Em formação

Nucleosídeo trifosfatos vs nucleotídeo difosfatos


Um nucleosídeo pode ser definido como um nucleotídeo sem seu grupo fosfato. Assim, um trifosfato de nucleosídeo (NTP) é um nucleosídeo ligado a 3 fosfatos.

Este, por sua vez, deve ser equivalente a um nucleotídeo (cujo nome já implica a inclusão de um fosfato) mais 2 fosfatos adicionais. Assim, seria apropriado referir-se a um NTP como um difosfato de nucleotídeo?


O nucleosídeo é um nucleotídeo sem um grupo fosfato. Isso é algo que dizemos para entender e correlacionar nucleotídeo e nucleosídeo. Mas, se seguido a Terminologia da IUPAC, um nucleotídeo deve conter apenas um grupo fosfato, não mais do que isso. Embora o NTP seja um tipo de nucleotídeo, no entanto, para fins de terminologia técnica, os nucleotídeos são classificados como nucleosídeos com um sufixo que descreve o número de fosfatos presentes em uma unidade específica. Por exemplo, se um nucleotídeo tem um fosfato, é um monofosfato de nucleosídeo (NMP). Se o nucleotídeo tiver dois fosfatos, ele é chamado de nucleosídeo difosfato (NDP) e, para três, é um nucleosídeo trifosfato (NTP). Então você pode dizer NTP como nucleotídeo difosfato, mas considerando o fato de que a nomenclatura também indica a propriedade química do composto, não seria correto.

Wikipedia


Síntese de Nucleotídeos

Purinas (adenina e amp guanina) e pirimidinas (timina, citosina e amp uracila) são as duas classes de nucleotídeos que formam os ácidos nucléicos (DNA e amp RNA) nas células. Além do papel principal do DNA e do RNA como "armazenamento de informações genéticas", os nucleotídeos também desempenham diferentes funções nas células, como transportador de energia (ATP e GTP), componentes de coenzimas (NAD e FAD) e transdução de sinal celular (cAMP e cGMP como 'segundos mensageiros'). Um amplo suprimento de nucleotídeos na célula é muito essencial para todos os processos celulares. Este post discute a biossíntese de purinas e pirimidinas de uma forma FÁCIL, mas detalhada.

Vias para a biossíntese de nucleotídeos

A biossíntese de nucleotídeos na célula pode ser agrupada em duas classes amplas. (1) síntese de novo e (2) síntese por vias de salvamento.

I. Síntese de novo (síntese do zero): é uma via bioquímica na qual nucleotídeos são sintetizados a partir de moléculas precursoras simples.
II. Caminho de salvamento (via de reciclagem): usado para recuperar bases e nucleosídeos formados durante a degradação de RNA e DNA

Objetivos de aprendizado:

@. Como os nucleotídeos são sintetizados nas células?
@. Como ocorre a síntese de novo de purinas e pirimidinas?
@. Síntese de IMP (precursor de Adenina e Guanina)
@. Síntese de Adenina e Guanina do IMP
@. Síntese de Uracil
@. Síntese de Citosina
@. Síntese de desoxirribonucleotídeos
@. Síntese de Timina
@. Vias de resgate de purinas e pirimidinas

. I. Síntese de novo de purinas:

Os nucleotídeos purínicos dos ácidos nucléicos são 5-monofosfato de adenosina (adenilato de AMP) e 5-monofosfato de guanosina (guanilato de GMP), contendo as bases de purina adenina e guanina, respectivamente. A primeira ideia sobre a biossíntese de nucleotídeos de purina na célula veio do estudo de John Buchanan (1948) por estudos de traçadores radioativos em aves, analisando a bioquímica do ácido úrico (uma purina presente nas excretas das aves). As vias biossintéticas detalhadas da biossíntese de purinas surgiram posteriormente em 1950, principalmente pelos trabalhos de Buchanan e G. Robert Greenberg.

A imagem mostra a fonte de diferentes átomos em um esqueleto de purina identificado por estudos de rotulagem de rádio

N1 é derivado do grupo amino de Aspartato

C2 e C8 é derivado de Formate

N3 e N9 é derivado do grupo amida da glutamina

C4, C5 e N7 é derivado de Glicina

C6 é derivado de HCO3- (bicarbonato)

Aspartato, formato, glutamina, glicina e bicarbonato atuam como blocos de construção para a síntese de purinas

Purinas (adenina e guanina) são sintetizadas como ribonucleotídeos (base de nitrogênio + açúcar ribose + fosfato) ao invés de bases livres. Ambas as purinas são derivadas de um precursor denominado inosina-5'-monofosfato (IMP). Assim, a síntese de purinas começa com a síntese de IMP (veja o mapa mental).

Síntese de monofosfato de inosina (IMP):

Monofosfato de inosina (IMP) é sintetizado em 11 etapas enzimáticas a partir de precursores simples, conforme resumido abaixo

Etapa 1: Ativação de ribose-5-fosfato e formação de PRPP): O α-D-Ribose-fosfato (R5P) é ativado com ATP para formar 5-fosforibosil-α-pirofosfato (PRPP) com a ajuda da enzima Ribose fosfato pirofosfoquinase. O PRPP também é um dos precursores da síntese de pirimidinas e também dos aminoácidos Histidina e Triptofano.

Etapa 2: Aquisição do átomo N9 de purina: O nitrogênio amido da glutamina desloca o grupo pirofosfato do PRPP e também inverte a configuração em C1 ′ para formar β-5-fosforibosilamina (PRA) com a ajuda da enzima amidofosforibozil transferase. (Esta reação contribui com o átomo N9 da forma de glutamina da purina)

Etapa 3: Aquisição de átomos C4, C5 e N7 de purina: O grupo carboxílico da glicina é combinado com o grupo amino de β-5-fosforibosilamina (PRA) para formar o ribotídeo glicinamida (GAR) com a ajuda da enzima & # 8211 GAR sintetase (C4, C5 e N7 da purina são fornecidos pela glicina)

Etapa 4: Aquisição do átomo C8 de purina: Grupo amino do ribotídeo glicinamida (GAR) é formilado com N10-formiltetrahidrofolato e forma ribotídeo formilglicinamida (FGAR) com a presença da enzima GAR transformilase. (C8 de purina é uma contribuição de formato)

Etapa 5: Aquisição do átomo N3 de purina: O nitrogênio da amida da segunda glutamina é adicionado ao FGAR em uma reação dependente de ATP para formar o ribotídeo de formilglicinamidina (FGAM) com a ajuda da enzima FGAM sintetase. (N3 de purina é uma contribuição da glutamina)

Etapa-6: Formação do anel de imidazol de purina: Reação de fechamento do anel dependente de ATP (formação do anel imidazol) na presença da enzima AIR sintetase para produzir 5-aminoimidazol ribotídeo (AIR).

Etapa 7: Aquisição do átomo C6 de purina: Reação de carboxilação dependente de ATP de 5-aminoimidazol ribotídeo (AIR) com HCO3- (bicarbonato) para produzir carboxiaminoimidazol ribotídeo (CAIR) na presença da enzima AIR carboxilase. (C6 de purina é uma contribuição de HCO3-)

Etapa 8: Aquisição do átomo N1 de purina: Aspartato é adicionado e forma uma ligação amida com C6 para formar 5-aminoimidazol-4- (N-succinilocarboxamida) ribotídeo (SACAIR) em uma reação dependente de ATP com a ajuda da enzima SAICAR sintetase (N1 de purina é fornecida por aspartato)

Etapa 9: Eliminação de fumarato: O grupo fumarato é clivado do SACAIR para produzir o ribotídeo 5-aminoimidazol-4-carboxamida (AICAR) com a ajuda da enzima adenilossuccinato liase.

Etapa-10: Aquisição do átomo C2 de purina: O grupo amino de AICAR reage com N10-formiltetrahidrofolato (formilação) para formar 5-formaminoimidazol-4-carboxamida ribotídeo (FAICAR) com a presença da enzima AICAR transformilase. (C2 do anel de purina é contribuído por este N10-formiltetra-hidrofolato)

Etapa 11: Ciclização para formar IMP: Na última reação, o anel maior de FAICAR é enzimaticamente fechado para formar Monofosfato de Inosina (IMP) com a liberação de uma molécula de água catalisada pela enzima IMP ciclo-hidrolase

Síntese de Adenina e Guanina

IMP não se acumula nas células, em vez disso, é rapidamente convertido em Adenina (como AMP) e Guanina (como GMP). AMP difere de IMP na substituição de seu grupo 6-ceto por um grupo amino, enquanto GMP difere de IMP na presença de um grupo amino em C2

(uma). Síntese de AMP (monofosfato de adenosina)

IMP é convertido em AMP em duas etapas enzimáticas

Etapa 1: Doação de grupo amino pelo aspartato: O grupo amino do aspartato é enzimaticamente ligado ao IMP (C6 da purina) acoplado à hidrólise do GTP para formar o adenilossuccinato com a ajuda da enzima adenilossuccinato sintetase.

Etapa 2: Elimina o grupo fumarato para formar AMP: O adenilossuccinato é enzimaticamente convertido em AMP pela remoção do grupo fumarato com a ajuda da enzima adenilossuccinato liase.

(b). Síntese de GMP (monofosfato de guanosina)

IMP é convertido em GMP em duas etapas enzimáticas

Etapa 1: Desidrogenação de IMP: IMP é enzimaticamente desidrogenado para formar monofosfato de xantosina (XMP) com a enzima IMP desidrogenase. Os íons H + liberados são aceitos pelo NAD +.

Etapa 2: Amidação de XMP: Na segunda etapa, o XMP é amidado com o grupo amida da glutamina com a presença de H2O e a hidrólise do ATP produzem GMP (monofosfato de guanosina) catalisado pela enzima GMP sintetase.

Síntese de Nucleosídeos Difosfatos e Trifosfatos

Para a participação na síntese de DNA e RNA, os monofosfatos e difosfatos de nucleosídeos devem ser convertidos em trifosfatos de nucleosídeos. Os difosfatos de nucleotídeo são sintetizados a partir do monofosfato de nucleotídeo correspondente por transferência de grupo de fosfato do ATP com a ajuda da enzima monofosfato quinase específica de base. Da mesma forma, os trifosfatos de nucleotídeos são sintetizados pela fosforilação de segunda rodada auxiliada por ATP com a ajuda da enzima nucleosídeo difosfato quinase.

O ADP também pode ser convertido em ATP por várias reações de liberação de energia nas células, como por fosforilação oxidativa (sistema de respiração de transporte de elétrons), por fotofosforilação (reação de luz da fotossíntese) e também por fosforilação em nível de substrato (como na glicólise)

II. Síntese de novo de pirimidinas (uracila, timina e citosina)

A biossíntese de pirimidinas é simples do que a de purinas. Ao contrário da síntese de purinas, as pirimidinas são sintetizadas como bases e posteriormente são adicionadas ao açúcar ribose, ou seja, o anel é completado antes de ser ligado a ribose-5-fosfato. O diagrama a seguir mostra a fonte de diferentes átomos em um esqueleto de pirimidina identificado por estudos de rotulagem de rádio.

N1, C6, C5 e C4 são derivados de aspartato

N3 é derivado de glutamina

C2 é derivado de HCO3- (bicarbonato)

Aspartato, glutamina e bicarbonato contribuem com o núcleo da pirimidina

(uma). Síntese de novo de UMP (monofosfato de uridina)

Monofosfato de uridina (UMP) também atua como o precursor de CTP e dTTP). A síntese de novo de UMP é concluída em 6 etapas enzimáticas a partir de precursores simples.

Etapa 1: Síntese de fosfato de carbamoil: Com a hidrólise de duas moléculas de ATP, o bicarbonato e o nitrogênio da amida da glutamina se combinam para formar o carbamoil fosfato na presença da enzima carbamoilfosfato sintetase II.

Etapa 2: Síntese de carbamoil aspartato: O fosfato de carbamoil reage com o aspartato para produzir o aspartato de carbamoil catalisado pela enzima aspartato transcarbamoilase (ATCase).

Etapa 3: Fechamento do anel e formação de dihidroorotato: Pela eliminação (reação de condensação) de uma molécula de água, o carbamoil aspartato é convertido em um composto de anel & # 8211 diidroorotato catalisado pela enzima diidroorotase.

Etapa 4: Oxidação de diidroorotato: O diidroorotato é desidrogenado para formar orotato com a enzima diidroorotato desidrogenase. (Em eucariotos, a diidroorotato desidrogenase está localizada na superfície externa da membrana mitocondrial interna. Todas as outras enzimas da síntese da pirimidina estão localizadas no citosol. A inibição da diidroorotato desidrogenase inibirá a síntese da pirimidina nos linfócitos T, atenuando assim a doença autoimune rheuma. Uma vez que a enzima não está no citosol, o poder oxidante necessário para a conversão do diidroorato é fornecido pelo Quinone)

Etapa 5: Aquisição da fração de fosfato de ribose: Orotate reage com PRPP para produzir orotidina-5'-monofosfato (OMP) com a enzima orotato fosforibosil transferase. A forma anomérica de nucleotídeos de pirimidina é fixada na configuração β.

Etapa 6: Descarboxilação para formar UMP: OMP sofre descarboxilação com a ajuda da enzima OMP descarboxilase (ODCase) para formar monofosfato de uridina (UMP). A taxa de conversão catalítica da OMP descarboxilase é por um fator de 2 x 1023 sobre a reação não catalisada, tornando-a a enzima mais cataliticamente proficiente conhecida pela ciência.

Síntese de UTP de UMP

UMP é convertido em UTP em duas etapas de reação de quinase com 2 moléculas de ATP

(b). Síntese de CTP

O CTP é sintetizado pela aminação do UTP pela enzima CTP sintase. Em animais, o grupo amino é doado pela glutamina, enquanto nas bactérias o grupo amino é doado diretamente pela amônia.

Síntese de desoxirribonucleotídeos:

Os desoxirribonucleotídeos são sintetizados a partir de seus ribonucleotídeos correspondentes pela redução do açúcar ribose na posição C2 '. As enzimas na formação de desoxirribonucleotídeos pela redução dos ribonucleotídeos correspondentes são chamadas de ribonucleotídeos redutases (RNRs). Existem três classes de RNRs até agora descritas no mundo dos vivos e todas elas diferem em seus grupos protéticos. Todos eles substituem o grupo C2 '- OH da ribose por - H por meio de um mecanismo de radical livre

(c). Síntese de timina (5-metiluracil) como dTTP:

A timina, que está presente no DNA e não no RNA, é um resíduo de uracila metilada. A timina na célula é sintetizada como dTTP a partir de dUMP por metilação em quatro etapas.

Passo 1: dUTP é hidrolisado a dUMP e PPi pela enzima dUTP difosfohidrolase (dUTPase)

Passo 2: dUMP é então metilado para formar dTMP

Etapa 3 e 4: dTMP é então fosforilado com ATP em duas rodadas para formar dTTP

Caminho de resgate de purinas

Purinas podem ser geradas nas células durante a degradação dos ácidos nucléicos por meio de vias de resgate. A renovação dos ácidos nucléicos (particularmente do RNA) na maioria das células libera adenina, guanina e hipoxantina. Essas purinas livres são reconvertidas em seus nucleotídeos correspondentes por meio de vias de resgate. As vias de resgate são diversas em organismos diferentes, em contraste com a via sintética de nucleotídeo de purina de novo, que é virtualmente idêntica em todas as células.

As purinas são recuperadas por duas enzimas diferentes em mamíferos:

1. Adenina fosforibosiltransferase (APRT) que medeia a formação de AMP usando PRPP

2. Hipoxantina-guanina fosforibosiltransferase (HGPRT), que catalisa a reação análoga para hipoxantina e guanina

Hipoxantina + PRPP ⇌ IMP + PPi

A síndrome de Lesch-Nyhan (um traço ligado ao X e, portanto, mais comum em homens) é causada pela deficiência de HGPRT. Esta síndrome resulta na produção excessiva de ácido úrico (um produto da degradação das purinas) que leva a anormalidades neurológicas, retardo mental e comportamento agressivo e destrutivo.

Caminho de resgate de piramidinas

Semelhante às purinas, as piramidinas também são recuperadas de intermediários derivados de ácidos nucléicos, como DNA e RNA. As recuperações de pirimidinas são catalisadas pela enzima pirimidina fosforibosiltransferase que utiliza PRPP como fonte de ribose-5-fosofato.

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Síntese rápida e eficiente de polifosfatos de nucleosídeos e seus conjugados usando sais de sulfonil imidazólio

Esta unidade descreve um método para preparar polifosfatos de nucleosídeo e seus conjugados, tais como trifosfatos de nucleosídeo, polifosfatos de dinucleosídeo simétricos e assimétricos e nucleotídeos de açúcar. Os protocolos empregam sais de sulfonil imidazólio (SnISs) como reagentes de acoplamento. Esses reagentes são preparados em duas etapas com alto rendimento a partir de materiais disponíveis no mercado e podem ser armazenados por pelo menos 1 ano a -20 ° C. O tetra-nOs sais de -butilamônio de mono-, di- ou trifosfatos de nucleosídeo são reagidos com os SnISs para formar doadores de fosforil imidazólio reativos. Esses doadores são reagidos com o tetra-nsais de -butilamônio de pirofosfato, mono- ou difosfatos de nucleotídeo ou açúcar-1-fosfatos para dar os polifosfatos de nucleosídeo e seus conjugados com rendimentos excelentes. Curr. Protoc. Nucleic Acid Chem. 51: 13.11.1-13.11.24. © 2012 por John Wiley & Sons, Inc.


Um novo método para a preparação de difosfatos de nucleosídeos

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Resumo

Uma fronteira na biologia sintética busca mover sistemas de informação genética expandidos artificialmente (AEGIS) em células vivas naturais e organizar o metabolismo dessas células para permitir que replicem plasmídeos construídos a partir desses sistemas genéticos não naturais. Além de exigir polimerases que replicam oligonucleotídeos AEGIS, tais células requerem vias metabólicas que biossintetizam os trifosfatos de nucleosídeos AEGIS, os substratos para essas polimerases. Essas vias geralmente requerem quinases de nucleosídeo e nucleotídeo para fosforilar os nucleosídeos e nucleotídeos AEGIS no caminho para esses trifosfatos. Assim, a construção de tais vias concentra-se na engenharia de nucleosídeos naturais e nucleotídeos quinases, que muitas vezes não aceitam os intermediários biossintéticos AEGIS não naturais. Isso, por sua vez, requer ensaios que permitam ao engenheiro de enzimas seguir a reação da quinase, ensaios que são facilmente confundidos com ATPase e outras atividades espúrias que podem surgir por meio de "dano dirigido ao local" das quinases naturais sendo projetadas. Este artigo apresenta três ensaios que podem detectar a formação de desoxirribonucleosídeos trifosfatos naturais e não naturais, avaliando seu valor como substratos de polimerase ao mesmo tempo em que monitora o progresso da engenharia de quinase. Aqui, nos concentramos em dois nucleosídeos difosfatos AEGIS complementares, 6-amino-5-nitro-3- (1′-β-d -2′-desoxirribofuranosil) -2 (1H) -piridona e 2-amino-8- (1′-β- d -2′-desoxirribofuranosil) -imidazo [1,2-uma] -1,3,5-triazin-4 (8H)-1. Esses ensaios fornecem novas maneiras de detectar a formação de trifosfatos desoxirribonucleosídeos não naturais em vitro e para confirmar sua incorporação no DNA. Assim, esses ensaios podem ser usados ​​com outros nucleotídeos não naturais.


Comparação de DNA e RNA

  • Timina
  • Citosina, adenina, guanina
  • Modificação, especialmente para 5-metilcitosina
  • Uracil
  • Citosina, adenina, guanina
  • Muitas bases incomuns ou modificadas são possíveis.
  • Desoxirribose
  • Ribose
  • Dependendo do organismo
  • Variando de vários milhares a vários milhões de nucleotídeos
  • Varia consideravelmente
  • Hélice de fita dupla
  • Emparelhamento de base
  • Superhelix
  • Associa-se a proteínas (particularmente histonas) para empacotamento denso no núcleo
  • Normalmente de fita simples (exceto o miRNA de fita dupla e siRNA)
  • Várias estruturas 3D são possíveis, por exemplo, loops através da formação de seções curtas com emparelhamento de base (fita dupla)
  • Carrega a informação hereditária (conhecida coletivamente como genoma) para a construção e função do organismo
  • Varia consideravelmente dependendo da classe, por exemplo, codificação, função regulatória ou enzimática (ver tabela "Classificação de RNA" abaixo)

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Resumo

O ATP extracelular é um conhecido agonista do receptor em animais e foi demonstrado anteriormente que altera o crescimento das plantas, por isso investigamos se os derivados de ATP poderiam funcionar fora das células vegetais como agentes de sinalização. As respostas de sinalização induzidas por nucleotídeos exógenos em células animais geralmente incluem aumentos na concentração de cálcio citoplasmático livre ([Ca 2+]cyt) Avaliamos a capacidade da adenosina 5 ′ - [γ-tio] trifosfato (ATPγS) aplicada exogenamente, adenosina 5 ′ - [β-tio] difosfato (ADPβS) e adenosina 5′-O-tiomonofosfato para alterar [Ca 2+]cyt na apoaequorina transgênica intacta Arabidopsis thaliana mudas. ATPγS e ADPβS aumentam [Ca 2+]cyt, e este aumento é aumentado ainda mais quando os nucleotídeos são adicionados com o ácido oligogalacturônico eliciador. O tratamento exógeno com ATP também aumenta o nível de transcritos que codificam proteínas quinases ativadas por mitógenos e proteínas envolvidas na biossíntese de etileno e na transdução de sinal. O aumento em [Ca 2+]cyt induzido por derivados de nucleotídeos pode ser ablado por agentes bloqueadores de canal de Ca 2+ e pelo quelante de cálcio 1,2-bis (o-aminofenoxi) etano-N,N,N ′,N ′ácido tetraacético (BAPTA), e as mudanças na expressão do gene podem ser parcialmente bloqueadas por esses agentes. Essas observações sugerem que o ATP extracelular pode ativar as vias de sinalização celular mediadas pelo cálcio em plantas, potencialmente desempenhando um papel fisiológico na transdução do estresse e nas respostas às feridas.


Diversos papéis da nucleosídeo difosfato quinase na estabilidade do genoma e na capacidade de crescimento

A nucleosídeo difosfato quinase (NDK), uma enzima ubíqua, catalisa a transferência reversível do γ fosfato de nucleosídeo trifosfatos para nucleosídeo difosfatos e funciona para manter os pools de ribonucleotídeos e desoxirribonucleotídeos na célula. Como mesmo um pequeno desequilíbrio nos pools de nucleotídeos pode ser mutagênico, o NDK desempenha um papel antimutador na manutenção da integridade do genoma. No entanto, o mecanismo das funções antimutador do NDK não é completamente compreendido. Além disso, os NDKs desempenham papéis importantes nas interações patógeno-hospedeiro, metástases, regulação gênica e vários processos metabólicos celulares. Para adicionar a esses diversos papéis de NDK nas células, um estudo recente agora revela que o NDK pode até conferir fenótipos mutadores à célula, agindo sobre os desoxirribonucleosídeos difosfatos que podem ser formados durante o estresse oxidativo. Nesta revisão, discutimos os papéis de NDK na homeostase dos pools de nucleotídeos e integridade do genoma, e suas possíveis implicações em conferir crescimento / aptidão de sobrevivência para os organismos nos nichos ambientais em mudança.

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