doenças de armazenamento de glicogênio, Doença de Von Gierke) 
Casos em que a gota é resultante de deficiencias metabólicas de nucleotídeos, o uso de medicamentos que fazem com que haja aumento do consumo de PRPP podem ser benéficos, como é o caso do Allopurinol. 
VIA DE SALVAÇÃO 
Importante para a economia de energia. 
Hipoxantina + PRPP → IMP + PPi
Guanina + PRPP → GMP + PPi 
Adenina + PRPP → AMP + PPi 
HGPRTase 
APRTase
Existem 2 vias:
uma utiliza Hipoxantina e guanina e é realizada pela enzima hipoxantina-guanina-fosforribotransferase;
Outra utiliza Adenina e é realizada pela adeninafosforribotransferase
SÍNDROME DE LESCH-NYHAN
Deficiência de HGPRTase, levando a:
Não reutilização de hipoxantinas e guaninas
Ativação excessiva da síntese de novo de purinas
Ambas as situações contribuem para que haja excesso de ácido úrico nos portadores dessa doença. 
Na doença de Lesch-Nyhan, uma síndrome recessiva ligada ao cromossomo X, há deficiência quase total de HGPRTase, o que significa que não há reutilização de hipoxantina e de guanina (apenas de adenosina) levando a uma produção excessiva de ácido úrico. Sem essa via de salvação, níveis de PRPP ficam aumentados, levando ao aumento da síntese de novo das purinas. 
A síntese de novo aumenta porque o PRPP é um potente ativador da via, como já foi falado anteriormente.
SÍNDROME DE LESCH-NYHAN
Essa síndrome também conta com disfunção motora, déficit cognitivo, disturbios comportamentais, mas aqui vamos dar ênfase à hiperucemia e formação de urolitíase 
INTERCONVERSÃO DE NUCLEOTÍDEOS
As células podem interconverter nucleotídeos de adenina e guanina, a fim de suprir as necessidades celulares adequadas. Não existe uma via direta de conversão de GMP a AMP, por exemplo, ambos devem ser levados a IMP para depois serem transformados na outra molécula. 
SÍNTESE DE DESOXIRRIBONUCLEOTÍDEOS
Ribonucleotídeos são reduzidos pela enzima ribonucleotídeo-redutase. 
O poder redutor vem da tiorredoxina.
A tiorredoxina doa seus 2 hidrogênios para a enzima, formando uma ligação dissulfeto. Ela precisa ser regenerada.
A regulação da ribonucleotídeo-redutaseé complexa e acontece em 2 mecanismos:
Ligação do inibidor nos sítios alostéricos (dATP faz isso)
Mudança conformacional na enzima (dTTP faz isso) 
DEGRADAÇÃO DE PURINAS
Divide-se em dois momentos:
Degradação no intestino delgado
Formação de ácido úrico
Há hidrólise de ácidos nucleicos, sendo eles sequencialmente degradados, liberando bases livres, até chegarem a ácido úrico. Aqui pode-se fazer um paralelo com a degradação de lipídeos, em que eles vão gradualmente liberando moléculas de acetil-CoA. 
DEGRADAÇÃO DE NUCLEOTÍDEOS 
Ribonucleases e desoxirribonucleases hidrolisam DNAs e RNAs, formando oligonucleotídeos
Oligonucleotídeos são hidrolisados novamente, formando mononucleotídeos. 
Nucleotidases removem os grupos fosfato dos mononucleotídeos, liberando nucleosídeos. 
Nucleosídeos são degradados a bases livres
A degradação ocorre no intestino. 
As ribonucleases e desoxirribonucleases são produzidas pelo pâncreas.
Depois de restarem apenas bases livres, as bases pirimídicas voltam a circulação para serem reutilizadas, enquanto a maior parte das bases púricas é excretada em forma de ácido úrico.
FORMAÇÃO DO ÁCIDO ÚRICO
Produção de IMP
Formação de inosina e guanosina 
Inosina → hipoxantina
Guanosina → guanina 
Guanina é desaminada, formando xantina 
Hipoxantina é oxidada, formando xantina. 
Xantina é oxidada, formando ácido úrico
Quando moléculas como o DNA e o RNA voltarem a forma apenas de suas bases, estas podem ser convertidas em ácido úrico. 
DEFICIÊNCIA DE ADENOSINA-DESAMINASE
Imunodeficiência grave
Disfunções de células T, B e NK
Herança genética
Pacientes raramente sobrevivem mais que dois anos de progressão da doença
Linfócitos é que possuem mais ADA, no organismo. É, tecnicamente chamada de imunodeficiência combinada grave. O tratamento requer transplante de medula óssea ou terapia de reposição da enzima 
DEFICIÊNCIA DE PURINA-NUCLEOSÍDEO FOSFORILASE (PNP)
Semelhante à deficiência de ADA, mas mais branda
Afeta apenas os linfócitos T
Caracteriza-se por infecções de repetição e atraso no desenvolvimento neurológico
Cabe aqui falar que a gota também pode ocorrer por deficiências na secreção de ácido úrico
Síntese do TMP
Síntese do UTP
Formação de nucleotídeo pirimídico
Síntese de carbamoil-fosfato
Síntese de ácido-orótico
METABOLISMO
DE
PIRIMIDINAS
Diferentemente da síntese de purinas, em que utiliza-se uma ribose-5-fosfato já existente, na formação de pirimidinas o anel é sintetizado previamente, sendo DEPOIS ligado à ribose-5-fosfato. As fontes para esse anel são a glutamina, CO2 e ácido aspártico. 
Síntese de carbamoil fosfato: é o passo regulado da via. A carbamoil-fosfato sintetase II é inibida por UTP (produto final da via) e ativada por PRPP. Deficiência na ornitina-transcarbamoilase, do ciclo da ureia, promove a síntese de pirimidinas exagerada.
Depois disso, há formação de carbamoil-aspartato e di-hidro-orotato, que é quando o anel é fechado. O que é interessante é que a enzima que produz o dihidroorotato está na membrana interna da mitocôndria, todas as outras vão estar no citosol. 
Depois de ser transformada em orotato, o anel pirimídico se torna um nucleotídeo (é adicionada uma ribose-5-fosfato - que é doada pelo PRPP), formando OMP
O OMP é descarboxilado, formando UMP. 
UMP é fosforilado a UDP e UTP. 
ACIDÚRIA ORÓTICA
Causas: baixa atividade 
SÍNTESE DE TMP
Também utiliza o tetra-hidrofolato como fonte do grupo metila (assim como na síntese de purinas).
Medicamentos análogos, inibidores da timidilato-sintase, são utilizados da mesma maneira, como anticancerígeno e também como bactericida
VIA DE SALVAÇÃO DE PIRIMIDINAS
Nucleosídeos quinases que utilizam ATP podem recuperar bases pirimídicas. 
É o mecanismo utilizado no tratamento da acidúria orótica hereditária.
INTERCONVERSÃO DE PIRIMIDINAS
Da mesma forma que acontece com as purinas, as pirimidinas podem ser interconvertidas. Também da mesma forma, não podem se converter diretamente no outro nucleotídeo, sendo necessário serem convertidos a dTTP primeiro
DEGRADAÇÃO DE NUCLEOTÍDEOS PIRIMÍDICOS
O anel purínico não é clivado nas células humanas, enquanto o anel pirimídico é aberto e degradado a produtos altamente solúveis. São excretados aminoácidos como a beta-alanina e o beta-aminoisobutirato, bem como NH4 e CO2. Entretanto, não é possível estimar o turnorver dessas substâncias, porque também são produzidas por outras reações. 
O que se pode fazer é medir o turnover do ácido beta-aminoisobutírico, que é excretado na urina APENAS na degradação de pirimidinas. Assim, percebem-se níveis aumentados desse composto em pacientes de quimioterapia ou radioterapia, uma vez que muitas células são mortas (levando a uma grande quantidade de DNA degradado). 
BASES BIOQUÍMICAS PARA A RESISTÊNCIA A DROGAS
É possível estudar o fenômeno de resistência às drogas por meio de medicações estudadas neste trabalho:
Resistência ao metotrexato:
Defeito ou perda no transportador do folato 
Mutações genéticas que levam a alterações enzimáticas
A maioria das células resistentes a múltiplas medicações apresentam as proteínas MDR1 ou MRP, que funcionam como verdadeiras “bombas” dependentes de ATP, que constantemente fazem o efluxo da droga dessas células. 
Defeito ou perda do transportador do folato → diminui a captação do metotrexato
Mutações genéticas (...) → as enzimas ficam menos sensíveis ao medicamento
Bomba de ATP: diminui a quantidade de medicação na célula, nunca chegando a quantidade citotóxica 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
DEVLIN, T.M. Manual de Bioquímica com Correlações Clínicas, 7ª ed., Ed. Blucher, 2011.
HARVEY, R.A.; FERRIER, D.R. Bioquímica Ilustrada, 5ª ed., Artmed, 2012.
http://www2.ee.ufpe.br/codec/gslc/met_nucleotideos.pdf