Metabolismo de los nucleótidos

Definitions & Key takeaways

Nucleotide metabolism refers to the metabolic processes that involve the synthesis and breakdown of nucleotides. A nucleotide is a building block of DNA or RNA. Each nucleotide consists of a nitrogenous base, a sugar, and a phosphate group. Nitrogenous bases are divided into purines, which are adenine and guanine; and pyrimidines, which include cytosine, thymine, and uracil. The sequence of nitrogenous bases in DNA and RNA determines the identity of the genetic information found in living organisms.

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Los nucleótidos son los componentes básicos de los ácidos nucleicos: el ácido desoxirribonucleico, o ADN, y el ácido ribonucleico, o ARN.
La estructura más básica del nucleótido puede descomponerse en tres subunidades: un azúcar de cinco carbonos, un grupo fosfato y una base nitrogenada, también conocida como nucleobase El azúcar de cinco carbonos puede ser la desoxirribosa o la ribosa, y dependiendo de cuál se utilice, el producto final es el ácido desoxirribonucleico o el ácido ribonucleico.
Las nucleobases pueden ser de pirimidinas o de purinas. Existen 3 bases de pirimidina, y todas ellas están formadas por un único anillo heterocíclico: la citosina, o C, la timina, o T, que es específica del ADN, y el uracilo, o U, que es específico del ARN.
Hay dos bases de purina: la adenina, o A, y la guanina, o G, y están formadas por dos anill Si se une solo el azúcar y la nucleobase, se forma un nucleósido.
Cuando se añade un grupo fosfato al 5º carbono del azúcar de un nucleósido, se crea un nucleótido. Los nucleósidos tienen nombres ligeramente diferentes: en el ARN, la ribosa más adenina da lugar a la adenosina, más guanina a la guanosina, más citosina a la citidina y más uracilo a la uridina.
Si se añade un fosfato, el "nombre completo" de los nucleótidos de ARN sería en realidad monofosfato de adenosina, o AMP, monofosfato de guanosina, o GMP, monofosfato de citidina, o CMP y monofosfato de uridina, o UMP.
En el caso del ADN, se utiliza la desoxirribosa en lugar de la ribosa, por lo que los nucleósidos serían la desoxiadenosina, la desoxiguanosina, la desoxicitidina y la desoxitimidina, y del mismo modo, después de la adición del grupo fosfato, el nucleótido se llamaría, por ejemplo, monofosfato de desoxiguanosina, o dGMP.
Todo esto suena complicado. Las células pueden fabricar nucleótidos de dos formas: una es hacerlo desde cero, también conocida como síntesis de nueva aparición, y la otra es la vía de rescate, en la que se reciclan nucleótidos que ya están semidegradad Comencemos con la síntesis de nucleótidos que contienen ribosa.
La síntesis de nueva aparición comienza con la ribosa-5-fosfato tanto para las bases de purina como de pirimidina. Una enzima llamada ribosa fosfato pirofosfocinasa utiliza una molécula de adenosina trifosfato, o ATP, le quita dos grupos fosfato y los une a la ribosa-5-fosfato, creando un fosforribosil pirofosfato, o PRPP.
Se necesita el aminoácido glutamina, bicarbonato, agua y ATP. Una enzima llamada carbamoil fosfato sintetasa II creará entonces carbamoil fosfato que se une al aspartato mediante la enzima aspartato transcarbamoilasa, o ATCasa.
Juntos, forman una molécula anillada llamada ácido carbamoil aspártico, que es deshidratada por la dihidroorotasa para crear una molécula llamada orotat A continuación, la enzima orotato fosforribosiltransferasa mueve la unidad de fosforribosa de la PRPP al orotato y así se forma monofosfato de orotidina, u OM Después, la enzima UMP sintasa convierte el monofosfato de orotidina en monofosfato de uridina, o UMP.
El UMP es fosforilado dos veces por la nucleósido difosfato cinasa y se convierte en uridina trifosfato, o UTP. Por último, la enzima CTP sintasa, convierte el trifosfato de uridina en trifosfato de citidina, o CTP.
Y antes de que el CTP se utilice como ácido nucleico, sirve como fuente de energía en otras reacciones celulares y pierde dos fosfatos.
La síntesis de las purinas es un poco más compleja. Comienza con los aminoácidos glutamina, aspartato y glicina, junto con dióxido de carbono y una forma especial de tetrahidrofolato, o THF, llamada 10-formil-THF.
Estos se someten a un proceso en 10 pasos con la ayuda de diversas enzimas, con nombres que te aseguran ganar en el juego del ahorcado El resultado es el monofosfato de inosina, o IMP, que es una especie de purina genérica.
En primer lugar, una enzima llamada adenilosuccinato sintasa utiliza la energía de una molécula de GTP para añadir aspartato al IMP y formar adenilosuccinato.
A continuación, otra enzima llamada adenilosuccinato liasa escinde el adenilosuccinato en AMP y una molécula de fumarato.
Para ello, el IMP es oxidado por la IMP deshidrogenasa para convertirse en monofosfato de xantosina, o XMP. A continuación, una enzima llamada GMP sintasa transfiere un grupo amino de la glutamina al monofosfato de xantosina, y se forma GM Cuando ya están sintetizados los nucleótidos del ARN, la síntesis de los del ADN es relativamente sencill Los nucleótidos del ARN suelen estar en forma de monofosfato.
Para que se produzca la metamorfosis de moléculas de ARN a ADN, deben estar en forma de difosfato, es decir, CDP, UDP, ADP y G A continuación, una enzima llamada ribonucleótido difosfato reductasa reduce la ribosa que contienen en desoxirribosa, creando dCDP, dUDP dADP y dGDP.
Ya solo es necesario que se pierda un grupo fosfato para que se formen dCMP, dUMP, dAMP y dGMP. Su síntesis también es bastante sencilla.
La timidilato sintasa convierte el dUMP en dTMP, y en ese momento ya está todo listo para fabricar ADN. Los anillos de pirimidina (C, T y U) pueden degradarse completamente hasta convertirse en dióxido de carbono (CO2) y amoníaco (NH3), que pueden excretarse por exhalación desde los pulmones y en la orina.
En cambio, los anillos de purina, o G y A, no pueden descomponerse de la misma manera. En su lugar, se degradan hasta convertirse en ácido úrico metabólicamente inerte que se excreta en la orina.
Para que el GMP se convierta en ácido úrico, la enzima purina nucleósido fosforilasa le quita la ribosa y el fosfato y lo convierte en guanina.
A continuación, otra enzima llamada guanasa elimina un grupo amino convirtiendo la guanina en xantina. Por otro lado, para que el AMP se convierta en ácido úrico, primero la enzima AMP desaminasa le quita un grupo amino y lo convierte en IMP.
Después, la purina nucleósido fosforilasa elimina el fosfato y la ribosa del IMP, y se forma hipoxantina. La hipoxantina es oxidada dos veces por la xantina oxidasa, primero para convertirse en xantina y, finalmente, en ácido úrico Aunque el ácido úrico es metabólicamente inerte, puede surgir un problema si se acumula en el organismo, lo que puede ocurrir por un exceso de producción o por una eliminación lenta.
Cuando hay demasiado ácido úrico, se introduce en los tejidos, como las articulaciones o los tendones, y puede convertirse en urato monosódico, que es una sal, y las sales suelen cristalizar Se empiezan a formar cristales en los tejidos y, como respuesta, el cuerpo empieza a secretar proteínas a su alrededor, y los cristales cubiertos de proteínas se llaman tofos.
Estos tofos provocan una reacción inflamatoria denominada gota, que suele afectar a la articulación del dedo gordo del pie.
Las moléculas intermedias en la degradación de las purinas, la guanina y la hipoxantina, pueden recuperarse formando nuevos ácidos nucleicos, a través de lo que se conoce como vía de rescate.
La enzima hipoxantina-guanina fosforribosil transferasa, o HGPRT, devuelve la ribosa y el fosfato a la guanina para formar GMP, y a la hipoxantina para formar IMP.
A partir de ahí, el IMP puede convertirse de nuevo en AMP, siguiendo la vía de síntesis del AMP de antes. Una enfermedad genética, denominada síndrome de Lesch-Nyhan, se caracteriza por la ausencia total de HGRPT.
Y como resultado, se produce demasiado ácido úrico por la degradación de las purinas. Como el ácido úrico no puede reciclarse, y su excreción es bastante lenta, empieza a almacenarse en los tejidos y se produce gota.
El Lesch-Nyhan provoca una serie de síntomas, como la automutilación, y uno distintivo es que provoca síntomas de gota en pacientes muy jóvenes, lo que es muy poco habitual, por lo que otro nombre para él es gota juvenil.
El nucleótido es un bloque de construcción del ADN o el ARN, y está formado por tres partes: el grupo fosfato, el azúcar de cinco carbonos y una nucleobase.
Las nucleobases se dividen en purinas, que son la adenina y la guanina; y en pirimidinas, que son la citosina, la timina y el uracilo.
Se producen dentro del citosol, bien a través de vías de rescate, o creándose de nuevo a través de sus respectivas vías: para las pirimidinas se necesita el aminoácido glutamina, aspartato, bicarbonato, agua y ATP, y para las purinas se necesitan los aminoácidos glutamina, aspartato y glicina, junto con dióxido de carbono y una forma especial de THF llamada 10-formil-THF.