Nucleozide vs. Nucleotide

Nucleotidele nu trebuie confundate cu nucleozidele, care sunt, de asemenea, zaharuri cu 5 atomi de carbon cu o bază azotată. Nucleozidele nu au o grupare fosfat. Atunci când o nucleozidă este legată de o grupare fosfat, se obține o nucleotidă. (Ref. 1) Astfel, o nucleotidă este denumită și monofosfat de nucleozidă (dacă are o singură grupare fosfat), difosfat de nucleozidă (cu două grupe fosfat) sau trifosfat de nucleozidă (când are trei grupe fosfat). În funcție de componenta de zahăr pentoză, o nucleozidă poate fi o ribonucleozidă sau o deoxiribonucleozidă. O ribonucleozidă este o nucleozidă cu o riboză (componentă de zahăr). Pe baza componentei nucleobazei, ribonucleozida poate fi adenozina, guanosina, citozina, uridina sau 5-metiluridina. O deoxiribonucleozidă este o nucleozidă cu deoxiriboză. În mod similar, în funcție de componenta nucleobazei, o deoxiribonucleozidă poate fi deoxiadenozină, deoxiguanosină, deoxi-citidină, deoxitidină sau deoxiuridină. De asemenea, în funcție de componenta nucleobazei, nucleozidele pot fi grupate fie în purine cu „dublu inel”, fie în pirimidine cu „inel simplu”.

Clasificare

Nucleotidele fundamentale sunt împărțite în purine și pirimidine pe baza structurii bazei azotate. Bazele purinice includ adenina și guanina, în timp ce bazele pirimidinice sunt timina și citozina, precum și uracilul. În ARN, uracilul înlocuiește timina (timina este produsă prin adăugarea de metil la uracil). (Ref. 2)

Nucleobazele care alcătuiesc acidul nucleic sunt folosite pentru a distinge moleculele de ADN de cele de ARN. În ADN, timina se împerechează complementar cu adenina, în timp ce în ARN, uracilul se potrivește cu adenina. Împerecherile nucleobazelor C-G și A-T (sau A-U în ARN) sunt denumite complemente de baze.

Tipuri

Exemple de nucleotide cu o singură grupare fosfat:

• adenozin monofosfat (AMP)
• guanozină monofosfat (GMP)
• citidin monofosfat (CMP)
• . monofosfat de uridină (UMP)
• monofosfat de adenozină ciclic (cAMP)
• monofosfat de guanozină ciclic (cGMP)
• monofosfat de citosină ciclic (cGMP)
• citidină ciclică monofosfat de citozină (cCMP)
• monofosfat de uridină ciclic (cUMP)
• deoxiadenozină monofosfat (dAMP)
• deoxi guanozină monofosfat (dGMP)
• deoxcitidină monofosfat (dCMP)
• (deoxi)timidină monofosfat (dTMP)

Nucleotide cu două grupe fosfat:

• adenozină difosfat (ADP)
• guanozină difosfat (GDP)
• cizidină difosfat (CDP)
• uridină difosfat (UDP)
• deoxiadenozină difosfat. (dADP)
• deoxiguanosin difosfat (dGDP)
• deoxictidin difosfat (dCDP)
• (deoxi)timidin difosfat (dTDP)

Nucleotide cu trei grupe fosfat:

• trifosfat de adenozină (ATP)
• trifosfat de guanozină (GTP)
• trifosfat de citozină (CTP)
• trifosfat de citozină (CTP)

.

• trifosfat de uridină (UTP)
• trifosfat de dezoxiadenozină (dATP)
• trifosfat de dezoxi-guanozină (dGTP)

.

• deoxi-citidină trifosfat (dCTP)
• (deoxi)timidină trifosfat (dTTP)

Calea sintezei de novo

Nucleotidele sunt produse în mod natural prin calea sintezei de novo sau prin căi de salvare. (Ref. 4) La om, calea de sinteză de novo a nucleotidelor fundamentale are loc în principal în ficat. În biosinteza pirimidinei, inelul se formează printr-o serie de etape care încep prin formarea fosfatului de carbamoil. (Ref. 1) În primul rând, fosfatul de carbamoil este produs în urma unei reacții biochimice care implică bicarbonat, glutamină, ATP (pentru fosforilare) și o moleculă de apă. Enzima care catalizează reacția este sintetaza II a fosfatului de carbamoil, situată în citosol. Apoi, fosfatul de carbamoil este transformat în aspartat de carbamoil de către enzima aspartat transcarbamilază. Apoi, inelul se închide prin condensare intramoleculară, transformând fosfatul de carbamoil în dihidroorotază prin intermediul enzimei dihidroorotază. În cele din urmă, dihidroorotatul este oxidat de către dihidroorotatul dehidrogenază (o proteină membranară integrală din membrana mitocondrială internă) pentru a se transforma în orotat. După ce se formează inelul pirimidinic, 5-fosfo-α-D-ribosil-1-pirofosfat (PRPP), un fosfat de riboză, reacționează cu orotatul pentru a forma orotidină-5-monofosfat (OMP). OMP este apoi decarboxilat de către enzima OMP decarboxilază pentru a obține uridină monofosfat (UMP). În cele din urmă, difosfatul de uridină (UDP) și trifosfatul de uridină (UTP) sunt produse de-a lungul căii biosintetice de către kinaze și desfosforilarea ATP. UTP poate fi transformat în trifosfat de ctidină (CTP) prin aminarea UTP prin intermediul enzimei CTP sintetază. (Ref. 5)

În biosinteza purinelor, purinele pot proveni din nucleotidul inozină monofosfat (IMP). IMP, la rândul său, este produsă dintr-un fosfat de riboză preexistent care se formează în principal din aminoacizii glicină, glutamină și acid aspartic. Riboza 5-fosfat reacționează cu ATP pentru a produce 5-fosforibosil-1-pirofosfat (PRPP). PRRP are un rol atât în sinteza purinelor, cât și a pirimidinelor; de asemenea, este implicat în formarea NAD și NADP și în căile de salvare. Cu toate acestea, PRRP se angajează în special în biosinteza purinelor atunci când PRRP este transformată în 5-fosforibosil-amină (prin înlocuirea pirofosfatului din PRRP cu grupa amidă a glutaminei). (Ref. 6) IMP este apoi transformat fie în monofosfat de adenozină (AMP), fie în monofosfat de guanozină (GMP).

Degradare

Purinele guanină și adenină pot fi degradate după cum urmează:

În ceea ce privește GMP, compusul este mai întâi hidrolizat și transformat în guanozină. Aceasta din urmă este apoi scindată în guanină liberă. (Ref. 7)

• Guanină (prin guanază) ” xantină (prin xantină oxidază) ” acid uric
• Adenosină „” inozină (prin purină nucleozidă fosforilază) ” hipoxantină (prin xantină oxidază) ” xantină (prin xantină oxidază) ” acid uric

În urma degradării purinelor, se produce acid uric. La om, acidul uric este eliberat din ficat și din alte surse tisulare în fluxul sanguin prin care ajunge la rinichi. Acesta este apoi excretat din organism prin urină.

Purinele rezultate din catabolism pot fi recuperate și reutilizate după cum urmează: (Ref. 6)

• Adenina este recuperată de către enzima adenină fosforibosiltransferază (APRT), prin transformarea ei în adenilat
• Guanina și hipoxantina sunt recuperate de către enzima hipoxantină-guanină fosforibosiltransferază (HGPRT), prin formarea de guanilat sau IMP

Pirimidinele care sunt degradate pot fi reciclate printr-o cale de salvare. (Ref. 1) Nucleobazele sunt recuperate pentru a fi refolosite după degradările ARN și ADN. Căile de salvare a pirimidinelor sunt următoarele:

• Citosina este transformată în uracil prin dezaminare. Prin uridină fosforilază, uracilul este transformat în uridină prin reacția cu riboză-1-fosfat. Prin intermediul enzimei nucleozid kinaza, uridina este transformată în monofosfat de uridină (UMP).
• Timina este transformată în timidină prin reacția cu dezoxiriboza-1-fosfat și prin enzima timidinfosforilază. Timidina este apoi transformată în monofosfat de timidină de către enzima nucleozidă kinază. Timidin kinaza, în special, este o enzimă a căii de salvare a pirimidinei care catalizează fosforilarea timidinei în timidin monofosfat. (Ref.8)

Funcții biologice

Pe lângă faptul că servesc ca precursori ai acizilor nucleici, nucleotidele servesc, de asemenea, ca și cofactori importanți în semnalizarea și metabolismul celular. Acești cofactori includ CoA, flavin adenină dinucleotidă (FAD), flavin mononucleotidă, adenozin trifosfat (ATP) și nicotinamidă adenină dinucleotidă fosfat (NADP). Trifosfații nucleozidici, în special, transportă pachete de energie chimică care sunt utilizate în numeroase activități celulare care necesită energie, de exemplu, sinteza aminoacizilor, sinteza proteinelor, diviziunea celulară, mișcările interne și intercelulare etc.

Vezi și

• Acidul nucleic
• Acidul dezoxiribonucleic
• Acidul ribonucleic
• Nucleozide

1. PURINE ȘI PIRIMIDINE. (2020). Utah.Edu. https://library.med.utah.edu/NetBiochem/pupyr/pp.htm
2. Bera, P. P., Nuevo, M., Materese, C. K., Sandford, S. A., & Lee, T. J. (2016). Mecanisme de formare a timinei în condiții astrofizice și implicații pentru originea vieții. The Journal of Chemical Physics, 144(14), 144308. https://doi.org/10.1063/1.4945745
3. Nucleotide. (2020). Rpi.Edu. https://homepages.rpi.edu/~bellos/nucleotides.htm
4. Salvarea nucleotidelor – o prezentare generală | ScienceDirect Topics. (2018). Sciencedirect.com. https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/nucleotide-salvage
5. Charma, K. & Somani, D. (2015). Biosinteza pirimidinei. Retrieved from Slideshare.net website: www.slideshare.net/kskuldeep1995/pyrimidine-biosynthesis-46874172
6. Berg, J. M., Tymoczko, J. L., & Lubert Stryer. (2016). Etapele cheie în biosinteza nucleotidelor sunt reglementate prin inhibiția feedback-ului. Nih.Gov; W H Freeman. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22428/
7. Capitolul 21 : Biosinteza aminoacizilor, a nucleotidelor și a moleculelor înrudite. (2020). Bioinfo.Org.Cn. http://www.bioinfo.org.cn/book/biochemistry/chapt21/bio8.htm
8. He, Q., Mao, Y., & Wu, J. (2002). Expresia imunohistochimică a timidin-kinazei citosolice la pacienții cu carcinom mamar. Handbook of Immunohistochemistry and in Situ Hybridization of Human Carcinomas, 463-469. https://doi.org/10.1016/s1874-5784(04)80056-4

Recomandat:

• BLAST pentru începători. Biologia lumii digitale. https://digitalworldbiology.com/tutorial/blast-for-beginners