Características generales de la síntesis de desoxirribonucleótidos
Los desoxirribonucleótidos (dNTP) actúan como bloques de construcción del ADN y no se forman mediante síntesis de novo independiente, sino mediante la reducción de ribonucleótidos preformados. La reacción clave —la conversión del grupo 2′-OH de la ribosa en 2′-H de la desoxirribose— es catalizada por una enzima universal para las cuatro bases. La síntesis de nucleótidos de timidina sigue una vía independiente, ya que la timina está ausente en el ARN y su grupo metilo debe introducirse específicamente.
Complejo de la ribonucleótido redactasa
La reducción de los ribonucleosidofosfatos (ADP, GDP, CDP, UDP) a sus respectivas desoxiformas es catalizada por la ribonucleótido reductasa (RNRasa). La reacción requiere un donante de hidrógenos, que es el cofactor proteico tioredoxina, el cual contiene un par de residuos de cisteína con grupos SH.
La forma oxidada (disulfuro) de la tioredoxina es regenerada por el sistema:
- tioredoxina reductasa, la enzima que reduce la tioredoxina;
- NADPH, el donante final de electrones e hidrógeno.
De este modo, el flujo de equivalentes reductores sigue el esquema: NADPH → tioredoxina reductasa → tioredoxina → ribonucleótido redactasa → el grupo 2′-OH de la ribosa se convierte en 2′-H de la desoxirribosa.
Síntesis de dCMP y dUMP
Los desoxicitidílicos y desoxiuridílicos nucleótidos se forman de manera interconectada. Existen dos vías para la aparición de dUMP:
- a través del dUDP, obtenido por reducción directa del UDP mediante la ribonucleótido reductasa, seguida de defosforilación;
- a través de dCDP → dCMP → desaminación a dUMP.
El dUMP obtenido sirve posteriormente como sustrato para la síntesis de nucleótidos de timidina.
Síntesis de dTMP y el papel de los folatos
La enzima clave de la vía es la timidilato sintasa. Transfiere un fragmento de un carbono desde el $N^5,N^{10}$-metileno-$H_4$-folato al dUMP, convirtiéndolo en dTMP. Una característica de la reacción es que el donante no solo cede el grupo metilo, sino que se oxida simultáneamente: el $N^5,N^{10}$-metileno-$H_4$-folato se convierte en dihidrofolato ($H_2$-folato).
Para el funcionamiento continuo de la timidilato sintasa se requiere la regeneración de la forma activa del cofactor. En esto participan dos enzimas:
- dihidrofolato reductasa (DHFR): reduce el $H_2$-folato a tetrahidrofolato ($H_4$-folato) a expensas del NADPH;
- serina hidroximetiltransferasa (dependiente de piridoxal): transfiere el carbono β de la serina al $H_4$-folato, formando $N^5,N^{10}$-metileno-$H_4$-folato; la serina se convierte así en glicina.
Vías de salvamento de las bases púricas
Paralelamente a la síntesis de de novo, la célula utiliza vías de reutilización de bases púricas libres y nucleósidos con la participación del 5-fosforribosil-1-pirofosfato (PRPP).
- La hipoxantina-guanina fosforribosiltransferasa (HGPRT) une la guanina o la hipoxantina al PRPP para formar GMP o IMP, respectivamente; se libera pirofosfato.
- La adenina fosforribosiltransferasa (APRT) forma AMP a partir de adenina y PRPP.
- La adenosina kinasa fosforila la adenosina utilizando ATP para producir AMP.
Metotrexato: inhibidor de la dihidrofolato reductasa
El metotrexato es un análogo estructural del ácido fólico y un inhibidor competitivo de la dihidrofolato reductasa. El bloqueo de la enzima detiene la reducción del H2-folato a H4-folato, agota el fondo común de N5,N10-metileno-H4-folato y, por lo tanto, detiene la síntesis de dTMP. Sin nucleótidos de timidina, la replicación del ADN es imposible. El fármaco afecta selectivamente a las células de división rápida, lo que se utiliza en el tratamiento de leucemias, linfomas y diversos tumores sólidos, así como en ciertas enfermedades autoinmunes.
5-Fluorouracilo: inhibidor de la timidilato sintasa
El 5-fluorouracilo (5-FU) es un análogo del uracilo que en la célula se metaboliza a 5-fluoro-dUMP, el cual forma un complejo ternario covalente con la timidilato sintasa y el N5,N10-metileno-H4-folato. La enzima se bloquea irreversiblemente, la síntesis de dTMP se detiene, y se desarrolla un «déficit de timidina» con la consiguiente muerte de las células proliferantes. El 5-FU se utiliza en la quimioterapia del cáncer colorrectal, gástrico, de mama y otros tumores.
Estrategia de la quimioterapia antitumoral
El metotrexato y el 5-fluorouracilo ilustran el principio general de la terapia citostática: la acción sobre las enzimas de la síntesis de dNTP. El metotrexato bloquea la regeneración del cofactor (H4-folato) y el 5-FU bloquea la enzima timidilato sintasa en sí. En ambos casos, se altera la formación de dTMP, se resiente la síntesis de ADN y las células con alta tasa de división (tumorales, hematopoyéticas, epitelio mucoso) mueren primero. A esto se debe la toxicidad típica de estos fármacos: la mielosupresión y las mucositis.
Puntos clave
- La ribonucleótido reductasa reduce los cuatro ribonucleósido difosfatos a sus formas desoxi.
- El dador de hidrógenos es la tioredoxina, regenerada por la tioredoxina reductasa y NADPH.
- El dUMP se forma por dos vías: a través del dUDP y mediante la desaminación del dCMP.
- La timidilato sintasa convierte el dUMP en dTMP utilizando N5,N10-metileno-H4-folato.
- La regeneración del cofactor de folato requiere dihidrofolato reductasa y serina hidroximetiltransferasa.
- El metotrexato inhibe la dihidrofolato reductasa, agotando el fondo común de folatos activos.
- El 5-fluorouracilo, a través del 5-fluoro-dUMP, bloquea irreversiblemente la timidilato sintasa.
- Las vías de salvamento de purinas operan a través del PRPP con la participación de HGPRT, APRT y adenosina kinasa.