BIOQUÍMICA 2 - Metabolismo dos Ácidos Nucleicos e Nucleotídeos

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BIOQUÍMICA 2
Artur José da Silva
2020
1. 
2. Nucleotídeos
Definição:
→ Moléculas orgânicas formadas por um grupamento fosfato (mono, di ou trifosfato), uma pentose (ribose ou desoxirribose) e uma base nitrogenada (Adenina, Guanina, Citosina, Timina ou Uracila).
Funções:
→ Estrutura dos ácidos nucleicos: precursores do DNA e RNA;
→ Carreadores essenciais de energia química – papel desempenhado basicamente pelo ATP e, em parte, pelo GTP;
→ Componente dos cofatores NAD+, FAD+ e coenzima A;
→ Fazem parte de muitas coenzimas e atuam como doadores de grupos fosforila (ex: ATP ou GTP), de açucares (açucares com UDP ou GDP) oulipídeos (ex: CDP-acilglicerol);
→ Atuam também como mensageiros secundários reguladores de vias de transduçao de sinal, como o AMPc e o GMPc;
→ Entre os nucleotídeos reguladores, podemos citar também o controle da fosforilação oxidativa pelo ADP e a regulação alostérica da atividade enzimática pelo ATP, AMP e CTP.
Pentoses:
→ A pentose pode ser de duas formas: uma ribose (presente nos nucleotídeos do RNA) ou uma desoxirribose (presente nos nucleotídeos de DNA).
Desoxirribose e Ribose.
Bases Nitrogenadas:
→ As bases nitrogenadas nucleotídeos podem ser divididos em 2 grupos: purinas e pirimidinas. 
→ Timina é uma base nitrogenada exclusiva de nucleotídeos de DNA, e, a Uracila, de nucleotídeos de RNA.
Purinas:
Adenina e Guanina.
Pirimidinas:
Timina, Uracila e Citosina.
Grupamento Fosfato:
→ Os nucleotídeos podem ser mono-, di- ou trifosfatados.
Adenosina Trifosfato (ATP).
AMPc: 
Catabolismo de Ácidos Nucleicos:
→ A digestão de ácidos nucleicos exógenos ocorre das seguintes maneiras:
→ O DNA é quebrado em oligo-dNTPs pela enzima desoxirribonucleotidase pancreática, esses oligo-dNTPs são quebrados em dNTPS pela fosfodiesterase pancreática e em seguida convertidos em desoxirribonucleosídeos pela monocluease intestinal.
→ O RNA é quebrado em oligo-NTPs pela enzima ribonucleotidase pancreática, esses oligo-NTPs são quebrados em NTPS pela fosfodiestase pancreática e em seguida convertidos em ribonucleosídeos pela monocluease intestinal.
→ Os ácidos nucleicos endógenos são digeridos pelas nucleases e transformados em nucleotídeos, que são transformados em nucleosídeos pela enzima 5’-nucleosidase.
→ A digestão desses nucleosídeos são digeridos de formas diferentes a depender se são púricos ou pirimídicos.
Catabolismo de Purinas: 
→ O ácido úrico é o produto final do catabolismo dos nucleotídeos púricos em primatas (sendo que um ser humano saudável excreta 0,6 g de ácido úrico por dia).
→ Esse catabolismo de purinas tem 2 origens: dos nucleosídeos púricos ingeridos da alimentação (que não são usados na produção de outros nucleotídeos) ou da renovação dos nucleotídeos de ácidos nucleicos.
→ A maior parte das purinas livres não são degradadas, mas sim reutilizadas para a produção de novos nucleotídeos (através da via de salvação).
Produtos da excreção de urinas.
Catabolismo de Pirimidinas:
→ As vias de degradação de pirimidinas levam a uma produção intermediária de NH4+ e, assim, a síntese de ureia.
→ A via de degradação de pirimidinas influencia em várias outras vias metabólicas. O oroduto final da degradação da timina pode ser convertido em semialdeído metilmalônico que é degradado para propionil-CoA. Esse p-CoA pode ser usado para gerar succinil-CoA. A degradação de citosina e uracila levam a produção de β-alanina, que é usado para a produção de Acetil-CoA. Tanto o Acetil-CoA quanto o Succinil-CoA influenciam, por exemplo, no Ciclo de Krebs.
Catabolismo de Timina.
Biossíntese de Nucleotídeos:
→ A biossíntese de nucleotídeo se dá por duas vias: a via de salvação (que “salva” bases nitrogenadas livres em novos nucleotídeos) e a via de novo (que produz nucleotídeos do “zero”).
→ Ambas vias precisam de PRPP (5’-fosforribosil-1-pirofosfato) que é originado a partir da fosforilação “dupla” da ribose-5-fosfato (advinda do ciclo das pentoses fosfato) com quebra de um ATP em AMP pela enzima PRPP-sintetase.
Via de Salvação de Purinas:
→ As enzimas dessa via são: adenosina-fosforribosil transferase (para a adenina) e hipoxantina-guanina-fosforribosil transferase.
→ 2 patologias estão relacionadas com alguma deficiência ou anomalia nessa via: Síndrome de Lesh-Nyhan e a Gota.
→ Uma via semelhante ocorre com as pirimidinas.
Via de Novo de Purinas:
→ Para a síntese de novas purinas é necessário primeiramente inosinato (IMP) e depois produzir – individualmente – AMP e GMP.
→ Para a produção de IMP em humanos são necessários: PRPP (fornece a ribose-5-fosfato), 2 glutaminas (fornecem dois nitrogênios), glicina (fornece C=C-N), CO2 (fornece o carbono), aspartato (fornece outro nitrogênio), 2 N10-formil-tetrahidrofolato (fornece outro carbono) e 4 ATPs (energizadores das reações).
→ Em bactérias e fungos a reação 6a não ocorre, levando ao gasto de mais 1 ATP. 
→ A conversão de IMP em AMP leva a necessidade de mais 1 aspartato, a quebra de um GTP e liberação de 1 fumarato.
→ A conversão de IMP em GMP leva a necessidade de mais H20, NAD+, mais uma glutamina e a quebra de mais um ATP.
Regulação da Via de Novo de Purinas:
→ 3 mecanismos de retroalimentação negativa são responsáveis por essa regulação (além da síntese de PRPP que também é regulado pela concentração de ADP).
→ Os reguladores desses nucleotídeos se diferenciam pois o AMP é necessário em concentração maior que o GMP, então o ritmo de síntese deles precisam ser diferenciados.
Síntese de Novo de UMP e CTP:
→ A síntese de novo de pirimidinas funciona da seguinte forma: primeiro há a formação de UMP que é convertido em UTP e depois em CTP. A síntese de timidilato é feito posteriormente.
→ O carbamoil-fosfato necessário nessa via também é um intermediário do ciclo da ureia. Porém, nos animais, o carbamoil-fosfato do ciclo da ureia é produzido na mitocôndria pela enzima carbamoil-fosfato sintetase I e o carbamoil-fosfato da síntese de pirimidinas é produzido no citoplasma pela enzima carbamoil-fosfato sintetase II.
Síntese de Carbamoil-fosfato.
Síntese de novo de UMP, UTP e CTP.
→ O motivo do DNA ser formado por uracila é que essa base nitrogenada é susceptível a ser convertida em citosina (que mudaria o par de base no DNA).
Regulação da Síntese de Novo de CTP:
→ Essa regulação se dá a partir da inibição da aspartato-transcarbamoilase (ATCase) pelo acúmulo de CTP.
→ O acúmulo de, por outro lado, ATP impede essa inibição.
→ A regulação é feita dessa forma pois equilibra as concentrações entre os nucleotídeos no momento de replicação do DNA. 
Regulação alostérica da ATCase
Síntese de Timidilato:
→ O CTP e o UMP podem ser usados para formar o dTMP, mas antes precisam ser desoxidados.
 
→ A coenzima mais importante dessa síntese é o ácido fólico (H4folato).
Conversão de NMPs em NTPs:
→ Exitem 3 tipos de conversão comuns a todas células que podem ocorrer.
→ Conversão de AMP em ADP pela enzima adenilato-cinase.
→ Conversão de nucleosídeos monofosfato em nucleosídeos difosfato pela enzima nucleosídeo-monofosfato-cinase (não é específica à pentose, mas sim para o nucleosídeo).
→ Conversão de nucleosídeos difosfato em nucleosídeos trifosfato pela enzima nucleosídeo-difosfato-cinase (não é específica para à pentose ou ao nucleosídeo).
 Redução de Ribonucleotídeos:
→ Os ribonucleotídeos são precursores de seus desoxirribonucleotídeos correspondentes.
→ A reação é catalisada pela enzima ribonucleotídeo-redutase e gera uma molécula de água.
→ A ribonucleotídeo-redutase precisa ser reduzida por uma cascata de reações que no final acarreta na oxidação de NADPH + H+.
Extras:
→ Síndrome de Lesch-Nyhan: Um defeito genético na atividade da hipoxantina-guanina-fosforribosil-transferase, observado quase exclusivamente em crianças do sexo masculino, resulta no conjunto 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 compulsão autodestrutiva:apresentam automutilação, mordendo 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-fosforribosil-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. O cérebro é especialmente dependente das vias de salvação e isso pode ser a causa da lesão do sistema nervoso em crianças com síndrome de Lesch-Nyhan.
→ Gota: A gota é uma doença das articulações, causada pela concentração 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 predominantemente em pessoas do sexo masculino. Sua causa precisa não é conhecida, mas frequentemente envolve uma excreção 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. Alimentos especialmente ricos em nucleotídeos e ácidos nucleicos, como fígado ou produtos glandulares, devem ser removidos da dieta. Um grande alívio dos sintomas pode ser obtido pela administração de alopurinol (Figura 22-50), que inibe a xantina-oxidase, a enzima que catalisa a conversão de purinas em ácido úrico. Quando a xantina- -oxidase é inibida, os produtos de excreção do metabolismo das purinas são xantina e hipoxantina, que são mais hidrossolúveis que o ácido úrico e apresentam menor probabilidade de formar depósitos de cristais.
→ Azasserina e acivicina: a glutamina atua como doador de nitrogênio em pelo menos meia dúzia de reações isoladas da biossíntese de nucleotídeos e 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 agentes quimioterápicos análogos da glutamina, como azasserina e acivicina. As enzimas da via de novo de purinas que são inibidas por essas agentes são: glutamina-PRPP-amidotransferase, FGAR-amidotransferase e XMP-glutamina-amidotransferase.
→ Deficiência de Ácido fólico: o tetrahidrofolato é muito importante para a conversão de dUMP em dTMP (importante nucleotídeo para a formação de DNA) e a sua deficiência leva a redução de timidilato, levando a uma incorporação anormal de uracila no DNA. Essa uracila é removida da fita de DNA pelo sistema de reparo do DNA, o gera quebras na fita de DNA, que podem afetar muito a função e a regulação do DNA nuclear, causando doenças cardíacas, distúrbios encefálicos, assim como aumento da mutagênese, que leva ao câncer.