rof. Giorgio Sartor ucleotidi e coenzimi Copyright 2001-2012 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 2 1 6 3 5 4 7 9 8 irimidine 2 3 4 1 5 6 V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 2-1
urine Le basi puriniche sono: 2 Adenina - A 6-amminopurina 6 Guanina - G 6-idrossi-2-aminopurina 2 2 6 V.1.7 gsartor 2001-2012 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 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 4-2
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 2001-2012 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 3 2 2 Citosina V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 6-3
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 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 7- Ribosio e 2-deossiribosio β-ribosio 2-deossi-β-ribosio C 2 C 2 V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 8-4
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 2001-2012 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 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 10-5
iù in generale: ucleotidi BASE AZTATA BASE AZTATA 5' 3' 1' -- 3 5' 3' 1' V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 11 - Deossinucleotidi iù in generale: BASE AZTATA BASE AZTATA 5' 3' 1' -- 3 5' 3' 1' V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 12-6
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 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 13 - 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 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 14-7
ucleotidi e acidi nucleici RA DA V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 15 - 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 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 16-8
ucleotidi liberi I monofosfonucleotidi hanno la possibilità di essere ulteriormente fosforilati per formare i difosfonucleotidi (AD) e i trifosfonucleotidi (AT) V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 17 - ucleotidi liberi I legami che tengono insieme i residui di fosfato sono legami di tipo anidridico. 2 5 3 1 + 3 2 2 + 4 + V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 18-9
AD e AT Legami di tipo anidridico Legami di tipo fosfoestereo 2 2 AD AT V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 19 - 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 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 20-10
V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 21 - Energia AT 2 G 0 = -7.3 kcal mole-1 AD 2 G 0 = -15.3 kcal mole-1 AM 2 GT 2 V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 22-11
Trasporto di energia AT + 2 AD + 4 3- 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 9.. 2 + 2 V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 23 - 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 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 24-12
G Altre molecole fosforilate hanno G negativo.. 2 + 2 G = -7.3 kcal mole -1 G = -3.3 kcal mole -1.. + V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 25 - erché il G dell AT vale -30.6 kj mole -1? Repulsione tra cariche Maggiore in AT che in AD 2 2 V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 26-13
14 V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 27 - erché il G dell AT vale 7.3 kcal mole -1? Stabilizzazione per risonanza Del fosfato 3 -, + 3 -, + = V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 28 - Trasporto di energia AT + 2 AM + 2 7 4-2 4 3- G 0 = -7.3 kcal mole -1 G 0 = -8 kcal mole -1 2 2.. + 2
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 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 29 - Altre molecole energetiche anno G 0 negativo nella reazione di idrolisi del gruppo fosfato. G = -14.8 kcal mole -1 G = -10.3 kcal mole -1 G = -10.3 kcal mole -1 C 3 2 + Fosfoenolpiruvato Acetilfosfato Fosfocreatina V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 30-15
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 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 31 - 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 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 32-16
gli EZIMI V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 33 - Enzimi ermettono l accoppiamento di reazioni chimiche: ello stesso posto ello stesso momento V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 34-17
Reazioni accoppiate Consideriamo l equilibrio A B G ' = 4 kcal mole -1 [B] eq K eq = = 10 [A] eq - G ' RT = 1.15 10-3 (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 = 2.67 10 2 [B] eq [A] eq [AT] eq = K eq [AD] eq [i] eq V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 35 - Reazioni accoppiate ella cellula il rapporto: [AT] [AD] [i] ~ 500 [B] eq [A] eq = 2.67 10 2 x 500 = 1.34 10 5 1.34 10 5 ~108 1.15 10-3 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 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 36-18
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 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 37 - Trasporto di elettroni AD+ nicotinamide adenindinucleotide Acido nicotinico 2 icotinamide 2 + 2 icotinamide Adenina Dinucleotide V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 38-19
Trasporto di elettroni Come funziona il AD + 2 Stato ossidato + AD + 2 + + + 2e - ( - ) 2 Stato ridotto AD 2 V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 39 - Trasporto di elettroni Come funziona il AD + Stato ossidato Stato ridotto V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 40-20
Trasporto di elettroni + R 2 + + + 2e - ( - ) R 2 AD + AD Trasporta DUE elettroni per molecola Reazione catalizzata dalle DEIDRGEASI V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 41 - Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi (EC 1.2.1.12) G ' = +6.3 kj mol -1 3-fosfogliceraldeide GA C 2 3 -- 4 -- AD + AD S AD+ B R S AD+ R 2 B + 3 Complesso Enzima-substrato come Intermedio tioacetalico Intermedio aciltioestere S AD R B + -- 3 + C 2 3 -- 1,3-bifosfoglicerato 1,3BG GA 1 S AD+ B 3 -- + + V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 42 - R 5 1,3BG S AD+ R 4 B + AD + AD 21
Gliceraldeide-3-fosfato deidrogenasi (EC 1.2.1.12) AD + Cys carbossimetilata V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 43 - Trasporto di elettroni AD + nicotinamide adenindinucleotide fosfato 2 + 2 icotinamide Adenina Fosfato Dinucleotide V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 44-22
Trasporto di elettroni FAD (flavinadenindinucleotide) (Forma ossidata) 3 C 3 C Base di Shiff ridotta Ribosio in forma aperta 2 V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 45 - Trasporto di elettroni FAD (flavinadenindinucleotide) (Forma ossidata) 3 C 3 C Base di Shiff ridotta Ribosio in forma aperta 2 V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 46-23
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 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 47 - 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 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 48-24
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 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 49 - Trasporto di acili Attraverso la formazione di un legame tioestere R S C 3 C 3 2 Legame tioestere V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 50-25
roteina acil-coa Complesso tra la proteina legante acil-coa, Coa e palmitoile V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 51 - 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 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 52-26
Tiamina 3 C 3 C + S 2 C 3 + S 2 C 3 V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 53 - iridossina, piridossale, piridossamina iridossalfosfato 2 + C 3 + C 3 + C 3 + C 3 V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 54-27
iridossina, piridossale, piridossamina iridossalfosfato V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 55 - Biotina S 3 C C 3 V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 56-28
Acido folico e acido tetraidrofolico 2 2 V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 57 - Cobalamina 2 2 2 C 3 3 C 3 C 3 C Co 3+ C 3 2 R 2 2 3 C C 3C3 2 C 3 C 3 C 3 C- C 3 V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 58-29
Acido ascorbico + V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 59 - V.1.7 gsartor 2001-2012 B05 - ucleotidi e coenzimi - 60-30
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 978-8808-17030-9] 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 978-8808-06879-8] - 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/ rotein Data Bank: http://www.rcsb.org/pdb/ Rensselaer olytechnic Institute: http://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/mbweb/mb1/mb1index.html 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: 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 rof. Giorgio Sartor Università di Bologna a Ravenna Giorgio Sartor - giorgio.sartor@unibo.it 31