Nucleotidi e coenzimi

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1 rof. Giorgio Sartor ucleotidi e coenzimi Copyright by Giorgio Sartor. All rights reserved. B05 -Versione 1.7 mar 2012 Basi azotate Le basi azotate coinvolte nella formazione di nucleotidi e coenzimi appartengono a due famiglie principali: urine irimidine V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi - 2-1

2 urine Le basi puriniche sono: 2 Adenina - A 6-amminopurina 6 Guanina - G 6-idrossi-2-aminopurina V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi - 3- urine La struttura delle basi puriniche è legata alla tautomeria cheto-enolica: C 3 C 3 3 C C 3 3 C C 3 Guanina - G 2 2 V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi - 4-2

3 irimidine Le basi pirimidiniche sono: Timina - T 2,4-diidrossi-5-metilpirimidina C 3 Citosina C 2-idrossi-4-metilpirimidina 2 Uracile - U 2,4-diidrossipirimidina V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi - 5- irimidine Anche la struttura delle basi puriniche è legata alla tautomeria cheto-enolica: C 3 C 3 3 C C 3 3 C C 3 Timina (Uracile) C 3 C 3 C Citosina V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi - 6-3

4 Solubilità Le basi azotate sono insolubili in acqua, la loro solubilità è aumentata dal legame con molecole molto idrosolubili: ribosio C 2 2-deossiribosio C 2 V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi - 7- Ribosio e 2-deossiribosio β-ribosio 2-deossi-β-ribosio C 2 C 2 V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi - 8-4

5 ucleosidi Il legame si forma tra il C1 dello zucchero e con l atomo di azoto non coinvolto nella tautomeria. Si formano i nucleosidi, in questo caso l adenosina. 2 5' C 2 4' 3' 1' 2' 2 C 2 2 V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi - 9- ucleotidi La funzione alcolica primaria rimasta libera può essere esterificata con l acido fosforico (fosfoestere), per esempio con l adenosina, si ottiene una molecola idrosolubile e carica. Adenosinmonofosfato (AM) 2 5' 4' 1' 3' 2' 2 5' 3' 1' V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi

6 iù in generale: ucleotidi BASE AZTATA BASE AZTATA 5' 3' 1' ' 3' 1' V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi Deossinucleotidi iù in generale: BASE AZTATA BASE AZTATA 5' 3' 1' ' 3' 1' V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi

7 ucleotidi ciclici Anche la funzione alcolica in 3 può essere esterificata con una funzione acida libera dello stesso acido fosforico, si ottengono i nucleotidi ciclici: cam 2 5' 3' V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi ucleotidi e acidi nucleici Il legame può anche avvenire tra nucleotidi diversi attraverso esterificazioni in 3 e 5 per formare catene polinucleotidiche (acidi nucleici). ucleotide 2 5' Deossinucleotide 2 5' 2 2 3' 3' ucleotide Deossinucleotide Acido ribonucleico (RA) Acido deossiribonucleico (DA) V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi

8 ucleotidi e acidi nucleici RA DA V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi ucleotidi liberi I monofosfonucleotidi hanno la possibilità di essere ulteriormente fosforilati per formare i difosfonucleotidi (AD) e i trifosfonucleotidi (AT) 2 5' 5' 2 3' 3' 1' 1' V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi

9 ucleotidi liberi I monofosfonucleotidi hanno la possibilità di essere ulteriormente fosforilati per formare i difosfonucleotidi (AD) e i trifosfonucleotidi (AT) V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi ucleotidi liberi I legami che tengono insieme i residui di fosfato sono legami di tipo anidridico V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi

10 AD e AT Legami di tipo anidridico Legami di tipo fosfoestereo 2 2 AD AT V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi A cosa servono i nucleotidi Trasporto di energia AT (GT), AD, AM, Segnali intracellulari cam Trasporto di equivalenti ridotti AD + /AD, AD + /AD FAD/FAD 2 Trasporto di acili CoA V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi

11 V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi Energia AT 2 G 0 = -7.3 kcal mole-1 AD 2 G 0 = kcal mole-1 AM 2 GT 2 V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi

12 Trasporto di energia AT + 2 AD G = -7.3 kcal mole -1 (-30.6 kj mole -1 ) a p 7 G = -10 kcal mole -1 (-42 kj mole -1 ) a p V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi G Il valore di G dipende da: Forza ionica Concentrazione di Mg ++ Concentrazione di Ca ++ elle normali condiziono cellulari vale circa: -12 kcal mole -1 I nucleotidi sono contemporaneamente: Stabili Solubili Carichi Reattivi V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi

13 G Altre molecole fosforilate hanno G negativo G = -7.3 kcal mole -1 G = -3.3 kcal mole V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi erché il G dell AT vale kj mole -1? Repulsione tra cariche Maggiore in AT che in AD 2 2 V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi

14 14 V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi erché il G dell AT vale 7.3 kcal mole -1? Stabilizzazione per risonanza Del fosfato 3 -, + 3 -, + = V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi Trasporto di energia AT + 2 AM G 0 = -7.3 kcal mole -1 G 0 = -8 kcal mole

15 AT e Mg ++ ella cellula l AT è spesso complessato con lo ione Mg ++ Mg++ 2 er formare un complesso ibridizzato V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi Altre molecole energetiche anno G 0 negativo nella reazione di idrolisi del gruppo fosfato. G = kcal mole -1 G = kcal mole -1 G = kcal mole -1 C Fosfoenolpiruvato Acetilfosfato Fosfocreatina V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi

16 Come si fa a ricaricare l AD per formare AT Attraverso la catalisi di un enzima (piruvato chinasi) E AD + 2 piruvato chinasi 2 + AT E iruvato V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi Reazioni accoppiate L idrolisi del fosfato permette, attraverso l accoppiamento, ad altre reazioni STAEE di avvenire ugualmente. L AT viene in genere usato dalla cellula come trasportatore di fosfati e come donatore di energia (sottoforma di G). er produrre AT un modo consiste nell accoppiarne la sintesi (da AD e i) all idrolisi di molecole con G di idrolisi maggiore (in valore assoluto). Tutto ciò avviene attraverso V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi

17 gli EZIMI V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi Enzimi ermettono l accoppiamento di reazioni chimiche: ello stesso posto ello stesso momento V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi

18 Reazioni accoppiate Consideriamo l equilibrio A B G ' = 4 kcal mole -1 [B] eq K eq = = 10 [A] eq - G ' RT = (a 25 C) Se la reazione è accoppiata all idrolisi di AT attraverso un enzima: A + AT + 2 B + AD + i + + G ' = -3.3 kcal mole -1 [B] eq [AD] eq [i] eq K eq = [A] eq [AT] eq = [B] eq [A] eq [AT] eq = K eq [AD] eq [i] eq V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi Reazioni accoppiate ella cellula il rapporto: [AT] [AD] [i] ~ 500 [B] eq [A] eq = x 500 = ~ In presenza di idrolisi di AT la Keq di una reazione può aumentare di 10 8 volte; Se l idrolisi di una mole di AT (-7.3 kcal) non bastano più moli di AT possono essere impiegate. V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi

19 Reazioni accoppiate A e B on sono necessariamente due composti chimici ma possono essere: differenti conformazioni di una molecola; differenti concentrazioni di uno ione ai lati di una membrana, ecc stati iniziali e finali di una TRASFRMAZIE! V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi Trasporto di elettroni AD+ nicotinamide adenindinucleotide Acido nicotinico 2 icotinamide icotinamide Adenina Dinucleotide V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi

20 Trasporto di elettroni Come funziona il AD + 2 Stato ossidato + AD e - ( - ) 2 Stato ridotto AD 2 V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi Trasporto di elettroni Come funziona il AD + Stato ossidato Stato ridotto V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi

21 Trasporto di elettroni + R e - ( - ) R 2 AD + AD Trasporta DUE elettroni per molecola Reazione catalizzata dalle DEIDRGEASI V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi (EC ) G ' = +6.3 kj mol -1 3-fosfogliceraldeide GA C AD + AD S AD+ B R S AD+ R 2 B + 3 Complesso Enzima-substrato come Intermedio tioacetalico Intermedio aciltioestere S AD R B C ,3-bifosfoglicerato 1,3BG GA 1 S AD+ B V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi R 5 1,3BG S AD+ R 4 B + AD + AD 21

22 Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi (EC ) AD + Cys carbossimetilata V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi Trasporto di elettroni AD + nicotinamide adenindinucleotide fosfato icotinamide Adenina Fosfato Dinucleotide V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi

23 Trasporto di elettroni FAD (flavinadenindinucleotide) (Forma ossidata) 3 C 3 C Base di Shiff ridotta Ribosio in forma aperta 2 V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi Trasporto di elettroni FAD (flavinadenindinucleotide) (Forma ossidata) 3 C 3 C Base di Shiff ridotta Ribosio in forma aperta 2 V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi

24 Trasporto di elettroni Come funziona il FAD 3 C C 3 R 3 C + R' + R C 3 R R R' FAD (ossidato) FAD z (ridotto) V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi Trasporto di elettroni Il FAD è legato alle proteine, (in questo caso la alcolvanillilico ossidasi) C 3 C 3 Alcool Vanillico Aldeide Vanillica (Vanillina) V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi

25 Gli acili e Coenzima A R gli acetili C 3 Vengono trasportati dal coenzima A (CoA) acido pantotenico AD S β-mercaptoetilamina C 3 C 3 2 V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi Trasporto di acili Attraverso la formazione di un legame tioestere R S C 3 C 3 2 Legame tioestere V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi

26 roteina acil-coa Complesso tra la proteina legante acil-coa, Coa e palmitoile V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi Coenzimi e Vitamine Molecole non proteiche legate che permetto a proteine di svolgere attività enzimatiche: Tiamina (Vit. B 1 ) Tiamina pirofosfato Riboflavina (Vit. B 2 ) FAD e FM Acido icotinico (niacina; Vit. B 3 ) AD + e AD + iridossina, piridossale, piridossamina (Vit. B 6 ) iridossalfosfato Acido pantotenico (Vit. B 5 ) Coenzima A Biotina legata alla carbossilasi Acido folico (Vit. B 9 ) Tetraidrofolato Cobalamina (Vit. B 12 ) coenzimi a cobamide Acido ascorbico (Vit. C) antiossidante V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi

27 Tiamina 3 C 3 C + S 2 C 3 + S 2 C 3 V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi iridossina, piridossale, piridossamina iridossalfosfato 2 + C 3 + C 3 + C 3 + C 3 V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi

28 iridossina, piridossale, piridossamina iridossalfosfato V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi Biotina S 3 C C 3 V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi

29 Acido folico e acido tetraidrofolico 2 2 V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi Cobalamina C 3 3 C 3 C 3 C Co 3+ C 3 2 R C C 3C3 2 C 3 C 3 C 3 C- C 3 V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi

30 Acido ascorbico + V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi V.1.7 gsartor B05 - ucleotidi e coenzimi

31 Crediti e autorizzazioni all utilizzo Questo materiale è stato assemblato da informazioni raccolte dai seguenti testi di Biochimica: CAME amela, ARVEY Richard, FERRIER Denise R. LE BASI DELLA BICIMICA [ISB ] Zanichelli ELS David L., CX Michael M. I RICII DI BICIMICA DI LEIGER -Zanichelli GARRETT Reginald., GRISAM Charles M. BICIMICA con aspetti molecolari della Biologia cellulare - Zanichelli VET Donald, VET Judith G, RATT Charlotte W FDAMETI DI BICIMICA [ISB ] - Zanichelli E dalla consultazione di svariate risorse in rete, tra le quali: Kegg: Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes Brenda: rotein Data Bank: Rensselaer olytechnic Institute: Il materiale è stato inoltre rivisto e corretto dalla rof. Giancarla rlandini dell Università di arma alla quale va il mio sentito ringraziamento. Questo ed altro materiale può essere reperito a partire da: oppure da 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 rof. Giorgio Sartor Università di Bologna a Ravenna Giorgio Sartor - [email protected] 31