Aula Biossint nucleot

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Estrutura de ácidos nucleicos e 
biossíntese de nucleotídeos
• estrutura e nomenclatura de nucleotídeos de purina e pirimidina
• estrutura e propriedades das cadeias polinucleotídicas, DNA e RNA
• outros papéis dos nucleotídeos na célula
• visão geral da biossíntese de nucleotídeos 
- síntese de novo
- vias de recuperação- vias de recuperação
• síntese de novo de nucleotídeos de purina (A,G)
• síntese de novo de nucleotídeos de pirimidina (C, U)
• redução de ribonucleotídeos a desoxiribonucleotídeos
• síntese de Timina
• Pontos de regulação da síntese de nucleotídeos
• mecanismos de ação de drogas: fluorouracila, metotrexatro, alopurinol
• distúrbios no metabolismo de nucleotídeos: gota, SCID e síndrome de 
Lesch-Nyhan
NUCLEOTÍDEOS
Fornecimento de energia 
nas reações metabólicas: 
ATP, GTP
Coenzimas: 
CoA, FAD 
NAD, NADP
DNA 
RNA
síntese de proteínas e 
proliferação celular
NUCLEOTÍDEOS
Sinalisadores celulares: 
ADP-ribose, 
ADP-ribose cíclica, 
AMP-cíclico, 
AMP, ADP
Transportadores de 
intermediários ativados: 
UDP-glicose, 
UDP-diacilglicerol, 
etc…
Doador de grupos fosfato
para modificacao 
de proteinas (ATP)
Estrutura do DNA e RNA: componentes principais
Monômeros de ribonucleotídeos (RNA) ou
desoxirribonucleotídeos (DNA):
base nitrogenada
grupo fosfato
pentosepentose
Estrutura da cadeia polinucleotídica 
5´PLigações covalentes entre os 
nucleotídeos no DNA e RNA:
� ligações fosfodiéster
Polaridade 5´P � 3´OH
OH
3´OH
Maior instabilidade da cadeia 
de RNA: presença da OH 
na posição 2´
Ligaçoes de hidrogenio
entre as fitas no DNA OH
OH
Fita simples Dupla fita 
A estrutura da dupla hélice do DNA
3´ 5´
Ligações de hidrogenio entre as bases: A=T e C G
5´ 3´
• duas cadeias anti-paralelas
• hélices com giro p/ direita, ~10 nt /volta
• interior hidrofóbico (bases nitrogenadas)
• exterior hidrofílico (açucar), negativo
• ligações covalentes (entre o açucar e o P)
• interações fracas:
- ligações de H entre bases opostas nas cadeias
- inter. hidrofóbicas entre bases adjacentes
• diâmetro de 20 A (10-10 m)
Estrutura do DNA
• diâmetro de 20 A (10 m)
• Comprimento variável
(medido em pb, kb, Mb, etc) Estrutura do RNA
• uma cadeia (fita simples)
• comprimento variavel
• estrutura secundaria resultantes
de ligações de H intracadeia
PO
O
didi ou trifosfato ou trifosfato 
dosdos
PO
O
1
2
3
4
5
9
8
7
6
C
OO C
N
C
C
N
N
C
C
N
NH2
nucleosídeos. nucleosídeos. 
Os nucleotídeos são ésteres deOs nucleotídeos são ésteres de
PO
O
mono,mono,
PO
O
Adenosina 5’-difosfato
O grupo fosfato é unido O grupo fosfato é unido 
por uma ligação éster ao por uma ligação éster ao 
grupo 5’grupo 5’--OH da pentoseOH da pentose
PO
O
Adenosina 5’-trifosfato
1’
2’3’
4’
5’
C
OH
O
C
C
OH
C
O
H
CPO
O
Adenosina 5’-monofosfato
N
C
C
HN
N
C
N
C
O
H2N
C
Nucleotídeos de purinas
N
C
C
HN
N
C
N
C
C
NH2
O O
Guanosina 5’-monofosfato Adenosina 5’-monofosfato
PO
O
O
PO
O
O
C
OH
O
C
C
OH
C
O
H
CH2
H H
H C
OH
O
C
C
OH
C
O
H
CH2
H H
H
Nucleotídeos de pirimidinas
NH2
N
C
N C
C
O
C
N
C
N C
C
O
O
C
CH3
Timina e uracila 
diferem somente por 
um grupo metila 
presente na timina.
O O
Citidina monofosfatoUridina, 
monofosfato
P
O
O P
O
O
C
OH
O
C
C
OH
C
O
HHHH
CH2
C
OH
O
C
C
OH
C
O
HHHH
CH2
H
Timidina
Papel dos nucleotídeos como Coenzimas
NAD (Nicotinamida-Adenina Dinucleotídeo)
NADPH (Nicotinamida-Adenina 
Dinucleotídeo Fosfato reduzido)
NAD, NADPH, FAD e CoA: 
formados a partir do ATP
Bases púricas e Bases púricas e 
Vias de recuperação que permitem a Vias de recuperação que permitem a 
reutilização das bases pré formadasreutilização das bases pré formadas
metabolismo metabolismo dietadieta
pirimídicaspirimídicas
Síntese de Síntese de novonovo
PO
O
O CH
Biossíntese de novo de 
nucleotídeos de purina
Todas as enzimas da PO
O
OH
O
C
C
C
OH
C
O CH2
H
H
H
OH
H Todas as enzimas da 
síntese de purinas são 
citosólicas.
Os atomos do anel de purina são adicionados
sequencialmente sobre a forma ativada da ribose 
+ ATP
A ribose 5 fosfato, proveniente da via das pentose, é ativada às 
custas de ATP pela enzima ribose fosfato pirofosfocinase. 
+ AMP
PO
O
O
O
CC
O CH2
HH
H
O O
Ribose 5 fosfato5-fosforibosil 1-pirofosfato
OH
C
C
C
OH
C
H
H
H
OH PO
O
O
PO
O
O
O
HCO3-
C 
Aspartato
N
Glicina
C N
O anel purina é sintetizado sobre a ribose do PRPP utilizando 
aminoácidos, formil tetrahidrofolato e CO2 como doadores de N e C 
Metileno 
H4-Folato
C
N
N
Glutamina
N
C
C 
Metileno 
H4-Folato
C
PO
O
O
O
H H
C
O
C
HH
CH2 NH2
O
C
C
O
C
C
N
N
N
CH
H
A via de novo para a síntese de nucleotideos 
de purina gera inosina 5’-monofosfato (IMP)
PO4
H H
OH
CC
OH
HH
���� ���� ���� ����
Inosina 5-monofosfato
PO
O
O
C
O
C
OH
C
OH
H H
C
H
CH2
HA primeira reação da via:
PRPP + Gln ���� 5-fosforibosilamina
Glutamina fosforibosil amidotranasferease
PO
O
O CH
C
C
O
C
C
N
N
N
CH
H
N
C
C
N
C
C
HN
C
H2N
O
Guanosina 5’- monofosfato
Ribose P
IMP é convertido em GMP e AMP
Inosina 5-monofosfato
PO
O
O
C
O
C
OH
C
OH
H H
C
H
CH2
H
N
C
C
N
CH
C
HN
CH
Adenosina 5’-monofosfato
Ribose P
AMP e GMP são inibidores alostéricos da 
Glutamina fosforibosil amidotransferase
Via de Salvação de purinas: re-aproveitamento de bases livres
Adenina
N
C
C
N
H
CH
C
N
CH
NH2
N
C
C
N
H
CH
C
HN
C
H2N
O
Guanina Hipoxantina
N
C
C
N
H
CH
C
HN
HC
O
Adenina fosforribosil 
transferase
Hipoxantina-guanina 
fosforribosil transferase
PO
O
O
OH
O
C
C
C
OH
C
O CH2
H
H
H
OH
H
PO
O
O
PO
O
O
O
+
PO
O
O
OH
O
C
C
C
OH
C
O CH2
H
H
H
OH
H
PO
O
O
PO
O
O
O
+
PO
O
O
OH
O
C
C
C
OH
C
O CH2
H
H
H
OH
H
PO
O
O
PO
O
O
O
+
PRPP
Adenosina 
5’-monofosfato
Guanosina 
5’-monofosfato
Hipoxantina 
5’-monofosfato
Degradação de purinas
Bases purinicas sao convertidas Bases purinicas sao convertidas 
em acido urico 
Niveis elevados de ácido urico causam gota 
�tratamento com alopurinol 
(inibidor da xantina oxidase)
mutação no gene de HGPRT (chrX) ���� síndrome de Leish-Nyhan
Doenças ligadas ao metabolismo de Purinas
HGPRT
AMP ���� Adenosina ���� Inosina ���� hipoxantina ���� Xantina ���� Urato
Adenosina desaminase
[PRPP]
biosíntese de purinas
[ácido úrico]
SCID
? Distúrbios
neurológicos ?
Proliferação 
de células T
[dATP]
Síntese de novo de nucleotideos de purina:
- ocorre através da montagem do anel de purina sobre a ribose (PRPP)
- requer aminoácidos: glicina, aspartato e glutamina, 
- requer tetrahidrofolato e bicarbonato
- AMP e GMP são formados à partir de inosina 5’-monofosfato (IMP)
Vias de recuperaçãode nucleotídeos de purina: 
- poupam gasto de energia- poupam gasto de energia
- ligação direta do anel de purina pré-formado sobre a ribose (PRPP)
- requer as enzimas adenina fosforibosil transferase (� AMP) e 
hipoxantina-guanina fosforibosil transferase, HGPRT (� GMP).
- dificiência de HGPRT� sindrome de Lesch-Nyhan
Degradação de purinas: gera ácido úrico
acúmulo de urato causa gota
Uracila Citosina Timina
O 
N
C
HN C
C
O
C
NH2
N
C
N C
C
O
C
O 
N
C
HN C
C
O CH
3
C
Biossíntese de pirimidinas 
Glutamina
Aspartato
HCO3 N5,N10, metileno 
tetrahidrofolato
Fontes de átomos de carbono e nitrogênios das pirimidinas
O 
N
C
HN C
C
O CH
3
C
Biossíntese de pirimidinas 
A primeira enzima da biossíntese de pirimidinas
carbamil-fosfato sintetase, também participa da síntese de ureia
carbamil-fosfato 
sintetase (CPS II)
CPS tem 2 cadeias:
a menor (amarela) 
tem o sitio para
hidrolise da Gln
gerando amonia. A 
cadeia maior tem 
dois sitios de ligação
a ATP (azul e 
vermelho), um para
a fosforilação do 
bicarbonate e o 
outro para a 
fosforilação do ac. 
Carbamico gerando
carbamil-P
Na segunda etapa da biossíntese de 
pirimidinas a Aspartato Transcarbamilase
(ATC) catalisa a reação do carbamil-P com 
Asp gerando o carbamil aspartatato
Gln + ATP+ HCO3
Carbamoil fosfato
Carbamoil aspartato
Orotato
PRPP
Asp
Ciclização e 
oxidação
ATC
O anel de pirimidina pré-formado
(orotato) é ligado à PRPP
CTP e um inibidor alostérico da ATC
OMP
UMP
UTP
CTP
Ribose 
fosfato
P
R
P
P
 
q
u
i
n
a
s
e
(orotato) é ligado à PRPP
OMP
CO2
NH3
PO
O
O
O COO
H2N
C
CH2
C
N
C
O
O
CC
O CH
2
PO
O
O
H
O
CC
O CH2
H
H
H
NO
H2N
C
CH
C
C
O
UMP é formado pela descarboxilação do OMP
CO2
Oritidina 5’-
monofosfato
O
H
OH
C
C
C
OH
C
H
H
H
Uridina 5’-
monofosfato
H
OH
CC
OH
H
H
H
Oritidina 
monofosfato 
descarboxilase
CTP é formado pela aminação de UTP pela CTP sintase. 
Síntese de novo nucleotídeos de pirimidina
- o anel de pirimidina (orotato) é sintetisado e depois ligado à ribose (PRPP)
- requer os aminoacidos aspartato e glutamina e bicarbonato
- oritidilato gera UMP por descarboxilação
- a aminação de UMP gera CMP
- o produto da via de síntese de novo de pirimidina (CTP) inibe a 
primeira enzima da via
OMP ���� UMP ���� UTP ���� CTP
dUMP ���� dTMP
- nucleotideos podem ser interconvertidos por nucleosideos cinases:
UMP + ATP � UDP + ADP
UDP + ATP � UTP + ADP
IMP ���� ATP
GTP
Nucleotídeo 
5’-difosfato
PO
O
O
O
C
O
C
OH
C
OH
H HC
H
CH2
H
Base
Deoxinucleotídeo 
5’-difosfato
PO
O
O
O
C
O
C
H
C
OH
H HC
H
CH2
H
Base
Conversão de ribonucleotídeos em desoxirribonucleotídeos
Ribonucleotídeo 
redutase
Inibida por dATP
Biossíntese de Timina:
Timina é produzida pela metilação do dUMP pela Timidilato sintase
Dihidrofolato redutase
Tetrahidrofolato é regenerado pela didrofolato redutase (DHFR) + NADPH
�Fluorouracil e Metotrexatro, utilizados em quimioterapia de cancer, 
são inibidores da TS e DHFR (análogo do DHF)
dTMPTimidilato sintase
Drogas anti-cancer tem como alvo
timidilato sintase e DHFR 
Por que o dUTP não é um 
componente do DNA ?
(por que as células precisam transformar dUTP em dTTP ?)
Uracilas são geradas nas células 
por desaminação de Citosina
A presença de Uracila no DNA indica
a ocorrência de dano no DNA que é 
reparado pelo sistema de Reparo (BER)