15. Metabolizam Purina i Pirimidina

5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina

1/39

1

Sveuilite u SplituPrirodoslovno-matematiki fakultet

Odjel za kemiju

prof. dr. sc. Maja Pavela-Vrani


2/39

2

aktivirane pretee DNA i RNA

aktivirane pretee u biosintezi: UDP-glukoza je pretea glikogena

CDP-diacilglicerol je pretea fosfoglicerida

ATP: univerzalni energijski posrednik

adeninski nukleotidi:

komponenteNAD+, FAD i CoA

regulatori metabolizma: cAMP

Nukleotidi


3/39

3

Baza Ribonukleozid Ribonukleotid__________________________________________adenin (A) adenozin adenilat (AMP)gvanin (G) gvanozin gvanilat (GMP)

Uracil (U) uridin uridilat (UMP)citozin (C) citidin citidilat (CMP)__________________________________________Baza Deoksi- Deoksi-

ribonukleozid ribonukleotid__________________________________________adenin (A) deoksiadenozin deoksiadenilat (dAMP)

gvanin (G) deoksigvanozin deoksigvanilat (dGMP)timin (T) deoksitimidin deoksitimidilat (dTMP)citozin (C) deoksicitidin deoksicitidilat (dCMP)

Nomenklatura baza, nukleozida i nukleotida


4/39

4

Sinteza purinskih ribonukleotida

riboza-5-fosfat(R5P)

5-fosforibozilpirofosfat(PRPP)

ATP

AMP

Purinski ribonukleotidi moguse sintetizirati

1. de novo

2. spasilakim putemizmetabolikog otpada

5-fosforibozil pirofosfat

(PRPP)je donor riboza-5-fosfata u biosintezinukleotida

O H

OHH

OH

H

OH

CH2

H

OP

O

O

O

O H

OH

OH

H

OH

CH2

H

OP

O

O

O

P O

O

O

P

O

O

O


5/39

5

purinski prsten se postupno

gradi na riboza-5-fosfatuuzastopnim reakcijama aktivacije fosforilacijom i nukleofilne supstitucije

produkt: inozinat (IMP) bazaje hipoksantin

N

N N

NH

O

riboza-5-fosfat

Sinteza de novopurinskih nukleotida

Pretee u sintezipurinskih baza

aspartat

CO2

glicin

formijat

glutamin

formijat

glutamin glutamat glicin N10-formil-THF THF

glutamin

glutamat

aspartat

fumarat

N10-formil-THF

THF

FGAR

IMP

PRPP

ATP


6/39

6

inozinatIMP

adenilatAMP

gvanilatGMP

adeninosukcinat

ksantinat

AMP i GMP nastaju iz IMP

fumarat

riboza-5-fosfat riboza-5-fosfat

riboza-5-fosfat riboza-5-fosfat

riboza-5-fosfat


7/39

7

AMP + ATP 2 ADP

adenilat-kinaza

NMP +ATP NDP + ADP

nukleozid-monofosfat-kinaza

N1DP + N2TP

N1TP + N2DPnukleozid-difosfat-kinaza

Nukleozid di- i trifosfati nastaju fosforilacijomnukleozid monofosfata


8/39

8

inhibicijaaktivacija

riboza-5-fosfat

PRPP

IMP

adenil sukcinat XMP

GMP

GDP

GTP

Regulacija sinteze purinskih nukleotida

AMP

ADP

ATP

5-fosforibozilamin

Koordinacija relativnekoliine ATP i GTP:

1. sinteza IMP regulirana je razinomadeninskih i gvanozinskih nukleotida

2. AMP i GMP su kompetitivni inhibitoriIMP-a u vlastitoj sintezi

3. Sintezu GMP potie [ATP],sintezu AMP potie [GTP]


9/39

9

aktivirana riboza (PRPP)+

purinska baza

ribonukleotid

Purinski ribonukleotidi mogu se sintetizirati izmetabolikog otpada


10/39

10

nukleotid nukleozid baza

riboza-1-fosfat

fosforilaza cijepa N-glikozidnu vezu ortofosfatom

riboza se oslobaa u fosforiliranom obliku (R1P)

H2O Pi Pi

baza baza

nukleotidaza

purinnukleozidfosforilaza

(PNP)

Hidrolitikom razgradnjom nukleinskih kiselinai nukleotida nastaju slobodne purinske baze


11/39

11

PRPP

purin

purinski ribonukleotid

fosforiboziltransferaza

purin

PPi

Sinteza purinskih ribonukleotidaspasilakim putem

Sinteza iz metabolikog otpada je energetskipovoljnija od sinteze de novo:utedaunutarstanine energije


12/39

12

adenin+ PRPP AMP + PPi

adenin-fosforibozil-transferaza

hipoksantin+ PRPP IMP + PPigvanin + PRPP GMP + PPi

hipoksantin-gvanin-fosforibozil-transferaza(HGPRT)

Dva enzima razliite specifinostikataliziraju sintezu iz metabolikog otpada


13/39

13

Lesch-Nyhanov sindrom

Simptomi

Pojaana proizvodnja mokrane kiseline

Neuroloki poremeaji

nasilno samounitavajue ponaanje samoranjavanje

grevi i mentalna zaostalost

Potpuni nedostatak HGPRT


14/39

14

Pirimidinski prsten sintetizira se izkarbamoil fosfata i aspartata

U citosoluse bikarbonat aktivira fosforilacijomHCO3

-+ 2ATP + glutamin + H2O karbamoil fosfat+ 2ADP + Pi

HCO3-

glutamin aspartatN3

C2

N1 C

6

C5

C4


15/39

15

karbamoil fosfat

1. Sinteza 6-lanog prstena 2. Riboza-fosfat iz PRPP vee se na orotat

orotidilat

uridilatUMP

Sinteza uridilata odvija se u dva stupnja

dihidroorotat orotat

dihidroorotat

aspartat

N-karbamoilaspartat

N-karbamoilaspartat


16/39

16

UMP UDP UTP

nukleozid monofosfatkinaza

nukleozid difosfatkinaza

Nukleozid mono-, di- i trifosfati mogu semeusobno lako razmjenjivati

Nukleozid di- i trifosfati su aktivni oblici nukleotidau biosintezi i pretvorbi energije


17/39

17

UTP CTP

glutamin

CTP nastaje aminacijom UTP

CTP

sintetaza


18/39

18

Bakterija E. coli ivotinjska stanica

OMP

in

hibicija

in

hibicija

aktivacija

aktivacija

Biosintezu pirimidinskih nukleotidaregulira povratna inhibicija

UMP

UDP

UTP

CTP

OMP

UMP

UDP

UTP

CTP

HCO3-+ glutamin + ATP HCO3

-+ glutamin + ATP

karbamoil fosfat karbamoil fosfat

karbamoil aspartat karbamoil aspartat

dihidroorotat dihidroorotat

orotat oorotatPRPP PRPP


19/39

19

ribonukleozid-difosfat

deoksiribonukleozid-difosfat

ribonukleotid-reduktaza

OH

H

Deoksiribonukleotidi sintetiziraju se redukcijomribonukleozid-difosfata

tioredoksinred

tioredoksinoks

baza

baza

Fizioloki reducens ribonukleotid reduktaze: tioredoksin


20/39

20

u reakciji koju katalizira ribonukleotid-reduktazasulfhidrilni ostaci se oksidiraju u disulfid

reducirani tioredoksin se obnavlja pomou flavoproteinatioredoksin-reduktaze

S SH/ /

tioredoksin + FADH2 tioredoksin + FAD\ \S SH

FAD + NADPH + H+ FADH2+ NADP+

Tioredoksin je protein s dva vrlo bliskacisteinska ostatka(Cys32 i Cys35)


21/39

21

dNDP + ATP dNTP + ADP

Enzim: nukleozid difosfat kinaza

Umjesto ATP, za fosforilaciju moe posluiti bilo koji

NTP

dNTP nastaje fosforilacijom dNDP


22/39

22

Enzim: dUTP difosfohidrolaza ili dUTPaza ili dUTPpirofosfataza

Zato naizgled nepotrebno troenje energije? stanica mora minimizirati koncentraciju dUTP kako

bi se sprijeila ugradnja dUTP u DNA DNA polimeraza ne razlikuje dUTP od dTTP

dUMP nastaje hidrolizom dUTP

dUTP + H2O dUMP + PPi


23/39

23

N5,N10- metilentetrahidrofolatslui kao donor elektrona

donor C1-fragmenta

THF se oksidira u DHF

regeneracija THF:

dihidrofolat + NADPH + H+tetrahidrofolat + NADP+

dUMP

dTMP

N5,N10-metilentetrahidrofolat

dihidrofolat

timidilat sintaza

Deoksitimidilat nastaje metiliranjemdeoksiuridilata


24/39

24

DNARNA, aktivirani metaboliti, koenzimi

DNA

dUDP dCDP

dCMP

CTP GTP ATP dGTP dATP

dGDP dADPCDP UDP GDP ADP

dTTP dCTP

dTMP

dUMP

dUTP

UTP

UMP GMP AMP

PRPP

IMP

karbamoilfosfat

aminokiseline

Ponavljanje

C5-eeri


25/39

25

Regulacija povratnom spregom

manjak dNTP:smrtonosan

viak dNTP:mutagen

vjerojatnost ugradnjepogrenog dNTP u rastuiDNA lanac raste srelativnim porastomkoncentracije s obziromna ostale dNTP

Mehanizam regulacije ribonukleotid-reduktaze osiguravapravilan dotok svih etiriju dNTP potrebnih za sintezu DNA


26/39

26

fluoruracil (ilifluordeoksiuridin) se in vivo

(sinteza iz metabolikogotpada) prevodi ufluordeoksiuridilat (FdUMP)

FdUMP je analog supstratu

citostatik

deoksiuridilat (dUMP)

H

Fluordeoksiuridilat ireverzibilnoinhibira timidilat-sintazu

F

5-fluordeoksiuridilat (FdUMP)


27/39

27

metilen-THF

:S-- E- B: S- E- B:

S- E- B:

:S-- E- B: + F

THF

I

CH2

/

FdUMP

F

F

S- E- BF

dTMP

metilen-THF

:S-- E- B: S- E- B:

S- E- B:

:S-- E- B: + H

THF

I

CH2

/

dUMP

H

H

S- E- BH

dTMP

u dijelu katalitikog ciklusa FdUMP djeluje kao normalni supstrat enzim se inaktivira kovalentnim vezanjem supstrata

FdUMP je samoubilaki inhibitor


28/39

28

Sinteza dTMP moe se sprijeiti tako da seinhibira regeneracija tetrahidrofolata

26

N5,N10-metilen-

THF

THF

Inhibicijaaminopterinomi metotreksatom

DHF

glicin

serin

serin-hidroksimetil-

transferaza

Inhibicija FdUMP

NADP+

NADPH

dihidrofolat-reduktaza

timidilat

sintaza

+ H+

dUMPdUMP dTMPdTMP

Aminopterin i metotreksat analozi dihidrofolata

snani kompeticijskiinhibitori dihidrofolatreduktaze (~1000 putavei afinitet od DHF)

zaustavljaju sintezu dTMP,ali i sintezu purina,histidina i metionina

Antifolati visoke doze: antitumorska

sredstva - lijeenje djejeleukemije

niske doze metotreksata:lijeenje reumatoidnogartritisa


29/39

29

nukleinska kiselina

nukleaza iz guteraeintestinalna fosfodiesteraza

baza-riboza - P

nukleotidazafosfataza Pi

baza-riboza

purin nukleozid Pifosforilaza

riboza-1- P + bazaR5Pfosforibomutaza

Nukleinske kiseline razgraujuse u crijevima


30/39

30

PiPiP

iP

i

riboza-1-P riboza-1-P riboza-1-P

adenozin inozin ksantozin gvanozin

ksantinhipoksantin

urat(anion mokrane kiseline)

NH4+

NH4+

NH4+

PiPi P

i

ksantinoksidaza

ksantinoksidaza

guanindeaminaza

gvanin

adenozindeaminaza

nukleotidaza

purin nukleozifosforilaza

AMP IMP XMP GMP

U ovjeka se purini razgrauju do urata

O2+H2O H2O2

O2+H2O

H2O2


31/39

31

Mjesto djelovanja: jetra i mukoza tankog crijeva

Uloga: prevoenje hipoksantina u ksantin

ksantina u mokranu kiselinu

Mo oscilira izmeu Mo(VI) i Mo(IV)oksidacijskog stanja

Krajnji akceptor elektrona: O2 O

2se oksidira u

H

2O

2

H2O2se disproporcionira u H2O i O2djelovanjemkatalaze

Ksantin oksidaza


32/39

32

genetiki defekt adenozindeaminaze (ADA)

posljedica: selektivnorazaranje limfocita

terapija

intravenozni unos ADA

neuspjeno:jetra u

roku od nekolikominuta eliminira enzimiz krvotoka

bioloki inertni polietilen glikolvee se na ADA (PEG-ADA) PEG snizuje aktivnost ADA za

40%, ali prijei vezanje enzima na

receptore koji ADA filtriraju izkrvotoka

genska terapija: u limfocite, ekstrahirane iz

krvi bolesnika, metodamagenetikog inenjerstva ubacise gen za ADA te limfocitivrate u organizam

Severe combined immunodeficiency desease (SCID)


33/39

33

mokrana kiselina je slabotopljiva u vodi

izluuje se u urinu

radi utede vode, ptice,kopneni gmazovi i mnogikukci lue je u

kristalininom obliku

primati, ptice,kopneni gmazovi

svi sisavciosim primata

ribe kotunjae

vodozemci iveina riba

morskibeskraljenjaci

mokrana kiselina

alantoin

alantoinska kiselina

urea

4 NH4+

U nekih se organizama urat dalje razgrauje


34/39

34

Ponavljanje

PRPP

IMP

inozin

hipoksantinPRPP

GMP

PRPP

ksantin

urat

alantoin

razgradnja

spasilaki put

de novosinteza

gvanin

HGPRTaza

AMP

adenin

PRPP

APRTaza

adenozingvanozinHGPRTaza


35/39

35

napada zglobove - dovodi do artritisa

poveana koncentracija urata userumu: taloenje kristala natrijevogurata

uzroci: niz uroenih greakametabolizma djelomini nedostatak

hipoksantin-gvanin-fosforiboziltransferaze smanjena sinteza GMP i IMP

poveanje koncentracijePRPP ubrzana sinteza purina

de novo

Giht (ulozi)

Kristali mokrane kiseline

nateeni iupaljeni zglob

nakupinemokranekiseline

kristalimokranekiseline


36/39

36

Samoubilaka inhibicija

ALOPURINOL

djeluje kao supstrat ksantinoksidaze

hidroksilira se u aloksantin

aloksantin ostaje vrsto vezan uaktivnom mjestu i inhibira ksantinoksidazu

zbog vezanja aloksantina molibdenu ksantin oksidazi ostaje u +4oksidacijskom stupnju, umjesto dase vrati u +6 stanje

hipoksantin

Alopurinol je analog hipoksantina

alopurinol

gvanin

ksantin urat

hipoksantin

inhibiraalopurinol


37/39

37

Mokrana kiselina senakuplja u krilima kukaca razlog da se krila leptiraprelijevaju u bojama duge Poput zrcala, mokrana

kiselina reflektira svjetlokoje krijesnica proizvodibioluminiscencijom

Bioloke uloge mokranekiseline

Iz mokrane kiseline se sintetizirajupigmenti: pterini (oi vone muhe

drosophila)


38/39

38

Dalmatineri su selektivnimuzgojem izgubili sposobnostda metaboliziraju mokranukiselinu u alantoin sklonibubrenim kamencima

Guano otoci uz obalu Perua

Guanoje izluevina morskihptica (kormorani), imia ituljana - sadri amonijak,mokranu i fosfatnu kiselinu

koristi se kao gnojivo ibarut radi velikog sadrajafosfora i duika


39/39

39

34

CMP UMP/dTMP

malonil-CoA/metilmalonil-CoA

citidin uridin/deoksitimidin

uracil/timin dihidrouracil/

dihidrotimin

Pi

Pi

nukleotidaza

citidindeaminaza

NH4+

Pi

Riboza-1-P

uridinfosforilaza

NADPH NADP+ H2O

-ureidopropionat/

-ureidoizopropionat

NH4+ + CO2

-alanin/

-aminoizobutirat

glutamat-ketoglutarat

semialdehid

Razgradnjom pirimidina nastaju intermedijerimetabolizma, malonil-CoA i metilmalonil-CoA

malonil-CoA/metilmalonil-CoA

l il C A bi i t ih ki li

Documents

15. Metabolizam Purina i Pirimidina