Prof. Giorgio Sartor Metabolismo dei nucleotidi · I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER...

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Metabolismo dei nucleotidi

Prof. Giorgio Sartor

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N01 - Versione 0.2 – may 2013

1: introduzione

2: biosintesi de-novo delle purine

3: biosintesi de-novo delle pirimidine

4: catabolismo delle purine

5: catabolismo delle pirimidine

6: sintesi deossiribonucleotidi

7: regolazione della sintesi dNTP

8: nucleotidi come coenzimi


Coenzimi nucleotidici

• NAD(P)+/ NAD(P)H– Si ottengono dalla nicotinamide (Vit. B3) la

quale viene trattata come una base azotata

• FAD/FADH2

– Si ottiene dal FMN (Vit. B2) che a sua volta deriva dal GTP

• CoA– Si ottiene dall’acido pantotenico (Vit. B5)

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Coenzimi nucleotidici

• La sintesi di coenzimi nucleotidi avviene in due fasi:

1. Fosforilazione della parte catalitica ad opera di una chinasi (EC 2.7.1.X):

• Nicotiamide ribonucleotide per il NAD+

• Flavina ribonucleotide per il FAD e

• Pantotenato, poi successivamente legato alla cisteina e decarbossilato, per il CoA

2. Coniugazione del derivato fosforilato con ATP rilasciando PPi attraverso l’azione di un adenililtransferasi (EC 2.7.7.X)

R

OP

O

OO

P

O

O O P

O

O O P

O

O

NO

N

N

OHOH

N

NH2

O

O

P

O

O O

O

R

P

O

O

NO

N

N

OHOH

N

NH2

O

P

O

O O P

O

O

O

O

+

+

3


NAD(P)+/ NAD(P)H

NAD+

nicotinamide adenindinucleotide

N

O

OH

N

O

NH2

P

O

O

OP

O

O

NO

N

N

OOH

N

NH2

O

OH OH

O

O

N+

O

NH2

H

RNicotinamide Adenina

Dinucleotide

Nicotinamide

Acido nicotinico

NAD+/NADH R = -HNADP+/NADPH R = -PO3

--


NAD(P)+/ NAD(P)H

N+

O

NH2

H

R R

N

O

NH2

HH

+ +H+ 2e-

NAD+ NADH

(H-)

• Trasporta DUE elettroni e un PROTONE (H-) per molecola

• Reazione catalizzata dalle DEIDROGENASI (EC 1.1.x.x)

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NAD(P)+/ NAD(P)H

P

O

O

OP

O

O

NO

N

N

OOH

N

NH2

O

OH OH

O

O

N+

O

NH2

H

R

P

O

O

OP

O

O

NO

N

N

OOH

N

NH2

O

OH OH

O

O

N

O

NH2

HH

R

+ +H+ 2e-

NAD(P)+

NAD(P)H

(H-)

NAD+/NADH R = -HNADP+/NADPH R = -PO3

--


NAD(P)+/ NAD(P)H

Come funziona il NAD+

Stato ossidato Stato ridotto

5


NAD+/NADP+


NAD+/NADP+

O

OH OH

N+

O P O P O

O O

O O

NH2

O

ON

OH OH

NN

N

NH2

N

O

O

N

N

OH

P

O

OO

O

N

NH2

PO

O

O

PO

O

OO

OH

N+

OH

NH2

O

O

OH OH

OHN+

NH2

O

N

NH2

O

O

OH OH

O P O

O

ON

+

NH2

O

ATPADP

EC 2.7.1.22Nicotinamide

riboside chinasiEC 2.4.2.1

PNP

EC 2.7.7.1Nicotinamide-nucleotide

adenililtransferasi

ATP

PPi

EC 2.7.1.23 NAD+ chinasi

ATPADP

NADP+ NAD+

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Nicotinamide-nucleotideadenililtransferasi (EC 2.7.7.1)

• Nicotinamide/nicotinato mononucleotide (NMN/ NaMN)adenililtransferasi (NMNAT) è un indispensabile per la sintesi di NAD+ e NADP+.

• La NMNAT umana possiede specificità per entrambi i substrati NMN i NaMN, partecipando quindi sia alla sintesi de-novo che al recupero del NAD+

• La struttura cristallina della NMNAT umana mostra una struttura esamerica barrel-like con il segnale di localizzazione nucleare esterno all’esamero, ciò supporta il ruolo funzionale di interazione con le proteine nucleari di trasporto.


Nicotinamide-nucleotideadenililtransferasi (EC 2.7.7.1)

1KQO

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FADForma ossidata

P

OO

P

O

O

NO

N

N

OHOH

N

NH2

OO

N

NH

N

NCH3

CH3 O

O

H

O

OHOH

OH

H

H

H

H

Ribosio informa aperta

Base di Shiffridotta


FAD/FADH/FADH2

N

NH

N

NCH3

CH3 O

O

RH

H

.C+

N

NH

N

NCH3

CH3 O

O

R

He- e-

N

NH

N

NCH3

CH3 O

O

R

FAD FADHz

+ H+ + H+

FADH

• La flavina può accettare un elettrone per formare il radicale FADH che può accettare un secondo elettrone per formare FADH2.

• Poiché può accettare o donare uno o due elettroni, i nucleotidi flavinici hanno un ruolo importante per trasferire elettroni tra coppie redox a due elettroni (NAD(P)+/NAD(P)H + H+) e quelle a un elettrone (Fe+++/Fe++).

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FAD/FADH2

N

NH

N

NCH3

CH3 O

O

R

RR'

H

H

H

H

N

NH

N

NCH3

CH3 O

O

R

H

H

H R'

R H

.C+

N

NH

N

NCH3

CH3 O

O

R

H

+ +

FAD(ossidato)

FADHz

(ridotto)

Fe+++

Fe+++

Fe++

Fe++

FADH(semiridotto)


FAD

9


FAD

N

N

NH

N

OH

OHOH

OH

CH3

CH3

O

O

N

N

NH

N

OH

OHOH

O

CH3

CH3

O

O

PO

O

O

NH

N N

N

O

O

CH3

CH3

O

OH OH

OH

PO

O

O

PO

O

O

O

OH OH

N

N N

N

NH2

EC 2.7.1.26 Riboflavina

chinasi

ATP ADP

ATP

PPi

EC 2.7.7.2FAD sintasi


Riboflavina chinasi (EC 2.7.1.26)

• In eucarioti l’enzima è monofunzionale mentre in alcuni batteri possiedono un enzima con attività bifunzionale (EC 2.7.1.26 e FAD sintasi EC 2.7.7.2)

• Per l’attività è richiesto uno ione bivalente (Mg2+, Mn2+ o Zn2+).

• In Bacillus subtilis, l’ATP può essere rimpiazzato da un altro donatore di fosfato (ATP > dATP > CTP > UTP).

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Riboflavina chinasi (EC 2.7.1.26)

1NB0


FAD sintasi (EC 2.7.7.2)

• Altamente specifica per ATP, richiede Mg2+

2WSI

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Coenzima A• Gli acili e

• gli acetili

• Vengono trasportati dal coenzima A (CoA)

P

OOH

O

P

OO

P

O

O

NO

N

N

OHO

N

NH2

OO

O

CH3CH3

OHH

NNSH

O

H

O

H

3'-fosfo-AMP

ββββ-mercaptoetilamina

acido pantotenico

RO

CH3

O


Coenzima A• Gli acili e

• gli acetili

• Vengono trasportati dal coenzima A (CoA)

P

OOH

O

P

OO

P

O

O

NO

N

N

OHO

N

NH2

OO

O

CH3CH3

OHH

NNSH

O

H

O

H

3'-fosfo-AMP

ββββ-mercaptoetilamina

acido pantoico

ββββ-alanina

RO

CH3

O

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Trasporto di acili• Attraverso la formazione di un legame tioestere

RO

P

OO P

O

O

NO

N

N

OHO

N

NH2

OO

O

CH3CH3

OHH

NNS

O

H

O

H

P

OO

O

Legame tioestere


Acyl Carrier Protein (ACP)

• Il legame avviene attraverso la Ser terminale che lega il gruppo prostetico:

ACPOP

O

OO

CH3

CH3OH

HO

N

H

O

N

H

SH

Fosfopanteina

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Coenzima A


Coenzima A

OH

CH3CH3

NH

O

OHOH

O

OH

CH3 CH3O

OP

O

O

O

NH

OH

O

OH

CH3

NH

O

OP

O

O

OCH3

NH

SH

OOH O

NH

NH

SH

O O

OH

CH3

CH3

OP

O

O

O

O

P

OO

O

OH

NH

O

NH

O

SH

CH3CH3

O

OH OH

O P

O

O

N

N

N

N

NH2

EC 2.7.1.33Pantotenato chinasi

(R)-pantotenato

(R)-4'-fosfopantotenato

ATP

ADP

EC 6.3.2.5Fosfopantotenato-cisteina ligasi

CTP

CMP + PPi

Cisteina

N-[(R)-4'-fosfopantotenoil]-L-cisteina Panteteina 4'-fosfato

EC 2.7.7.3Panteteina-fosfatoadenililtransferasi

EC 4.1.1.36Fosfopantotenoilcisteina

decarbossilasi

CO2 ATP

Defosfo-CoA

PPi

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Coenzima A

O

P

OO

O

OH

NH

O

NH

O

SH

CH3CH

3

O

OH OH

O P

O

O

N

N

N

N

NH2

O

P

OO

O

OH

NH

O

NH

O

SH

CH3

CH3

O

OH

OO

P

O

O

P

O

O

O

N

N N

N

NH2

Defosfo-CoA CoA

EC 2.7.1.24Defosfo-CoA chinasi

ATP ADP


Pantotenato chinasi (EC 2.7.1.33)

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Pantotenato chinasi (EC 2.7.1.33)

3SMS


Fosfopantotenoilcisteina ligasi (EC 6.3.2.5)

1P9O

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Crediti e autorizzazioni all’utilizzo• Questo materiale è stato assemblato da informazioni raccolte dai seguenti testi di Biochimica:

– CHAMPE Pamela , HARVEY Richard , FERRIER Denise R. LE BASI DELLA BIOCHIMICA [ISBN 978-8808-17030-9] – Zanichelli

– NELSON David L. , COX Michael M. I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER - Zanichelli

– GARRETT Reginald H., GRISHAM Charles M. BIOCHIMICA con aspetti molecolari della Biologia cellulare - PICCIN

– VOET Donald , VOET Judith G , PRATT Charlotte W FONDAMENTI DI BIOCHIMICA [ISBN 978-8808-06879-8] – Zanichelli

• E dalla consultazione di svariate risorse in rete, tra le quali:

– Kegg: Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes http://www.genome.ad.jp/kegg/

– Brenda: http://www.brenda.uni-koeln.de/

– Protein Data Bank: http://www.rcsb.org/pdb/

– Rensselaer Polytechnic Institute: http://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb1/MB1index.html

Questo ed altro materiale può essere reperito a partire da:

http://www.ambra.unibo.it/giorgio.sartor/ oppure da http://www. gsartor.org/

Il materiale di questa presentazione è di libero uso per didattica e ricerca e può essere usato senza limitazione, purché venga riconosciuto l’autore usando questa frase:

Materiale ottenuto dal Prof. Giorgio Sartor

Università di Bologna – Alma Mater

Giorgio Sartor - [email protected]

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