Al termine del corso, gli studenti avranno acquisito conoscenze sulla struttura, sulle proprietà chimico-fisiche e sulla funzione delle macromolecole biologiche (proteine, acidi nucleici, carboidrati, lipidi) e dei relativi componenti (amminoacidi, basi azotate e nucleotidi, monosaccaridi ed acidi grassi).
I nucleotidi ricoprono diversi ruoli:
- Informazione acidi nucleici (DNA, RNA)
- Sintesi proteica e regolazione acidi nucleici (mRNA, tRNA, smRNA)
- Trasporto di energia ATP, GTP, ADP, AMP
- Metabolismo UTP, ATP
- Segnali intracellulari cAMP, cGMP
- Trasporto di equivalenti ridotti NAD+/NADH, NADP+/NADPH, FAD/FADH2
- Trasporto di acili CoAA
A differenza degli zuccheri, degli acidi grassi e degli amminoacidi, i nucleotidi non rappresentano un’importante fonte di energia metabolica. Aspartato e glutammina sono i donatori del gruppo NH2 nella via di formazione dei nucleotidi. Tutti gli organismi possono sintetizzare nucleotidi sia mediante vie de novo (da precursori semplici), sia recuperando i prodotti di degradazione degli acidi nucleici.
Entrambe queste vie producono ribonucleotidi. I deossiribonucleotidi vengono prodotti a partire dai ribonucleotidi corrispondenti.
Struttura dei Nucleotidi e Acidi Nucleici
I chimici hanno pensato di numerare i carboni che costituiscono le molecole organiche in maniera tale da semplificarne lo studio e la descrizione. Figura: Elementi che costituiscono un generico nucleotide di un acido nucleico.
Leggi anche: Approfondimento sul metabolismo.
Struttura dei Nucleotidi, differenze tra nucleoside e nucleotide.
Dal punto di vista chimico, l'estremità 5' degli acidi nucleici coincide con il gruppo fosfato del primo nucleotide della catena, mentre l'estremità 3' degli acidi nucleici coincide con il gruppo ossidrilico (OH) posto sul carbonio 3 dell'ultimo nucleotide.
Il legame fosfodiestere e la formazione delle catene polinucleotidiche. Appaiamento delle basi e struttura della doppia elica di DNA. Struttura primaria e secondaria del DNA. Coppie di basi canoniche.
Fattori che stabilizzano la doppia elica del DNA. DNA A; B e Z; solco maggiore e solco minore. Strutture alternative degli acidi nucleici. Sequenze palindromiche. Stato topologico del DNA: superavvolgimento del DNA e topoisomerasi.
Classi di acidi nucleici. Differenze tra DNA e RNA.
Leggi anche: Approfondimenti sul Metabolismo delle Proteine
DNA e RNA differiscono tra di loro sotto alcuni aspetti. Per esempio, il DNA presenta due catene di nucleotidi antiparallele e ha, come zucchero a 5 atomi di carbonio, il desossiribosio.
La sigla DNA significa acido desossiribonucleico o acido deossiribonucleico. Questo zucchero a 5 atomi di carbonio deve il proprio nome alla mancanza, sul carbonio 2, di atomi di ossigeno.
A distinguere le 4 diverse tipologie di desossiribonucleotidi è unicamente la base azotata, legata alla formazione pentoso-gruppo fosfato (che diversamente dalla base azotata non varia mai).
Per ovvie ragioni, quindi, le basi azotate del DNA sono 4, nello specifico: l'adenina (A), la guanina (G), la citosina (C) e la timina (T).
L'appaiamento tra le basi azotate dei due filamenti è altamente specifico. Questa importante scoperta indusse biologi molecolari e genetisti a coniare i termini di “complementarietà tra basi azotate” e “appaiamenti complementari tra basi azotate”, per indicare l'univocità di legame dell'adenina con la timina e della citosina con la guanina.
Leggi anche: Metabolismo Basale: Quale Equazione Scegliere?
Il pentoso che costituisce i nucleotidi dell'acido ribonucleico è il ribosio. L'acido nucleico RNA condivide con il DNA soltanto 3 basi azotate su 4. Al posto della timina, infatti, presenta la base azotata uracile.
Tra gli acidi nucleici artificiali meritano una citazione particolare: il TNA, il PNA, l'LNA e il GNA.
Sintesi de Novo dei Nucleotidi
La sintesi de novo dei nucleotidi purinici (A e G) avviene attraverso la costruzione dell’anello purinico sul ribosio‐5P per formare inosina mono fosfato (IMP).
La sintesi de novo dei nucleotidi pirimidinici (T e C e U) avviene attraverso la sintesi di una pirimidina, l’orotato, legato poi al ribosio‐5P con conseguente conversione in uridin mono fosfato (UMP).
Biosintesi dei nucleotidi purinici e pirimidinici.
Vari tipi di RNA. DNA negli eucarioti: organizzazione dei cromosomi.
Sintesi de Novo dei Ribonucleotidi Purinici
Le basi puriniche vengono costruite sull’anello di ribosio fosfato: sono prodotte non nella forma di basi libere, ma direttamente come ribonucleotidi. Questa sintesi avviene principalmente nel fegato. I tessuti nei quali è meno rappresentata (cervello) o del tutto assente (globuli rossi), dipendono dal fegato per fabbisogno di purine e si riforniscono di nucleotidi purinici attraverso le vie di recupero.
Reazioni:
- Trasferimento di un gruppo PPi sul ribosio e formazione di PRPP, forma attivata del ribosio
- Un gruppo amidico proveniente dalla glutammina sostituisce il gruppo pirofosforico (inversione di configurazione)
- Aggiunta di una glicina e formazione di GAR
- Formilazione del gruppo aminico di GAR e formazione di FGAR
- Aggiunta di un altro gruppo aminico, da glutammina, e formazione di FGAM
- Chiusura dell’anello imidazolico (AIR)
- Formazione del secondo anello mediante l’aggiunta degli ultimi 3 atomi, N da aspartato, e C da formile. C da CO2
L’enzima IMP sintasi catalizza la chiusura del secondo anello.
Sintesi AMP dall’IMP
- Il gruppo amminico dell’aspartato si lega all’IMP, reazione favorita dall’idrolisi del GTP.
- L’adenilsuccinato elimina fumarato formando ATP.
Sintesi di GMP
- L’atomo di C C2 è ossidato dall’enzima IMP deidrogenasi.
- La xantina monofosfato è convertita in GMP in seguito alla donazione di N da parte della glutammina, reazione favorita dall’idrolisi dell’ATP.
Vie di Recupero delle Purine
Nei mammiferi le purine sono recuperate principalmente da due reazioni enzimatiche: Per sintetizzare NTP da ribosio‐5P vengono consumati: 7 ATP (6 ATP + 1 GTP) per AMP, 8 ATP per GMP.
La biosintesi dei nucleotidi purinici è regolata da inibizioni retroattive.
4.1. nucleosidi attraverso le vie di recupero (Fig. 4.2).
Catabolismo delle Purine
Xantina ossidasi attiva solo nel fegato e nell’intestino: le purine vengono principalmente recuperate/riciclate piuttosto che sintetizzate de novo.
Vie di degradazione dei nucleotidi.
La degradazione delle purine porta alla formazione di acido urico, che viene poi escreto con le urine.
Fig 4.5. della patogenesi delliperuricemia da carico di fruttosio.
Iperuricemia
L'iperuricemia può essere causata da diversi fattori, tra cui:
- Aumentata produzione di acido urico
- Diminuita escrezione di acido urico
- Fattori genetici
- Condizioni mediche secondarie
Tab. 4.I. 4.1.1. secondaria di una alterazione morbosa di tipo diverso (Tab. 4.II). in parte noti.
Probabilmente alterando la clearance renale dellacido urico. citolitici, abuso di lassativi).
(inibitori allosterici della AMP deaminasi). catabolismo dei nucleotidi adenilici.
4.1.2. femmina (Tab. 4.III). ). delle tetracicline).
Tab. 4.III.
Alterazioni del metabolismo delle purine possono portare a deficit immunitari e litiasi (Tab. 4.I).
Tab. 4.I.
Analisi dell'Acido Urico
Esistono diversi metodi per la determinazione dell'acido urico, tra cui:
- Metodi spettrofotometrici
- Metodi enzimatici
- Metodi elettrochimici
4.1.3a. soluzione di carbonato di sodio. potassio o acetato di uranile.
4.1.3b. ) per inibizione competitiva dell’uricasi. lunghezze d’onda. dell’ipoxantina. spettrofotometricamente in diversi modi (vedi Tab. IV).
Tab.4.IV. dal metodo di analisi.
4.1.3c. 235 o 280 nm) o amperometrico.
4.1.4. determinazione dell’acido urico. urico nelle urine delle 24 ore. acido urico/creatinina nelle urine. ambiente acido. distruzione ad opera dei batteri. fattori razziali e socioeconomici. isotonica).
Metabolismo delle Pirimidine
4.2. diidroorotasi. Fig. 6.1).
Par. membrana interna del mitocondrio. derivati. nellaltro caso per il dTMP e il dUMP.
Purinici e pirimidinici. reduttasi. in direzione della loro sintesi (Fig. 4.6).
Deossicitidina chinasi e timidina chinasi. nucleosidi pirimidinici nei corrispondenti nucleotidi a spese dellATP.
Figura 4.6. corrispondenti nucleosidi dalle 5-nucleotidasi. rispettivamente i ribonucleotidi ed i deossiribonucleotidi. successivi prodotti di degradazione. citidina deaminasi.
Fosforilasi. un enzima presente esclusivamente nel fegato. dellacido ureidopropionico e questultimo viene degradato a β-alanina, NH3 e CO2. concentrazione inferiore a 14 μmol/L).
tags: #metabolismo #acidi #nucleici #biochimica