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Metabolismo dei nucleotidi
Prof. Giorgio Sartor
Copyright © 2001-2013 by Giorgio Sartor.
All rights reserved.
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
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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
+
+
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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
--
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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
--
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NAD(P)+/ NAD(P)H
Come funziona il NAD+
Stato ossidato Stato ridotto
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NAD+/NADP+
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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.
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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
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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)
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FAD
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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
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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
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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
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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 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
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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
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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
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Pantotenato chinasi (EC 2.7.1.33)
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Pantotenato chinasi (EC 2.7.1.33)
3SMS
V.0.1 © gsartor 2001-2013 Metabolismo dei nucleotidi - 30V.0.1 © gsartor 2001-2013 Metabolismo dei nucleotidi
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]