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Franca Esposito » 20.Degradazione dei nucleotidi

Degradazione degli acidi nucleici

La degradazione degli acidi nucleici di origine esogena avviene nell’intestino tenue ad opera di enzimi pancreatici.

Nucleosidi/basi azotate: assorbiti a livello della mucosa intestinale e maggiormente degradati in situ.

La lezione è della Prof. Raffaella Faraonio

Vie di recupero (di salvataggio)

Utilizzano basi azotate preesistenti e le convertono in nucleosidi trifosfato.

Origine delle basi azotate:

endogena: provenienti dal normale ricambio degli acidi nucleici (riparazione del DNA; degradazione di mRNA, etc.);
esogena: scarso utilizzo.

Le vie di recupero delle purine

Il recupero delle purine è di maggiore rilievo rispetto a quello delle pirimidine.

Catalizzate da due enzimi differenti che utilizzano PRPP come fonte di ribosio 5-P:

Adenosina fosforibosiltransferasi (APRT):

ADENINA + PRPP → AMP + PPi

Ipoxantina-guanina fosforibosiltransferasi (HGPRT):

IPOXANTINA + PRPP → IMP + PPi

GUANINA + PRPP → GMP + PPi

Ricordare che l’ipoxantina si forma continuamente come prodotto di deamminazione dell’adenina.

Le vie di recupero delle pirimidine

Le vie di recupero delle pirimidine (modeste) sono catalizzate da 3 enzimi che fosforilano il nucleoside pirimidinico.

Uridina-citidina chinasi:

URIDINA + ATP → UMP + ADP

CITIDINA + ATP → CMP + ADP

Deossicitidina chinasi:

deossiCITIDINA + ATP → dCMP + ADP

Timidina chinasi:

TIMIDINA + ATP → TMP + ADP

Sindrome di Lesch-Nyhan

Difetto genetico dovuto a mancanza dell’enzima:

ipoxantina-guanina fosforibosiltransferasi (HGPRT)

→ incapacità di effettuare le vie di recupero della guanina e della ipoxantina

Gene localizzato sul cromosoma X, carattere recessivo.
Sintomi: ritardo mentale, mancanza di coordinazione.
Sintomi insoliti: tendenza all’autolesionismo.
Livello elevato di PRPP e livelli ridotti di IMP e GMP → aumento della sintesi ex novo delle purine → eccessiva produzione di acido urico (danni simili a quelli della gotta).

Degradazione dei nucleotidi purinici

Tutti i nucleotidi purinici sono degradati ad acido urico.

Dal GMP ad opera di nucleotidasi si libera la guanina (rimozione del gruppo fosforico e del ribosio).

Dalla guanina per deamminazione si forma xantina che è poi ossidata ad acido urico dall’enzima xantina ossidasi.

Dall’AMP ad opera della nucleotidasi si libera adenosina. Questa per azione dell’enzima adenosina deamminasi (ADA) è deamminata ad inosina che diventa ipoxantina per rimozione del ribosio.

L’ipoxantina è ossidata dapprima a xantina e poi ad acido urico dall’enzima xantina ossidasi.

Vie di degradazione dei nucleotidi purinici. Tratto da: DL Nelson & MM Cox ”I Principi di biochimica di Lehninger” ed. Zanichelli.

Malattie genetiche associate alla degradazione nucleotidi purinici: SCID

La carenza dell’enzima adenosina deaminasi (ADA) comporta una malattia definita SCID.

(immunodeficienza combinata grave) → disfunzione dei linfociti B e T.

Tale assenza induce aumento di dATP, modulatore negativo della ribonucleotide reduttasi → deficienza degli altri dNTP.

Tutte le mutazioni note dell’ADA ricadono nel sito attivo dell’enzima.

Degradazione dei nucleotidi purinici. In rosso è indicato la carenza dell'enzima ADA. Immagine autoprodotta.

Xantina ossidasi

Enzima xantina ossidasi: reazioni terminali di ossidazione nel catabolismo delle basi puriniche.

ipoxantina → xantina
xantina → acido urico

Ossida diversi composti eterociclici contenenti azoto.

Utilizza l’H₂O per introdurre l’atomo di ossigeno al substrato.

Formato da due subunità, ciascuna contenente 4 cofattori:

uno ione molibdeno,
una molecola di FAD e
2 centri ferro-zolfo (2Fe-2S).

Gli elettroni trasportati lungo questa “catena” arrivano all’O₂ che è convertito in H₂O₂.

L’allopurinolo usato per il trattamento della gotta è un inibitore competitivo della xantina ossidasi.

Ciclo dei nucleotidi purinici

Questo ciclo, apparentemente futile, fornisce fumarato per il ciclo di Krebs durante un esercizio intenso del muscolo scheletrico.

Dall’AMP, generato dall’adenilato chinasi muscolare, si produce IMP e ammoniaca per azione dell’enzima adenosina deamminasi.

L’IMP reagisce con l’aspartato generando adenilsuccinato in una reazione GTP-dipendente catalizzata dall’enzima adenilsuccinato sintetasi.

L’adenilsuccinato viene riconvertito in AMP e fumarato per azione della adenilsuccinato liasi.

Ciclo dei nucleotidi purinici. Immagine autoprodotta.

La gotta

Disfunzione causata da livelli elevati di acido urico nel sangue e nei tessuti (iperuricemia) con episodi ricorrenti di artrite acuta dovuta a depositi di urato di sodio alle articolazioni.

Cause
Eccessiva biosintesi di nucleotidi purinici:

attività aumentata della PRPP sintetasi e della PRPP ammidotransferasi;
attività ridotta della ipoxantina-guanina-fosforibosiltransferasi (HGPRT).

Escrezione difettosa dell’acido urico:

pazienti con insufficienza renale cronica;
pazienti affetti da malattie da accumulo di glicogeno.

Per il trattamento viene usato l’allopurinolo, un inibitore competitivo della xantina ossidasi che diminuisce la velocità di produzione dell’acido urico.

La gotta. Immagine tratta da: Benessere

Degradazione dei nucleotidi pirimidinici

Il catabolismo dei nucleotidi pirimidinici inizia con liberazione di basi azotate, conseguente ad attività di nucleotidasi e fosforilasi. La citidina è deamminata a uracile.

Entrambe le basi pirimidiniche timina e uracile sono inizialmente ridotte per azione di enzimi specifici NADPH-dipendenti. L’anello ridotto viene quindi aperto e degradato con liberazione di ioni ammonio e quindi urea.

Lo scheletro carbonioso è recuperato come

β-amminoisobutirrato (da timina) o β-alanina (da uracile).

Catabolismo della timina. Tratto da: DL Nelson & MM Cox ”I Principi di biochimica di Lehninger” ed. Zanichelli.

Relazioni tra le vie di recupero e di degradazione

Le vie di recupero e di degradazione delle basi puriniche e pirimidiniche sono correlate -diapositiva successiva- in quanto:

la reazione catalizzata dalla nucleoside fosforilasi (liberazione di ribosio-1P e base azotata) è reversibile e può consentire l’innesco della via di recupero. Questa prosegue con fosforilazione ad opera di chinasi ATP-dipendenti e formazione dei nucleosidi monofosfato;
i nucleosidi monofosfato sono anche recuperati attraverso la reazione con il PRPP ad opera della fosforibosiltransferasi (l’idrolisi del PPi rende la reazione irreversibile);
le basi che non sono recuperate possono essere catabolizzate ad acido urico ed urea.