Prof. Giorgio Sartor
Metabolismo dei
nucleotidi
1:
2:
3:
4:
5:
6:
7:
8:
introduzione
biosintesi de-novo delle purine
biosintesi de-novo delle pirimidine
catabolismo delle purine
catabolismo delle pirimidine
sintesi deossiribonucleotidi
regolazione della sintesi dNTP
nucleotidi come coenzimi
Copyright
© 2001-2013
by Giorgio Sartor.
V.0.1 © gsartor
2001-2013
All rights reserved.
Metabolismo dei nucleotidi
N01 - Versione 0.2 – may 2013
-1
Prof. Giorgio Sartor
Metabolismo dei
nucleotidi
6: sintesi deossiribonucleotidi
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
-2
Deossiribonucleotidi
• Per mantenere costante il pool di deossinucleotidi trifosfati,
necessari per la formazione del DNA, l’enzima di riferimento
è Ribonucleotide-difosfato reduttasi (EC 1.17.4.1) che
catalizza la reazione redox:
O
O
P
O
O
O
O
P
O
V.0.1 © gsartor 2001-2013
BASE H
O
O
O
H
H
HO
OH
O
P
O
H2O
Metabolismo dei nucleotidi
O
O
P
O
O
BASE
O
H
H
HO
H
O
-3
Deossiribonucleotidi
• I substrati sono:
O
O
O
O
P
P
O
O
O
P
P
O
O
O
O
O
O
O
N
OH
HO
CDP
O
HO
P
O
P
O
N
O
O
O
HO
O
NH2
P
O
N
ADP
V.0.1 © gsartor 2001-2013
O
O
N
OH
O
N
N
O
O
NH2
O
P
OH
O
O
O
HO
GDP
Metabolismo dei nucleotidi
N
NH
O
UDP
O
O
O
N
O
N
OH
N
NH
NH2
-4
Deossiribonucleotidi
• I prodotti sono:
O
O
O
O
P
P
O
O
O
O
O
O
P
P
O
O
HO
P
O
O
P
N
O
O
NH2
O
O
P
P
O
N
O
N
H
NH
O
dUDP
O
N
O
O
HO
dGDP
Metabolismo dei nucleotidi
O
O
O
HO
dADP
V.0.1 © gsartor 2001-2013
O
O
N
H
O
N
N
O
O
NH2
N
H
HO
dCDP
O
O
O
O
N
H
N
NH
NH2
-5
Deossiribonucleotidi
• Per la sintesi del DNA vengono usati i
nucleotidi trifosfati:
O
O
O
P
P
O
O
O
O
O
P
O
O
O
O
O
O
O
P
P
P
O
O
O
O
N
O
N
HO
O
N
O
O
O
P
P
P
O
O
NH2
N
OH
N
O
O
P
P
O
O
N
dATP
V.0.1 © gsartor 2001-2013
O
O
CH3
O
O
O
P
H
O
NH
O
N
O
O
HO
dGTP
Metabolismo dei nucleotidi
N
dTTP
O
O
O
O
HO
dCTP
O
O
O
H
HO
NH2
O
O
N
H
N
NH
NH2
-6
Deossiribonucleotidi
• dUTP non è un nucleotide del DNA ma è il
precursore di dTTP
CDP
UDP
ADP
GDP
V.0.1 © gsartor 2001-2013
dCDP
dUDP
dADP
dGDP
dUTP
dUMP
Metabolismo dei nucleotidi
dTMP
dCTP
dTTP
dATP
dGTP
-7
Deossiribonucleotidi
• Meccanismo:
SH
NDP
S
dNDP
SH
S
S
SH
S
SH
SH
S
SH
FAD
S
FADH2
H2O
Tioredossina
Ribonucleotidedifosfato reduttasi
V.0.1 © gsartor 2001-2013
NADPH + H+
NADP+
Tioredossina
reduttasi
Metabolismo dei nucleotidi
-8
Ribonucleotide-difosfato reduttasi (EC 1.17.4.1)
• Meccanismo:
SH
NDP
S
dNDP
SH
S
S
SH
S
SH
SH
S
SH
FAD
S
FADH2
H2O
Tioredossina
Ribonucleotidedifosfato reduttasi
V.0.1 © gsartor 2001-2013
NADPH + H+
NADP+
Tioredossina
reduttasi
Metabolismo dei nucleotidi
-9
Ribonucleotide-difosfato reduttasi (EC 1.17.4.1)
S
S

A

A
ADP GDP
UDP CDP
ADP GDP
UDP CDP
HS
C
SH
HS
SH
HO
OH

V.0.1 © gsartor 2001-2013
C
Fe3+
Fe3+
Metabolismo dei nucleotidi

- 10
P2 O6---
P2 O6---
P2 O6---
O
O
O
O
C439
OH
OH
Y356
H
H
SH
Y730
OH
HO
Y731
OH
O
BASE
C439
OH
SH
SH
OH
C225
C462
35 Å
Y356
W48
H
HO
OH
Y731
C439
H
S
BASE
H
C
O H
HO
H
SH
SH
S
C225
C462
C225
SH
C462
OH
W48
N
H Fe+++
Y222
H
S
Y730
O
BASE
N
H Fe+++
O
Y222
P2 O6---
O
O
O
C439
S
OH
P2 O6---
H
BASE
H
C
OH+
C439
S
H
O
+
C
C
HO
H
BASE
H
C439
S
H
BASE
H
C
+
O
HO
H
H
S
S
S
S
C225
C462
C225
C462
H2 O
S
SH
C225
C462
H
P2 O6---
O
O
O
S
O
O
P2 O6---
C439
P2 O6---
H
BASE
H
C
OH+
O
C439
S
HO
H
BASE
H
H
H
S
S
S
S
C225
C462
C225
C462
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
- 11
Trasferimento di e- e H+
H+
O
2
Y122
*
O
NH
2
W 48
*
OH
OH
H+
D84
N
eN
H2O
O
NH
H+
Fe
E204
H241
H
N
O
O
H2O
Y730
H
N
H
N
O
O
HO
e-
H
Fe
E115
HS
+
NH
O
O
C439
e- H
NH
O
H118
HN
O
Y731
N
H
O
O
D237
O
Y356
E238
*
Via di trasporto di elettroni accoppiata al trasferimento protonico (35 Å)
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
- 12
P2 O6--O
OH
OH
Y356
SH
Y730
Y731
OH
O
BASE
H
H
HO
OH
C439
OH
SH
SH
OH
C225
C462
35 Å
Y356
W48
S
Y730
Y731
O
BASE
H
H
HO
OH
C439
H
S
BASE
H
C
O H
HO
H
SH
SH
S
C225
C462
C225
SH
C462
OH
W48
N
H Fe+++
Y222
O
O
O
C439
P2 O6---
P2 O6---
N
H Fe+++
O
Y222
OH
P2 O6--O
S
H
BASE
H
C
OH+
S
O
O
C439
S
H
+
C
C
HO
H
BASE
H
H
S
S
C225
C462
C225
C462
P2 O6---
P2 O6---
O
O
H
C
OH+
O
C439
SH
C
+
O
H2 O
S
SH
C225
C462
H
H
S
S
S
S
C225
C462
C225
C462
V.0.1 © gsartor 2001-2013
BASE
H
BASE
H
H
HO
H
S
H
S
BASE
H
C439
H
HO
S
O
C439
O
O
O
C439
P2 O6---
P2 O6---
Metabolismo dei nucleotidi
- 13
Published in: Hendrik Zipse; Erin Artin; Stanislaw Wnuk; Gregory J. S. Lohman; Debora Martino; Robert G. Griffin; Sylwia Kacprzak; Martin Kaupp;
Brian Hoffman; Marina Bennati; JoAnne Stubbe; Nicholas Lees; J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 200-211.
DOI: 10.1021/ja806693s
Copyright © 2008 American Chemical Society
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
- 14
P2 O6---
O
O
BASE
H
H
HO
OH
P2 O6---
P2 O6---
O
O
O
C439
OH
OH
Y356
SH
C439
Y730
OH
Y731
OH
SH
SH
C225
C462
OH
Y356
W48
H
Y730
HO
OH
Y731
C439
H
S
BASE
H
C
O H
HO
H
SH
SH
S
C225
C462
C225
SH
C462
OH
W48
N
H Fe+++
Y222
H
S
O
BASE
N
H Fe+++
Y222
O
O
P2 O6--O
S
O
O
O
C439
P2 O6---
P2 O6---
H
C
OH+
H
C439
S
S
S
C225
C462
O
O
BASE
H
S
H
C
HO
S
Tioredossina
+
C
BASE
H
C439
S
H
BASE
H
C
+
O
HO
H
H
S
S
C225
C462
H2 O
S
SH
C225
C462
H
P2 O6--O
SH SH
O
Tioredossina
P2 O6---
HO
O
O
C439
S
H
BASE
H
C
OH+
C439
H
SH
H
S
S
S
S
C225
C462
C225
C462
V.0.1 © gsartor 2001-2013
BASE
H
H
Metabolismo dei nucleotidi
- 15
Model for E. coli NrdB and NrdF biosynthesis, maintenance, and regulation.
Cotruvo J A , and Stubbe J PNAS 2008;105:14383-14388
V.0.1 © gsartor 2001-2013
©2008 by National Academy of Sciences
Metabolismo dei nucleotidi
- 16
Shanmugam M, Doan PE, Lees NS, Stubbe J, Hoffman BM.
Identification of protonated oxygenic ligands of ribonucleotide reductase intermediate X.
J Am Chem Soc. 2009 Mar 11;131(9):3370-6.
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
- 17
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
- 18
Ribonucleotide-difosfato reduttasi (EC 1.17.4.1)
1CVV
V.0.1 © gsartor 2001-2013
1PFR
Metabolismo dei nucleotidi
- 19
Prof. Giorgio Sartor
Metabolismo dei
nucleotidi
7: regolazione della sintesi deossiribonucleotidi
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
- 20
Regolazione
• Per mantenere costante il pool di
deossinucleotidi necessari per la
formazione del DNA l’enzima è
estremamente regolato;
• Il meccanismo è allosterico e
coinvolge:
– ATP e dATP come segnali di attivazione
e disattivazione dell’enzima;
– ATP, dATP, dTTP e dGTP come segnali
per la selezione dei substrati.
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
- 21
Regolazione
ATP dATP
Selettività
S
Attivazione
S

A

A
HS
V.0.1 © gsartor 2001-2013
dATP
SH
HS
SH
C
HO
OH

ATP
ADP GDP
UDP CDP
Catalisi
C
dGTP dTTP
Fe3+
Fe3+
Metabolismo dei nucleotidi

- 22
ON/OFF
Stato
dell’enzima
Siti su ribonucleotide reduttasi
Attivazione Selezione Catalisi
Eventi e prodotti
ON
ATP
-
-
ON
ATP
ATP
CDP/UDP
CDP/UDP  dCDP/dUDP 
 dUMP  dTMP  dTTP
ON
ATP
dTTP
GDP/ADP
dGDP  dGTP
ON
ATP
dGTP
ADP
dADP  dATP
OFF
dATP
-
-
-
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
- 23
Regolazione
Stato
dell’enzima
Siti su ribonucleotide reduttasi
Attivazione Selezione
Catalisi
Eventi e prodotti
ON
ATP
-
-
ON
ATP
ATP
CDP/UDP
CDP/UDP  dCDP/dUDP
 dUMP  dTMP  dTTP
ON
ATP
dTTP
GDP/ADP
dGDP  dGTP
ON
ATP
dGTP
ADP
dADP  dATP
OFF
dATP
-
-
-
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
- 24
Regolazione
Stato
dell’enzima
Siti su ribonucleotide reduttasi
Attivazione Selezione Catalisi
Eventi e prodotti
ON
ATP
-
-
ON
ATP
ATP
CDP/UDP
 dCDP/dUDP 
 dUMP  dTMP  dTTP
ON
ATP
dTTP
GDP/ADP
 dGDP  dGTP
ON
ATP
dGTP
ADP
 dADP  dATP
OFF
dATP
-
-
-
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
- 25
Regolazione
Stato
dell’enzima
Siti su ribonucleotide reduttasi
Eventi e prodotti
Attivazione Selezione Catalisi
ON
ATP
-
-
ON
ATP
ATP
CDP/UDP
ON
ATP
dTTP
GDP/ADP
 dGDP  dGTP
ON
ATP
dGTP
ADP
 dADP  dATP
OFF
dATP
-
-
-
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi

dCDP/dUDP  dUMP
 dTMP  dTTP
- 26
Regolazione
Stato
dell’enzima
Siti su ribonucleotide reduttasi
Eventi e prodotti
Attivazione Selezione Catalisi
ON
ATP
-
-
ON
ATP
ATP
CDP/UDP
ON
ATP
dTTP
GDP/ADP
 dGDP  dGTP
ON
ATP
dGTP
ADP
 dADP  dATP
OFF
dATP
-
-
-
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi

dCDP/dUDP  dUMP
 dTMP  dTTP
- 27
Regolazione
Stato
dell’enzima
Siti su ribonucleotide reduttasi
Attivazione Selezione Catalisi
Eventi e prodotti
ON
ATP
-
-
ON
ATP
ATP
CDP/UDP
ON
ATP
dTTP
GDP/ADP
ON
ATP
dGTP
ADP
 dADP  dATP
OFF
dATP
-
-
-
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
 dCDP/dUDP 
 dUMP  dTMP 

dTTP
dGDP  dGTP
- 28
Regolazione
Stato
dell’enzima
Siti su ribonucleotide reduttasi
Attivazione Selezione Catalisi
Eventi e prodotti
ON
ATP
-
-
ON
ATP
ATP
CDP/UDP
ON
ATP
dTTP
GDP/ADP
ON
ATP
dGTP
ADP
 dADP  dATP
OFF
dATP
-
-
-
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
 dCDP/dUDP 
 dUMP  dTMP 

dTTP
dGDP  dGTP
- 29
Regolazione
Stato
dell’enzima
Siti su ribonucleotide reduttasi
Attivazione Selezione Catalisi
ON
ATP
-
-
ON
ATP
ATP
CDP/UDP
ON
ATP
dTTP
GDP/ADP
ON
ATP
dGTP
ADP
OFF
dATP
-
-
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
Eventi e prodotti
 dCDP/dUDP 
 dUMP  dTMP  dTTP
 dGDP 

dGTP
dADP  dATP
-
- 30
Regolazione
Stato
dell’enzima
Siti su ribonucleotide reduttasi
Attivazione Selezione Catalisi
ON
ATP
-
-
ON
ATP
ATP
CDP/UDP
ON
ATP
dTTP
GDP/ADP
ON
ATP
dGTP
ADP
OFF
dATP
-
-
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
Eventi e prodotti
 dCDP/dUDP 
 dUMP  dTMP  dTTP
 dGDP 

dGTP
dADP  dATP
-
- 31
Regolazione
Stato
dell’enzima
Siti su ribonucleotide reduttasi
Attivazione Selezione Catalisi
Eventi e prodotti
ON
ATP
-
-
ON
ATP
ATP
CDP/UDP
CDP/UDP  dCDP/dUDP 
 dUMP  dTMP  dTTP
ON
ATP
dTTP
GDP/ADP
dGDP  dGTP
ON
ATP
dGTP
ADP
dADP  dATP
OFF
dATP
-
-
-
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
- 32
Regolazione
Stato
dell’enzima
Siti su ribonucleotide reduttasi
Attivazione Selezione Catalisi
Eventi e prodotti
ON
ATP
-
-
ON
ATP
ATP
CDP/UDP
 dCDP/dUDP 
 dUMP  dTMP  dTTP
ON
ATP
dTTP
GDP/ADP
 dGDP  dGTP
ON
ATP
dGTP
ADP
 dADP  dATP
OFF
dATP
-
-
-
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
- 33
SCID
• Sindrome da ImmunoDeficienza Combinata
– Mancata capacità proliferativa di linfociti B e T a causa
della aumentata sintesi di dATP che inibisce la sintesi dei
deossinucleotidi.
O
OH
N
O
HO
NH2
N
O
P
O
N
N
H
Nucleoside
chinasi
HO
O
N
O
H
O
O
P
O
O
P
O
O
HO
dADP
dGDP
dCDP
dUDP
N
N
O
N
ADP
GDP
CDP
UDP
V.0.1 © gsartor 2001-2013
P
O
NH2
N
H
NH2
N
N
O
N
O
HO
EC 3.5.4.6
AMP deaminasi
OH
O
N
O
NH2
N
H
N
N
dATP
dGTP
dCTP
dTTP
Metabolismo dei nucleotidi
- 34
Tioredossina
• Meccanismo:
SH
NDP
S
dNDP
SH
S
S
SH
S
SH
SH
S
SH
FAD
S
FADH2
H2O
Tioredossina
Ribonucleotidedifosfato reduttasi
V.0.1 © gsartor 2001-2013
NADPH + H+
NADP+
Tioredossina
reduttasi
Metabolismo dei nucleotidi
- 35
Tioredossina
• Proteina redox che contiene il motivo CXXC
EC 1.17.4.1
Ribonucleotide-difosfato reduttasi
SH
NDP
R
dNDP
S
SH
R
S
O
R
N
O
N
N
R
O
O
N
R
O
R
NADP+
NADPH
+ H+
N
O
N
N
R
O
O
N
R
EC 1.8.1.9
Tioredossina reduttasi
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
- 36
Tioredossina reduttasi (EC 1.8.1.9)
• Meccanismo:
SH
NDP
S
dNDP
SH
S
S
SH
S
SH
SH
S
SH
FAD
S
FADH2
H2O
Tioredossina
Ribonucleotidedifosfato reduttasi
V.0.1 © gsartor 2001-2013
NADPH + H+
NADP+
Tioredossina
reduttasi
Metabolismo dei nucleotidi
- 37
Tioredossina reduttasi (EC 1.8.1.9)
NADP+
c64
FAD
S
S
Se
S
c498
NADPH
c59
c64
c59
NADP+
FADH- S
S
Se
S
B
FAD
B
c64
c59
S
S
Se
S
c497
c498
c297
c498
c497
c59
c64
c59
c64
c59
S
S
S
S
Se
SH
Se
S
C498
c497
c498
c497
BH+
SH
Trx
SH
+
H
c64
FAD
S
S
S
Se
S
C498
c497
Trx
SH
FAD
B
S
S
FAD
B
BH+
Trx
Ridisegnato da:
T.Sandalova, L.Zhong, Y.Lindqvist, A.Holmgren, G.Schneider.
Three-dimensional structure of a mammalian thioredoxin reductase: implications for mechanism and evolution of a selenocysteinedependent enzyme.
Proc Natl Acad Sci U S A 98:9533-9538 (2001)
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
- 38
Tioredossina reduttasi (EC 1.8.1.9)
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
1H6V
- 39
Tioredossina reduttasi (EC 1.8.1.9)
NADP+
c64
NADPH
c59
c64
c59
S
S
Se
S
c64
c59
S
S
Se
S
NADP+
FAD
S
S
Se
S
c498
FADHB
FAD
B
c497
c498
c297
c498
c497
c64
c59
c64
c59
c64
c59
FAD
S
S
S
S
S
Se
S
C498
c497
BH+
SH
Trx
SH
+
H
Trx
SH
FAD
B
S
S
Se
SH
C498
c497
FAD
B
S
S
Se
S
c498
c497
BH+
Trx
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
- 40
dNTP per la replicazione del DNA
• I deossinucletidi difosfati
– Purinici: dADP, dGDP
– Pirimidinici: dUDP, dCDP
• vengono convertiti nei rispettivi
deossinucletidi trifosfati usati per la
replicazione del DNA:
– Purinici: dATP, dGTP
– Pirimidinici: dUTP, dCTP
• Il dTTP viene prodotto da dTMP a sua volta
proveniente da dUTP (dCTP).
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
- 41
dTTP
O
O
O
O
P
O
O
P
O
O
O
P
H
N
O
O
O
N
O
CH3
HO
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
- 42
Sintesi di dTTP
• I nucleotidi della timina sono i meno abbondanti, servono
solo per la sintesi del DNA (dTTP)
O
O
O
O
O
P
P
O
O
O
HN
O
O
O
P
O
O P
O
N
O
O
O
O
O
dUDP
HN
O
P
dCMP
O
N
O
O
O
dUTP
HO
EC 3.5.4.12
dCMP deaminasi
HO
EC 3.6.1.23
dUTP pirofosfatasi
O
O
O
O
P
O
O
PPi
EC 2.1.1.45
Timidilato sintasi
O
HO
dTMP
V.0.1 © gsartor 2001-2013
O
DHF
O
P
O
O
O
O
dCTP
P
O
P
O
EC 3.6.1.12
dCTP difosfatasi
P
O
O
O
N
O
HO
PPi
NH3
NH2
OH
O
O
N
O
HO
N
NH2
O
O
N
O
HN
O
N
O
O
H2 O
CH3
HN
P
O
N
O
O
O
NH2
O
P
N
O
O
O
P
O
O
N
O
Metilene-THF
HO
dUMP
Metabolismo dei nucleotidi
HO
dCDP
- 43
Sintesi di dTTP
• La formazione di dTMP da dUMP
avviene attraverso la metilazione
assistita da 5N-10N-metilene-THF
• La sintesi di 5N-10N-metilene-THF è
un bersaglio degli inbitori della
duplicazione del DNA attraverso
analoghi del folato (metotrexato) che
analoghi inattivi dei nucleotidi (5fluoro-uracile).
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
- 44
5N-10N-metilene-THF
5N-Metilene-THF
5N-10N-Metilene-THF
(Tautomero reattivo)
H2N
H
H
N
N
N
H
H2N
H
+
N
O
+
CH2
N
H
H
N
N
H
+
N
O
dTMP
H2N
H
H
N
R
dUMP
H
H
H
N
N
N
EC 2.1.1.45
Timidilato sintasi
N
R
Gly
O
NH2
O
O
Ser HO
H2N
NH2
H
H
N
N
N
N
O
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
H
N
R
EC 1.5.1.3
Diidrofolato reduttasi
EC 2.1.2.1
Serina
idrossimetiltransferasi
+ H2O
H
O
N
O
H
NADPH + H+
H
NADP+
H
H
N
H
R
H
- 45
Serina idrossimetiltransferasi (EC 2.1.2.1)
Piridossale
Glicina
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
THF
- 46
Timidilato sintasi (EC 2.1.1.45)
5N-Metilene-THF
(Tautomero reattivo)
H
N
H2 N
H
N
N
N
+
O
N
R
+
CH2
O
dUMP
O
R
N
O
OH
H
N
O
P
O
H
S
R
DHF
CH3
O
O P
O
Enz
O
O
H2 N
CH2
H
H
N
O
HS
Enz
O
N
NH
O
O
HO
O
H
N
N
O
Enz
O
P
O
S
N
O
H
N
H
N
HN
+
H
N
N
O O
HN
H
H
N
H
N5
O
H
N
H2 N
H
N
H2 N
dTMP
OH
O
H
H
N
N
O
N
R
5N-10N-Metilene-THF
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
- 47
Timidilato sintasi (EC 2.1.1.45)
4IW5
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
- 48
Timidilato sintasi (EC 2.1.1.45)
Metilene-THF
(Tautomero reattivo)
H
N
H2 N
H
N
N
+
N5
O
O
H
N
dUMP
R
CH2
O
P
O
N
H
N
N
O O
CH2
H
R
H
N
H
N
N
O
S
N
O
V.0.1 © gsartor 2001-2013
O
N
S
P
O
Enz
O
O
O
O
P
O
HS
Enz
N
NH
O
O
HO
O
OH
CH3
O
O
Enz
R
DHF
HN
O
O
H
N
N
HN
O
H
N
H2 N
H
N
H2 N
dTMP
OH
O
Metabolismo dei nucleotidi
4IW5
- 49
Timidilato sintasi (EC 2.1.1.45)
Metilene-THF
(Tautomero reattivo)
H
N
H2 N
H
N
N
+
N5
O
O
H
N
dUMP
R
CH2
O
P
O
N
H
N
N
O O
CH2
H
R
H
N
H
N
N
O
S
N
O
V.0.1 © gsartor 2001-2013
O
N
S
P
O
Enz
O
O
O
O
P
O
HS
Enz
N
NH
O
O
HO
O
OH
CH3
O
O
Enz
R
DHF
HN
O
O
H
N
N
HN
O
H
N
H2 N
H
N
H2 N
dTMP
OH
O
Metabolismo dei nucleotidi
4IW5
- 50
Timidilato sintasi (EC 2.1.1.45)
Metilene-THF
(Tautomero reattivo)
H
N
H2 N
H
N
N
+
N5
O
O
H
N
dUMP
R
CH2
O
P
O
N
H
N
N
O O
CH2
H
R
H
N
H
N
N
O
S
N
O
V.0.1 © gsartor 2001-2013
O
N
S
P
O
Enz
O
O
O
O
P
O
HS
Enz
N
NH
O
O
HO
O
OH
CH3
O
O
Enz
R
DHF
HN
O
O
H
N
N
HN
O
H
N
H2 N
H
N
H2 N
dTMP
OH
O
Metabolismo dei nucleotidi
4IW5
- 51
Timidilato sintasi (EC 2.1.1.45)
5N-Metilene-THF
(Tautomero reattivo)
H
N
H2 N
H
N
N
+
H
O
dUMP
O
R
S
R
N
S
Enz
O
P
O
HS
CH3
O
O
N
NH
O
O
dTMP
Enz
OH
O
THF
H
H
H
N
H2 N
N
N
O
DHF
O
O P
O
H
N
R
O
O
OH
H
N
CH2
H
N
HO
O
H
N
O
Enz
O
H2 N
H
N
H
N
HN
O
P
H
N
N
N
O O
CH2
N
O
O
N
HN
+
H
N
+
O
H
N
H
N5
O
H
N
H2 N
H
N
H2 N
N
H
N
NH
H
N
R
O
R
5N-10N-Metilene-THF
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
- 52
Inibizione
• Un inibitore della timidilato sintasi è il 5-fluorouracile:
O
F
HN
H2C
O
HN
N
H
O
N
O
O
O
P
O O
V.0.1 © gsartor 2001-2013
F
Metabolismo dei nucleotidi
OH
OH
- 53
Timidilato sintasi (EC 2.1.1.45)
5N-Metilene-THF
(Tautomero reattivo)
H
N
H2 N
H
N
N
+
H
H
O
dUMP
O
R
HN
S
OH
H
N
N
O
P
O
O
H2 N
R
S
Enz
HS
CH3
O
O
N
NH
O
O
dTMP
Enz
OH
O
THF
H
H
H
N
H2 N
N
N
O
DHF
O
O P
O
H
N
R
O
O
O
H
CH2
H
N
HO
O
P
H
N
H
N
F
N
O
Enz
H
N
N
N
O O
F
N
O
O
N
CH2
HN
+
N
+
O
H
N
H
N5
O
H
N
H2 N
H
N
H2 N
N
H
N
NH
H
N
R
O
R
5N-10N-Metilene-THF
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
- 54
DHF reduttasi (EC 1.5.1.3)
DHF
H
N
H2 N
N
H
N
N
O
THF
H
N
H2 N
H
N
N
R
NADPH +
H+
H
N
NH
H
N
R
O
NADP+
• Il diidrofolato viene ridotto a tetraidrofolato dalla
diidrofolato reduttasi (EC 1.5.1.3).
• DHF reduttasi è un enzima chiave nella sintesi del
DNA e quindi bersaglio di farmaci e altri inibitori
della duplicazione cellulare.
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
- 55
Inibizione DHFR
• Antagonisti dell’acido folico
H2N
N
N
OH
H2N
N
N
NH2
H2N
N
N
NH2
H
N
N
H
H
N
N
H
CH3
N
O
CH3
O
O
H
N
O
O
O
O
H
N
O
Metotrexato
O
H
N
O
V.0.1 © gsartor 2001-2013
O
Metopteridina
O
N
H
N
N
H
O
H
N
O
Amminopteridina
O
Metabolismo dei nucleotidi
- 56
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 9788808-17030-9] – 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 9788808-06879-8] – 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]
V.0.1 © gsartor 2001-2013
Metabolismo dei nucleotidi
- 57