Prévia do material em texto

910 DAV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX
 c A glicina e a arginina originam a creatina e a fosfocreati-
na, um tampão energético. A glutationa, formada a par-
tir de três aminoácidos, é um importante agente redutor 
na célula.
 c As bactérias sintetizam D-aminoácidos a partir de L-
-aminoácidos, por meio de reações de racemização que 
requerem piridoxal-fosfato. Os D-aminoácidos são co-
mumente encontrados em certas paredes bacterianas e 
em certos antibióticos.
 c Os aminoácidos aromáticos originam muitas substâncias 
nos vegetais. A descarboxilação dependente de PLP de 
alguns aminoácidos produz importantes aminas biológi-
cas, incluindo neurotransmissores.
 c A arginina é precursora do óxido nítrico, um mensageiro 
biológico.
22.4 Biossíntese e degradação de nucleotídeos
Como discutido no Capítulo 8, os nucleotídeos apresentam 
uma variedade de importantes funções em todas as células. 
Eles são precursores do DNA e do RNA; são carreadores 
essenciais de energia química – papel desempenhado basi-
camente pelo ATP e, em parte, pelo GTP; são componentes 
dos cofatores NAD, FAD, S-adenosilmetionina e coenzima 
A, assim como de intermediários biossintéticos ativados, 
como UDP-glicose e CDP-diacilglicerol; e alguns deles, 
como o cAMP e o cGMP, são também segundos-mensagei-
ros celulares.
Dois tipos de vias levam aos nucleotídeos: as vias de 
novo e as vias de salvação. A síntese de novo dos nu-
cleotídeos inicia com seus precursores metabólicos: ami-
noácidos, ribose-5-fosfato, CO2 e NH3. As vias de salvação 
COO]CH
CH2
H2N
1HO
Tirosina
H2O
CH
Ascorbato
Desidroascorbato
Dopamina
b-hidroxilase
O2
Dopa
HO
CH2
Feniletanolamina-
N-metiltransferase
CH2
NH3
1
HO
CH3
Dopamina
HO
HO
OH
NH3
1
adoMet
adoHcy
NH3
1HO
CHHO CH2
OH
CH2
Adrenalina
CO2
PLPDescarboxilase dos
aminoácidos
aromáticos
HO COO]CHCH2
NH3
1
Noradrenalina
H2O
Tetra-hidrobiopterina
Di-hidrobiopterina
Tirosina-
hidroxilase
O2
HO
CO2
CH
CH2
NH3
PLP
Tetra-hidrobiopterina
Di-hidrobiopterina
Triptofano-
-hidroxilase
H2O
Serotonina
Descarboxilase dos
aminoácidos
aromáticos
CHCH2
1
] OOC
5-Hidróxi-
triptofano
CH2
NH3
1
CH2] OOC
CH2
g-Aminobutirato
(GABA)
COO]
Glutamato
NH3
COO]
CO2
NH3
1
PLPGlutamato-
-descarboxilase
CH2 CH2
CHCH2
1
Histidina
NH3
COO]
N NH
CH2
1
NH3
N
H
N
H
CO2
1
PLPHistidina-
-descarboxilase
CHCH2
1
NH3
COO]
TriptofanoNH
CH2
HOCH2
N NH
Histamina
O2
HO
FIGURA 2231 Biossíntese de alguns neurotransmissores a partir de 
aminoácidos. Em cada caso, o passo-chave é o mesmo: uma descarboxila-
ção dependente de PLP (sombreada em cor salmão).
Nelson_6ed_22.indd 910Nelson_6ed_22.indd 910 07/04/14 14:2407/04/14 14:24
P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 911
reciclam as bases livres e os nucleosídeos liberados a partir 
da degradação de ácidos nucleicos. Ambos os tipos de vias 
são importantes no metabolismo celular e são discutidos 
nesta seção.
As vias de novo para a biossíntese de purinas e pirimi-
dinas parecem ser quase idênticas em todos os organismos 
vivos. Uma observação notável é que as bases livres gua-
nina, adenina, timina, citidina e uracila não são interme-
diárias nessas vias, isto é, as bases não são sintetizadas e 
então ligadas à ribose, como se poderia esperar. A estru-
tura do anel púrico é construída ligada à ribose durante 
todo o processo, com a adição de um ou de poucos átomos 
por vez. O anel pirimídico é sintetizado como orotato, li-
gado à ribose-fosfato e, então, convertido nos nucleotídeos 
pirimídicos comuns necessários para a síntese dos ácidos 
nucleicos. Embora as bases livres não sejam intermediárias 
nas vias de novo, elas são intermediárias em algumas das 
vias de salvação.
Diversos precursores importantes são compartilhados 
pelas vias de novo para a síntese de pirimidinas e puri-
nas. O fosforribosil-pirofosfato (PRPP) é importante para 
a síntese de ambas e, nessas vias, a estrutura da ribose é 
mantida no nucleotídeo produzido, ao contrário do seu des-
tino nas vias para a biossíntese de triptofano e histidina, 
discutidas anteriormente. Um aminoácido é um precursor 
importante em cada tipo de via: a glicina para as purinas e 
H3N
CO2
C H
1S
Metiltioadenosina
Adenosina
CH2
CH2
1
Ornitina-
descarboxilase
PLP
CH3
CH2
H3N
CH2
CH3
Adenosina
1
H3N
CH2
(CH2)4
1S
COO
Ornitina
Putrescina
adoMet
descarboxilada
CO2
adomet-
descarboxilase
PLP
COO2
S
1
CH2 CH2 CHCH2
NH
 Propilaminotransferase II
Espermidina
Adenosina
H3N
PPi 1 Pi
S-Adenosilmetionina
H3N
1 1
NH3
NH (CH2)3
Espermina
AdenosinaS
Propilaminotransferase i
NH3
H3N
1
(CH2)4
1
NH3
NH(CH2)3
(CH2)3
CH3
1
NH3
(CH2)4
Metionina
ATP
CH3
1 1
Arginina
COO2
C HH3N
CH2
CH2
CH2
NH
NH2
C NH2
1
1
Hidroxiarginina
NADPH 1 H1 , O2
NADP1, H2O
 NADPH, O2
 NADP1, H2O
COO2
C HH3N
CH2
CH2
CH2
NH
NH2
C N OH
1
Citrulina
COO2
C HH3N
CH2
CH2
CH2
NH
NH2
C O
1
1 NO•
Óxido
nítrico
2
1
2
1
FIGURA 2233 Biossíntese de óxido nítrico. Ambos os passos são catalisados pela óxido-nítrico-sintase. O nitrogênio do NO provém do grupo guanidino 
da arginina.
FIGURA 2232 Biossíntese de espermidina e espermina. Os passos 
envolvendo descarboxilações dependentes de PLP estão sombreados em 
cor salmão. Nessas reações, a S-adenosilmetionina (em sua forma descarbo-
xilada) atua como fonte de grupos propilamino (sombreados em azul).
Nelson_6ed_22.indd 911Nelson_6ed_22.indd 911 07/04/14 14:2407/04/14 14:24
912 DAV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX
o aspartato para as pirimidinas. A glutamina é, novamente, 
a mais importante fonte de grupos amina – em cinco passos 
distintos das vias de novo. O aspartato também é utilizado 
como fonte de um grupo amino em dois dos passos das vias 
das purinas.
Duas outras características devem ser mencionadas. 
Primeiro, existem evidências, especialmente na via de 
síntese de novo das purinas, de que as enzimas estejam 
presentes na célula como grandes complexos multienzimá-
ticos, tema recorrente na discussão do metabolismo. Se-
gundo, os conjuntos celulares de nucleotídeos (outros que 
não o ATP) são bastante pequenos, talvez 1% ou menos das 
quantidades necessárias para a síntese de DNA celular. As-
sim sendo, as células devem continuar a sintetizar nucleo-
tídeos durante a síntese de ácidos nucleicos e, em alguns 
casos, a síntese de nucleotídeos pode limitar as velocidades 
de replicação e de transcrição do DNA. Em função da im-
portância desses processos nas células em divisão, agentes 
que inibem a síntese de nucleotídeos se tornaram especial-
mente importantes em medicina.
Agora serão examinadas as vias biossintéticas para os 
nucleotídeos púricos e pirimídicos e sua regulação, a for-
mação de desoxinucleotídeos e a degradação de purinas e 
pirimidinas em ácido úrico e ureia. A seção será finalizada 
com uma discussão a respeito de agentes quimioterápicos 
que afetam a síntese de nucleotídeos.
A síntese de novo de nucleotídeos púricos inicia 
com o PRPP
Os dois nucleotídeos púricos 
precursores dos ácidos nu-
cleicos são 59-monofosfato de 
adenosina (AMP; adenilato) e 
59-monofosfato de guanosina 
(GMP; guanilato), os quais con-
têm as bases púricas adenina e 
guanina. A Figura 22-34 mos-
tra a origem dos átomos de car-
bono e de nitrogênio do sistema 
de anéis púricos, conforme de-
terminado por John M. Bucha-
nan utilizando experimentos 
com marcadores isotópicos em 
aves. A via detalhada para a 
biossíntese de purinas foi eluci-
dada principalmente por Buchanan e por G. Robert Green-
berg, na década de 1950.
No primeiro passo comprometido com a via, um grupo 
amino, doado pela glutamina, é ligado ao C-1 do PRPP (Fi-
gura 22-35). A 5-fosforribosilamina resultante é alta-
mente instável, com meia-vida de 30 segundos em pH 7,5. 
O anel púrico é depois construído sobre essa estrutura. A 
via aqui descrita é idêntica em todos os organismos, com 
exceção de umpasso que difere nos eucariotos superiores, 
como observado a seguir.
O segundo passo é a adição de três átomos doados pela 
glicina (Figura 22-35, etapa ➋). Um ATP é consumido para 
ativar o grupo carboxila da glicina (na forma de um acil-
-fosfato) para essa reação de condensação. O grupo ami-
no da glicina, que foi adicionado, é então formilado pelo 
N10-formiltetra-hidrofolato (etapa ➌), e um nitrogênio é 
doado pela glutamina (etapa ➍) antes que a desidratação e 
o fechamento do anel formem o anel imidazólico do núcleo 
púrico, com cinco membros, na forma de 5-aminoimidazol-
-ribonucleotídeo (AIR; etapa ➎).
Nesse ponto, três dos seis átomos necessários para 
o segundo anel da estrutura das purinas estão colocados 
no lugar. Para completar o processo, um grupo carboxila 
é inicialmente adicionado (etapa ➏). Essa carboxilação é 
incomum pelo fato de não requerer biotina, mas utilizar bi-
carbonato, geralmente presente em soluções aquosas. Um 
rearranjo transfere o carboxilato do grupo amino exocíclico 
para a posição 4 do anel imidazólico (etapa ➐). As etapas 6 
e ➐ ocorrem apenas em bactérias e fungos. Em eucariotos 
superiores, incluindo os humanos, o 5-aminoimidazol-ribo-
nucleotídeo produzido na etapa ➎ é carboxilado diretamen-
te em carboxiaminoimidazol-ribonucleotídeo, em uma úni-
ca etapa, em vez de duas (etapa ). A enzima que catalisa 
essa reação é a AIR-carboxilase.
O aspartato agora doa seu grupo amino, em duas eta-
pas (➑ e ➒): formação de uma ligação amida, seguindo-se 
a eliminação do esqueleto de carbono do aspartato (como 
fumarato). (Lembre-se de que o aspartato desempenha um 
papel análogo em duas etapas do ciclo da ureia; ver Figura 
18-10.) O último carbono é doado pelo N10-formiltetra-hi-
drofolato (etapa ), e ocorre um segundo fechamento de 
anel, produzindo o segundo anel fundido ao núcleo púrico 
(etapa ). O primeiro intermediário com um anel púrico 
completo é o inosinato (IMP).
Assim como nas vias biossintéticas do triptofano e da 
histidina, as enzimas da síntese do IMP parecem estar or-
ganizadas como grandes complexos multienzimáticos na 
célula. Novamente, evidências surgem da existência de 
polipeptídeos únicos com diversas funções, alguns catali-
sando passos não sequenciais da via. Nas células eucarió-
ticas de organismos como fungos, moscas-da-fruta e gali-
nhas, as etapas ➊, ➌ e ➎ da Figura 22-35 são catalisados 
por uma proteína multifuncional. Outra proteína multifun-
cional catalisa as etapas e . Em humanos, uma enzima 
multifuncional combina as atividades da AIR-carboxilase e 
da SAICAR-sintetase (etapas e ➑). Nas bactérias, essas 
atividades são encontradas em proteínas separadas, mas 
as proteínas podem formar um grande complexo não cova-
N amídico da
glutamina
CO2
C
C
C N
Formato
Aspartato
Formato
Glicina
C
NN
C
N
FIGURA 2234 Origem dos átomos no anel das purinas. Esta informa-
ção foi obtida a partir de experimentos utilizando isótopos, com precursores 
marcados com 14C ou 15N. O formato é obtido na forma de N10-formiltetra-
-hidrofolato.
John M. Buchanan,
1917-2007
Nelson_6ed_22.indd 912Nelson_6ed_22.indd 912 07/04/14 14:2407/04/14 14:24
P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 913
H2
H
OP
H
OH
N
O
Aspartato
CH2
O
H
OH
OP
PH
H
OH
H
P
O
CH2
H
H
OH
NH
H2C
1
O
ADP 1 Pi
H
R
Glutamato
OC
N
H
H
N
Glicinamida-
-ribonucleotídeo (GAR)
N-Formilaminoimidazol-4-carboxamida-
-ribonucleotídeo (FAICAR)
R
Glutamina
H
OC
H
H
O
R
Formilglicinamida-
-ribonucleotídeo (FGAR)
PPi
Glutamina
Glutamato
ADP 1 Pi
H2C
H2O
H
CH
C
CH
R
N
Formilglicinamidina-
-ribonucleotídeo (FGAM)
ADP 1 Pi
5-Fosfo-b -
D-ribosilamina
HCO 3
]
H
C
C
C
COO]
]
NH2C
Glicina
ADP 1 Pi
5-Aminoimidazol-
-ribonucleotídeo (AIR)
H
C
O
N
H2N
C
N
N
H
H
H2O
C
R
COO]
5-Aminoimidazol-4-carboxamida-
-ribonucleotídeo (AICAR)
N10-Formil H4 folato
H4 folato
H
N
C
C
C
R
NH2N
O
H
H2N
O
5-Fosforribosil-1-
-pirofosfato (PRPP)
N10-Formil H4 folato
H4 folato
HC
C
O
N
N
C
R
O
C
H2N
HC
C
H
R
O
N-Succinil-5-aminoimidazol-4-
-carboxamida-ribonucleotídeo (SAICAR)
Carboxiamino-imidazol-
-ribonucleotídeo (CAIR)
N5-Carboxiaminoimidazol-
-ribonucleotídeo
(N5-CAIR)
Fumarato
H2N
C
N
C
HC
NC
N
N
H
NH C
C
N
O
OH H
H
H
Inosinato (IMP)
O
C
O]
PO
CH2
CH2
O
H
NH3
C
C
N
N
N
C
H2N
N
CH
C
CH
R
N
ADP 1 Pi
] OO
] O
C
N
AIR
H
O NC
CO2
glutamina-PRPP-
-amidotransferase
GAR-sintetase
GAR-transformilase
FGAR-amidotransferase
FGAM-ciclase
(AIR-sintetase)
N5-CAIR sintetase
AIR-carboxilase
N5-CAIR-mutase
SAICAR-sintetase
SAICAR-liase
AICAR-transformilase
IMP-sintase
ATP
ATP
ATP
ATP
ATP
FIGURA 2235 Síntese de novo de nucleotídeos púricos: construção 
do anel púrico do inosinato (IMP). Cada adição ao anel púrico está som-
breada de forma equivalente ao código de cores usado na Figura 22-34. Após 
a etapa ➋, R simboliza o grupo 5-fosfo-D-ribosila, sobre o qual o anel púrico é 
construído. A formação de 5-fosforribosilamina (etapa ➊) é o primeiro passo 
comprometido na síntese de purinas. Observe que o produto da etapa ➒, 
AICAR, é remanescente do ATP liberado durante a biossíntese de histidina 
(ver Figura 22-22, etapa ➎). As abreviações são fornecidas para a maioria dos 
intermediários, para simplificar a designação das enzimas. A etapa é uma 
via alternativa do AIR ao CAIR, que ocorre em eucariotos superiores.
Nelson_6ed_22.indd 913Nelson_6ed_22.indd 913 07/04/14 14:2407/04/14 14:24
914 DAV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX
lente. É provável que a canalização dos intermediários das 
reações de uma enzima até a seguinte, permitida por esses 
complexos, seja especialmente importante no caso de inter-
mediários instáveis, como a 5-fosforribosilamina.
A conversão de inosinato em adenilato requer a inser-
ção de um grupo amino derivado do aspartato (Figura 
22-36); isso ocorre por meio de duas reações semelhantes 
àquelas utilizadas para introduzir o N-1 do anel púrico (Fi-
gura 22-35, etapas ➑ e ➒). Uma diferença crucial é que o 
GTP, e não o ATP, é a fonte do fosfato de alta energia para 
a síntese de adenilossuccinato. O guanilato é produzido 
pela oxidação dependente de NAD1 no C-2 do inosinato, 
seguindo-se a adição de um grupo amino derivado da glu-
tamina. Na etapa final, um ATP é clivado em AMP e PPi 
(Figura 22-36).
A biossíntese de nucleotídeos púricos é regulada por 
retroalimentação negativa
Três principais mecanismos de retroalimentação cooperam 
na regulação da velocidade geral da síntese de novo de 
nucleotídeos púricos e das velocidades relativas de forma-
ção dos dois produtos finais, adenilato e guanilato (Figura 
22-37). O primeiro mecanismo é exercido sobre a primeira 
reação que é exclusiva da síntese de purinas: a transferên-
cia de um grupo amino para o PRPP para formar 5-fosfor-
ribosilamina. Essa reação é catalisada pela enzima alosté-
rica glutamina-PRPP-amidotransferase, que é inibida pelos 
produtos finais IMP, AMP e GMP. O AMP e o GMP atuam 
sinergicamente nessa inibição concertada. Assim, sempre 
que AMP ou GMP acumulam-se e estão presentes em ex-
cesso, o primeiro passo de sua biossíntese a partir de PRPP 
é parcialmente inibido.
No segundo mecanismo de controle, exercido sobre 
um estágio posterior, um excesso de GMP na célula inibe 
a formação de xantilato a partir de inosinato, pela IMP-de-
sidrogenase, sem afetar a formação de AMP. Por sua vez, 
um acúmulo de adenilato inibe a formação de adenilossuc-
cinato pela adenilossuccinato-sintetase, sem afetar a bios-
síntese de GMP. Quando os dois produtos estão presentes 
em quantidades suficientes, o IMP acumula-se e inibe um 
passo anterior da via; essa estratégia reguladora é chamada 
inibição sequencial por retroalimentação. No terceiro 
mecanismo, o GTP é necessário para a conversão de IMP 
em AMP, enquanto o ATP é necessário para a conversão de 
P
Inosinato
(IMP)
NH2
Rib
H2O
H
C] OOC COO]
P
Guanilato (GMP)
N
RibP
Adenilossuccinato
NH
Rib
P
O
Rib
P
Xantilato (XMP)
O
Rib
O
Aspartato
GDP 1 Pi
CH2
Adenilato (AMP)
Fumarato
Glu AMP 1 PPi
H2N
Gln
N
HN N
N
N
HN N
N
N
NN
N N
N
N
N
H
O
N
HN N
Adenilossuccinato-
-sintetase
Adenilossuccinato-liase
IMP-
-desidrogenase
NAD1
NADH 1 H1
H2O
XMP-glutamina-
-amidotransferase
ATP
GTP
FIGURA 2236 Biossíntese de AMP e GMP a partir de IMP.
Ribose-5-fosfato
IMP
GMP
AMP
AMP
GMP
IMP
ADP
AMP GMP
PRPP
5-Fosforribosilamina
Adenilossuccinato
XMP
Ribose-fosfato-
-pirofosfocinase
(PRPP-sintetase)
Glutamina-PRPP-
-amidotransferase
XMP-glutamina-
-amidotransferase
IMP-desidrogenase
Adenilossuccinato-
-sintetase
Adenilossuccinato-
-liase
9 etapas
ATPADP
FIGURA 2237 Mecanismos reguladores na biossíntese de nucleotí-
deos da adenina e da guanina em E. coli. A regulação dessas vias difere 
em outros organismos.
Nelson_6ed_22.indd 914Nelson_6ed_22.indd 914 07/04/14 14:2407/04/14 14:24
P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 915
IMP em GMP (Figura 22-36), arranjo recíproco que tende a 
equilibrar a síntese dos dois ribonucleotídeos.
O último mecanismo de controle é a inibição da síntese 
de PRPP pela regulação alostérica da ribose-fosfato-piro-
fosfocinase. Essa enzima é inibida por ADP e GDP, além de 
metabólitos de outras vias para as quais o PRPP é o ponto 
de partida.
Os nucleotídeos pirimídicos são sintetizados a partir de 
aspartato, PRPP e carbamoil-fosfato
Os ribonucleotídeos pirimídicos comuns são 59-monofosfa-
to de citidina (CMP; citidilato) e 59-monofosfato de uridina 
(UMP; uridilato), os quais contêm as pirimidinas citosina 
e uracila. A biossíntese de novo dos nucleotídeos pirimídi-
cos (Figura 22-38) ocorre de forma um pouco diferente 
em relação à síntese dos nucleotídeos púricos; o anel piri-
mídico de seis membros é sintetizado inicialmente, sendo 
então ligado à ribose-5-fosfato. Nesse processo, é neces-
sário o carbamoil-fosfato, que também é intermediário no 
ciclo da ureia. Contudo, como observado no Capítulo 18, 
nos animais o carbamoil-fosfato necessário para a síntese 
de ureia é produzido na mitocôndria pela carbamoil-fosfa-
to-sintetase I, ao passo que o carbamoil-fosfato necessário 
para a biossíntese de pirimidinas é produzido no citosol, 
por uma forma diferente da enzima, a carbamoil-fosfato-
-sintetase II. Nas bactérias, uma única enzima fornece o 
carbamoil-fosfato para a síntese de arginina e pirimidinas. 
A enzima bacteriana tem três sítios ativos separados, es-
paçados ao longo de um canal de aproximadamente 100 
Å de comprimento (Figura 22-39). A carbamoil-fosfato-
-sintetase bacteriana fornece uma vívida ilustração da 
canalização de intermediários reacionais instáveis entre 
sítios ativos.
O carbamoil-fosfato reage com o aspartato, produzindo 
N-carbamoil-aspartato, no primeiro passo comprometido 
com a biossíntese de pirimidinas (Figura 22-38). Essa rea-
ção é catalisada pela aspartato-transcarbamoilase. Nas 
bactérias, esse passo é altamente regulado, e a aspartato-
-transcarbamoilase bacteriana é uma das enzimas alosté-
ricas mais bem estudadas (ver a seguir). Pela remoção de 
água do N-carbamoil-aspartato, uma reação catalisada pela 
di-hidro-orotase, o anel pirimídico é fechado, formando 
L-di-hidro-orotato. Esse composto é oxidado, produzindo 
o derivado pirimídico orotato, reação na qual NAD1 é o 
aceptor final de elétrons. Nos eucariotos, as primeiras três 
enzimas dessa via – carbamoil-fosfato-sintetase II, aspar-
tato-transcarbamoilase e di-hidro-orotase – são parte de 
uma única proteína trifuncional. A proteína, conhecida 
pelo acrônimo CAD, contém três cadeias polipeptídicas 
idênticas (cada qual com Mr 230.000), cada uma delas com 
sítios ativos para todas as três reações. Isso sugere que 
grandes complexos multienzimáticos possam ser a regra 
nessa via.
Uma vez que o orotato esteja formado, a cadeia lateral 
de ribose-5-fosfato, fornecida mais uma vez pelo PRPP, é 
ligada, produzindo orotidilato (Figura 22-38). O orotidilato 
é então descarboxilado, originando uridilato, que é fosfori-
lado até UTP. O CTP é formado a partir do UTP pela ação da 
citidilato-sintetase, com formação de um intermediário 
acil-fosfato (consumindo um ATP). O doador de nitrogênio 
Citidilato-
-sintetase
Uridina 59-trifosfato (UTP)
Cinases
Uridilato (UMP)
Orotidilato-
-descarboxilase
Orotidilato
Orotato-
-fosforribosil-
-transferase
Orotato
Di-hidro-orotato-
-desidrogenase
L-Di-hidro-orotato
Di-hidro-orotase
N-Carbamoil-aspartato
Aspartato-
-trans-
-carbamoilase
Carbamoil-
-fosfato
Aspartato
Citidina-59-trifosfato (CTP)
FIGURA 2238 Síntese de novo de nucleotídeos pirimídicos: biossín-
tese de UTP e CTP via orotidilato. As pirimidinas são construídas a partir 
de carbamoil-fosfato e aspartato. A ribose-5-fosfato é então adicionada ao 
anel pirimídico completo pela orotato-fosforribosil-transferase. O primeiro 
passo dessa via (não mostrado aqui; ver Figura 18-11a) é a síntese de carba-
moil-fosfato a partir de CO2 e NH4
1, catalisada, nos eucariotos, pela carbamoil-
-fosfato-sintetase II.
Nelson_6ed_22.indd 915Nelson_6ed_22.indd 915 07/04/14 14:2407/04/14 14:24
916 DAV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX
normalmente é a glutamina, embora citidilato-sintetases de 
muitas espécies possam utilizar diretamente o NH4
1.
A biossíntese de nucleotídeos pirimídicos é regulada por 
retroalimentação negativa
A regulação da velocidade de síntese de nucleotídeos pi-
rimídicos em bactérias ocorre, em grande parte, sobre a 
ação da aspartato-transcarbamoilase (ATCase), que cata-
lisa a primeira reação da sequência e é inibida pelo CTP, o 
produto final da sequência (Figura 22-38). A molécula de 
ATCase bacteriana consiste em seis subunidades catalíti-
cas e seis subunidades reguladoras (ver Figura 6-33). As 
subunidades catalíticas ligam as moléculas de substrato, 
e as subunidades alostéricas ligam o inibidor alostérico, 
o CTP. A molécula de ATCase completa, assim como suas 
subunidades, existe em duas conformações, ativa e inati-
va. Quando o CTP não estiver ligado às subunidades regu-
ladoras, a enzima apresenta atividade máxima. À medida 
que o CTP se acumula e se liga às subunidades regula-
doras, estas sofrem uma mudança em sua conformação. 
Essa mudança é transmitida às subunidades catalíticas, 
que então mudam para uma conformação inativa. O ATP 
impede essas mudanças induzidas pelo CTP. A Figura 
22-40 mostra os efeitos de reguladores alostéricos sobre 
a atividade da ATCase.
Nucleosídeos monofosfatados são convertidos em 
nucleosídeos trifosfatados
Nucleotídeos a serem utilizados em vias biossintéticas ge-
ralmente são convertidos em nucleosídeos trifosfatados. As 
vias de conversão são comuns a todas as células. A fosfori-
lação de AMP em ADP é promovida pela adenilato-cinase, 
na reação
ATP 1 AMP ∆ 2 ADP
O ADP assim formado é fosforilado, produzindo ATP, pelas 
enzimas glicolíticas ou por meio da fosforilação oxidativa.
O ATP também participa da formação dos demais nu-
cleosídeos difosfatados, pela ação de uma classe de enzimas 
chamadas de nucleosídeo-monofosfato-cinases. Essas 
enzimas, geralmente específicas para determinada base e 
não específicas para o açúcar (ribose ou desoxirribose), ca-
talisam a reação
ATP 1 NMP ∆ ADP 1 NDP
Os eficientes sistemas celulares que fosforilam novamente 
o ADP a ATP tendem a impulsionar essa reação no sentido 
dos produtos.
Os nucleosídeos difosfatados são convertidos nos seus 
equivalentes trifosfatados pela ação de uma enzima ubíqua, 
nucleosídeo-difosfato-cinase, que catalisa a reação
NTPD 1 NDPA ∆ NDPD 1 NTPA
Essa enzima é notável pelo fato de não ser específica para 
a base (purinas ou pirimidinas) ou para o açúcar (ribose 
ou desoxirribose). Essa não especificidade aplica-se tanto 
ao aceptor do fosfato (A) quanto ao doador (D), embora o 
doador (NTPD) seja quase invariavelmente o ATP, pois está 
presente em maiores concentrações que outros nucleosí-deos trifosfatados em condições aeróbias.
Sítio de ligação
da glutaminase
Canal
Sítio de ligação do ATP
Sítio de ligação do ATP
FIGURA 2239 Canalização de intermediários na carbamoil-fosfato-
-sintetase bacteriana. (Derivado de PDB ID 1M6V) A reação catalisada 
por essa enzima (e por sua contraparte mitocondrial) está ilustrada na Figura 
18-11a. A subunidade pequena e a grande são mostradas em bege escuro 
e azul, respectivamente. O canal entre os sítios ativos (quase 100 Å de com-
primento) é representado em branco. Uma molécula de glutamina liga-se 
à subunidade menor, doando seu nitrogênio amídico como NH4
1, em uma 
reação do tipo glutamina-amidotransferase. O NH4
1 entra no canal, que o 
conduz a um segundo sítio ativo, onde ele se combina com bicarbonato, 
em uma reação que requer ATP. O carbamato então retorna ao canal, para 
alcançar o terceiro sítio ativo, onde é fosforilado a carbamoil-fosfato usan-
do ATP. Para a determinação desta estrutura, a enzima foi cristalizada com 
a ornitina ligada ao sítio de ligação da glutamina e ADP ligado aos sítios de 
ligação do ATP.
Vmáx
1
2
Vmáx
10 20 30
K0,5 5 12 mM K0,5 5 23 mM
[Aspartato] (mM)
Atividade
normal
(ausência
de CTP)
CTP 1 ATP
CTP
V 0
 (m
M
/m
in
)
FIGURA 2240 Regulação alostérica da aspartato-transcarbamoilase 
por CTP e ATP. A adição de CTP, inibidor alostérico da ATCase, em uma con-
centração de 0,8 mM, aumenta o K0,5 para o aspartato (curva inferior), reduzin-
do a velocidade de conversão de aspartato em N-carbamoil-aspartato. ATP, 
na concentração de 0,6 mM, reverte completamente esse efeito inibitório 
(curva do meio).
Nelson_6ed_22.indd 916Nelson_6ed_22.indd 916 07/04/14 14:2407/04/14 14:24
P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 917
Os ribonucleotídeos são precursores dos 
desoxirribonucleotídeos
Os desoxirribonucleotídeos, os blocos constitutivos do DNA, 
são produzidos a partir dos ribonucleotídeos corresponden-
tes, por redução direta do átomo de carbono 29 da D-ribose, 
formando o derivado 29-desóxi. Por exemplo, o difosfato de 
adenosina (ADP) é reduzido a difosfato de 29-desoxiadeno-
sina (dADP) e o GDP é reduzido a dGDP. Essa reação é, de 
certo modo, incomum, pelo fato de que a redução ocorre em 
um carbono não ativado; não são conhecidas reações quí-
micas análogas muito próximas. A reação é catalisada pela 
ribonucleotídeo-redutase, melhor caracterizada em E. 
coli, cujos substratos são ribonucleosídeos difosfatados.
A redução da porção D-ribose de um ribonucleosídeo 
difosfatado em 29-desóxi-D-ribose requer um par de áto-
mos de hidrogênio, que são doados, em última análise, pelo 
NADPH, via uma proteína carreadora de hidrogênios inter-
mediária, a tiorredoxina. Essa proteína ubíqua tem uma 
função redox semelhante na fotossíntese (ver Figura 20-19) 
e em outros processos. A tiorredoxina tem pares de grupos 
¬SH, que carregam átomos de hidrogênio do NADPH até 
o ribonucleosídeo difosfatado. Sua forma oxidada (dissulfe-
to) é reduzida pelo NADPH em uma reação catalisada pela 
tiorredoxina-redutase (Figura 22-41), e a tiorredoxina 
reduzida é então utilizada pela ribonucleotídeo-redutase 
para reduzir nucleosídeos difosfatados (NDP), produzindo 
desoxirribonucleosídeos difosfatados (dNDP). Uma segun-
da fonte de equivalentes redutores para a ribonucleotídeo-
-redutase é a glutationa (GSH). A glutationa serve como 
agente redutor para uma proteína semelhante à tiorredoxi-
na, a glutarredoxina, que então transfere poder redutor à 
ribonucleotídeo-redutase (Figura 22-41).
A ribonucleotídeo-redutase é notável por seu mecanis-
mo de reação, que fornece o exemplo melhor caracterizado 
de algo que se acreditava ser raro nos sistemas biológicos, 
o envolvimento de radicais livres em transformações bio-
químicas. A enzima da E. coli e da maioria dos eucariotos 
é um dímero a2b2, com as subunidades a2 catalíticas e as 
subunidades b2 funcionando como geradores de radicais li-
vres (Figura 22-42). Cada subunidade catalítica contém 
dois tipos de sítios reguladores, como descrito a seguir. Os 
NADP1
Glutationa-
-redutase
Glutarredoxina-
-redutase
Tiorredoxina-
-redutase
dNDP NDP
S
S
HS
HS
SH
S
S
SH
S
S
SH SH
GSSG
NADP1
H2O
Ribonucleotídeo-
-redutase
Glutarredoxina Glutarredoxina Tiorredoxina Tiorredoxina
FADH22GSH FAD
NADPH 1 H1NADPH 1 H1
Ribonucleotídeo-
-redutase
(a) (b)
FIGURA 2241 Redução de ribonucleotídeos a desoxirribonucleotí-
deos pela ribonucleotídeo-redutase. Os elétrons são transmitidos (setas 
vermelhas) para a enzima a partir do NADPH, via (a) glutarredoxina ou (b) 
tiorredoxina. Os grupos sulfeto na glutarredoxina-redutase são fornecidos 
por duas moléculas de glutationa ligada (GSH; GSSG indica a glutationa oxi-
dada). Observe que a tiorredoxina-redutase é uma flavoenzima, com FAD 
como grupo prostético.
FIGURA 2242 Ribonucleotídeo-redutase. (a) Um diagrama esquemá-
tico das estruturas das subunidades. A subunidade catalítica (a; também 
chamada R1) contém os dois sítios reguladores descritos na Figura 22-44 e 
dois resíduos de Cys centrais para o mecanismo de reação. As subunidades 
b (também chamadas R2), geradoras de radicais livres, contêm o resíduo de 
Tyr122 crítico e o centro com o ferro binuclear. (b) As estruturas de a2 e b2 
originam a estrutura provável de a2b2 (derivada de PDB ID 3UUS). (c) Via pro-
vável para a formação de radical desde a Tyr122 inicial em uma subunidade b 
até a Cys439 do sítio ativo, usada no mecanismo da reação mostrado na Figu-
ra 22-43. Diversos resíduos de aminoácidos aromáticos participam em uma 
transferência de radicais de longo alcance, desde o ponto de sua formação 
na Tyr122 até o sítio ativo, onde o nucleotídeo substrato está ligado.
SH
Fe31
O O
O Fe31
Fe31
HS
XH HX
SH
HS
Subunidade
a
Subunidade b
Subunidade
a
ATP, dATP,
dGTP, dTTP
ATP,
dATP
Principal
sítio
regulador
Sítio
ativo
Sítio de
especificidade
ao substrato
Sítios
reguladores
Substratos
(a)
Efetores
alostéricos
F
O
ADP,
CDP,
UDP,
GDP
e31
(c)
Tyr 122
Trp48 Tyr
356
Tyr 731
Tyr 730
Cys 439
(b)
a
a
b b
a
2b2 Via para os radicaisModelo de ancoramento para 
Nelson_6ed_22.indd 917Nelson_6ed_22.indd 917 07/04/14 14:2407/04/14 14:24
918 DAV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX
dois sítios ativos da enzima formam-se na interface entre as 
subunidades catalíticas (a2) e geradoras de radicais livres 
(b2). Em cada sítio ativo, a subunidade a contribui com dois 
grupos sulfidrila, necessários para a atividade, e as subu-
nidades b2 contribuem com um radical tirosila estável. As 
subunidades b2 também apresentam um cofator ferro binu-
clear (Fe31), que ajuda a gerar e a estabilizar o radical Tyr122 
(Figura 22-42). O radical tirosila está muito distante do sítio 
ativo para interagir diretamente com o sítio, mas diversos 
resíduos aromáticos formam uma via de longo alcance de 
transferência de radicais até o sítio ativo (Figura 22-42c). 
Um mecanismo provável para a reação da ribonucleotídeo-
-redutase está ilustrado na Figura 22-43. Na E. coli, fontes 
prováveis dos equivalentes redutores necessários para essa 
reação são a tiorredoxina e a glutarredoxina, como observa-
do anteriormente.
Três classes de ribonucleotídeo-redutases foram des-
critas. Seus mecanismos (quando conhecidos) geralmente 
estão de acordo com o esquema na Figura 22-43, mas essas 
reações diferem quanto à identidade do grupo que fornece 
o radical no sítio ativo e quanto aos cofatores utilizados para 
gerá-lo. A enzima da E. coli (classe I) requer oxigênio para 
regenerar o radical tiroxila, se ele estiver inativado, de modo 
que essa enzima somente funciona em um ambiente aeróbio. 
Enzimas de classe II, encontradas em outros microrganis-
mos, apresentam 59-desoxiadenosilcobalamina (ver Quadro 
17-2) em vez de um centro de ferro binuclear. Enzimas de 
classe III evoluíram para atuar em ambientes anaeróbios. A 
E. coli contém, quando cresce anaerobiamente, uma ribo-
nucleotídeo-redutase adicional, declasse III; essa enzima 
contém um centro de ferro-enxofre (estruturalmente distin-
to do centro binuclear de ferro da enzima de classe I) e re-
quer NADPH e S-adenosilmetionina para sua atividade. Ela 
utiliza como substratos nucleosídeos trifosfatados em vez de 
nucleosídeos difosfatados. A evolução das diferentes classes 
de ribonucleotídeo-redutases para a produção de precurso-
res do DNA em diferentes ambientes reflete a importância 
dessa reação no metabolismo dos nucleotídeos.
A regulação da ribonucleotídeo-redutase da E. coli é in-
comum pelo fato de que não apenas sua atividade, mas sua 
especificidade quanto ao substrato é regulada pela liga-
ção de moléculas efetoras. Cada subunidade a contém dois 
H
O
NDP
Tiorredoxina (SH)2
(glutarredoxina)
Tiorredoxina S S
(glutarredoxina)
NDP
dNDP
dNDP
X
H
CH2
H
Base
O
H
OH
H
P OP
S2
1O
H
X
H
CH2
H
Base
O
H
OH
H
P OP
O
H
39 29
H
H
X
CH2
H
Base
O
H
OH
H
P OP
HS HS
O
H
S HS
HS
Ribonucleotídeo-
-redutase
H
H
H
H
H
S
X
CH2
Base
O
H
OH
H
P OP
S
H
H
H
S
X
CH2
Base
O
H
OH
H
P OP
S
H
S
CH2
Base
O
H
OH
H
P OP
1
H
HX
S2
A etapa é revertida, 
regenerando na enzima 
um radical tirosila.
O ditiol da enzima 
é reduzido para 
completar o ciclo.
A hidroxila 29é 
protonada.
Eliminação de H2O, 
formando um 
carbocátion 
estabilizado por 
radical.
O ditiol na enzima é 
oxidado; dois elétrons são 
transferidos para o 
carbono 29
Um radical 
39-ribonucleotídeo é 
formado.
Subunidade a
Subunidade b
MECANISMO  FIGURA 2243 Mecanismo proposto para a ribonucleo-
tídeo-redutase. Na enzima de E. coli e na maioria dos eucariotos, os gru-
pos tiol ativos estão na subunidade a. O radical no sítio ativo (¬X•) está na 
subunidade b e, na E. coli, provavelmente seja um radical tiila da Cys439 (ver 
Figura 22-42).
Nelson_6ed_22.indd 918Nelson_6ed_22.indd 918 07/04/14 14:2407/04/14 14:24
P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 919
tipos de sítios reguladores (Figura 22-42). Um tipo afeta a 
atividade geral da enzima e liga ou ATP, que ativa a enzima, 
ou dATP, que a inativa. O segundo tipo determina uma al-
teração na especificidade quanto ao substrato em resposta 
à molécula efetora – ATP, dATP, dTTP ou dGTP – que ali 
se liga (Figura 22-44). Quando ATP ou dATP está ligado, 
a redução de UDP e CDP é favorecida. Quando dTTP ou 
dGTP está ligado, a redução de GDP ou ADP, respectiva-
mente, é estimulada. O esquema é projetado para fornecer 
um conjunto equilibrado de precursores para a síntese de 
DNA. O ATP também é um ativador geral para a biossíntese 
e a redução de ribonucleotídeos. A presença de dATP em 
pequenas quantidades aumenta a redução de nucleotídeos 
pirimídicos. Um suprimento excessivo de dNTP pirimídico 
é sinalizado por altos níveis de dTTP, que altera a especifici-
dade em favor da redução de GDP. Níveis elevados de dGTP, 
por sua vez, deslocam a especificidade para a redução do 
ADP, e altos níveis de dATP inativam a enzima. Acredita-se 
que esses efetores induzam diversas conformações enzimá-
ticas distintas, com diferentes especificidades.
Esses efeitos regulatórios são acompanhados e, possi-
velmente, mediados por grandes rearranjos estruturais na 
enzima. Quando a forma ativa da enzima de E. coli (a2b2) 
é inibida pela adição do inibidor alostérico dATP, forma-se 
uma estrutura em anel a4b4, com subunidades a2 e b2 al-
ternadas (Figura 22-45). Nessa estrutura alterada, a via 
de formação de radicais de b para a é prejudicada, e os 
resíduos no caminho ficam expostos ao solvente, de modo 
que é efetivamente impedida a transferência de radicais, 
inibindo assim a reação. A formação das estruturas em anel 
a4b4 é revertida quando os níveis de dATP são reduzidos. A 
ribonucleotídeo-redutase de leveduras também sofre oligo-
merização na presença de dATP, formando uma estrutura 
hexamérica em anel, a6b6.
dCDP
dGDP
dADP
dTTP
dCTP
dGTP
dATP
Regulação nos sítios de
especificidade ao substrato
Produtos
dUDP
dCDP
dGDP
dADP
dTTP
dCTP
dGTP
dATP
CDP
ADP
Regulação nos principais
sítios reguladores
Produtos Substratos
ATP (d)ATP
GDP
dUDPUDP
FIGURA 2244 Regulação da ribonucleotídeo-redutase por desoxi-
nucleosídeos trifosfatados. A atividade geral da enzima é afetada pela 
ligação de efetores ao principal sítio regulador (à esquerda). A especificidade 
da enzima ao substrato é afetada pela natureza da molécula efetora ligada 
ao segundo tipo de sítio regulador, o sítio de especificidade ao substrato (à 
direita). O diagrama indica inibição ou estimulação da atividade enzimática 
para os quatro diferentes substratos. A via desde o dUDP até o dTTP é descri-
ta posteriormente (ver Figuras 22-46, 22-47).
a2
b2 a2b2 a4b4
FIGURA 2245 Oligomerização da ribonucleotídeo-redutase induzi-
da pelo inibidor alostérico dATP. Em altas concentrações de dATP (50 
mM), formam-se estruturas a4b4 em forma de anel (PDB ID 3UUS). Nessa con-
formação, os resíduos da via formadora de radicais ficam expostos ao solven-
te, bloqueando a reação com o radical e inibindo a enzima. A oligomerização 
é revertida em baixas concentrações de dATP.
Nelson_6ed_22.indd 919Nelson_6ed_22.indd 919 07/04/14 14:2407/04/14 14:24
920 DAV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX
O timidilato é derivado do dCDP e do dUMP
O DNA contém timina em vez de uracila, e a via de novo até 
a timina envolve apenas desoxirribonucleotídeos. O precur-
sor imediato do timidilato (dTMP) é o dUMP. Em bactérias, 
a via para o dUMP inicia com a formação de dUTP, seja por 
desaminação de dCTP ou por fosforilação do dUDP (Figu-
ra 22-46). O dUTP é convertido em dUMP por uma dU-
TPase. Essa última reação deve ser eficiente para manter 
baixos níveis de dUTP, impedindo a incorporação de uridi-
lato ao DNA.
A conversão de dUMP em dTMP é catalisada pela ti-
midilato-sintase. Uma unidade de um carbono, no estado 
de oxidação de hidroximetila (¬CH2OH) (Figura 18-17), 
é transferida do N5,N10-metilenotetra-hidrofolato para o 
dUMP, e então reduzida até um grupo metila (Figura 22-
47). A redução ocorre à custa da oxidação do tetra-hidro-
folato em di-hidrofolato, que é incomum em reações que 
requerem tetraidrofolato. (O mecanismo dessa reação é 
mostrado na Figura 22-53.) O di-hidrofolato é reduzido a 
tetra-hidrofolato pela di-hidrofolato-redutase – regene-
ração essencial para muitos processos que requerem tetra-
-hidrofolato. Em plantas e em pelo menos um protista, a 
timidilato-sintase e a di-hidrofolato-redutase residem em 
uma única proteína bifuncional.
Cerca de 10% dos seres humanos (e até 50% das pes-
soas em comunidades pobres) sofrem de deficiência 
de ácido fólico. Quando a deficiência é grave, os sintomas 
podem incluir doença cardíaca, câncer e alguns tipos de 
distúrbios encefálicos. Pelo menos alguns desses sintomas 
surgem da redução da síntese de timidilato, levando a uma 
incorporação anormal de uracila no DNA. A uracila é reco-
nhecida pelos sistemas de reparo do DNA (descritos no 
Capítulo 25) e é removida do DNA. A presença de altos 
níveis de uracila no DNA leva a quebras da fita, que podem 
afetar muito a função e a regulação do DNA nuclear, cau-
sando por fim os efeitos observados sobre o coração e o 
encéfalo, assim como aumento da mutagênese, que leva ao 
câncer. ■
A degradação de purinas e pirimidinas produz 
respectivamente ácido úrico e ureia
Os nucleotídeos púricos são degradados por uma via na 
qual eles perdem seu fosfato por meio da ação da 59-nu-
cleotidase (Figura 22-48). O adenilato produz adeno-
sina, que é desaminada pela adenosina-desaminase, 
gerando inosina, a qual é hidrolisada produzindo hipoxan-
tina (sua base púrica) e D-ribose. A hipoxantina é sucessi-
vamente oxidada a xantina e a ácido úrico pela xantina-
-oxidase, flavoenzima com um átomo de molibdênio e 
quatro centros de ferro-enxofre em seu grupo prostético. 
O oxigênio molecular é o aceptor de elétrons nessa com-
plexa reação.
O catabolismodo GMP também produz ácido úrico 
como produto final. O GMP é inicialmente hidrolisado origi-
nando guanosina, a qual é então clivada, liberando guanina 
livre. A guanina sofre remoção hidrolítica de seu grupo ami-
no, produzindo xantina, que é convertida em ácido úrico 
pela xantina-oxidase (Figura 22-48).
dCDP dCTP
UDP dUDP dUTP
dUMP
dTMP
Ribonucleotídeo-
-redutase
Nucleosídeo-
-difosfato-
-cinase
Desaminase
dUTPase
Timidilato-
-sintase
CDP
FIGURA 2246 Biossíntese de timidilato (dTMP). As vias são mostradas 
iniciando com a reação catalisada pela ribonucleotídeo-redutase. A Figura 
22-47 fornece detalhes da reação da timidilato-sintase.
O
CH2
OH
N
N
H
H
H
C
H
CH2
dTMP
O
P
O
HN
O
OH
O
N
H
H
H
H
H
CH2
dUMP
O
P
O
HN
H
H
O
ON
H2N
H
N
H
HN
CH2N
H
H
O
NH2N
C
HN
H
H
H
N
H
HN
R
N
R
Timidilato-sintase
N5,N10-Metileno-
-tetra-hidrofolato
7,8-Di-hidrofolato
Glicina
Serina
NADPH 1 H1
1NADP
Serina-
-hidroximetil-
-transferase
Di-hidrofolato-
-redutase
Tetra-hidrofolato
CH2N
H
O
NH2N
HN
H
N
HN R
PLP
FIGURA 2247 Conversão de dUMP em dTMP pelas enzimas timidila-
to-sintase e di-hidrofolato-redutase. A serina-hidroximetil-transferase é 
necessária para a regeneração da forma N5,N10-metileno do tetra-hidrofolato. 
Na síntese do dTMP, todos os três hidrogênios do grupo metila adicionado 
são derivados do N5,N10-metilenotetra-hidrofolato (em cor salmão e cinza).
Nelson_6ed_22.indd 920Nelson_6ed_22.indd 920 07/04/14 14:2407/04/14 14:24
P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 921
O ácido úrico é o produto final de excreção do catabo-
lismo das purinas em primatas, aves e em alguns outros 
animais. Um adulto humano saudável excreta ácido úrico 
em uma taxa de cerca de 0,6 g/24 h; o produto excretado 
origina-se, em parte, das purinas ingeridas e, em parte, da 
renovação dos nucleotídeos púricos dos ácidos nucleicos. 
Na maioria dos mamíferos e em muitos outros vertebrados, 
o ácido úrico é ainda degradado até alantoína pela ação 
da urato-oxidase. Em outros organismos, a via continua 
ainda mais, como mostrado na Figura 22-48.
As vias para a degradação das pirimidinas geralmente 
levam à produção de NH4
1 e, assim, à síntese de ureia. A 
timina, por exemplo, é degradada em semialdeído metil-
malônico (Figura 22-49), intermediário do catabolismo 
da valina. Esse composto é então degradado, via propionil-
-CoA e metilmalonil-CoA, gerando, por fim, succinil-CoA 
(ver Figura 18-27).
Aberrações genéticas do metabolismo das purinas em 
humanos têm sido observadas, algumas com graves 
consequências. Por exemplo, a deficiência de adenosina-
-deaminase (ADA) leva a uma doença com grave imuno-
deficiência, na qual os linfócitos T e B não se desenvolvem 
adequadamente. A falta de ADA leva a um aumento de 100 
vezes nas concentrações celulares de dATP, um poderoso 
inibidor da ribonucleotídeo-redutase (Figura 22-44). Altos 
níveis de dATP produzem uma deficiência geral de outros 
dNTP nos linfócitos T. A base para a toxicidade para os lin-
fócitos B está menos esclarecida. Pessoas com deficiência 
de ADA não possuem um sistema imune efetivo e não so-
brevivem, a não ser isolados no ambiente de uma “bolha” 
N
H
C
GMP
Guanosina
Nucleosidase
AMP
Guanina-
-desaminase
Adenosina
Inosina
Hipoxantina
(forma cetônica)
Xantina
(forma cetônica)
Ácido úrico
H2O
Guanine
Nucleosidase
H2O2
O
H2O
Pi
59-nucleotidase
59-nucleotidase
H2O
Pi
NH3
H2O
Ribose
O
HN
N N
N
N
H
Ribose
H2O
H2O 1 O2
H
O
HO
Xantina-
-oxidase
Xantina-
-oxidase
OH
HO
HN
4NH4
1
O
Adenosina-
-desaminase
NH2
H2O
C
C
C
C
C
N
N
H
N
C
O
H2O2
H2O 1 O2
Alantoicase
N
H
OHC Ácido úrico
Alantoína
C
O
H
N
C
H
C
NH3
O
H2O
Alantoinase
NH2
NH2
C
ON
H
C
H
COO2
Alantoato
Urease
COO2
CHO
Glioxilato
NH2
C
O
H2O
CO2
Urato-oxidase
2 H2N
2H2O
2CO2
Ureia
Excretado por:
Primatas, aves,
répteis, insetos
A maior parte
dos mamíferos
Peixes ósseos
Anfíbios, peixes
cartilaginosos
Invertebrados
marinhos
O2 1 H2O
H2N
O
HN
N
N
NN
N
H
N N
N
HHO
HN
O
N
H
HN
2
1
FIGURA 2248 Catabolismo dos nucleotídeos púricos. Observe que os 
primatas excretam muito mais nitrogênio na forma de ureia, via ciclo da ureia 
(Capítulo 18), do que na forma de ácido úrico, produzido na degradação das 
purinas. Do mesmo modo, os peixes excretam muito mais nitrogênio em 
forma de NH4
1 do que em forma de ureia, produzida na via aqui mostrada.
Nelson_6ed_22.indd 921Nelson_6ed_22.indd 921 07/04/14 14:2407/04/14 14:24
922 DAV I D L . N E L S O N & M I C H A E L M . COX
estéril. A deficiência de ADA foi um dos primeiros alvos das 
tentativas de terapia gênica em humanos (em 1990), que 
produziram resultados conflitantes. Em tentativas mais re-
centes, alguns indivíduos com deficiência de ADA consegui-
ram obter função imunitária normal após receberem um 
gene funcional para a ADA. ■
Bases púricas e pirimídicas são recicladas por 
vias de salvação
As bases púricas e pirimídicas livres são constantemen-
te liberadas nas células durante a degradação metabólica 
dos nucleotídeos. As purinas livres são, em grande parte, 
salvas e reutilizadas para sintetizar nucleotídeos, em uma 
via muito mais simples que a síntese de novo dos nucleo-
tídeos púricos, descrita anteriormente. Uma das principais 
vias de salvação consiste em uma única reação, catalisada 
pela adenosina-fosforribosil-transferase, na qual ade-
nina livre reage com PRPP para produzir o correspondente 
nucleotídeo da adenina:
Adenina 1 PRPP ¡ AMP 1 PPi
Guanina e hipoxantina (produto da desaminação da adeni-
na; Figura 22-48) livres são salvas por essa mesma via, pela 
hipoxantina-guanina-fosforribosil-transferase. Existe 
uma via de salvação semelhante para bases pirimídicas em 
microrganismos e, possivelmente, em mamíferos.
Um defeito genético na atividade da hipoxantina-gua-
nina-fosforribosil-transferase, observado quase exclu-
sivamente em crianças do sexo masculino, resulta no con-
junto de sintomas denominado síndrome de Lesch-Nyhan. 
Crianças com essa doença genética, que se manifesta em 
torno dos dois anos, apresentam, algumas vezes, baixa 
coordenação motora e deficiência intelectual. Além disso, 
são extremamente agressivas e mostram tendências à com-
pulsão autodestrutiva: apresentam automutilação, morden-
do dedos, artelhos e lábios.
Os efeitos devastadores da síndrome de Lesch-Nyhan 
ilustram a importância das vias de salvação. Hipoxantina e 
guanina surgem constantemente da degradação dos ácidos 
nucleicos. Na ausência da hipoxantina-guanina-fosforribo-
sil-transferase, os níveis de PRPP aumentam e ocorre uma 
superprodução de purinas pela via de novo, resultando na 
produção de altos níveis de ácido úrico e lesão tecidual se-
melhante à da gota (ver a seguir). O cérebro é especialmen-
te dependente das vias de salvação e isso pode ser a causa 
da lesão do sistema nervoso em crianças com síndrome de 
Lesch-Nyhan. Essa síndrome é outro alvo potencial para a 
terapia gênica. ■
Excesso de ácido úrico causa gota
Durante muito tempo, acreditou-se erroneamente 
que a gota fosse devida a um “estilo de vida elevado”. 
A gota é uma doença das articulações, causada pela con-
centração elevada de ácido úrico no sangue e nos tecidos. 
As articulações tornam-se inflamadas, doloridas e artríticas 
devido à deposição anormal de cristais de urato de sódio. 
Os rins também são afetados, pois ácido úrico em excesso 
se deposita nos túbulos renais. A gota ocorre predominan-
temente em pessoas do sexo masculino. Sua causa precisa 
não é conhecida, mas frequentemente envolve uma excre-
ção reduzida de uratos. A deficiência genética de alguma 
enzima do metabolismo das purinas também pode ser um 
fator em alguns casos.
A gota pode ser tratada de maneira eficiente por uma 
combinação de terapias nutricionais e farmacológicas. Ali-
mentos especialmente ricos em nucleotídeos e ácidos nuclei-
cos, como fígado ou produtosglandulares, devem ser removi-
dos da dieta. Um grande alívio dos sintomas pode ser obtido 
pela administração de alopurinol (Figura 22-50), que ini-
be a xantina-oxidase, a enzima que catalisa a conversão de 
purinas em ácido úrico. O alopurinol é um substrato da xan-
NADPH 1 H1
O
HN
C
N
H
C
C
O
NADP1
O
HN C
CH
N
H
CH2
C
C
O
H
H2N
CH3
Timina
Di-hidrouracil-
-desidrogenase
Di-hidrotimina
Di-hidropirimidinase
CH3
C
O
NH
CH2 CH
CH3
C
O
O2
H2O
H3N
2
CH2
CH
C
O
O2
CH3
Aminotransferase
b-Aminoisobutirato
H2O
b-ureidopropionase
a-Cetoglutarato
Glutamato
CH
H3
C
C
O2
O
O
H
Semialdeído
metilmalônico
1
NH4 1 HCO3
1
b-Ureidoisobutirato
FIGURA 2249 Catabolismo de uma pirimidina. Aqui está mostrada a 
via do catabolismo da timina. O semialdeído metilmalônico é posteriormen-
te degradado a succinil-CoA.
Nelson_6ed_22.indd 922Nelson_6ed_22.indd 922 07/04/14 14:2407/04/14 14:24
P R I N C Í P I O S D E B I O Q U Í M I C A D E L E H N I N G E R 923
tina-oxidase, que o converte em oxipurinol (aloxantina). O 
oxipurinol inativa a forma reduzida da enzima permanecen-
do fortemente ligado ao seu sítio ativo. Quando a xantina-
-oxidase é inibida, os produtos de excreção do metabolismo 
das purinas são xantina e hipoxantina, que são mais hidros-
solúveis que o ácido úrico e apresentam menor probabilidade 
de formar depósitos de cristais. O alopurinol foi desenvolvido 
por Gertrude Elion e George Hitchings, que também desen-
volveram o aciclovir, usado no tratamento de pacientes com 
infecções orais ou genitais por herpes, e outros análogos das 
purinas utilizados na quimioterapia contra o câncer. ■
Muitos agentes quimioterápicos têm como alvo enzimas 
das vias de biossíntese de nucleotídeos
O crescimento de células cancerosas não é controlado 
da mesma forma que o crescimento das células na 
maioria dos tecidos normais. As células cancerosas apre-
sentam maiores necessidades de nucleotídeos, como pre-
cursores de DNA e RNA e, em consequência, geralmente 
são mais sensíveis do que as células normais aos inibidores 
da biossíntese de nucleotídeos. Um conjunto crescente de 
agentes quimioterápicos importantes – para o câncer e para 
outras doenças – atua inibindo uma ou mais enzimas dessas 
vias. Serão descritos aqui diversos exemplos bem estuda-
dos que ilustram abordagens produtivas de tratamento e 
ajudam a compreender como essas enzimas funcionam.
O primeiro conjunto de agentes inclui compostos que 
inibem glutamina-amidotransferases. Lembre que a gluta-
mina atua como doador de nitrogênio em pelo menos meia 
dúzia de reações isoladas da biossíntese de nucleotídeos. 
Os sítios de ligação para a glutamina e o mecanismo pelo 
qual o NH4
1 é extraído são bastante semelhantes em muitas 
dessas enzimas. A maioria delas é fortemente inibida por 
análogos da glutamina, como azasserina e acivicina (Fi-
gura 22-51). A azasserina, caracterizada por John Bucha-
nan na década de 1950, foi um dos primeiros exemplos de 
inativador enzimático com base no mecanismo da reação 
(inativador suicida; p. 210 e Quadro 6-3). A acivicina parece 
promissora como agente quimioterápico contra o câncer.
Outros alvos úteis para agentes farmacêuticos são a 
timidilato-sintase e a di-hidrofolato-redutase, enzimas que 
fornecem a única via celular para a síntese de timina (Fi-
gura 22-52). Inibidor que atua na síntese de timidilato, a 
fluorouracila, é um importante agente quimioterápico. A 
fluorouracila, por si só, não é um inibidor enzimático. Na 
célula, vias de salvação a convertem no desoxinucleosídeo 
monofosfatado FdUMP, que se liga à enzima, inativando-
-a. A inibição por FdUMP (Figura 22-53) é um exemplo 
clássico de inativação enzimática com base no mecanismo 
da reação. O metotrexato, outro exemplo importante de 
agente quimioterápico, é um inibidor da di-hidrofolato-re-
dutase. Esse análogo do folato atua como inibidor compe-
titivo; a enzima liga-se ao metotrexato com afinidade cerca 
de 100 vezes maior que ao di-hidrofolato. A aminopterina 
é um composto relacionado, que atua de forma semelhante.
O potencial clínico dos inibidores da biossíntese de nu-
cleotídeos não está limitado ao tratamento do câncer. To-
das as células de crescimento rápido (incluindo bactérias e 
OH
N
HC
N NH
C
C N
Hipoxantina
(forma enólica)
H
CN
C
HC
N
C
C
N
Alopurinol
OH
N
H
CH
C
H
CN
C
N
C
C
N
Oxipurinol
OH
N
H
C
HO
Xantina-
-oxidase
FIGURA 2250 Alopurinol, inibidor da xantina-oxidase. A hipoxanti-
na é o substrato normal da xantina-oxidase. Apenas uma leve alteração na 
estrutura da hipoxantina (sombreada em cor salmão) produz um inibidor 
enzimático clinicamente efetivo, o alopurinol. No sítio ativo, o alopurinol é 
convertido em oxipurinol, um forte inibidor competitivo, que permanece 
firmemente ligado à forma reduzida da enzima.
CH2
NH3
O
H
N2
1
NH2
C
CH
NH3
H
COO2
1
C
Acivicina
O
C
O
CH2
COO 
N1
Glutamina
C
N
1
CH2
C
H
Cl
COO2
CH
C
O
CH2
NH3
Azasserina
FIGURA 2251 Azasserina e acivicina, inibidores das glutamina-ami-
dotransferases. Esses análogos da glutamina interferem em diversas vias 
de biossíntese de aminoácidos e nucleotídeos.
Gertrude Elion (1918-1999) e George Hitchings 
(1905-1998)
Nelson_6ed_22.indd 923Nelson_6ed_22.indd 923 07/04/14 14:2407/04/14 14:24