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Ribótido de 5-aminoimidazol

El 5′-fosforibosil-5-aminoimidazol (o aminoimidazol ribótido , AIR ) es un intermediario bioquímico en la formación de nucleótidos de purina a través de inosina -5-monofosfato y, por lo tanto, es un componente básico para el ADN y el ARN . [1] Las vitaminas tiamina [2] [3] y cobalamina [4] también contienen fragmentos derivados de AIR. [5] Es un intermediario en la vía de la adenina y se sintetiza a partir de 5′-fosforibosilformilglicinamidina por la AIR sintetasa . [6]

Química

Los derivados del 5-aminoimidazol se consideraban inestables y, por lo tanto, difíciles de sintetizar. La primera síntesis no enzimática del ribótido del 5-aminoimidazol (AIR) se publicó recién en 1988 [7] y la metodología general para otros ejemplos se desarrolló en la década de 1990. [8] [9]

Biosíntesis

El azúcar furanosa (5 carbonos ) en AIR proviene de la vía de la pentosa fosfato , que convierte la glucosa (como su derivado 6-fosfato ) en ribosa 5-fosfato (R5P). [10] Las reacciones posteriores que unen la porción amino imidazol de la molécula comienzan cuando R5P se activa como su derivado pirofosfato , fosforibosil pirofosfato (PRPP). Esta reacción es catalizada por la ribosa-fosfato difosfoquinasa . [11]

Cinco pasos biosintéticos completan la transformación. [1] [12] La primera enzima, amidofosforibosiltransferasa , une el amoníaco de la glutamina al ribótido en su carbono anomérico , formando fosforribosilamina (PRA):

PRPP + glutamina → PRA + glutamato + PPi

A continuación, la PRA se convierte en ribonucleótido de glicinaamida (GAR) por la acción de la fosforribosilamina-glicina ligasa , formando un enlace amida con la glicina en un proceso impulsado por ATP :

PRA + glicina + ATP → GAR + ADP + Pi

Una tercera enzima, la fosforribosilglicinamida formiltransferasa , agrega un grupo formilo del 10-formiltetrahidrofolato al GAR, dando lugar a la fosforribosil-N-formilglicinamida (FGAR):

GAR + 10-formiltetrahidrofolato → FGAR + tetrahidrofolato

El penúltimo paso convierte FGAR en una amidina por la acción de la fosforribosilformilglicinamidina sintasa , transfiriendo un grupo amino de la glutamina y dando 5'-fosforribosilformilglicinamidina (FGAM) en una reacción que también requiere ATP:

FGAR + ATP + glutamina + H 2 O → FGAM + ADP + glutamato + Pi

El FGAM finalmente se convierte en AIR por la acción de la AIR sintetasa que utiliza ATP para activar el grupo carbonilo terminal para atacar al átomo de nitrógeno en el centro anomérico:

FGAM + ATP → AIRE + ADP + Pi + H +

Uso como intermediario en la biosíntesis.

Purinas

El sistema de anillo de purina del nucleótido monofosfato de inosina se forma en una vía a partir de AIR [13] que comienza cuando la fosforribosilaminoimidazol carboxilasa lo convierte en el derivado carboxilado en el anillo de imidazol, 5'-fosforribosil-4-carboxi-5-aminoimidazol (CAIR). [14]

AIRE + CO 2 → CAIRE + 2 H +

El mismo compuesto se puede formar en una vía de dos pasos cuando las enzimas involucradas son la 5-(carboxiamino)imidazol ribonucleótido sintasa y la 5-(carboxiamino)imidazol ribonucleótido mutasa . [14]

Reacciones radicales SAM

Las reacciones de reordenamiento que comienzan con AIR incorporan porciones de la molécula a vías bioquímicas adicionales. Las enzimas involucradas pertenecen a la superfamilia radical SAM de proteínas de hierro-azufre , que utilizan S-adenosil metionina como cofactor para iniciar las conversiones a través de intermediarios radicales . [15] [5]

Tiamina

La vitamina tiamina contiene un sistema de anillo de pirimidina que se forma a partir de AIR en una reacción catalizada por la fosfometilpirimidina sintasa . [2] [16]

Esta reacción incorpora los fragmentos azul, verde y rojo que se muestran en el producto, fosfato de 4-amino-5-hidroximetil-2-metilpirimidina. [3] [17]

5-Hidroxibencimidazol

En algunos anaerobios , el AIR es un precursor del 5,6-dimetilbencimidazol , que se incorpora a la vitamina B 12 en pasos posteriores de la biosíntesis de cobalamina . [5] [18] La reacción inicial es catalizada por la 5-hidroxibencimidazol sintasa, EC 4.1.99.23, y forma 5-hidroxibencimidazol:

Todos los átomos de carbono del producto se transfieren desde el AIRE, como se muestra. [4] [5]

Referencias

  1. ^ ab R. Caspi (13 de enero de 2009). "Vía: biosíntesis de inosina-5'-fosfato I". Base de datos de vías metabólicas MetaCyc . Consultado el 2 de febrero de 2022 .
  2. ^ ab R. Caspi (14 de septiembre de 2011). "Vía: supervía de la biosíntesis de difosfato de tiamina I". Base de datos de vías metabólicas MetaCyc . Consultado el 1 de febrero de 2022 .
  3. ^ ab Chatterjee, Abhishek; Hazra, Amrita B.; Abdelwahed, Sameh; Hilmey, David G.; Begley, Tadhg P. (2010). "Una "danza radical" en la biosíntesis de tiamina: análisis mecanicista de la hidroximetilpirimidina fosfato sintasa bacteriana". Angewandte Chemie International Edition . 49 (46): 8653–8656. doi :10.1002/anie.201003419. PMC 3147014 . PMID  20886485. 
  4. ^ ab R. Caspi (23 de septiembre de 2019). "Vía: biosíntesis de 5-hidroxibencimidazol (anaeróbica)". Base de datos de vías metabólicas MetaCyc . Consultado el 10 de febrero de 2022 .
  5. ^ abcd Mehta, Angad P.; Abdelwahed, Sameh H.; Fenwick, Michael K.; Hazra, Amrita B.; Taga, Michiko E.; Zhang, Yang; Ealick, Steven E.; Begley, Tadhg P. (2015). "Formación anaeróbica de 5-hidroxibencimidazol a partir de ribótido de aminoimidazol: una intersección imprevista de la biosíntesis de tiamina y vitamina B12". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 137 (33): 10444–10447. doi :10.1021/jacs.5b03576. PMC 4753784 . PMID  26237670. 
  6. ^ Bhat, Balkrishen; Groziak, Michael P.; Leonard, Nelson J. (1990). "Síntesis no enzimática y propiedades del ribonucleótido de 5-aminoimidazol (AIR). Síntesis de derivados de ribonucleósidos de 5-aminoimidazol (AIR) específicamente marcados con 15N". Journal of the American Chemical Society . 112 (12): 4891–4897. doi :10.1021/ja00168a039.
  7. ^ Groziak, MP; Bhat, B.; Leonard, NJ (1988). "Síntesis no enzimática del ribonucleósido de 5-aminoimidazol y reconocimiento de su reordenamiento fácil". Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 85 (19): 7174–7176. Bibcode :1988PNAS...85.7174G. doi : 10.1073/pnas.85.19.7174 . PMC 282146 . PMID  3174626. 
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  9. ^ Al-Shaar, Adnan HM; Chambers, Robert K.; Gilmour, David W.; Lythgoe, David J.; McClenaghan, Ian; Ramsden, Christopher A. (1992). "La síntesis de heterociclos mediante reacciones de adición-eliminación de 4- y 5-aminoimidazoles". J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 (21): 2789–2811. doi :10.1039/P19920002789.
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