Biossíntese: 3 fatos que você deve saber

Conteúdo

Leia mais exemplos em Purinas e também Leia mais sobre Biossíntese

Biossíntese de Nucleotídeos

As vias para a biossíntese são classificadas em dois tipos diferentes: via de novo e via de resgate. Nas vias de novo; As bases de nucleotídeos são sintetizadas a partir de alguns compostos simples. A estrutura básica da base de pirimidina é sintetizada primeiro e, em seguida, anexada ao açúcar ribose. No entanto, a estrutura da estrutura da base de purina é sintetizada em partes diretamente em uma estrutura à base de açúcar ribose. 

5-fosforibosil-1-pirofosfato (PRPP) + Aminoácidos + ATP + CO2 -> Nucleotídeo

Nas vias de resgate, bases pré-formadas são obtidas, rearranjadas e rearranjadas em uma unidade de açúcar ribose. 

5-fosforibosil-1-pirofosfato (PRPP) + Base -> Nucleotídeo

Ambas as vias de salvamento e de novo operam para sintetizar ribonucleotídeos. Todos os desoxirribonucleotídeos são produzidos a partir de seus ribonucleotídeos correspondentes. Os açúcares desoxirribose são produzidos pelo processo de redução do açúcar ribose presente em um nucleotídeo totalmente formado. Além disso, o grupo metil que diferencia a timina do uracila (presente no DNA e no RNA, respectivamente) é introduzido na última etapa da via. 

síntese de novo de ribonucleotídeo de pirimidina

Na síntese de novo para pirimidinas, a origem do anel de estrutura básica é a primeira etapa. Depois disso, o anel é ligado a um açúcar ribose para produzir um nucleotídeo pirimidina. 

Biossíntese de Purinas
(Biossíntese de pirimidinas): Estrutura básica da pirimidina. Crédito da imagem: JyntoNúmeros de pirimidina 2D, marcado como domínio público, mais detalhes sobre Wikimedia

O anel da pirimidina é sintetizado a partir de aspartato e carbamoil fosfato. O bicarbonato e a amônia são os precursores do carbamoil fosfato. A síntese do carbamoil fosfato se dá pela utilização do bicarbonato e da amônia em um processo de múltiplas etapas, com a utilização de duas moléculas de ATP. Esta reação é citosólica facilitada carbamoil fosfato sintetase II

O fosfato de carbamoil se comporta com o aspartato para sintetizar o aspartato de carbamoil. Esta reação é facilitada por aspartato transcarbamoilase. O carbamolaspartato posteriormente sofre ciclização para produzir diidroorotato e é então combinado em orotato pelo processo de oxidação.

5-fosforibosil-1-pirofosfato (PRPP) + Base -> Nucleotídeo

Ambas as vias de resgate e de novo levam à síntese de ribonucleotídeos

Biossíntese | Biossíntese de pirimidinas
Figura: Biossíntese de Pirimidinas. Crédito da imagem: Boris™ at Wikipédia em inglêsNucleotídeos syn2, marcado como domínio público, mais detalhes sobre Wikimedia Commons

Orotate então se liga à ribose, que está presente na forma de PRPP. Esta é a forma ativada de ribose que está disponível para aceitar bases de nucleotídeos (o PRPP é formado a partir da ribose-5-fosfato seguindo a via da pentose fosfato após aceitar o pirofosfato da molécula de ATP). Orotate combina com PRPP para formar um orotidilato de nucleotídeo de pirimidina (OMP). A hidrólise do pirofosfato conduz essa reação.

A enzima denominada orotato fosforibosiltransferase catalisa a reação que requer a produção de orotidilato. A função dessa enzima é semelhante às outras fosforibosil transferases que adicionam diferentes grupos ao PRPP para a formação de outros nucleotídeos. Este orotidilato posteriormente descarboxila para produzir uridilato (UMP). UMP é um importante nucleotídeo pirimidina e um precursor do RNA. Esta reação ocorre na presença da enzima orotidilato descarboxilase. 

Síntese de citidina (ribonucleotídeo pirimidina)

A citidina é sintetizada a partir da base de uracila do UMP. Antes da formação da citidina, o UMP é transformado em UTP. Monofosfatos de nucleosídeo (NMP) são convertidos em trifosfatos de nucleosídeo (NTP) nas seguintes etapas de reação:

- Monofosfatos de nucleosídeo (UMP) são convertidos em difosfatos de nucleosídeo (UDP) e, em seguida, trifosfatos de nucleosídeo (UTP).

- O UTP formado pode ser convertido em trifosfato de citidina (CTP), deslocando o grupo carbonila pelo grupo amino. 

Redução de ribonucleotídeos para formar desoxirribonucleotídeos

Os precursores do ácido desoxirribonucleico (DNA) são desoxirribonucleotídeos; a redução do difosfato de ribonucleosídeo os forma. Esta conversão é catalisada pela ribonucleotídeo redutase. Os elétrons são posteriormente transferidos do NADPH para grupos sulfidrila ou grupos tiol presentes no sítio ativo da enzima. Essa transferência de elétrons é mediada pela ajuda de proteínas como a tioredoxina e a glutaredoxina. O dUMP é convertido em dTMP pela adição de um grupo metil. O grupo metileno e um hidreto nesta reação são fornecidos por N5, N10-metilenotetra-hidrofolato. Mais tarde este N5, N10-metilenotetra-hidrofolato transforma-se em di-hidrofolato. Além disso, este diidrofolato sofre redução na presença de NADPH para produzir tetraidrofolato. Esta reação é facilitada por uma enzima conhecida como dihidrofolato redutase.

Agentes quimioterápicos como metotrexato (ametopterina) e aminopterina inibem a atividade da diidrofolato redutase. Este análogo de folato atuou como um inibidor competitivo.

Ribonucleotídeo Purina

O anel de purina é montado a partir de uma variedade de precursores:

- Glutamina (N3 e N9)

- Glicina (C4, C5 e N7)

- Aspartato (N1)

- N10-formiltetra-hidrofolato (C2 e C8)

- CO2 (C6)

Biossíntese de Purinas
(Biossíntese de purinas): Estrutura básica da purina
Crédito da imagem:NEUROTikerPurina num2, marcado como domínio público, mais detalhes sobre Wikimedia Commons

síntese de novo de purinas (biossíntese de purinas)

Síntese de novo de purina (Biossíntese de purinas) começa com substâncias simples, como bicarbonato e aminoácidos. As bases de purina são montadas em um anel de ribose, ao contrário das pirimidinas,

Como a biossíntese de pirimidina, a biossíntese de novo de purina requer PRPP. No entanto, no caso das purinas, o PRPP fornece a plataforma na qual as bases nitrogenadas são sintetizadas em várias etapas. Na primeira etapa, o deslocamento do pirofosfato ocorre através da amônia em vez de uma base pré-montada para a produção de 5-fosforibosil-1-amina. 

A glutamina PRPP amidotransferase catalisa essa reação, o que evita a hidrólise desnecessária de ambos os substratos. A enzima amidotransferase considera a conformação do ativo apenas para a ligação do PRPP e da glutamina. A atividade dessa enzima é inibida pelo análogo da glutamina azasserina, que como resultado suprime a angiogênese e a malignidade.

Posteriormente, com a adição de glicina, ocorre uma série de formilação, aminação e fechamento do anel. Esta série de reações resulta na formação do ribonucleotídeo 5-aminoimidazol. Este ribonucleotídeo 5-aminoimidazol tem o anel completo de cinco membros da estrutura de purina. A adição de dióxido de carbono e um átomo de nitrogênio do aspartato junto com um grupo formil participa do fechamento do anel ou evento de ciclização. Este último forma inosinato (IMP) que é um ribonucleotídeo purina.

Biossíntese de Purinas
(Biossíntese de Purinas): Biossíntese de novo de Purinas
Crédito da imagem: Boris™ at Wikipédia em inglêsNucleotídeos syn1, marcado como domínio público, mais detalhes sobre Wikimedia Commons

A biossíntese de purina de novo prossegue conforme mencionado nas seguintes etapas:

  • O processo de fosforilação ativa o grupo carboxilato de uma glicina. Posteriormente, a glicina acopla-se ao grupo amino de 5-fosforibosil-1-amina. Como consequência, uma nova ligação amida passa a existir e a glicina (grupo amino) se comporta como um nucleófilo nas etapas subsequentes da reação.
  • O formato ativado é então adicionado ao grupo amino da glicina para produzir ribonucleotídeo de formilglicinamida. Em poucos organismos, duas enzimas diferentes estão envolvidas na catálise desta etapa. Uma enzima está envolvida na transferência do grupo formil, enquanto outra enzima inicia o formato para formar o formil fosfato. Fosfato de formil é então adicionado ao grupo amino da glicina (a fonte do grupo formil é N10-formiltetrahidrofolato)
  • O grupo amida é então ativado e convertido em uma amidina pela adição de amônia (a fonte da amônia nesta etapa é a glutamina).
  • A ciclização do ribonucleotídeo de Formilglicinamida ocorre para formar um anel imidazol de cinco membros. Este anel imidazol é característico das purinas. Este processo de ciclização é termodinamicamente favorável e viável.
  • A irreversibilidade desta reação é garantida pelo consumo de uma molécula de ATP.
  • O bicarbonato sofre fosforilação e então reage com o grupo amino exocíclico. O produto formado na reação anterior então se reorganiza e transfere seu grupo carboxilato para o anel imidazol. Além disso, os mamíferos não precisam de ATP para esta etapa. O bicarbonato liga-se ao grupo amino exocíclico e, posteriormente, é transferido para o anel imidazol.
  • O grupo carboxilato de imidazol é posteriormente fosforilado e o grupo amino do aspartato substitui o fosfato. Esta, uma cascata de reação de seis etapas liga glicina, formato, amônia, bicarbonato e aspartato para produzir o intermediário de reação que contém todos, exceto dois dos átomos necessários para a formação do anel de purina.

Mais três etapas completam a síntese do anel. O fumarato, que é um intermediário no ciclo de Kreb, é então removido, o que facilita a junção do átomo de nitrogênio do aspartato ao anel imidazol. O grupo amino doado pelo aspartato e a retirada simultânea do fumarato estimulam a transformação da citrulina em arginina. As enzimas homólogas são necessárias para catalisar essas etapas nas duas vias. Um grupo formil é adicionado ao átomo de nitrogênio (a fonte do grupo formil é N10-formiltetra-hidrofolato) para formar um intermediário terminal que desencadeia o processo de ciclização com a eliminação de moléculas de água para formar inosinato.

Formação de AMP e GMP

Este IMP converte em AMP ou GMP é realizado em uma via de duas etapas concluída à custa de energia. (A síntese de AMP requer GTP como fonte de energia, enquanto a síntese de GMP requer ATP). 

IMP -> XMP -> GMP

IMP é convertido em XMP (monofosfato de xantosina) pela ação da IMP desidrogenase (utilizar NAD como cofator)

O XMP é posteriormente convertido em GMP (monofosfato de guanosina) pela ação da XMP-glutamina amidotransferase.

IMP -> Adenilossuccinato -> AMP

O IMP é convertido em Adenilosuccinato pela ação da enzima Adenilosuccinato sintetase. O adenilosuccinato é posteriormente convertido em AMP (monofosfato de adenosina) pela ação de enzima Adenilosuccinato Liase.

Conversão de (NMP) nucleosídeo monofosfatos em (NDP) nucleosídeo difosfatos e trifosfatos (NTP). 

Os difosfatos de nucleosídeos (NDP) são sintetizados a partir de seus monofosfatos de nucleosídeos correspondentes (NMP) usando uma base específica enzima, como quinases de monofosfato de nucleosídeos. Mas, essas quinases não discriminam entre ribose e desoxirribose nos substratos. Geralmente, o ATP é a principal fonte de fosfato transferido, pois está disponível em concentrações mais altas dentro das células em comparação com os outros trifosfatos de nucleosídeos.

Por exemplo, 

Adenilato quinase

AMP + ATP -> 2 ADP

Guanilato Quinase

GMP + ATP -> PIB + ADP

Os nucleosídeos difosfatos (NDP) são convertidos em nucleosídeos trifosfatos (NTP) pela ação da nucleosídeo difosfato quinase, esta enzima possui ampla especificidade. Ao contrário da quinase monofosfato de nucleosídeo (que tem uma especificidade estreita). 

A nucleosídeo difosfato quinase ajuda a catalisar as seguintes reações:

PIB + ATP -> GTP + ATP

CDP + ATP -> CTP + ADP

Vias de salvamento para biossíntese de purinas

Purinas que são produzidas como consequência da degradação dos ácidos nucléicos dentro da célula ou que são obtidas na dieta normal, mas essas purinas podem ser novamente convertidas em trifosfatos de nucleosídeo (NTP) para reutilização pelo corpo. Este processo é conhecido como via de salvamento para a síntese de purinas. Esta via envolve duas enzimas principais: (APRT) adenina fosforibosiltransferase e (HGPRT) hipoxantina-guanina fosforibosiltransferase. Ambas as enzimas utilizam PRPP (que atuam como sua principal fonte de ribose-5-fosfato).

APRT catalisa a reação envolvendo a formação de adenilato:

Adenina + PRPP -> Adenilato + PPi

HGPRT catalisa a reação que envolve a formação de inosinato (monofosfato de inosina, IMP). É uma molécula precursora para a síntese de guanilato e adenilato.

Guanina + PRPP -> Guanilato + PPi

Hipoxantina + PRPP -> inosinato + PPi

Existem vias de resgate semelhantes para as pirimidinas. A pirimidina fosforibosil transferase se reconectará ao uracila, mas não conectará a citosina ao PRPP.

Conclusões

A biossíntese de nucleotídeos, que geralmente envolve a biossíntese de purinas e pirimidinas, ocorre dentro da célula, conforme discutido no artigo.

Se você quiser saber mais sobre biossíntese e biotecnologia clique aqui

Perguntas Frequentes:

T1. Purina vs pirimidina (marque algumas diferenças entre purinas e pirimidinas)

Responda: As bases nitrogênicas são amplamente classificadas em duas famílias; nomeadamente purinas e pirimidinas. Eles são os blocos de construção ou unidades monoméricas do ácido desoxirribonucléico (DNA) e do ácido ribonucléico (RNA).

  • As purinas são estruturas de anel duplo, enquanto as pirimidinas contêm um único anel. Tanto as purinas quanto as pirimidinas são estruturas heterocíclicas (o anel contém mais de um tipo de átomos constituintes).
  • As purinas são de dois tipos básicos, nomeadamente adenina e guanina. Enquanto, as pirimidinas são de três tipos básicos: timina, citosina e uracila (está presente apenas no RNA no lugar da timina).
  • A purina se degrada para formar ácido úrico, enquanto as pirimidinas se decompõem para produzir óxido de carbondi, amônia e beta aminoácidos.

2º trimestre. Por que a purina sempre faz par com a pirimidina

Responda: Devido às propriedades estruturais das bases nitrogenadas, as purinas e as pirimidinas têm uma especificidade. Adenina (A) sempre emparelha com Timina (T), enquanto a Guanina (G) sempre emparelha com Citosina (C).

Essas combinações de bases nitrogenadas têm a tendência de formar ligações de hidrogênio entre elas.

(A) A adenina forma duas ligações de hidrogênio com (T) Timina. Considerando que, (G) Guanina forma três ligações de hidrogênio com (C) Citosina.

Leia também: