Metabolismul nucleotidelor

2

Metabolismul Metabolismul nucleotidelornucleotidelor

3

Digestia Digestia şi absorbţia şi absorbţia nucleotidelornucleotidelor Acizii nucleici, RNA şi DNA nutriţionali sunt Acizii nucleici, RNA şi DNA nutriţionali sunt

supuşi modificărilor în tractul gastro-supuşi modificărilor în tractul gastro-intestinal.intestinal.

Ribonucleazele Ribonucleazele şi şi dezoxiribonucleazele dezoxiribonucleazele secretate de pancreas vor scinda secretate de pancreas vor scinda polinucleotidele până la oligonucleotide.polinucleotidele până la oligonucleotide.

Fosfodiesterazele pancreatice vor conduce la Fosfodiesterazele pancreatice vor conduce la formareaformarea 3’- 3’- şi şi 5’5’- mononucleotide.- mononucleotide.

În continuare, În continuare, nucleotidazenucleotidazelele vor hidroliza vor hidroliza fosfatul, generând nucleozide. Ultimele pot fi fosfatul, generând nucleozide. Ultimele pot fi absorbite în celulele absorbite în celulele intestinale sau scindate intestinale sau scindate de de nucleozidazenucleozidaze la bazele respective. la bazele respective.

4

Purinele şi pirimidinele alimentare nu sunt Purinele şi pirimidinele alimentare nu sunt utilizate în sinteza acizilor nucleici tisulari.utilizate în sinteza acizilor nucleici tisulari.

Purinele în celulele mucoasei intestinale Purinele în celulele mucoasei intestinale sunt transformate în acid uric, eliminat sunt transformate în acid uric, eliminat apoi din circulaţie prin urină.apoi din circulaţie prin urină.

În metabolizarea bazelor purinice e În metabolizarea bazelor purinice e implicată şi flora intestinală.implicată şi flora intestinală.

Pirimidinele, riboza (dezoxiriboza) şi o Pirimidinele, riboza (dezoxiriboza) şi o parte din purine pătrund în circulaţia parte din purine pătrund în circulaţia sanguinăsanguină..

5Digestia Digestia şi absorbţia nucleotidelorşi absorbţia nucleotidelor

6

Metabolismul general al organismului trebuie Metabolismul general al organismului trebuie să asigure existenţa unui fond, elucidând să asigure existenţa unui fond, elucidând cantitatea şi varietatea de nucleotide necesare cantitatea şi varietatea de nucleotide necesare pentru participarea la procesele esenţiale.pentru participarea la procesele esenţiale.

Acest fond se realizează prin: sinteza de novo, Acest fond se realizează prin: sinteza de novo, interconversia nucleotidelor, conversia interconversia nucleotidelor, conversia parţială a ribonucleotidelor în parţială a ribonucleotidelor în dezoxiribonucleotide.dezoxiribonucleotide.

7

Biosinteza de novo Biosinteza de novo a nucleotidelor purinicea nucleotidelor purinice

Inelul purinic are ca precursori mai multe Inelul purinic are ca precursori mai multe substanţe.substanţe.

Prin ulilizarea pecursorilor marcaţi s-a stabilit Prin ulilizarea pecursorilor marcaţi s-a stabilit originea fiecărui atom din acest nucleu.originea fiecărui atom din acest nucleu.

Prima reacţie constă în activarea ribozil-5-Prima reacţie constă în activarea ribozil-5-fosfatului cu ATP catalizată de fosfatului cu ATP catalizată de PRPP PRPP sintetază.sintetază.

Produsul format 5-PR-Produsul format 5-PR-αα-1-PPi este un compus--1-PPi este un compus-cheie în metabolismul nucleotidelor, fiind cheie în metabolismul nucleotidelor, fiind precursor şi la sinteza triptofanului şi precursor şi la sinteza triptofanului şi histidinei. histidinei.

8

CO2

N

CN

C

CC N

NC

Glicina

Aspartat

N10

Formil-FH4

Glutamina

N5-N10-metenil-FH4

Sursa de atomi pentru inelul purinic

9

Etapa cheieEtapa cheie în sinteză decurge în stadiul în sinteză decurge în stadiul următor, finalizând cu formarea 5-următor, finalizând cu formarea 5-fosforibozil-aminei.fosforibozil-aminei.

Enzima, amidofosforibozil-transferaza este Enzima, amidofosforibozil-transferaza este al 2-lea punct de control al secvenţei.al 2-lea punct de control al secvenţei.

Forţa motrice a procesului este hidroliza Forţa motrice a procesului este hidroliza pirofosfatului.pirofosfatului.

Glutamin amidotransferaza Glutamin amidotransferaza poate fi inhibată poate fi inhibată de analogii structurali ai glutaminei ca: de analogii structurali ai glutaminei ca: azaserina azaserina şi şi acivicina, acivicina, ultima este un agent ultima este un agent chemoterapeutic în tratamentul cancerului. chemoterapeutic în tratamentul cancerului.

10

Biosinteza de novo a IMPBiosinteza de novo a IMP

O

OHOH

CH2

P

OO

OH

CH2

P

O

O P P

ATPAMP

PRPP sintetaza

1

O

OH

CH2 NH2

P

O

Glutamin PRPP amidotransferaza

2

Gln Glu

H2OPPi

Ribozo-5-fosfat PRPP 5-fosfo-beta-D-riboxilamina

AMPGMPIMPGln

GlyATP

ADP + Pi

Glicinamid ribonucleotidsintetaza

3

O

OH

CH2

NH

P

C

O

O

CH2 NH2

Glicinamidribonucleotid

Glicinamid ribonucleotidtransformilaza

H2OI

FH4 N5N10-metenil-FH4

4

O

OH

CH2

NH

P

C

O

O

CH2 NH CHO

Formilglicinamidribonucleotid

Formilglicinamidribonucleotid

amidotransferaza

5

Gln

Glu

ATP

ADP + Pi

OH

OHOH

OHOH

11

O

OH

CH2

NH

P

C

O

CH2 NH CHO

Formilglicinamidinribonucleotid

OH

O

OH

CH2

N

P

C

O

5-amidoimidazolribonucleotid

OH

H2NHN

N

CH

HC

O

OH

CH2

N

P

C

O

5-amino-4-carboxiamino-imidazol ribonucleotid

OH

H2N

N

CH

C

-OOC

O

OH

CH2

N

P

C

O

N-succinil-5-aminoimidazol -4-carboxiamid ribonucleotid

OH

H2N

N

CH

C

C ONHCH

CHHOOC

HOOC

O

OH

CH2

N

P

C

O

5-aminoimidazol -4-carboxiamid ribonucleotid

OH

H2N

N

CH

C

C

O

H2N

O

OH

CH2

N

P

C

O

N-formilaminoimidazol -4-carboxiamid ribonucleotid

OH

N

CH

C

C

O

H2N

OHC

NH

O

OH

CH2

N

P

C

O

Inozin-5 ,-monofosfat(IMP)

OH

N

CH

C

C

O

H2N

NH

HC

ATP ADP + Pi

5-amidoimidazolribonucleotid

sintetaza

6CO2

7

5-amidoimidazolribonucleotid

carboxilaza

ATP

ADP + Pi

N-succinil-5-aminoimidazol-4-carboxiamid ribonucleotid

sintetaza

Asp

8

Fumarat

9

N-succinil-5-aminoimidazol-4-carboxiamid ribonucleotid

liazaN10-formil-FH4

FH4

I10

5-aminoimidazol-4-carboxiamid ribonucleotid

transformilaza

H2O

Inozin-5 ,- monofosfat

sintaza

11

12

Urmează condensarea glicinei (ATP), Urmează condensarea glicinei (ATP), metenil-FHmetenil-FH44, glutaminei (ATP), ATP, CO, glutaminei (ATP), ATP, CO22, , aspartatul (ATP), formil-FHaspartatul (ATP), formil-FH44, cu sinteza , cu sinteza acidului inozinic sau acidului inozinic sau inozinmonofosfat.inozinmonofosfat.

Sinteza necesită 6 P, ioni de MgSinteza necesită 6 P, ioni de Mg2+2+, K, K++, , secvenţa este exergonică şi ireversibilă.secvenţa este exergonică şi ireversibilă.

Procesul de sinteză este modificat Procesul de sinteză este modificat subsub acţiunea unor preparate medicamentoase acţiunea unor preparate medicamentoase cum sunt analogii cum sunt analogii acidului p-aminobenzoic acidului p-aminobenzoic (APAB) (APAB) şi şi acidului folic.acidului folic.

Sulfonamidele, analogi după structură cu Sulfonamidele, analogi după structură cu APAB, competitiv inhibă sinteza de acid folic APAB, competitiv inhibă sinteza de acid folic la bacterii. la bacterii.

13

Întrucât sinteza purinelor necesită FHÎntrucât sinteza purinelor necesită FH44 în calitate de coenzimă, preparatele în calitate de coenzimă, preparatele date reduc această cale în bacterii.date reduc această cale în bacterii.

În corpul omenesc acidul folic nu se În corpul omenesc acidul folic nu se sintetizeză şi, deci, este nevoie de sursă sintetizeză şi, deci, este nevoie de sursă externă. externă.

De aceea, sulfonamidele, nu impiedică De aceea, sulfonamidele, nu impiedică sinteza purinelor la om.sinteza purinelor la om.

Metotrexatul Metotrexatul şi compuşii analogi inhibă şi compuşii analogi inhibă reacţia de reducere a dihidrofolatului în reacţia de reducere a dihidrofolatului în tetrafolat. tetrafolat.

14

Ele limiteză cantitatea de FHEle limiteză cantitatea de FH44 necesar necesar sintezei purinelor şi astfel, diminuează sintezei purinelor şi astfel, diminuează replicarea DNA în celulele mamiferelor.replicarea DNA în celulele mamiferelor.

Aceşti compuşi sunt utilizaţi în terapia Aceşti compuşi sunt utilizaţi în terapia cancerului care se dezvoltă rapid, însă cancerului care se dezvoltă rapid, însă sunt toxici pentru toate celulele care sunt toxici pentru toate celulele care divizeză.divizeză.

Analogii structurali ai purinelor Analogii structurali ai purinelor (acicloguanozina – (acicloguanozina – acicloviraciclovir) sunt folosiţi ) sunt folosiţi în tratamentul infecţiilor herpetice.în tratamentul infecţiilor herpetice.

15

Aceşti antimetaboliţi sunt fosforilaţi de Aceşti antimetaboliţi sunt fosforilaţi de enzimele celulare sau virale, rezultând enzimele celulare sau virale, rezultând derivaţi activi care blochează specific derivaţi activi care blochează specific DNA-polimerazele virale.DNA-polimerazele virale.

IMP este mai departe convertit în AMP şi IMP este mai departe convertit în AMP şi GMP conform schemei de mai jos.GMP conform schemei de mai jos.

Consumarea diferitelor surse de energie Consumarea diferitelor surse de energie oferă posibilitatea controlului reciproc al oferă posibilitatea controlului reciproc al sintezei nucleotidelor cu adenină şi sintezei nucleotidelor cu adenină şi guanină.guanină.

16

Conversia IMP Conversia IMP în AMP şi GMP în AMP şi GMP şi reglarea acestor reacţiişi reglarea acestor reacţii

HOOC CH CH2 COOH

NH

N

N N

N

Riboza-5,

PAcid adenilo

succinic

Adenilosuccinaza

Acid fumaric

NH

N

N N

N

Riboza-5,

P

AMP (acid adenilic)

2

OH

N

N N

N

Riboza-5,

P

IMP (acid inozinic)

Acid aspartic

GDP + Pi

GTP

Adenilosuccinat sintetaza

OH

N

N N

N

Riboza-5,

P

XMP (xantozin-5 ,-monofosfat)

HO

OH2

NAD+

NADH + H+

N

N N

N

Riboza-5,

P

GMP (acid guanilic)

H2N

OH

IMP - dehidrogenaza

NH3 sau Glutamina

Glu

ATP AMP + PPiGMP - dehidrogenaza

17

Reutilizarea purinelorReutilizarea purinelor

La hidroliza acizilor nucleici, nucleozidelor La hidroliza acizilor nucleici, nucleozidelor se formeză baze purinice libere, care pot fi se formeză baze purinice libere, care pot fi utilizate pentru sinteză.utilizate pentru sinteză.

Împreună cu cele sintetizate de novo, Împreună cu cele sintetizate de novo, alcătuiesc un fond metabolic comun alcătuiesc un fond metabolic comun accesibil tuturor celulelor.accesibil tuturor celulelor.

Sinteza din produse finite (reîncorporarea, Sinteza din produse finite (reîncorporarea, reutilizarea) este mai eficace, mai ieftină reutilizarea) este mai eficace, mai ieftină pentru celule, mai ales în celulele cu o pentru celule, mai ales în celulele cu o mare viteză de creştere, de regenerare mare viteză de creştere, de regenerare (embrionul, tumorile, reproducerea). (embrionul, tumorile, reproducerea).

18

La prima etapă are loc condensarea bazei La prima etapă are loc condensarea bazei purinice cu PRPP şi crearea directă a purinice cu PRPP şi crearea directă a ribonucleotidului, reacţie catalizată de ribonucleotidului, reacţie catalizată de fosforibozil transferazefosforibozil transferaze..

Există o enzimă specifică pentru adenină Există o enzimă specifică pentru adenină (APRT) – (APRT) – adenin-fosforibozil transferaza adenin-fosforibozil transferaza şi şi alta pentru guanină şi hipoxantină (HGPRT – alta pentru guanină şi hipoxantină (HGPRT – hipoxantin-guanin-fosforibozil transferazahipoxantin-guanin-fosforibozil transferaza).).

Adenină + PRPP → Adenilat + PPiAdenină + PRPP → Adenilat + PPi

Hipoxantină + PRPP → Inozinat + Hipoxantină + PRPP → Inozinat + PPiPPi

Guanină + PRPP → Guanilat + PPiGuanină + PRPP → Guanilat + PPi

19

O transformare la care sunt supuse O transformare la care sunt supuse purinele libere sau derivaţii lor este purinele libere sau derivaţii lor este dezaminarea, prin care o funcţie NHdezaminarea, prin care o funcţie NH22 este este înlocuită cu una oxigenată.înlocuită cu una oxigenată.

Reacţia poate avea loc la nivel de Reacţia poate avea loc la nivel de nucleotid, nucleozid sau bază purinică.nucleotid, nucleozid sau bază purinică.

Dezaminarea AMP la IMP, sub acţiunea Dezaminarea AMP la IMP, sub acţiunea AMP dezaminazeiAMP dezaminazei, este calea cea mai , este calea cea mai probabilă de metabolizare a AMP.probabilă de metabolizare a AMP.

Guanin dezaminaza (guanaza) Guanin dezaminaza (guanaza) transformătransformă guanina → xantină guanina → xantină şişi inozina → inozina → hipoxantină.hipoxantină.

La mamifere lipseşte enzima care La mamifere lipseşte enzima care transformă adenina în hipoxantină.transformă adenina în hipoxantină.

20

Reglarea biosintezeiReglarea biosintezei

Un mecanism asigură cantitateaUn mecanism asigură cantitatea de IMP şi de IMP şi altul – repartizarea lui între AMP şi GMP.altul – repartizarea lui între AMP şi GMP.

Transformarea lor în trifosfaţi este Transformarea lor în trifosfaţi este dependentă de sarcina energetică celulară.dependentă de sarcina energetică celulară.

Nucleotidele acţionează ca factori negativi Nucleotidele acţionează ca factori negativi asupra – PRPP sintetazei, amidofosfo-ribozil asupra – PRPP sintetazei, amidofosfo-ribozil transferazei, forma monomerică fiind activă, transferazei, forma monomerică fiind activă, iar dimerică – inactivă. iar dimerică – inactivă.

21Reglarea biosintezei nucleotidelor puriniceReglarea biosintezei nucleotidelor purinice

22

Creşterea concentraţiei PRPP provoacă Creşterea concentraţiei PRPP provoacă depolimerizarea asociată, cu activarea depolimerizarea asociată, cu activarea enzimei.enzimei.

Nucleozidele acţionează în mod invers, Nucleozidele acţionează în mod invers, drept activator serveşte glutamina.drept activator serveşte glutamina.

Aici se mai înregistrează un control Aici se mai înregistrează un control pozitiv reciproc din partea ATP şi GTP. pozitiv reciproc din partea ATP şi GTP.

23

Catabolismul purinelorCatabolismul purinelor Bazele purinice endogene sau Bazele purinice endogene sau

exogene, care n-au fost încorporate exogene, care n-au fost încorporate în nucleotide sunt transformate în în nucleotide sunt transformate în acid uric şi eliminate pe cale renală.acid uric şi eliminate pe cale renală.

Nucleotidele pot fi transformate în Nucleotidele pot fi transformate în nucleozide prin hidroliză, catalizată nucleozide prin hidroliză, catalizată de 5de 5’ – ’ – nucleotidazenucleotidaze..

O

OH OH

CH2OP OBA

H2OPi

EBAR

24

Nucleozidele sunt scindate la baze Nucleozidele sunt scindate la baze printr-o reacţie fosforolitică, printr-o reacţie fosforolitică, catalizată de o nucleozid fosforilază catalizată de o nucleozid fosforilază (E(E11), cu formarea R-1-P care poate fi ), cu formarea R-1-P care poate fi izomerizat sub acţiunea fosforibozil izomerizat sub acţiunea fosforibozil mutazei (Emutazei (E22) în R-5-P, substrat ) în R-5-P, substrat pentru sinteza PRPP.pentru sinteza PRPP.

BAR

Pi

BA + R1 P

E2E1R 5 P

25

Acidul uric se formează din hipoxantină şi Acidul uric se formează din hipoxantină şi din xantină prin oxidare, cu participarea din xantină prin oxidare, cu participarea xantin oxidazeixantin oxidazei..

Enzima este o flavoproteină dimeră, ce Enzima este o flavoproteină dimeră, ce conţine molibden şi Feconţine molibden şi Fe++++..

Păsările şi reptilele elimină acid uric, Păsările şi reptilele elimină acid uric, păstrând apa în organism, deoarece păstrând apa în organism, deoarece cristalele lui se elimină cu o minimă cristalele lui se elimină cu o minimă cantitate de apă.cantitate de apă.

Ureea leagă cantităţi mari de apă.Ureea leagă cantităţi mari de apă.

26

Aceste specii ce elimină acidul uric sunt Aceste specii ce elimină acidul uric sunt numite uricotelice faţă de ureotelice numite uricotelice faţă de ureotelice (elimină uree).(elimină uree).

Acidul uric este un compus greu solubil în Acidul uric este un compus greu solubil în apă, pe când monouratul de sodiu este ceva apă, pe când monouratul de sodiu este ceva mai solubil.mai solubil.

Pe măsură ce procesul de acidifiere a urinei Pe măsură ce procesul de acidifiere a urinei progresează, uratul trece în acid uric.progresează, uratul trece în acid uric.

La un pH La un pH == 5,75 uratul şi acidul uric coexistă în 5,75 uratul şi acidul uric coexistă în cantităţi egale, iar la cantităţi egale, iar la pH pH << 5 predomină acidul uric mai 5 predomină acidul uric mai puţin solubil.puţin solubil.

27

În 24 ore excreţia constituie 400-600 mg.În 24 ore excreţia constituie 400-600 mg. Acidul uric este o substanţă uşor oxidabilă Acidul uric este o substanţă uşor oxidabilă

şi, prin capacitatea sa de a capta radicali şi, prin capacitatea sa de a capta radicali liberi, este un factor protector contra liberi, este un factor protector contra agresiunii oxidante continue la care sunt agresiunii oxidante continue la care sunt expuse majoritatea ţesuturilor expuse majoritatea ţesuturilor organismului.organismului.

28

Patologia metabolismului Patologia metabolismului purinelorpurinelor

CCâteva tulburări afectează metabolismul âteva tulburări afectează metabolismul purinelor.purinelor.

Ele sunt Ele sunt gutaguta şi şi sindromul asociat cu deficienţă sindromul asociat cu deficienţă dede

HPRTHPRT,, APRT APRT,, adenozin deaminază adenozin deaminază,, nucleozid nucleozid

fosforilazăfosforilază,, monoadenilat deaminază monoadenilat deaminază şi şi xantinxantin

oxidazăoxidază..

29

GutaGuta Este un grup heterogen de boli genetice Este un grup heterogen de boli genetice

şi dobândite caracterizate de nivele şi dobândite caracterizate de nivele înalte de urat în sânge (hiperuricemia) şi înalte de urat în sânge (hiperuricemia) şi de acid uric în urină (uricurie).de acid uric în urină (uricurie).

Hiperuricemia la bărbaţi este definită ca Hiperuricemia la bărbaţi este definită ca concentraţie serică de urat mai mare de concentraţie serică de urat mai mare de 7 mg/dL (420 7 mg/dL (420 μμmol/L) şi la femei 6 mol/L) şi la femei 6 mg/dL (357 mg/dL (357 μμmol/L).mol/L).

În gută hiperuricemia este un eveniment În gută hiperuricemia este un eveniment biochimic frecvent, totuşi mulţi subiecţi biochimic frecvent, totuşi mulţi subiecţi hiperuricemici pot să nu dezvolte clinic hiperuricemici pot să nu dezvolte clinic guta (hiperuricemia asimptomatică). guta (hiperuricemia asimptomatică).

30

Toate simptomele cliniceToate simptomele clinice de gută cresc de la de gută cresc de la solubilitatea scăzută a uratului în fluidele solubilitatea scăzută a uratului în fluidele biologice.biologice.

Solubilitatea maximă a uratului în plasmă la Solubilitatea maximă a uratului în plasmă la 3737ººC este de aproximativ 7 mg/dL.C este de aproximativ 7 mg/dL.

TotuTotuşşi, în structuri periferice i, în structuri periferice şşi la extremităi la extremităţţi, i, unde temperatura este mai mică decât unde temperatura este mai mică decât 3737ººC, C, solubilitatea uratului se micsolubilitatea uratului se micşşorează.orează.

Când uratul este prezent în soluCând uratul este prezent în soluţţii ii suprasaturate, formarea cristalelor suprasaturate, formarea cristalelor monosodiului monohidrat de urat are loc mai monosodiului monohidrat de urat are loc mai rapid. rapid.

31

Depozite de cristale agregate, cunoscute Depozite de cristale agregate, cunoscute ca ca tofustofus, în şi împrejurul articulaţiilor , în şi împrejurul articulaţiilor extremităţilor iniţiază o reacţie extremităţilor iniţiază o reacţie inflamatoare străină corpului (artrită inflamatoare străină corpului (artrită acută) ce implică leucocitele, acută) ce implică leucocitele, complementul şi alţi mediatori.complementul şi alţi mediatori.

Această reacţie cauzeză dureri severe, Această reacţie cauzeză dureri severe, umflături, roşeaţă şi fierbinţeală în locurile umflături, roşeaţă şi fierbinţeală în locurile afectate.afectate.

Atacurile iniţiale sunt de obicei acute şi Atacurile iniţiale sunt de obicei acute şi frecvent afectează articulaţia frecvent afectează articulaţia metatarsofalangiană a degetului mare. metatarsofalangiană a degetului mare.

32

Tofusurile de asemenea pot fi prezente în Tofusurile de asemenea pot fi prezente în ţesuturile subcutanate, cartilaje, oase şi ţesuturile subcutanate, cartilaje, oase şi rinichi.rinichi.

Formarea calculilor urinari (urolitiază) de Formarea calculilor urinari (urolitiază) de urat este frecventă.urat este frecventă.

Guta este potenţial cronică şi disfigurativă.Guta este potenţial cronică şi disfigurativă. Guta primară este o tulburare a Guta primară este o tulburare a

metabolismului purinic ce se întâlneşte mai metabolismului purinic ce se întâlneşte mai des la bărbaţi.des la bărbaţi.

Condiţia este multifactorială şi implică Condiţia este multifactorială şi implică factori genetici şi negenetici.factori genetici şi negenetici.

Frecvenţa la femei este joasă, când apare de Frecvenţa la femei este joasă, când apare de obicei este identificată la femei după obicei este identificată la femei după menopauză. menopauză.

33

Concentraţia normală de urat în sânge la Concentraţia normală de urat în sânge la bărbaţi este ~1 mg/dL, mai înaltă decât la bărbaţi este ~1 mg/dL, mai înaltă decât la femei, dar această diferenţă dispare după femei, dar această diferenţă dispare după menopauză. menopauză.

Astfel, la femei creşterea nivelului de urat în Astfel, la femei creşterea nivelului de urat în ser după menopauză poate mări riscul de ser după menopauză poate mări riscul de dezvoltare a gutei.dezvoltare a gutei.

Guta se întâlneşte rar la copii şi adolescenţi. Guta se întâlneşte rar la copii şi adolescenţi.

34

Guta primară poate fi cauzată de Guta primară poate fi cauzată de supraproducţia sau subexcreţia acidului supraproducţia sau subexcreţia acidului uric sau a unei combinaţii a acestora. uric sau a unei combinaţii a acestora.

Frecvent, persoanele din aceeaşi generaţie Frecvent, persoanele din aceeaşi generaţie sau alte rude apropiate a indivizilor sau alte rude apropiate a indivizilor afectaţi au niveluri ridicate de acid uric în afectaţi au niveluri ridicate de acid uric în sînge, dar nu dezvoltă guta, indicând faptul sînge, dar nu dezvoltă guta, indicând faptul că hiperuricemia nu este unicul factor că hiperuricemia nu este unicul factor implicat. implicat.

Guta renală primară se datorează Guta renală primară se datorează subexcreţiei acidului uric, cauzată de un subexcreţiei acidului uric, cauzată de un defect tubular renal în transportul acestui defect tubular renal în transportul acestui compus. compus.

35

Guta primară metabolică se datoreaă Guta primară metabolică se datoreaă supraproducţiei de purine şi acid uric. supraproducţiei de purine şi acid uric.

Predominarea gutei este mai înaltă în Predominarea gutei este mai înaltă în anumite populaţii (ex. 10% din adulţi anumite populaţii (ex. 10% din adulţi masculini Maori din Noua Zeilanda). masculini Maori din Noua Zeilanda).

În Europa şi SUA, rata persoanelor În Europa şi SUA, rata persoanelor afectate este de 0,13%-0,37%.afectate este de 0,13%-0,37%.

36

Guta secundară se dezvoltă ca o complicaţie Guta secundară se dezvoltă ca o complicaţie a hipruricemiei cauzată de alte tulburări (ex. a hipruricemiei cauzată de alte tulburări (ex. leucemie, nefrită cronică, policetemia). leucemie, nefrită cronică, policetemia).

Acest tip de hiperuricemie, de obicei este Acest tip de hiperuricemie, de obicei este asociat cu o producţie anormal de rapidă de asociat cu o producţie anormal de rapidă de acizi nucleici.acizi nucleici.

Cazurile rare de gută la adolscenţi şi copii Cazurile rare de gută la adolscenţi şi copii sunt de obicei de acest tip.sunt de obicei de acest tip.

37

Supraproducţia de PRPPSupraproducţia de PRPP

Mecanismul hiperuricemiei la mulţi indivizi Mecanismul hiperuricemiei la mulţi indivizi care au gută nu este cunoscut.care au gută nu este cunoscut.

Se discută ipoteza leziunilor biochimice care Se discută ipoteza leziunilor biochimice care duc la hiperuricemie şi pot eventual duce la duc la hiperuricemie şi pot eventual duce la gută. gută.

Sinteza mărită de PRPP rezultă din mutaţii la Sinteza mărită de PRPP rezultă din mutaţii la nivelul cromozomului X-linkat a PRPP nivelul cromozomului X-linkat a PRPP sintetazei. sintetazei.

Câteva variante arată un Vmax mărit, Câteva variante arată un Vmax mărit, rezistenţă la inhibiţia feed-back sau Km rezistenţă la inhibiţia feed-back sau Km scăzut pentru ribozo-5-fosfat.scăzut pentru ribozo-5-fosfat.

38

Niveluri PRPP pot fi de asemenea Niveluri PRPP pot fi de asemenea crescute ca rezultat al subutilizarii crescute ca rezultat al subutilizarii căii purinice recuperătoare. căii purinice recuperătoare.

Astfel, deficienţa HPRT (parţială sau Astfel, deficienţa HPRT (parţială sau totală) cauzează hiperuricemia ca o totală) cauzează hiperuricemia ca o trasătură X-linkat recesivă. trasătură X-linkat recesivă.

În situaţiile când ATP-ul este consumat În situaţiile când ATP-ul este consumat mai rapid decât este sintetizat sau când mai rapid decât este sintetizat sau când ATP-sintaza este afectată, ADP şi AMP se ATP-sintaza este afectată, ADP şi AMP se acumulează şi eventual este convertit în acumulează şi eventual este convertit în acid uric.acid uric.

39

Hiperuricemia poate apărea în condiţii Hiperuricemia poate apărea în condiţii hipoxice (ex. sindromul adult al deficienţei hipoxice (ex. sindromul adult al deficienţei respiratorii), deficienţa glucozei-6-fosfat şi respiratorii), deficienţa glucozei-6-fosfat şi boală acută (ex. şoc hemoragic sever). boală acută (ex. şoc hemoragic sever).

Astfel hiperuricemia poate servi ca un Astfel hiperuricemia poate servi ca un marker pentru crizele energetice celulare. marker pentru crizele energetice celulare.

40

Ingestia de etanol cauzează hiperuricemia Ingestia de etanol cauzează hiperuricemia datorată degradării crescute a ATP-ului la datorată degradării crescute a ATP-ului la AMP. AMP.

Cel din urmă, apare în metabolismul Cel din urmă, apare în metabolismul etanolic în timpul conversiei acetatului la etanolic în timpul conversiei acetatului la acetilCoA. acetilCoA.

În toate aceste instanţe a producţiei de acid În toate aceste instanţe a producţiei de acid uric de către xantin-oxidaza, nivelul uric de către xantin-oxidaza, nivelul formării produselor citotoxice din aceste formării produselor citotoxice din aceste reacţii ca peroxidul de hidrogen şi radicalul reacţii ca peroxidul de hidrogen şi radicalul superoxid, de asemenea este crescut.superoxid, de asemenea este crescut.

41

Pacienţiii cu dificienţă de glucoză-6-fosfat Pacienţiii cu dificienţă de glucoză-6-fosfat (boala depozitării de glicogen de tip I) (boala depozitării de glicogen de tip I) manifestă hiperuricemie din copilărie şi manifestă hiperuricemie din copilărie şi unii dezvoltă guta mai târziu. unii dezvoltă guta mai târziu.

Din cauza hipoglicemiei lor, aceşti Din cauza hipoglicemiei lor, aceşti pacienţi dezvoltă o acidemie hiperlactică pacienţi dezvoltă o acidemie hiperlactică marcată şi lactatul reduce eliminarea marcată şi lactatul reduce eliminarea renal de acid uric, supresând secreţia lui renal de acid uric, supresând secreţia lui tubulară. tubulară.

42

Excreţia renală de urat este comlexă, Excreţia renală de urat este comlexă, cuprinzând filtrarea glomerulară, cuprinzând filtrarea glomerulară, reabsorbţia tubulară şi secreţia tubulară. reabsorbţia tubulară şi secreţia tubulară.

Se presupune că uratul în urină este Se presupune că uratul în urină este crescut în urma secreţiei tubulare. crescut în urma secreţiei tubulare.

Producţia crescută de acid uric în Producţia crescută de acid uric în deficienţa glucozei-6-fosfat a fost deficienţa glucozei-6-fosfat a fost atribuită producţiei mărite de ATP şi ca atribuită producţiei mărite de ATP şi ca urmare epuizarea nucleotidelor urmare epuizarea nucleotidelor adenilice, cu inhibarea feed-back-ului de adenilice, cu inhibarea feed-back-ului de către amidofosforiboziltransferază şi a către amidofosforiboziltransferază şi a accelerării de novo a sintezei de accelerării de novo a sintezei de nucleotide purinice. nucleotide purinice.

43

Nivelurile scăzute de ATP şi Pi rezultă Nivelurile scăzute de ATP şi Pi rezultă din prezenţa nivelurilor crescute de din prezenţa nivelurilor crescute de intermediari glicolitici fosforilaţi. intermediari glicolitici fosforilaţi.

Un mecanism similar a fost propus Un mecanism similar a fost propus pentru hiperuricemia ce rezultă pentru hiperuricemia ce rezultă lala administraadministrarearea intravenosă a fructozei la intravenosă a fructozei la oameni.oameni.

Producţia excesivă de acizi organici Producţia excesivă de acizi organici duce la niveluri ridicate de acid uric. duce la niveluri ridicate de acid uric.

44

Lactatul, acetoacetatul şi β-hidroxibutiratul Lactatul, acetoacetatul şi β-hidroxibutiratul (ultimele două sunt cunoscute ca corpi (ultimele două sunt cunoscute ca corpi cetonici) concurează cu acidul uric pentru cetonici) concurează cu acidul uric pentru secreţia efectuată de tubii renali. secreţia efectuată de tubii renali.

Acidemia lactică poate apărea în deficienţa Acidemia lactică poate apărea în deficienţa glucozei-6-fosfat şi la ingestia alcoolului.glucozei-6-fosfat şi la ingestia alcoolului.

Cetonemia şi cetonuria apar în diabetul Cetonemia şi cetonuria apar în diabetul netratat, inaniţie, deficienţa de glucoză-6-netratat, inaniţie, deficienţa de glucoză-6-fosfat. fosfat.

45

Tratamentul guteiTratamentul gutei

O serie de medicamente sunt folosite în O serie de medicamente sunt folosite în controlul gutei în 3 situaţii clinice:controlul gutei în 3 situaţii clinice:

1. A trata guta acută artritică;1. A trata guta acută artritică;

2. A preveni atacurile acute;2. A preveni atacurile acute;

3. A scădea concentraţiile serice de 3. A scădea concentraţiile serice de urat.urat.

46

Atacurile de gută acută frecvent afectează Atacurile de gută acută frecvent afectează prima ariculaţie metatarsiană a piciorului. prima ariculaţie metatarsiană a piciorului.

În fluidele aspirate din articulaţie, cristalele În fluidele aspirate din articulaţie, cristalele de urat pot fi văzute la microscopul de urat pot fi văzute la microscopul luminiscent polarizant, ce este folosit la luminiscent polarizant, ce este folosit la diagnoza definitivă. diagnoza definitivă.

Tratamentul gutei acute include Tratamentul gutei acute include administrarea de colchicine, medicamente administrarea de colchicine, medicamente nesteroide antiinflamatoare (NSAIDs), nesteroide antiinflamatoare (NSAIDs), corticosteroizii, hormonul adrenocorticotrop corticosteroizii, hormonul adrenocorticotrop (ACTH) şi analgezice.(ACTH) şi analgezice.

Colchicina şi NSAID de asemenea pot fi Colchicina şi NSAID de asemenea pot fi folosite profilactic pentru a preveni atacuri folosite profilactic pentru a preveni atacuri acute la pacienţii cu gută.acute la pacienţii cu gută.

47

Medicamentele folosite pentru a scadea Medicamentele folosite pentru a scadea concentraţiile serice de urat sunt concentraţiile serice de urat sunt probenecidul, sulfinpirazon, allopurinol.probenecidul, sulfinpirazon, allopurinol.

Colchicina depolimerizeaza microtubulii Colchicina depolimerizeaza microtubulii şi structuri ca fusul mitotic, constituit din şi structuri ca fusul mitotic, constituit din microtubuli. microtubuli.

Ea este efectivă pentru scăderea Ea este efectivă pentru scăderea durerilor şi frecvenţei atacurilor, dar durerilor şi frecvenţei atacurilor, dar mecanismul acţiunii lui este necunoscut.mecanismul acţiunii lui este necunoscut.

Allopurinolul, un analog al hipoxantinei, Allopurinolul, un analog al hipoxantinei, inhibă xantin-oxidaza şi reduce formarea inhibă xantin-oxidaza şi reduce formarea xantinei şi a acidui uric. xantinei şi a acidui uric.

48

El este convertit de xantin-oxidază la El este convertit de xantin-oxidază la alloxantină, ce leaga strâns la centrul activ alloxantină, ce leaga strâns la centrul activ MoMo4+4+. .

Aceasta reduce reoxidarea MoAceasta reduce reoxidarea Mo4+4+ la Mo la Mo6+6+ şi şi afecteaza activitatea catalitică. afecteaza activitatea catalitică.

Acest tip de inhibitor în care un substrat Acest tip de inhibitor în care un substrat analog este convertit la un inhibitor şi nu analog este convertit la un inhibitor şi nu sunt eliberate de la centrul activ, este sunt eliberate de la centrul activ, este cunoscut ca inactivator enzimatic suicidal cunoscut ca inactivator enzimatic suicidal sau ca mecanism bazat pe inhibitor.sau ca mecanism bazat pe inhibitor.

Allopurinolul de asemenea este convertit de Allopurinolul de asemenea este convertit de HPRT la allopurinol ribonucleotid. HPRT la allopurinol ribonucleotid.

49

Producerea de acid uric este scazută prin Producerea de acid uric este scazută prin epuizarea de PRPP. epuizarea de PRPP.

Allopurinolul ribonucleotid, de asemenea Allopurinolul ribonucleotid, de asemenea inhiba alosteric PRPP-amido transferaza. inhiba alosteric PRPP-amido transferaza.

Atât timp cât xantina este şi un produs, şi Atât timp cât xantina este şi un produs, şi un substrat pentru xantin-oxidaza, terapia un substrat pentru xantin-oxidaza, terapia cu allopurinol poate cauza acumularea cu allopurinol poate cauza acumularea xantinei în organism. xantinei în organism.

Xantina este puţin solubilă în urină (dar Xantina este puţin solubilă în urină (dar mai solubilă ca acidul uric), aceasta poate mai solubilă ca acidul uric), aceasta poate cauza xantin cristaluria urinară sau cauza xantin cristaluria urinară sau formarea de pietre. formarea de pietre.

50

Această complicaţie nu a fost observată la Această complicaţie nu a fost observată la pacienţii care au primit medicamente pentru pacienţii care au primit medicamente pentru tratarea gutei sau a pietrelor acidului uric, tratarea gutei sau a pietrelor acidului uric, dar ea s-a manifestat la câţiva pacienţi cu dar ea s-a manifestat la câţiva pacienţi cu sindromul Lesch-Nyhan, limfosarcoma. sindromul Lesch-Nyhan, limfosarcoma.

Medicamentele ce cresc excreţia acidului Medicamentele ce cresc excreţia acidului uric includ probenecidul, ce este efectiv în uric includ probenecidul, ce este efectiv în reglarea hiperuricemiei şi în prevenirea reglarea hiperuricemiei şi în prevenirea tofusului, şi sulfinpirayon, ce are efecte tofusului, şi sulfinpirayon, ce are efecte similare. similare.

Ambii agenţi sunt acizi organici slabi şi Ambii agenţi sunt acizi organici slabi şi probabil acţioneaza ca inhibitori competitivi probabil acţioneaza ca inhibitori competitivi în reabsorbţia tubulara a acidului uric.în reabsorbţia tubulara a acidului uric.

51

Nivelurile serice a uratului pot scădea în Nivelurile serice a uratului pot scădea în urma dietei şi a schimbărilor în stilul de viaţa. urma dietei şi a schimbărilor în stilul de viaţa.

Acestea includ corecţia obezităţii, evitarea Acestea includ corecţia obezităţii, evitarea consumarii etanolului şi evitarea alimentelor consumarii etanolului şi evitarea alimentelor cu nivel înalt de purine (ex. carnea).cu nivel înalt de purine (ex. carnea).

PseudogutaPseudoguta este o tulburare cauzată de este o tulburare cauzată de depozitarea pirofosfatului de calciu dehidratat depozitarea pirofosfatului de calciu dehidratat în articulaţiile mari ca genunchii, incheietura în articulaţiile mari ca genunchii, incheietura mâinii şi glezna.mâinii şi glezna.

52

Sindromul Lesch-NyhanSindromul Lesch-Nyhan

Acest sindrom este caracterizat de o Acest sindrom este caracterizat de o absenţă virtuala de HPRT, producţie absenţă virtuala de HPRT, producţie excesiva de acid uric şi anormalitaţi a SNC. excesiva de acid uric şi anormalitaţi a SNC.

Aceste anormalitati includ retard mintal, Aceste anormalitati includ retard mintal, spasme (tensiunea musculară crescută ce spasme (tensiunea musculară crescută ce rezulta în continua creştere a rezistenţei la rezulta în continua creştere a rezistenţei la întindere), horeoatetoză (caracterizată de întindere), horeoatetoză (caracterizată de mişcări involuntare neregulate, explozive şi mişcări involuntare neregulate, explozive şi de zbateri, şi agitatie ce implică orice de zbateri, şi agitatie ce implică orice extremitate sau trunchi). extremitate sau trunchi).

53

Tulburarile asociate cu deficienţa parţială Tulburarile asociate cu deficienţa parţială de de

HPRT de asemenea duce la hiperuricemie, HPRT de asemenea duce la hiperuricemie, însă lipsesc trăsăturile devastării însă lipsesc trăsăturile devastării neurologice caracteristice sindromului neurologice caracteristice sindromului Lesch-Nyhan. Lesch-Nyhan.

Ambele tulburari sunt X-linkate. Ambele tulburari sunt X-linkate. Hiperuricemia la pacienţii cu Lesch-Nyhan Hiperuricemia la pacienţii cu Lesch-Nyhan

este explicată parţial prin faptul acumulării este explicată parţial prin faptul acumulării intracelulare a PRPP care duce la creşterea intracelulare a PRPP care duce la creşterea biosintezei de novo a nucleotidelor purinice biosintezei de novo a nucleotidelor purinice şi astfel creşte producţia de acid uric. şi astfel creşte producţia de acid uric.

54

Astfel de pacienţi nu dezvoltă guta artritica Astfel de pacienţi nu dezvoltă guta artritica prematur, dar manifestă cristaluria prematur, dar manifestă cristaluria acidului uric şi formarea de pietre. acidului uric şi formarea de pietre.

La pacienţii Lesch-Nyhan, toate ţesuturile La pacienţii Lesch-Nyhan, toate ţesuturile sunt lipsite de HPRT. sunt lipsite de HPRT.

Aceste tulburări pot fi detectate prin orice Aceste tulburări pot fi detectate prin orice test de HPRT în eritrocite şi fibroblaşti.test de HPRT în eritrocite şi fibroblaşti.

55

Testul anterior a fost folosit pentru Testul anterior a fost folosit pentru detectarea stării heterozigote. detectarea stării heterozigote.

HPRT este o enzima citozolica formată HPRT este o enzima citozolica formată din 217 aminoacizi, codificata de o din 217 aminoacizi, codificata de o singura gena din cromozomul X. singura gena din cromozomul X.

Câteva mutaţii a genei HPRT sunt Câteva mutaţii a genei HPRT sunt cunoscute.cunoscute.

Mutaţiile includ alterari majore a genelor Mutaţiile includ alterari majore a genelor şi mutaţii missens cauzând sau guta şi mutaţii missens cauzând sau guta artritica, sau sindromul Lesch-Nyhan. artritica, sau sindromul Lesch-Nyhan.

56

Un exemplu a mutaţiei missens ce cauzeaza Un exemplu a mutaţiei missens ce cauzeaza sindromul este HPRT-Kinston, ce are sindromul este HPRT-Kinston, ce are substituită asparagina în locul acidului substituită asparagina în locul acidului asparagic în poziţia 194.asparagic în poziţia 194.

Enzima mutantă prezentă într-o concentraţie Enzima mutantă prezentă într-o concentraţie similară cu a unei enzime normale este similară cu a unei enzime normale este incompetenta catalitic din cauza valorilor Km incompetenta catalitic din cauza valorilor Km înalte pentru hipoxantină şi PRPP.înalte pentru hipoxantină şi PRPP.

57

Mecanismul prin care deficienţa de HPRT Mecanismul prin care deficienţa de HPRT cauzeaza tulburari ale SNC rămâne cauzeaza tulburari ale SNC rămâne necunoscut. necunoscut.

Pacienţii cu Lesch-Nyhan nu manifestă Pacienţii cu Lesch-Nyhan nu manifestă anormalităţi anatomice ale creierului. anormalităţi anatomice ale creierului.

La subiecţii normali activitatea HPRT este La subiecţii normali activitatea HPRT este înaltă în creier şi în particular în ganglionul înaltă în creier şi în particular în ganglionul bazal unde biosinteza de novo a purinelor bazal unde biosinteza de novo a purinelor este scăzută.este scăzută.

Aceasta sugereaza importanţa căii purinice Aceasta sugereaza importanţa căii purinice salvatoare în acest ţesut. salvatoare în acest ţesut.

58

Cu toate acestea relaţia dintre deficienţa HPRT Cu toate acestea relaţia dintre deficienţa HPRT şi manifestările neurologice nu este înţeleasă. şi manifestările neurologice nu este înţeleasă.

Cea mai semnificativă anormalitate în sistemele Cea mai semnificativă anormalitate în sistemele neurotransmiţătoare este în calea neurotransmiţătoare este în calea dopaminergică.dopaminergică.

Nu este cunoscut tratamentul tulburărilor SNC.Nu este cunoscut tratamentul tulburărilor SNC. Allopurinolul a fost folosit în reglarea Allopurinolul a fost folosit în reglarea

hiperuricemiei. hiperuricemiei.

59

Degradarea nucleotidelor purinice. Defectele Degradarea nucleotidelor purinice. Defectele genetice şi asociate cu această calegenetice şi asociate cu această cale

60

Deficienţa adenin Deficienţa adenin fosforiboziltransferazeifosforiboziltransferazei

APRT izolată din eritrocite este un dimer, APRT izolată din eritrocite este un dimer, fiecare subunitate având o greutate fiecare subunitate având o greutate moleculară de 19481 Da, gena e localizată moleculară de 19481 Da, gena e localizată pe cromozomul 16. pe cromozomul 16.

Această trăsătură autosomal recesivă Această trăsătură autosomal recesivă rezultă în incapacitatea de a recupera rezultă în incapacitatea de a recupera adenina, care se acumulează şi se oxidează adenina, care se acumulează şi se oxidează la 2,8-dihidroxiadenina de către xantin la 2,8-dihidroxiadenina de către xantin oxidaza. oxidaza.

Anormalitatea clinică principală este Anormalitatea clinică principală este excreţia urinară a 2,8-dihidroxiadeninei ca excreţia urinară a 2,8-dihidroxiadeninei ca material nesolubil.material nesolubil.

61

Aceste pietre pot fi confundate cu cele de Aceste pietre pot fi confundate cu cele de urat la o analiză de rutină.urat la o analiză de rutină.

Astfel analizele biochimice sunt necesare în Astfel analizele biochimice sunt necesare în particular la grupa de vârstă pediatrică particular la grupa de vârstă pediatrică pentru a identifica deficienţa APRT la pentru a identifica deficienţa APRT la indivizi. indivizi.

Tulburările neurologice caracteristice Tulburările neurologice caracteristice deficienţei de HPRT nu sunt găsite în deficienţei de HPRT nu sunt găsite în deficienţa APRT, indicând că APRT poate să deficienţa APRT, indicând că APRT poate să nu joace un rol semnificativ în toate nu joace un rol semnificativ în toate reglările metabolismului purinic. reglările metabolismului purinic.

Deficienţa APRT este tratată cu o dietă ce Deficienţa APRT este tratată cu o dietă ce conţine cantităţi mici de purine şi conţine cantităţi mici de purine şi allopurinol.allopurinol.

62

Deficitul de adenozin deaminază (ADA) Deficitul de adenozin deaminază (ADA) şi deficitul fosforilării nucleotidelor şi deficitul fosforilării nucleotidelor

purinice (PNP)purinice (PNP) Deficitul ADA şi PNP sunt trasături Deficitul ADA şi PNP sunt trasături

autosomal recesive ce cauzeză desfuncţia autosomal recesive ce cauzeză desfuncţia sistemului imun.sistemului imun.

Ambele funcţii enzimatice implicate în Ambele funcţii enzimatice implicate în conversia adenozinei şi a dezoxiadenozinei conversia adenozinei şi a dezoxiadenozinei la hipoxantină. la hipoxantină.

PNP este de asemenea implicat în PNP este de asemenea implicat în conversia guanozinei şi a dezoxiguanozinei conversia guanozinei şi a dezoxiguanozinei în guanină. în guanină.

În deficienţa ADA şi PNP substratele În deficienţa ADA şi PNP substratele potrivite se acumulează alături de alte potrivite se acumulează alături de alte produse care pot cauza un efect toxic produse care pot cauza un efect toxic asupra celulelor sistemului imun.asupra celulelor sistemului imun.

63

Pacienţii cu deficienţa ADA nu au Pacienţii cu deficienţa ADA nu au funcţii mediate de limfocitele T şi B, funcţii mediate de limfocitele T şi B, numite imunitate celulară şi umorala. numite imunitate celulară şi umorala.

Se manifestă o tulburare severă a Se manifestă o tulburare severă a imunodeficienţei (SCID). imunodeficienţei (SCID).

Alte tulburări genetice pot cauza SCID, Alte tulburări genetice pot cauza SCID, dar tulburarea ADA este responsabilă dar tulburarea ADA este responsabilă de apariţia SCID la aproximativ 1/3 din de apariţia SCID la aproximativ 1/3 din pacienţi.pacienţi.

64

Deficienţa PNP este asociată doar cu Deficienţa PNP este asociată doar cu disfuncţia limfocitelor T. disfuncţia limfocitelor T.

Mecanismele exacte responsabile de Mecanismele exacte responsabile de disfuncţia sistemului imun nu sunt disfuncţia sistemului imun nu sunt cunoscute. cunoscute.

În deficienţa ADA limfocitele T sunt În deficienţa ADA limfocitele T sunt crescute şi e crescută concentraţia de crescute şi e crescută concentraţia de dATP, similar deficienţa de PNP manifestă dATP, similar deficienţa de PNP manifestă mărirea limfocitelor T în majorarea mărirea limfocitelor T în majorarea concentraţiei de dGTP. concentraţiei de dGTP.

Ambele dATP şi dGTP inhibă ribonucleotid Ambele dATP şi dGTP inhibă ribonucleotid reductaza, cauzează o reducere de alte reductaza, cauzează o reducere de alte dezoxiribonucleotide (UDP, CDP) care dezoxiribonucleotide (UDP, CDP) care sunt necesare pentru sinteza DNA şi sunt necesare pentru sinteza DNA şi inhibă diviziunea celulară.inhibă diviziunea celulară.

65

S-adenozilhomocisteina (SAH) de S-adenozilhomocisteina (SAH) de asemenea se acumulează şi inhibă asemenea se acumulează şi inhibă metilările necesare pentru funcţionarea metilările necesare pentru funcţionarea normală a celulei.normală a celulei.

Acumularea de SAH rezultă în inactivarea Acumularea de SAH rezultă în inactivarea SAH hidrolazei de dezoxiadenozină. SAH hidrolazei de dezoxiadenozină.

La hidroliza de SAH, substratul suferă o La hidroliza de SAH, substratul suferă o oxidare temporară efectuată prin oxidare temporară efectuată prin intermediul NAD, care este strâns cuplat la intermediul NAD, care este strâns cuplat la enzimă.enzimă.

Această reacţie eventual duce la hidroliza Această reacţie eventual duce la hidroliza substratului şi la reoxidarea NADH.substratului şi la reoxidarea NADH.

66

Dezoxiadenozina se leagă la enzimă şi Dezoxiadenozina se leagă la enzimă şi suferă iniţial oxidarea la un intermediar suferă iniţial oxidarea la un intermediar cetozaharic, ce este instabil şi se cetozaharic, ce este instabil şi se descompune cu eliminarea de adenină, descompune cu eliminarea de adenină, părăsind enzima în formă redusă. părăsind enzima în formă redusă.

Cataliza este stopată şi NAD/NADH+H Cataliza este stopată şi NAD/NADH+H exogen nu poate afecta reacţia. exogen nu poate afecta reacţia.

Astfel, inactivarea de hidrolaza SAH prin Astfel, inactivarea de hidrolaza SAH prin conversia enzimei – leaga NAD la NADH conversia enzimei – leaga NAD la NADH este o inactivare in care nici o modificare este o inactivare in care nici o modificare covalenta a enzimei nu este implicată.covalenta a enzimei nu este implicată.

67

Disfuncţia sistemului imun în deficienţa ADA Disfuncţia sistemului imun în deficienţa ADA a fost de asemenea atribuit inhibiţiei sintezei a fost de asemenea atribuit inhibiţiei sintezei de nucleotide pirimidinice de către de nucleotide pirimidinice de către adenozină, cunoscută sub denumirea de adenozină, cunoscută sub denumirea de foamete pirimidinică.foamete pirimidinică.

Aceasta poate duce de la inhibiţia conversiei Aceasta poate duce de la inhibiţia conversiei acidului orotic la orotidin 5-monofosfat sau acidului orotic la orotidin 5-monofosfat sau prin inhibiţia sintezei de PRPP prin sinteza prin inhibiţia sintezei de PRPP prin sinteza excesivă de nucleotide adenilice.excesivă de nucleotide adenilice.

68

Deficienţa ADA cauzează moarte prin Deficienţa ADA cauzează moarte prin infecţie masivă înainte ca pacienţii să infecţie masivă înainte ca pacienţii să implinească vârsta de 2 ani. implinească vârsta de 2 ani.

Unii copii cu deficit ADA şi PNP au Unii copii cu deficit ADA şi PNP au benificiat prin infuzie periodică de benificiat prin infuzie periodică de eritrocite iradiate (care conţine ADA şi eritrocite iradiate (care conţine ADA şi PNP). PNP).

Iradierea eritrocitelor este necesară pentru Iradierea eritrocitelor este necesară pentru inactivarea celulelor albe a sângelui ce pot inactivarea celulelor albe a sângelui ce pot fi prezente şi astfel a reduce riscul bolii. fi prezente şi astfel a reduce riscul bolii.

69

Deficienta PNP de obicei cauzează Deficienta PNP de obicei cauzează hipouricemia şi hipouricozuria, şi excreţia de hipouricemia şi hipouricozuria, şi excreţia de inozină, guanozină, dezoxiinozină şi inozină, guanozină, dezoxiinozină şi dezoxiguanozină. dezoxiguanozină.

Alt mod de terapie în substituirea enzimelor Alt mod de terapie în substituirea enzimelor este administrarea periodică a unei forme de este administrarea periodică a unei forme de polietilen- glicol modificată, prin injecţie polietilen- glicol modificată, prin injecţie intramusculară.intramusculară.

Enzima modificată, ce este preparata prin Enzima modificată, ce este preparata prin conjugarea la polietilen glicol cu ADA purificat conjugarea la polietilen glicol cu ADA purificat (PEG-ADA), posedă o viaţă mai lungă. (PEG-ADA), posedă o viaţă mai lungă.

Ca consecinţă are loc corecţia a 2 anormalităţi Ca consecinţă are loc corecţia a 2 anormalităţi biochimice, numite: acumularea de metaboliţi biochimice, numite: acumularea de metaboliţi toxici fosforilaţi şi inhibiţia de SAH hidrolaza.toxici fosforilaţi şi inhibiţia de SAH hidrolaza.

70

Terapia prin substituirea genelor poate fi Terapia prin substituirea genelor poate fi posibilă şi în deficienţa ADA, cât şi de PNP. posibilă şi în deficienţa ADA, cât şi de PNP.

Celulele T modificate sunt reîntroduse în Celulele T modificate sunt reîntroduse în fluxul sanguin a pacientului. fluxul sanguin a pacientului.

Pacienţii au aratat îmbunătăţiri clinice atât Pacienţii au aratat îmbunătăţiri clinice atât timp cât au continuat să primească timp cât au continuat să primească tratamentul cu tratamentul cu

PEG-ADA.PEG-ADA.

71

DeficitDeficit de monoadenilat de monoadenilat deaminazadeaminaza

Este o tulburare musculara benigna Este o tulburare musculara benigna caracterizată de o istovire. caracterizată de o istovire.

Relaţia dintre disfuncţia muşchilor Relaţia dintre disfuncţia muşchilor scheletici şi deficienţa de AMP deaminaza scheletici şi deficienţa de AMP deaminaza se explică prin întreruperea ciclului purinic.se explică prin întreruperea ciclului purinic.

Ciclul nucleotidelor purinice constă din Ciclul nucleotidelor purinice constă din conversia de AMP-IMP-ATP şi necesită AMP conversia de AMP-IMP-ATP şi necesită AMP deaminaza, adenilosuccinat sintetaza şi deaminaza, adenilosuccinat sintetaza şi adenilosuccinat liaza.adenilosuccinat liaza.

Fluxul prin acest ciclu creste în timpul Fluxul prin acest ciclu creste în timpul exerciţiilor exerciţiilor

72

Au fost înaintate câteva mecanisme pentru Au fost înaintate câteva mecanisme pentru a explica cum creşterea în flux este a explica cum creşterea în flux este responsabilă de menţinerea nivelurilor responsabilă de menţinerea nivelurilor energetice proprii în timpul exerciţiilor:energetice proprii în timpul exerciţiilor:

o 1.1. În timpul contracţiilor musculare În timpul contracţiilor musculare activitatea AMP deaminazei creşte. activitatea AMP deaminazei creşte.

─ Nucleotidele trifosfatidice sunt modulatori Nucleotidele trifosfatidice sunt modulatori negativi, unde nucleotidele mono- şi negativi, unde nucleotidele mono- şi difosfatidice sunt modulatori pozitivi a difosfatidice sunt modulatori pozitivi a enzimelor.enzimelor.

o 2.2. NH NH33 produs în reacţia AMP deaminazei produs în reacţia AMP deaminazei şi nivelurile scăzute de ATP ca rezultat a şi nivelurile scăzute de ATP ca rezultat a exerciţiilor stimulate de fosfofructokinaza exerciţiilor stimulate de fosfofructokinaza pentru a spori rata de glucoză utilizată.pentru a spori rata de glucoză utilizată.

73

o 3.3. Concentraţia crescută de IMP poate Concentraţia crescută de IMP poate activa glicogen fosforilaza.activa glicogen fosforilaza.

o 4.4. Producţia de fumarat poate spori ciclul Producţia de fumarat poate spori ciclul TCA când necesitatea de producţie de ATP TCA când necesitatea de producţie de ATP creşte.creşte.

o 5.5. Formarea de IMP poate intreţine un Formarea de IMP poate intreţine un mijloc prin care fondul intracelular de mijloc prin care fondul intracelular de nucleotide purinice este menţinut.nucleotide purinice este menţinut.

Deficienţa AMP deaminazei întrerupe ciclul Deficienţa AMP deaminazei întrerupe ciclul nucleotidelor purinice şi duce la disfuncţii nucleotidelor purinice şi duce la disfuncţii musculare în timpul exerciţiilor.musculare în timpul exerciţiilor.

Deficienţa AMP deaminazei nu trebuie să Deficienţa AMP deaminazei nu trebuie să cauzeze disfuncţii musculare în timpul cauzeze disfuncţii musculare în timpul odihnei. odihnei.

74

Metabolismul Metabolismul nucleotidelor pirimidinicenucleotidelor pirimidinice

Primul metabolit – Primul metabolit – carbamoil-fosfatul – carbamoil-fosfatul – este este comun şi pentru ureogeneza ce se sintetizează în comun şi pentru ureogeneza ce se sintetizează în mitocondrii, în cazul pirimidinelor – în citozol.mitocondrii, în cazul pirimidinelor – în citozol.

Enzimele utilizează surse diferite de azot – NHEnzimele utilizează surse diferite de azot – NH33 – – ureogeneza şi glutamina – în pirimidinogeneză.ureogeneza şi glutamina – în pirimidinogeneză.

Enzimele sunt distincte (2-carbamoil-fosfat Enzimele sunt distincte (2-carbamoil-fosfat sintetaze).sintetaze).

Consecutivitatea reacţiilor e reprodusă mai jos. Consecutivitatea reacţiilor e reprodusă mai jos.

BiosinteBiosinteza de za de novonovo

75

Sinteza pirimidinelor şi Sinteza pirimidinelor şi unele defecte metaboliceunele defecte metabolice

HOOC CH

NH2

(CH2)2 C

O

NH2

HOOC CH

NH2

(CH2)2 C

O

OH

2ATP

2ADPATP

ADP + Pi

CO2

PiNH3

NH2

COHO

CO2

NH3

NH2

COO P

ATP

ADP

(1)

(2)

HN

CN

CH

CH2C

COOH

O

O H

HO

CN

CH

CH2C

COOH

O

O

H2N

H

HO

H2NCH

CH2C

COOH

O

Carbamoil kinaza

Acid carbamic

Carbamoil fosfat

Glutaminsintetaza

Carbamoil fosfatsintetaza

Glutamina

Acid glutamic

+

Acid aspartic

AspartattranscarbamoilazaDihidroorotaza

NAD+

NADH + H+

Dihidroorotatdehidrogenaza

(3)

(4)

HN

CN

CH

CHC

COOH

O

O H

Acid carbamoil asparticAcid dihidroorotic

Acid orotic

OP

CH2O

OHOH

P

OP

PRPP

+

OCH2O

OHOH

P

O

HN

CN

CH

CHC

COOH

O

O

OCH2O

OHOH

P

O

HN

CN

CH

CHC

O

O

(5) (6)

Orotodin-5,-monofosfat (OMP)

Uridin-5,-monofosfat (UMP)

OMP-decarboxilazaOrotat-fosfo-riboziltransferaza

CO2

PPi

H2O Pi

76

ReacReacţia-cheie este catalizată de ţia-cheie este catalizată de aspartat aspartat transcarbamoilazătranscarbamoilază cu sinteza N-carbamoil- cu sinteza N-carbamoil-aspartat, apoi are loc ciclizarea lui, cu aspartat, apoi are loc ciclizarea lui, cu eliminarea Heliminarea H22O.O.

Enzima dihidroorotaza catalizează formarea Enzima dihidroorotaza catalizează formarea acidului dihidroorotic, după care acidului dihidroorotic, după care dehidrogenaza NADd dehidrogenaza NADd formează acidul formează acidul orotic.orotic.

Transferul restului P-ribozil de la PRPP, Transferul restului P-ribozil de la PRPP, graţie unei transferaze succedată de graţie unei transferaze succedată de decarboxilarea acidului orotidilic, finalizează decarboxilarea acidului orotidilic, finalizează ciclul de reacţii, formându-se UMP. ciclul de reacţii, formându-se UMP.

77

Enzimele 1-3 şi 5-6 au o localizare Enzimele 1-3 şi 5-6 au o localizare citozolică şi numai Ecitozolică şi numai E44 – mitocondrială. – mitocondrială.

Enzimele citozolice formează 2 complexe Enzimele citozolice formează 2 complexe multienzimatice.multienzimatice.

Primul complex duce la sinteza (1-3) Primul complex duce la sinteza (1-3) acidului dihidroorotic, care difuzează în acidului dihidroorotic, care difuzează în mitocondrii, unde este dehidrogenat de Emitocondrii, unde este dehidrogenat de E44 (pe membrana internă), apoi produsul (pe membrana internă), apoi produsul trece în citozol, unde este supus acţiunii trece în citozol, unde este supus acţiunii complexului multienzimatic următor (5-6).complexului multienzimatic următor (5-6).

78

Enzimele în complexe se sintetizează în Enzimele în complexe se sintetizează în cantităţi echimolare.cantităţi echimolare.

La deficienţă de La deficienţă de OMP-decarboxilazăOMP-decarboxilază şi şi orotat-fosfo-ribozil transferazaorotat-fosfo-ribozil transferaza, care , care prezintă domenii separate ale aceluiaşi prezintă domenii separate ale aceluiaşi polipeptid, apare polipeptid, apare orotataciduriaorotataciduria..

Boala debutează timpuriu şi se Boala debutează timpuriu şi se caracterizează prin creşterea anormală, caracterizează prin creşterea anormală, anemie megaloblastică şi excreţie excesivă anemie megaloblastică şi excreţie excesivă de orotat în urină.de orotat în urină.

79

Dieta bogată în uridină ameliorează anemia Dieta bogată în uridină ameliorează anemia şi diminuează eliminarea orotatului.şi diminuează eliminarea orotatului.

Administrarea uridinei, a citadinei care Administrarea uridinei, a citadinei care sunt convertite în derivaţii respectivi reia sunt convertite în derivaţii respectivi reia diviziunea celulară şi ameliorează situaţia.diviziunea celulară şi ameliorează situaţia.

UTP sintetizat stopează sinteza acidului UTP sintetizat stopează sinteza acidului orotic (efect inhibitor asupra carbomoil-orotic (efect inhibitor asupra carbomoil-fosfat sintetazei).fosfat sintetazei).

80

De la UMP, prin fosforilare se obţin De la UMP, prin fosforilare se obţin celelalte nucleotide pirimidinice graţie celelalte nucleotide pirimidinice graţie enzimelor Eenzimelor E11-nucleozidmonofosfo kinaza -nucleozidmonofosfo kinaza şi Eşi E22-nucleoziddifosfo kinaza:-nucleoziddifosfo kinaza:

CTP se obţine din UTP conform reacţiei:CTP se obţine din UTP conform reacţiei:

UTP + Glutamina + ATP + HUTP + Glutamina + ATP + H22O →O → → → CTP + Glutamat + ADP + Pi + CTP + Glutamat + ADP + Pi +

2H2H++

Enzima ce catalizează această reacţie Enzima ce catalizează această reacţie este CTP-sintetazăeste CTP-sintetază

UMP UDP UTP

ATP ADP ATP ADPE1 E2

81

Sinteza dezoxiribonucleotidelor Sinteza dezoxiribonucleotidelor are loc are loc prin reducerea ribonucleotidelor la 2prin reducerea ribonucleotidelor la 2‘‘ a a difosfaţilor.difosfaţilor.

Electronii sunt transferaţi pe substrat Electronii sunt transferaţi pe substrat prin SH grupe.prin SH grupe.

Tireodoxina reperezintă o proteină mică.Tireodoxina reperezintă o proteină mică. Enzima – Enzima – tireodoxin reductaza – tireodoxin reductaza – e o e o

flavoproteină ce reduce tireodoxina.flavoproteină ce reduce tireodoxina. Enzima – Enzima – ribonucleotid reductazaribonucleotid reductaza, pentru , pentru

activitate, necesită vit. Bactivitate, necesită vit. B11, vit. B, vit. B22,Mg,Mg2+2+..

82

Reducerea ribonucleotidelor în dezoxiribonucleotideReducerea ribonucleotidelor în dezoxiribonucleotide

83

Ea constă din două subunităţi REa constă din două subunităţi R11 şi R şi R22:R:R11 are are locusuri de fixare a substraturilor locusuri de fixare a substraturilor ribonucleotidice, efectorilor alosterici, ribonucleotidice, efectorilor alosterici, conţine grupe SH, donatori de electroni la conţine grupe SH, donatori de electroni la reducerea restului ribozil; reducerea restului ribozil;

RR2 2 e o proteină ce conţine Fe şi S, e o proteină ce conţine Fe şi S, participând la formarea unui radical liber al participând la formarea unui radical liber al restului de tirozină, funcţionează în restului de tirozină, funcţionează în ansamblu.ansamblu.

În structura DNA e prezentă şi timina, În structura DNA e prezentă şi timina, analog metilat al uracilului. analog metilat al uracilului.

84

Structura şi reglarea ribonucleotid reductazeiStructura şi reglarea ribonucleotid reductazei

85

Cum se sintetizează acest Cum se sintetizează acest dezoxiribonucleotid dezoxiribonucleotid ??

Se metilează dezoxiribonucleozid Se metilează dezoxiribonucleozid monofosfatul (dUMP).monofosfatul (dUMP).

Enzima e timidilat sintază.Enzima e timidilat sintază. Donator de CHDonator de CH33 serveşte tetrahidrofolatul şi serveşte tetrahidrofolatul şi

nu S-adenozil metionina. nu S-adenozil metionina. NN55,N,N1010 – metilen-FH – metilen-FH44, cedând grupa CH, cedând grupa CH33, se , se

oxidează la dihidrofolat – FHoxidează la dihidrofolat – FH22, pierzând H, pierzând H22 necesari pentru formarea grupei CHnecesari pentru formarea grupei CH33..

86

Regenerarea FHRegenerarea FH44 are loc sub acţiunea are loc sub acţiunea enzimei enzimei dihidrofolat reductazeidihidrofolat reductazei, utilizând , utilizând NADPH.NADPH.

Ţesuturile în diviziune, unde are loc o Ţesuturile în diviziune, unde are loc o sinteză rapidă de TMP, sunt foarte sensibile sinteză rapidă de TMP, sunt foarte sensibile la inhibiţiala inhibiţia dihidrofolat reductazei dihidrofolat reductazei..

De aceea în chimioterapia cancerului ca De aceea în chimioterapia cancerului ca factor de inhibiţie poate fi folosită şi factor de inhibiţie poate fi folosită şi timidilat sintaza.timidilat sintaza.

FluoruracilulFluoruracilul (analog al uracilului) (analog al uracilului) ireversibil inhibă timidilat sintaza, formând ireversibil inhibă timidilat sintaza, formând legături covalente între componenţii reactivi legături covalente între componenţii reactivi şi enzimă. şi enzimă.

87

O

H

CH2P O

dUMP

OH

N

HN

O

O

O

H

CH2P O

dTMP

OH

N

HN

O

O

C

H

H

H

N

HNN

NH2N

O

H

CH2

C

H

H N R

H

N

HNN

NH2N

O

CH2

N RHN

HN

O

O

CH3

HOCH2 OH H

H

H H

N N N

N

HNN

NH2N

O

CH2

N R

H

H

H

H

N

HNN

NH2N

CH2

NCH3

NH2

H

HC CH2

CH2

COO-

NH CH

COO-

N5,N10- metilen - FH47,8-dihidrofolat

AZT

Tetrahidrofolat

Metotrexatul

Fluoruracilul

Timidilat sintaza

NADPH + H+

NADP+

Glicina

Serina

PLPSerinhidroximetiltransferaza

Dihidrofolatreductaza

Sinteza TMPSinteza TMP

88

Aminopterina, ametopterina (metotrexatul)Aminopterina, ametopterina (metotrexatul) sunt analogisunt analogi ai acidului folic, inhibitori ai acidului folic, inhibitori competitivi ai dihidrofolat reductazei.competitivi ai dihidrofolat reductazei.

Împiedică diviziunea celulară şi Împiedică diviziunea celulară şi 6-6-mercaptopurinamercaptopurina, 6- , 6- tioguaninatioguanina..

Un analog structural al nucleotidelor Un analog structural al nucleotidelor pirimidinice este pirimidinice este azidotimidina (AZT)azidotimidina (AZT), , utilizată în tratamentul infecţiilor cu utilizată în tratamentul infecţiilor cu virusul imunodeficienţei umanevirusul imunodeficienţei umane

89

Reglarea metabolismului Reglarea metabolismului pirimidinicpirimidinic

Reglarea este fină, alosterică.Reglarea este fină, alosterică. dATP inhibă reducerea sa şi stimulează dATP inhibă reducerea sa şi stimulează

reducerea pirimidinelor – dUDP,dCDP.reducerea pirimidinelor – dUDP,dCDP. TTT frânează reducerea pirimidinelor TTT frânează reducerea pirimidinelor

şi stimulează reducerea purinelor. şi stimulează reducerea purinelor. Reglarea biosintezei poate fi redată în Reglarea biosintezei poate fi redată în

felul următor:felul următor:CO2 + 2ATP + Gln Carbamoil fosfat Carbamoil aspartat UMP UTP

CTP

E1 E2

UMP

Glutamina

PRPP

GTP

ATP

Aspartat

90

Aspartat transcarbamoilaza (ATS-EAspartat transcarbamoilaza (ATS-E22)) reprezintă o enzimă compusă din două reprezintă o enzimă compusă din două subunităţi – catalitică şi reglatoare.subunităţi – catalitică şi reglatoare.

Activarea ATS de către ATP are în Activarea ATS de către ATP are în consecinţă:consecinţă:

1)1) echilibrarea vitezei de sinteză a echilibrarea vitezei de sinteză a nucleotidelor purinice şi pirimidinice; nucleotidelor purinice şi pirimidinice;

2)2) semnalează prezenţa ATP-ului în semnalează prezenţa ATP-ului în concentraţii suficiente ca substrat concentraţii suficiente ca substrat pentru sinteza pirimidin nucleotidelor pentru sinteza pirimidin nucleotidelor (UMP şi carbamoil fosfatului).(UMP şi carbamoil fosfatului).

91

Sistemul de reglare e destul de complicat, dar Sistemul de reglare e destul de complicat, dar asigură sinteza unor cantităţi echilibrate ale asigură sinteza unor cantităţi echilibrate ale tuturor celor 4 dezoxiribonucleotide.tuturor celor 4 dezoxiribonucleotide.

Evident că ribonucleotid reductaza posedă Evident că ribonucleotid reductaza posedă stări conformaţionale cu diferite proprietăţi stări conformaţionale cu diferite proprietăţi catalitice. catalitice.

92

Reutilizarea şi catabolismul Reutilizarea şi catabolismul nucleotidelor pirimidinicenucleotidelor pirimidinice

Fondul metabolic al acestor compuşi Fondul metabolic al acestor compuşi include compuşi sintetizaţi de novo şi cei include compuşi sintetizaţi de novo şi cei eliberaţi din acizii nucleici, acizii nucleici eliberaţi din acizii nucleici, acizii nucleici exogeni nu contribuie la formarea acestui exogeni nu contribuie la formarea acestui fond.fond.

În metabolismul pirimidinelor au loc În metabolismul pirimidinelor au loc reacţii similare cu cele descrise la purine.reacţii similare cu cele descrise la purine.

Nucleozidele pirimidinice sunt reciclate Nucleozidele pirimidinice sunt reciclate după fosforilare. după fosforilare.

Nucleotid Nucleozid Baza pirimidinica

E1 E2H2O Pi Pi R 1 P

Nucleozid NucleotidKinaza

ATP ADP

93

O kinază acceptă ca substrat uridina şi O kinază acceptă ca substrat uridina şi citidina, iar alta – timidina.citidina, iar alta – timidina.

La purine această cale metabolică este La purine această cale metabolică este de mică importanţă, însăşi adenozina de mică importanţă, însăşi adenozina fiind fosforilată în ATP.fiind fosforilată în ATP.

Bazele pirimidinice nu sunt reutilizate, ci Bazele pirimidinice nu sunt reutilizate, ci degradate în compuşi cu moleculă mică.degradate în compuşi cu moleculă mică.

ββ-alanina-alanina şi acidul şi acidul ββ-amino-izobutiric-amino-izobutiric sunt excretaţi sau catabolizaţi în căile sunt excretaţi sau catabolizaţi în căile respective respective

94

Metabolismul Metabolismul cromoproteinelorcromoproteinelor

Structura hemoglobineiStructura hemoglobinei. . Reprezintă proteine complexe, având ca Reprezintă proteine complexe, având ca

constituienţi o proteină simplă şi un constituienţi o proteină simplă şi un component neproteic – ionii metalici ai component neproteic – ionii metalici ai unor heterocicluri diverse, dintre care cei unor heterocicluri diverse, dintre care cei mai importanţi sunt hemul – mai importanţi sunt hemul – hemoproteidele cu derivaţii săi: hemoproteidele cu derivaţii săi: hemoglobina (Hb), mioglobina, sistemul hemoglobina (Hb), mioglobina, sistemul citocromic, catalaza, peroxidaza citocromic, catalaza, peroxidaza şi şi eritrocruorinele – eritrocruorinele – proteine situate în proteine situate în sângele şi ţesuturile unor nevertebrate.sângele şi ţesuturile unor nevertebrate.

O proteină fieroporfirinică este şi O proteină fieroporfirinică este şi triptofan triptofan pirolaza. pirolaza.

95

Patologia moleculară a Patologia moleculară a hemoglobinahemoglobina

Spre deosebire de Hb-A (Hb omului adult), Spre deosebire de Hb-A (Hb omului adult), există şi Hb patologice.există şi Hb patologice.

La anemia falciformă se înregistrează Hb-S – La anemia falciformă se înregistrează Hb-S – primul exemplu de boală moleculară descris.primul exemplu de boală moleculară descris.

Hb-S se caracterizează prin prezenţa în Hb-S se caracterizează prin prezenţa în ββ catenă (în poziţia 6, la capătul N terminal), catenă (în poziţia 6, la capătul N terminal), în locul acidului glutamic, a valinei, la care în locul acidului glutamic, a valinei, la care se diminuează solubilitatea hemoglobinei se diminuează solubilitatea hemoglobinei dezoxigenate.dezoxigenate.

Solubilitatea Hb S oxigenate nu se modifică. Solubilitatea Hb S oxigenate nu se modifică.

96

Această schimbare conduce la apariţia Această schimbare conduce la apariţia unui fragment capabil de agregare.unui fragment capabil de agregare.

După eliberarea ODupă eliberarea O22, are loc o transformare , are loc o transformare conformaţională, cu apariţia la suprafaţă a conformaţională, cu apariţia la suprafaţă a acestor zone ce conduc la agregarea acestor zone ce conduc la agregarea moleculelor de Hb, la care se formează moleculelor de Hb, la care se formează agregate mari, lungi, simultan deformând agregate mari, lungi, simultan deformând eritrocitul, care capătă o formă eritrocitul, care capătă o formă drepanocitară.drepanocitară.

Cinetica formării fibrelor de Cinetica formării fibrelor de dezoxihemoglobină are o importanţă dezoxihemoglobină are o importanţă primordială, căci de ea depinde primordială, căci de ea depinde configuraţia adevărată a eritrocitului care configuraţia adevărată a eritrocitului care trece prin capilare (timp de 1 secundă). trece prin capilare (timp de 1 secundă).

97

Procesul depinde de concentraţia Hb-S.Procesul depinde de concentraţia Hb-S. Scăderea concentraţiei de 2 ori (la Scăderea concentraţiei de 2 ori (la

heterozigoţi) micşorează viteza de formare heterozigoţi) micşorează viteza de formare a fibrelor de 1000 ori.a fibrelor de 1000 ori.

Indivizii heterozigoţi sunt rezistente la Indivizii heterozigoţi sunt rezistente la malarie, nu atestă anemie drepanocitară – malarie, nu atestă anemie drepanocitară – caz tipic de polimorfism balansat adaptabil.caz tipic de polimorfism balansat adaptabil.

Sunt remarcate mai mult de 100 de Hb Sunt remarcate mai mult de 100 de Hb defectate, fără influenţă sau cu efect nociv. defectate, fără influenţă sau cu efect nociv.

98

Se diferenţiază câteva tipuri de anomalii ale Se diferenţiază câteva tipuri de anomalii ale Hb:Hb:

a)a) Substituirile în partea exterioară a moleculei Substituirile în partea exterioară a moleculei de Hb, practic, sunt benigne, cu excepţia Hb de Hb, practic, sunt benigne, cu excepţia Hb S.S.

b)b) Se modifică centrul activ. În Hb M histidina Se modifică centrul activ. În Hb M histidina proximală sau distală e substituită cu proximală sau distală e substituită cu tirozina ce conduce la stabilizarea formei tirozina ce conduce la stabilizarea formei oxidate (fieri) – complex al tirozinei cu Fe. oxidate (fieri) – complex al tirozinei cu Fe. Substituirea se poate produce în catenele Substituirea se poate produce în catenele αα şi şi ββ. Au fost depistate toate cele 4 variante . Au fost depistate toate cele 4 variante mutante. Hb cu două hemuri în fieriformă – mutante. Hb cu două hemuri în fieriformă – Hb M (methemoglobină) – se atestă la Hb M (methemoglobină) – se atestă la heterozigoţi; la homozigoţi duce la un sfârşit heterozigoţi; la homozigoţi duce la un sfârşit letal;letal;

99

c)c) Modificări în structura terţiară. În cazul Modificări în structura terţiară. În cazul dat formarea conformaţiei normale a dat formarea conformaţiei normale a moleculelor nu are loc şi astfel de tipuri moleculelor nu are loc şi astfel de tipuri de hemoglobină nu sunt stabile (glicina e de hemoglobină nu sunt stabile (glicina e substituită cu arginina). Sunt înregistrate substituită cu arginina). Sunt înregistrate Hb incapabile să reţină hemul datorită Hb incapabile să reţină hemul datorită modificărilor conformaţionale.modificărilor conformaţionale.

d)d) Modificări în structura cuaternară. Modificări în structura cuaternară. Aceste mutaţii ating. Regiunea Aceste mutaţii ating. Regiunea contactelor, ceea ce cauzează pierderea contactelor, ceea ce cauzează pierderea proprietăţilor alosterice însoţită de proprietăţilor alosterice însoţită de tulburări ale afinităţii faţă de Otulburări ale afinităţii faţă de O22. .

100

Modificările în regiunea contactului Modificările în regiunea contactului αα11, , ββ22 conduc la cooperativitate joasă, conduc la cooperativitate joasă, concomitent sporind afinitatea la Oconcomitent sporind afinitatea la O22..

Contactele între subunităţile de acelaşi Contactele între subunităţile de acelaşi tip sunt polare, iar între subunităţile tip sunt polare, iar între subunităţile de tip diferit – mai intense şi nepolare.de tip diferit – mai intense şi nepolare.

Se atestă câteva cazuri:Se atestă câteva cazuri:1)1) Substituirea aspartatului în Substituirea aspartatului în ββ catenă catenă

cu asparagina micşorează Pcu asparagina micşorează P5050 de la 26 de la 26 la 15 tori (la 15 tori (Hb-KempseyHb-Kempsey).).

2)2) Substituirea în Substituirea în αα catenă a aspartatului catenă a aspartatului cu treonină măreşte afinitatea la P50 cu treonină măreşte afinitatea la P50 egală cu 50 tori (egală cu 50 tori (Hb-KansasHb-Kansas). ).

101

Sinteza Sinteza hemuluihemului

Experimentele cu administrarea atomilor Experimentele cu administrarea atomilor marcaţi, efectuate de David Shemin cu marcaţi, efectuate de David Shemin cu colaboratorii, au demonstrat că colaboratorii, au demonstrat că precursorul hemului se formează prin precursorul hemului se formează prin condensarea glicinei cu succinatul activ condensarea glicinei cu succinatul activ la sinteza amino-levulinatului.la sinteza amino-levulinatului.

Reacţia este catalizată de Reacţia este catalizată de δδ--amino-amino-levulinat sintază (Elevulinat sintază (E11) dependentă de ) dependentă de vit.Bvit.B66..

Amino levulinat sintaza este o enzimă Amino levulinat sintaza este o enzimă mitocondrială reglatoare.mitocondrială reglatoare.

102

-OOC CH2

NC

CH2 CH2 COO-

H2H2N

N

NN

N

H

H

H

H H

CH2

CH2

H2C

H2C

A

A

A

A

P

PP

P

N

N

H

H

CH

CH

HC

HC

N

N

M

M

M

M

P

P

V

V

NCH

CH

HC

HC

NN

N

Fe

M

M

MM

P

P

V

V

HemProtoporfirina IX

Uroporfirinogen

Porfobilinigen(condensarea a 4 molecule)

Fe (II) 2H+

Fierochelataza

Cosintetaza(uroporfirinogen sintaza)

uroporfirinogen III-cosintaza-decarboxilazacoproporfirinogen oxidaza

4NH3

Formarea hemului V-vinil, M-metil, P-propionil

103

Viteza de reacţie creşte în lipsa Viteza de reacţie creşte în lipsa hemului. hemului.

Apoi 2 molecule de Apoi 2 molecule de δδ-amino-levulinat se -amino-levulinat se condensează, cu formarea porfobilinogenului.condensează, cu formarea porfobilinogenului.

E o reacţie catalizată de o dehidratază (EE o reacţie catalizată de o dehidratază (E22).). Enzima este localizată în citozol, conţine Zn şi Enzima este localizată în citozol, conţine Zn şi

este inhibată de ionii de plumb.este inhibată de ionii de plumb. În consecinţă, 4 molecule de porfobilinogen se În consecinţă, 4 molecule de porfobilinogen se

condensează, formând un tetrapirol, care, condensează, formând un tetrapirol, care, dezaminându-se, se ciclizează producând dezaminându-se, se ciclizează producând uroporfirinogenuluroporfirinogenul..

104

Prin decarboxilare şi oxidări succesive, Prin decarboxilare şi oxidări succesive, se produce se produce protoporfirina IXprotoporfirina IX..

O O hemosintetazăhemosintetază, enzimă mitocondrială, , enzimă mitocondrială, introduce fierul; enzima conţine grupa introduce fierul; enzima conţine grupa SH.SH.

Pentru sinteza hemului sunt necesari şi Pentru sinteza hemului sunt necesari şi următorii compuşi: acidul următorii compuşi: acidul tetrahidrofolic, vit.Btetrahidrofolic, vit.B1212, Cu, Cu2+2+..

Fierul este transferat de o Fierul este transferat de o transferină transferină FeFe3+3+, ce reprezintă o proteină., ce reprezintă o proteină.

O altă proteină îl depozitează în ţesut O altă proteină îl depozitează în ţesut sub formă de sub formă de feritinăferitină..

105

Cavitatea interioară a acestei proteine Cavitatea interioară a acestei proteine poate fixa până la 4500 fierioni.poate fixa până la 4500 fierioni.

În organism se conţin aproximativ 4,5-În organism se conţin aproximativ 4,5-5,0 g de Fe; pe contul Hb 5,0 g de Fe; pe contul Hb == 60-70%; 60-70%; mioglobinei mioglobinei == 3,5-5,0%; fieritinei 3,5-5,0%; fieritinei == 20%; 20%; transferinei transferinei == 0,18%, fierului funcţional 0,18%, fierului funcţional din ţesuturi îi revine 5%.din ţesuturi îi revine 5%.

Fireşte, fierul cromoproteidelor Fireşte, fierul cromoproteidelor alimentare nu se utilizează pentru alimentare nu se utilizează pentru sinteza fieroproteidelor din organism, sinteza fieroproteidelor din organism, deoarece hemul se oxidează în deoarece hemul se oxidează în hematinahematina care nu se absoarbe în intestin.care nu se absoarbe în intestin.

106

Acest pigment se elimină prin masele Acest pigment se elimină prin masele fecale.fecale.

Drept sursă de fier pentru scopuri Drept sursă de fier pentru scopuri sintetice servesc alimentele şi, de sintetice servesc alimentele şi, de asemenea, fierul ce se eliberează la asemenea, fierul ce se eliberează la degradarea eritrocitelor.degradarea eritrocitelor.

În procesul sintezei cele trei enzime În procesul sintezei cele trei enzime enumerate se reglează prin retroinhibiţie enumerate se reglează prin retroinhibiţie de hem.de hem.

107

Sinteza Sinteza porfobilinogenuluiporfobilinogenului

CH2 COO-

NH3

-OOC CH2 CH2 C

O

CoA

-OOC CH2 CH2 C

O

CH COO-

NH3

-OOC CH2 CH2 C

O

CH2

NH3

NCH2

CH2 CH2 CH2 COO--OOC

H2N

H

Succinil-CoAGlicina

CoA

CO2

2H2O

Hemina

Plumb

Condensarea moleculelor

δ-amino levulinat sintaza

δ-aminolevulinat dehidrataza

δ-aminolevulinat

Porfobilinogen

108

Degradarea hemuluiDegradarea hemului Eritrocitele vieţuiesc aproape 120 zile.Eritrocitele vieţuiesc aproape 120 zile. Zilnic se degradează şi se sintetizează în Zilnic se degradează şi se sintetizează în

organism 6-7 grame de hemoglobină.organism 6-7 grame de hemoglobină. Celulele vechi sunt eliminate din Celulele vechi sunt eliminate din

sistemul circulant şi scindate în splină sistemul circulant şi scindate în splină de celulele sistemului macrofagal.de celulele sistemului macrofagal.

La prima etapă hemoglobina eliberată La prima etapă hemoglobina eliberată prin liza hematiilor îmbătrânite prin liza hematiilor îmbătrânite formează cu haptoglobina un complex formează cu haptoglobina un complex Hb-haptoglobina (o Hb-haptoglobina (o αα22-glicoproteină -glicoproteină serică). serică).

109

Complexul este supus oxidării enzimatice Complexul este supus oxidării enzimatice microzomale, cu formarea unor compuşi microzomale, cu formarea unor compuşi intermediari ca coleglobina, verdoglobina, intermediari ca coleglobina, verdoglobina, care apoi pierd globina, transformându-se în care apoi pierd globina, transformându-se în hem.hem.

Globina se hidrolizează până la aminoacizi, Globina se hidrolizează până la aminoacizi, iar fierul din hem este fixat de transferina iar fierul din hem este fixat de transferina plasmei, apoi poate fi depozitat în ficat şi plasmei, apoi poate fi depozitat în ficat şi reciclat.reciclat.

Reacţia de degradare a hemului constă în Reacţia de degradare a hemului constă în scindarea punţii metenilice scindarea punţii metenilice αα, cu deschiderea , cu deschiderea ciclului tetrapirolic (fig.6,62, pag.432).ciclului tetrapirolic (fig.6,62, pag.432).

110

Sânge

Complexul bilirubin-proteine

BilăVerdoglobina

Bilirubin diglucuronid

Formarea bilirubinei

111

Reacţia este catalizată de Reacţia este catalizată de hemooxigenazahemooxigenaza numită şi numită şi αα-metinil--metinil-oxigenazaoxigenaza, care are două particularităţi:, care are două particularităţi:

a)a) se prezintă drept o monooxigenază se prezintă drept o monooxigenază solicitantă de Osolicitantă de O22 şi NADPH. şi NADPH.

b)b) carbonul punţii metenilice se elimină carbonul punţii metenilice se elimină sub formă de CO. Participă în calitate sub formă de CO. Participă în calitate de cofactori, vitamina C, Fede cofactori, vitamina C, Fe2+2+. Aceasta . Aceasta este unica reacţie în organism unde se este unica reacţie în organism unde se eliberează CO. eliberează CO.

112

Ulterior, puntea metenilică centrală în Ulterior, puntea metenilică centrală în biliverdinăbiliverdină se reduce sub acţiunea se reduce sub acţiunea biliverdin reductazeibiliverdin reductazei, utilizând NADPH, cu , utilizând NADPH, cu formarea formarea bilirubineibilirubinei..

Biliverdin reductaza este prezentă în Biliverdin reductaza este prezentă în numeroase ţesuturi, dar prioritar în ficat.numeroase ţesuturi, dar prioritar în ficat.

În mod normal, bila conţine numai urme de În mod normal, bila conţine numai urme de biliverdină, dar graţie culorii sale intense, biliverdină, dar graţie culorii sale intense, ea imprimă bilei o culoare verzuie.ea imprimă bilei o culoare verzuie.

Bilirubina liberă în exces este un decuplant Bilirubina liberă în exces este un decuplant al fosforilării oxidative, ce duce la al fosforilării oxidative, ce duce la inhibarea sintezei de ATP. inhibarea sintezei de ATP.

113

Bilirubina, în complex cu albumina Bilirubina, în complex cu albumina serică, e denumită serică, e denumită bilirubina liberă bilirubina liberă indirectă,indirectă, cu o cotă de 75% din toată cu o cotă de 75% din toată cantitatea (2,5 – 12mg/L, 8,7 – 20,5 cantitatea (2,5 – 12mg/L, 8,7 – 20,5 μμmol/L), fiind transferată apoi în ficat.mol/L), fiind transferată apoi în ficat.

Bilirubina indirectă este toxică, nu trece Bilirubina indirectă este toxică, nu trece prin filtrul renal şi nu se elimină prin bilă.prin filtrul renal şi nu se elimină prin bilă.

Bilirubina liberă este solubilă în solvenţi Bilirubina liberă este solubilă în solvenţi organici şi numai apoi dă reacţie cu organici şi numai apoi dă reacţie cu diazoreactivul (diazoreactivul (reacţie indirectăreacţie indirectă). ).

Aici, în ficat, se modifică în formă mai Aici, în ficat, se modifică în formă mai solubilă, conjugată cu acidul glucuronic, solubilă, conjugată cu acidul glucuronic, ce adiţionează la catenele propionice. ce adiţionează la catenele propionice.

114

Sub formă de diglucuronid este excretată Sub formă de diglucuronid este excretată prin bilă – bilirubina directă.prin bilă – bilirubina directă.

Un rol important în procesul de eliminare Un rol important în procesul de eliminare a bilirubinei la nivelul celulei hepatice îi a bilirubinei la nivelul celulei hepatice îi revine proteinei transportatoare – revine proteinei transportatoare – lingandina lingandina (masa moleculară aproximativ (masa moleculară aproximativ 44000 Da), ce reprezintă aproximativ 6% 44000 Da), ce reprezintă aproximativ 6% din totalul proteinelor hepatice.din totalul proteinelor hepatice.

În intestine, sub acţiunea enzimelor În intestine, sub acţiunea enzimelor bacteriene, ce scindează acidul bacteriene, ce scindează acidul glucuronic, fiind redusă (bilirubina) prin glucuronic, fiind redusă (bilirubina) prin mezobilirubin la mezobilirubinogen. mezobilirubin la mezobilirubinogen.

115

Aproximativ 4 mg este cantitatea diurnă Aproximativ 4 mg este cantitatea diurnă de urobilinogende urobilinogen şi aproximativ 300 mg şi aproximativ 300 mg este cea de stercobilinogen.este cea de stercobilinogen.

Bilirubina fiind redusă (2 vinil → 2 etil şi Bilirubina fiind redusă (2 vinil → 2 etil şi 2 metin → 2 metilen), va fi transformată 2 metin → 2 metilen), va fi transformată în urobilinogen care, prin reducerea în urobilinogen care, prin reducerea legăturilor duble din nucleele terminale, legăturilor duble din nucleele terminale, se va transforma în se va transforma în stercobilinogen.stercobilinogen.

În continuare, dehidrogenarea acestor În continuare, dehidrogenarea acestor compuşi la nivelul punţii compuşi la nivelul punţii γγ-metinice -metinice rezultă rezultă urobilinaurobilina şi şi stercobilinastercobilina – – principalii pigmenţi ai materialelor principalii pigmenţi ai materialelor fecale. fecale.

116

O mică parte din bilirubină, O mică parte din bilirubină, urobilinogen şi stercobilinogen se urobilinogen şi stercobilinogen se reabsoarbe din intestin în circulaţia reabsoarbe din intestin în circulaţia portală, ajungând la ficat, de unde sunt portală, ajungând la ficat, de unde sunt reexcretaţi prin bilă – reexcretaţi prin bilă – ciclul entero-ciclul entero-hepatic al pigmenţilor biliari.hepatic al pigmenţilor biliari.

Cantităţi mici se elimină prin urină, Cantităţi mici se elimină prin urină, excreţia prin urină a acestor compuşi – excreţia prin urină a acestor compuşi – creşte în insuficienţa hepatică. creşte în insuficienţa hepatică.

117

Sunt atestate câteva tulburări genetice Sunt atestate câteva tulburări genetice ale metabolismului porfirinelor, ce se ale metabolismului porfirinelor, ce se caracterizează prin excreţia crescută de caracterizează prin excreţia crescută de porfirine şi precursori ai acestora.porfirine şi precursori ai acestora.

1.1. Porfiria intermitentă acutăPorfiria intermitentă acută. Sunt . Sunt afectate celuleleafectate celulele ficatului, reducându-se ficatului, reducându-se activitatea uroporfirinogen sintazei şi, activitatea uroporfirinogen sintazei şi, compensator, amplificată de compensator, amplificată de γγ-amino -amino levulinat sintaza, creşte concentraţia levulinat sintaza, creşte concentraţia amino levulinatului şi a amino levulinatului şi a porfobilinogenului în ficat, eliminându-porfobilinogenului în ficat, eliminându-se prin urină, ceea ce cauzează se prin urină, ceea ce cauzează dereglări neurologice, dereglări dereglări neurologice, dereglări intermitente în abdomen. intermitente în abdomen.

118

2.2. Porfiria eritropoetică congenitală.Porfiria eritropoetică congenitală. E E diminuată de activitatea enzimelor diminuată de activitatea enzimelor ((cosintază, izomerazăcosintază, izomerază), provocând ), provocând acumularea uroporfirinei, coproporfirinei. acumularea uroporfirinei, coproporfirinei. Eritrocitele se distrug prematur. Urina Eritrocitele se distrug prematur. Urina este de culoare roşie, dinţii – roză, pielea este de culoare roşie, dinţii – roză, pielea – sensibilă la lumină.– sensibilă la lumină.

3.3. Sunt studiate şi Sunt studiate şi porfirinele hepatice porfirinele hepatice primare – “porfiria cutanea tarda” – primare – “porfiria cutanea tarda” – ce se ce se caracterizează prin hipersinteză şi caracterizează prin hipersinteză şi eliminare urinară de uro- şi eliminare urinară de uro- şi coproporfirina I. Pacienţii sunt coproporfirina I. Pacienţii sunt fotosensibili cauza este deficienţa de fotosensibili cauza este deficienţa de uroporfirinogen decarboxilaza.uroporfirinogen decarboxilaza.

119

4.4. La deficienţa La deficienţa coproporfirinogen oxidazei coproporfirinogen oxidazei (coproporfiria ereditară), se acumulează (coproporfiria ereditară), se acumulează şi se elimină prin urină şi se elimină prin urină coproporfirinogen III şi alte coproporfirinogen III şi alte intermediate – porfobilinogen, ac. intermediate – porfobilinogen, ac. δδ--amino levulinic. Manifestările clinice amino levulinic. Manifestările clinice sunt asemănătoare cu cele din porfiria sunt asemănătoare cu cele din porfiria acută intermitentă.acută intermitentă.

5.5. La insuficienţa La insuficienţa ALA – dehidratazeiALA – dehidratazei şi a şi a fierochelatazeifierochelatazei, se acumulează în urină , se acumulează în urină coproporfirina III şi acidul coproporfirina III şi acidul δδ-amino -amino levulinic. Deficitul fierochelatazei în levulinic. Deficitul fierochelatazei în ţesuturi duce la protoporfirie – ţesuturi duce la protoporfirie – eritrocitele, plasma, fecalele cinţin eritrocitele, plasma, fecalele cinţin cantităţi mari de protoporfirina IX. cantităţi mari de protoporfirina IX.

120

Bolnavii sunt fotosensibili, au ciroză Bolnavii sunt fotosensibili, au ciroză şi urticărie prin expunerea la soare.şi urticărie prin expunerea la soare.

Creşterea activităţii Creşterea activităţii amino levulinat amino levulinat sintazei sintazei duce la duce la porfirie toxică porfirie toxică – prin – prin urină se elimină ac. amino levulinic şi urină se elimină ac. amino levulinic şi porfobilinogen, coproporfirina III. porfobilinogen, coproporfirina III. Organismul reacţionează vădit la Organismul reacţionează vădit la droguri, inclusiv la alcool. droguri, inclusiv la alcool.

Hepatitele şi cirozele se Hepatitele şi cirozele se caracterizează prin caracterizează prin coproporfirinii coproporfirinii secundare secundare cu izomeri de tip I; cu izomeri de tip I; intoxicaţiile alcoolice şi ciroza etilică – intoxicaţiile alcoolice şi ciroza etilică – prin izomeri de tip III. prin izomeri de tip III.

121

Metabolismul Metabolismul proteoglicanilorproteoglicanilor

122

ProteoglicaniiProteoglicanii (PG) – principalul (PG) – principalul component al substanţei fundamentale component al substanţei fundamentale din matricea extracelulară.din matricea extracelulară.

Se caracterizează printr-o mare Se caracterizează printr-o mare diversitate tisulară, precum şi a diversitate tisulară, precum şi a glucidelor (85-90%).glucidelor (85-90%).

Sunt constituentele Sunt constituentele glicozoaminglicanilor covalent legaţi cu glicozoaminglicanilor covalent legaţi cu proteinele (5-15%).proteinele (5-15%).

GlicozoaminglicaniiGlicozoaminglicanii (GAG) sunt catene (GAG) sunt catene mari neramificate, compuse din mari neramificate, compuse din elemente dizaharidice repetabile.elemente dizaharidice repetabile.

123

Aceşti compuşi se mai numeau Aceşti compuşi se mai numeau mucopolizaharide.mucopolizaharide.

Denumirea actuală e determinată de Denumirea actuală e determinată de faptul că în componenţa dizaharidică faptul că în componenţa dizaharidică se conţine un aminozahăr (N-acetil-se conţine un aminozahăr (N-acetil-glucozoamină sau N-acetil-glucozoamină sau N-acetil-galactozoamină).galactozoamină).

Prezenţa grupelor carboxil sau sulfat Prezenţa grupelor carboxil sau sulfat (a ambelor grupări) la majoritatea (a ambelor grupări) la majoritatea resturilor de zahăr le aprovizionează resturilor de zahăr le aprovizionează cu o sarcină electrică negativă mare.cu o sarcină electrică negativă mare.

124

După tipul resturilor de zahăr, tipul După tipul resturilor de zahăr, tipul legăturii între ele, numărul şi poziţia legăturii între ele, numărul şi poziţia grupelor sulfat deosebim 7 grupe de grupelor sulfat deosebim 7 grupe de glicozoaminglicani (fig. 8.15).glicozoaminglicani (fig. 8.15).

BiosintezaBiosinteza are loc în fibroblaşti, cu are loc în fibroblaşti, cu participarea a trei categorii de participarea a trei categorii de compuşi: aminoacizi, glucoză şi compuşi: aminoacizi, glucoză şi radicali sulfurici (PAPS).radicali sulfurici (PAPS).

Se consideră că activarea sulfului se Se consideră că activarea sulfului se efectuează în baza ATP, sub acţiunea efectuează în baza ATP, sub acţiunea ATP-sulfurilazeiATP-sulfurilazei şi şi APS (adenozil APS (adenozil monofosfosulfat) – kinazeimonofosfosulfat) – kinazei..

125

Prima enzimă îşi intensifică activitatea Prima enzimă îşi intensifică activitatea în prezenţa retinolului, fapt ce explică în prezenţa retinolului, fapt ce explică rolul favorizant al vit.A la anabolismul rolul favorizant al vit.A la anabolismul ţesutului conjunctiv.ţesutului conjunctiv.

La fel ca şi colagenul, PG, anterior La fel ca şi colagenul, PG, anterior secretaţi sunt modificări în aparatul secretaţi sunt modificări în aparatul Golgi (sulfatarea şi epimerizarea) şi Golgi (sulfatarea şi epimerizarea) şi covalent se fixează de resturile de covalent se fixează de resturile de serină sau treonină în proteina serină sau treonină în proteina corcor..

Moleculele proteoglicanilor se asociază Moleculele proteoglicanilor se asociază cu fibrele de colagen, formând o cu fibrele de colagen, formând o barieră pentru molecule – o sită barieră pentru molecule – o sită moleculară.moleculară.

126

Proteoglicanii se deosebesc de Proteoglicanii se deosebesc de glicoproteine, al căror component glicoproteine, al căror component glucidic e de circa 1-60% din masa glucidic e de circa 1-60% din masa totală şi e reprezentat prin catene totală şi e reprezentat prin catene mici ramificate de oligozaharide, care mici ramificate de oligozaharide, care deseori conţin acid sialic.deseori conţin acid sialic.

Proteoglicanii au molecule mult mai Proteoglicanii au molecule mult mai mari, componentul glucidic e mari, componentul glucidic e reprezentat printr-o mulţime de reprezentat printr-o mulţime de lanţuri neramificate de GAG, normal lanţuri neramificate de GAG, normal nu conţin acid sialic şi constituie nu conţin acid sialic şi constituie până la 90-95% din masa totală.până la 90-95% din masa totală.

127

128

Funcţionând ca nişte site moleculare, Funcţionând ca nişte site moleculare, PG reglează pătrunderea prin ei a PG reglează pătrunderea prin ei a moleculelor mari (proteine etc.).moleculelor mari (proteine etc.).

În organism există un echilibru dinamic În organism există un echilibru dinamic permanent între biosinteză şi permanent între biosinteză şi degradare.degradare.

Degradarea PG se produce cu mult mai Degradarea PG se produce cu mult mai rapid decât a colagenului, în rapid decât a colagenului, în majoritatea ţesuturilor, în rinichi – 3-8 majoritatea ţesuturilor, în rinichi – 3-8 zile.zile.

Produsele scindării se excretă prin Produsele scindării se excretă prin urină – cantitatea diurnă 250 mg.urină – cantitatea diurnă 250 mg.

129

ProteoglicanazaProteoglicanaza ( o metalenzimă cu ( o metalenzimă cu un pH cuprins într-un domeniu larg – un pH cuprins într-un domeniu larg – 5-9) are proprietăţi diverse şi 5-9) are proprietăţi diverse şi scindează hidrolitic legăturile între scindează hidrolitic legăturile între condroitin sulfat şi proteina centrală condroitin sulfat şi proteina centrală în multe regiuni şi în numeroşi PG.în multe regiuni şi în numeroşi PG.

Enzima are şi capacitatea de a proteja Enzima are şi capacitatea de a proteja peptidele de extensie, precum şi de a peptidele de extensie, precum şi de a degrada glicoproteina matriceală.degrada glicoproteina matriceală.

130

Ulterior, intră în funcţiune endo- şi Ulterior, intră în funcţiune endo- şi exoglicozidazele, sulfatazele; dintre exoglicozidazele, sulfatazele; dintre glicozidaze – glicozidaze – ββ-glucuronidaza-glucuronidaza, , αα--iduronidazaiduronidaza, , ββ-acetil-hexozaminaza-acetil-hexozaminaza, , ββ-galactozidaza-galactozidaza, , aril-sulfatazele aril-sulfatazele (fig. (fig. 8.18).8.18).

131

Modificările constituenţilor Modificările constituenţilor PGPG

Distingem modificări fiziologice Distingem modificări fiziologice asociate, cu înaintarea în vârstă, şi asociate, cu înaintarea în vârstă, şi patologice cauzate de funcţionarea patologice cauzate de funcţionarea anormală a unor enzime participante anormală a unor enzime participante la ana- sau catabolismul lor.la ana- sau catabolismul lor.

În funcţie de vârstă, e stabilită În funcţie de vârstă, e stabilită majorarea cantităţii de colagen, ca, majorarea cantităţii de colagen, ca, de altfel, şi a keratan sulfatului în de altfel, şi a keratan sulfatului în ţesuturi, unde se localizează.ţesuturi, unde se localizează.

132

Conţinutul condroitin sulfatului în Conţinutul condroitin sulfatului în cartilaje, discuri intervertebrale şi al cartilaje, discuri intervertebrale şi al acidului hialuronic în piele se acidului hialuronic în piele se micşorează.micşorează.

Aceste schimbări au efecte importante Aceste schimbări au efecte importante pentru gradul de hidratare, precum şi pentru gradul de hidratare, precum şi pentru posibilitatea eventualei calcifieri pentru posibilitatea eventualei calcifieri (în cartilaje, oase).(în cartilaje, oase).

Hormonul de creştereHormonul de creştere (GH) stimulează (GH) stimulează adiţionarea prolinei în lanţul adiţionarea prolinei în lanţul tropocolagenului.tropocolagenului.

133

Administrarea lui la orice vârstă apropie Administrarea lui la orice vârstă apropie caracterul sintezei PG de procesele ce au caracterul sintezei PG de procesele ce au loc la animalele tinere – amplifică loc la animalele tinere – amplifică proliferaţia celulelor şi stimulează proliferaţia celulelor şi stimulează ataşarea grupelor sulfat în PG.ataşarea grupelor sulfat în PG.

TestosteronulTestosteronul amplifică viteza sintezei amplifică viteza sintezei acidului hialuronic, la fel ca şi acidului hialuronic, la fel ca şi insulinainsulina (plus condroitin sulfaţii).(plus condroitin sulfaţii).

La diabet sunt vădite consecinţele La diabet sunt vădite consecinţele inhibiţiei sintezei PG, amplificarea inhibiţiei sintezei PG, amplificarea degeneraţiei vaselor, vindecarea tardivă degeneraţiei vaselor, vindecarea tardivă a rănilor, când pacienţii sunt mai a rănilor, când pacienţii sunt mai sensibili la infecţie.sensibili la infecţie.

134

Stimulează sinteza PG şi Stimulează sinteza PG şi mineralocorticoiziimineralocorticoizii, amplificând , amplificând proliferarea fibroblaştilor.proliferarea fibroblaştilor.

GlucocorticoiziiGlucocorticoizii administraţi conduc la administraţi conduc la repolimerizarea acidului hialuronic şi a repolimerizarea acidului hialuronic şi a altor PG, inhibă sinteza, reducând altor PG, inhibă sinteza, reducând acţiunea defavorizantă a acestor hormoni acţiunea defavorizantă a acestor hormoni în procesul de tratare a rănilor.în procesul de tratare a rănilor.

MucopolizaharidozeleMucopolizaharidozele sunt o categorie de sunt o categorie de boli genetice, ce se caracterizează prin boli genetice, ce se caracterizează prin depozitarea în ţesuturi şi excreţia urinară depozitarea în ţesuturi şi excreţia urinară a GAG, ca rezultat al insuficienţei unei sau a GAG, ca rezultat al insuficienţei unei sau mai multe enzime lizozomale implicate în mai multe enzime lizozomale implicate în degradarea lor.degradarea lor.

135

Au loc modificări în structura Au loc modificări în structura scheletului, în dezvoltarea organelor, scheletului, în dezvoltarea organelor, afecţiuni mintale, tulburări afecţiuni mintale, tulburări cardiopulmonare de diverse genuri şi cardiopulmonare de diverse genuri şi intensităţi.intensităţi.

Defectul Defectul enzimaticenzimatic specific se stabileşte specific se stabileşte prin fixarea activităţii unor enzime în prin fixarea activităţii unor enzime în lichidul amniotic.lichidul amniotic.

136

Au fost deteAu fost detectate un grup de erori umane ctate un grup de erori umane înnăscute de metabolism, implicând înnăscute de metabolism, implicând depozitarea de glicolipide, glicopeptide, depozitarea de glicolipide, glicopeptide, mucopolizaharide şi oligozaharide.mucopolizaharide şi oligozaharide.

Aceste boli sunt cauzate de defecte în Aceste boli sunt cauzate de defecte în activitatea glicozidazelor, care împiedică activitatea glicozidazelor, care împiedică catabolismul oligozaharidelor catabolismul oligozaharidelor

137

Dereglările implică acumularea în Dereglările implică acumularea în ţesuturi şi urină a compuşilor derivaţi ţesuturi şi urină a compuşilor derivaţi de la degradarea incompletă a de la degradarea incompletă a oligozaharidelor şi poate fi acompaniată oligozaharidelor şi poate fi acompaniată de anormalităţi scheletale, renale, de anormalităţi scheletale, renale, hepatice sau defecte cardiovasculare, cu hepatice sau defecte cardiovasculare, cu retarduri mintale severe.retarduri mintale severe.

138

Există un grup de dereglări genetice ce Există un grup de dereglări genetice ce sunt caracterizate printr-o acumulare sunt caracterizate printr-o acumulare excesivă şi excreţie de oligozaharide ale excesivă şi excreţie de oligozaharide ale proteoglicanilor, numite proteoglicanilor, numite mucopolizaharidozemucopolizaharidoze..

Bazele chimice pentru acest tip de dereglări Bazele chimice pentru acest tip de dereglări sunt similare, modul de moştenire ca şi sunt similare, modul de moştenire ca şi manifestările chimice putând să varieze.manifestările chimice putând să varieze.

Sindromul lui Hurler şi cel al lui Sanfilippo Sindromul lui Hurler şi cel al lui Sanfilippo sunt moştenite cu transmitere autosomală sunt moştenite cu transmitere autosomală recesivă, însă boala lui Hunter este recesivă, însă boala lui Hunter este dependentă de sex. dependentă de sex.

139

Atât sindromul lui Hurler, cât şi boala Atât sindromul lui Hurler, cât şi boala lui Hunter sunt caracterizate prin lui Hunter sunt caracterizate prin anormalităţi scheletale şi retard mintal, anormalităţi scheletale şi retard mintal, care în cazuri severe pot cauza care în cazuri severe pot cauza moartea.moartea.

În contrast, sindromul lui Sanfilippo În contrast, sindromul lui Sanfilippo (MPS III) defectele fizice sunt relativ (MPS III) defectele fizice sunt relativ minore, în schimb dereglări severe ale minore, în schimb dereglări severe ale sistemului nervos cu retard mintal.sistemului nervos cu retard mintal.

Per total, incidenţa pentru toate Per total, incidenţa pentru toate mucopolizaharidozele este de 1 la 30 mucopolizaharidozele este de 1 la 30 000 naşteri. 000 naşteri.

140

În plus la cele menţionate, mai sunt altele În plus la cele menţionate, mai sunt altele puţin înţelese.puţin înţelese.

Sindromul lui Morquio implică degradarea Sindromul lui Morquio implică degradarea “nepereche” a keratin-sulfatului, probabil “nepereche” a keratin-sulfatului, probabil datorată unei deficienţe în 4-sulfatază; datorată unei deficienţe în 4-sulfatază; deficienţa multiplă de sulfatază implică deficienţa multiplă de sulfatază implică deficienţa în ultimele 6 sulfataze; şi boala deficienţa în ultimele 6 sulfataze; şi boala “i-cell” (celulă-i) implică o descreştere în “i-cell” (celulă-i) implică o descreştere în câteva hidrolaze.câteva hidrolaze.

141

Aceste dereglări sunt posibil de diagnosticat Aceste dereglări sunt posibil de diagnosticat în perioada prenatală, din moment ce în perioada prenatală, din moment ce modelul de metabolism patern obţinut din modelul de metabolism patern obţinut din celulele afectate din lichidul amniotic este celulele afectate din lichidul amniotic este extrem de diferit de normal.extrem de diferit de normal.

Mai departe o terapie promiţătoare pentru a Mai departe o terapie promiţătoare pentru a corecta o parte din aceste boli, o contribuie corecta o parte din aceste boli, o contribuie terapia prin înlocuirea de gene sau enzime.terapia prin înlocuirea de gene sau enzime.

142

Structura dermatan şi heparan Structura dermatan şi heparan sulfatuluisulfatuluiδδ

Dermatan sulfat: IdUA GalNAc GlcUA GalNAc

OSO3H OSO3HOSO3H1

2

3

4 5

Heparan sulfat: IdUA GlcNAc GlcUA GlcNAc

OSO3H OSO3HOSO3H1

2

3

7 5

8

9

143

MaladieMaladie Produse Produse acumulateacumulate

Deficienţa Deficienţa enzimeienzimei

Hunter (MPS Hunter (MPS II)II)

Heparan Heparan sulfatsulfat

Dermatan Dermatan sulfatsulfat

Iduronat Iduronat sulfataza (1)sulfataza (1)

Hurler – Hurler – ScheieScheie

(dereglări (dereglări alele)alele)

Heparan Heparan sulfatsulfat

Dermatan Dermatan sulfatsulfat

αα-L-iduronidaza -L-iduronidaza (2)(2)

Marateaux - Marateaux - LamyLamy

Dermatan Dermatan sulfatsulfat

N-N-acetilgalactozaacetilgalactoza

min (3) min (3) sulfatazasulfataza

Sindromul Sly Sindromul Sly (MPS VII)(MPS VII)

Heparan Heparan sulfatsulfat

Dermatan Dermatan sulfatsulfat

ββ-glucuronidaza -glucuronidaza (5)(5)

144

MaladieMaladie Produse Produse acumulateacumulate

Deficienţa Deficienţa enzimeienzimei

Sanfilippo ASanfilippo A Heparan Heparan sulfatsulfat

Heparan Heparan sulfamidaza (6)sulfamidaza (6)

Sanfilippo BSanfilippo B Heparan Heparan sulfatsulfat

N-N-acetilglucozaminidacetilglucozaminid

aza (9)aza (9)

Sanfilippo CSanfilippo C Heparan Heparan sulfatsulfat

N-acetil N-acetil transferazatransferaza

Sanfilippo DSanfilippo D Heparan Heparan sulfatsulfat

N-acetil N-acetil glucozamin -6-glucozamin -6-

sulfatazasulfataza

145SinteSinteza tetrahidrobiopterinei din GTPza tetrahidrobiopterinei din GTP

146Degradarea nucleotidelor puriniceDegradarea nucleotidelor purinice

147

Sursele de carbon şi azot din pirimidineSursele de carbon şi azot din pirimidine(C4, C5, C6 şi N1 din aspartat; N3 din glutamină; şi C2 din CO(C4, C5, C6 şi N1 din aspartat; N3 din glutamină; şi C2 din CO22))

148

Sinteza “de novo” a Sinteza “de novo” a 22‘‘-deoxiribonucleotidelor pirimidinice-deoxiribonucleotidelor pirimidinice

149Sinteza deoxitimidin nucleotideiSinteza deoxitimidin nucleotidei

150Degradarea uracilului şi timinei în produse finaleDegradarea uracilului şi timinei în produse finale

151

Reglarea de către mucosa Reglarea de către mucosa intestinală a absorbţiei fieruluiintestinală a absorbţiei fierului

152

Distribuţia aproximativă a fierului Distribuţia aproximativă a fierului (la un adult de 70 kg)(la un adult de 70 kg)

153Calea de biosinteză a hemuluiCalea de biosinteză a hemului