1

AMINOKISLINE KOT IZHODNE SPOJINE ZA BIOSINTEZE

Biosinteza nukleotidov

prof.dr.Marija Žakelj-Mavrič

VLOGA NUKLEOTIDOV- primeri

izhodne spojine v sintezi nukleinskih kislin

ATP služi kot donor fosforilne skupine

GTP/GDP se vežeta na G-proteine, GTP je vključen v biosintezo proteinov

CTP je vključen v biosintezo sestavljenih lipidov

UTP je vključen v biosintezo polisaharidov

Nukleotidi služijo kot izhodne spojine v biosintezi nekaterih koencimov (NAD, FAD) in sekundarnih obveščevalcev (cAMP, cGMP).

DUŠIKOVE BAZE

NH

NN

N

purine

1

23

4

56

7

89

purin

N

N

pyrimidine

3

21

6

54

pirimidin

PIRIMIDINI

NH

O

HN

O

CH3

thymine

NH

O

N

NH2

cytosine

NH

O

HN

O

uracilcitozin timin uracil

AMINOKISLINE KOT IZHODNE SPOJINE ZA BIOSINTEZE

aminokisline služijo kot izhodne spojine za sintezo dušikovih baz- pirimidinske baze(amidni Nglutamina)

2

PURINI

N

N

NH2

NH

N

adenine

N

NH

NH2N

HN

O

guanineadenin gvanin

AMINOKISLINE KOT IZHODNE SPOJINE ZA BIOSINTEZE

aminokisline služijo kot izhodne spojine za sintezo dušikovih baz- purinske baze

BIOSINTEZA NUKLEOTIDOV

Baze A, G, C, U in T v biosintezni poti ne nastanejo proste ampak v obliki nukleotidov.

Proste baze A, G, C, U in T nastopajo vorganizmu kot produkti razgradnje nukleotidov.

Biosinteza nukleotidov lahko poteka. - s sintezo de novo- z uporabo baz, sproščenih ob razgradnji nukleotidov (reciklažna pot)

BIOSINTEZA RIBONUKLEOTIDOVde novo

purinski nukleotidi- purinski obroč se začne graditi na aktivirani ribozi (PRPP)

•pirimidinski nukleotidi- najprej se zgradi pirimidinski obroč orotata, nato se ta povežez aktivirano ribozo (PRPP)

SINTEZA PRPP

Izhodna spojina za sintezo purinskih nukleotidov je aktivirana riboza –5-fosforibozil-1-pirofosfat (PRPP)

V delečih se celicah se glukoza-6-fosfatpretvori v riboza-5-fosfat, ki se s pomočjo PRPP-sintaze in ATP pretvori v PRPP.

SINTEZA PRPP

PRPP-sintetaza

pentozafosfatna pot

riboza-5-fosfat + ATP

5-fosforibozil-1-pirofosfat(PRPP)

riboza-5-fosfat + ATP PRPP + AMPPRPP-sintetaza

3

SINTEZA PURINSKIH NUKLEOTIDOVde novo

AMPIMP

GMPPRPP + Gln

IMP.....inozinmonofosfatGln.......glutamin

Sinteza fosforibozilamina

PRPP

glutamin glutamat

PPi

PRPP-amidotransferaza

*

5-fosforibozilamin

Glavna regulatorna stopnja v biosintezipurinskih nukleotidov!!

AK v biosintezi purinskih nukleotidov

riboza-5-fosfat

5-fosforibozilaminGlu

PRPP-

amidotransferaza

Gln

inozin-

monofosfat

(IMP)

aminokisline:

Gly + Gln + Asp

kofaktorji:

N10-formil THF

glukoza-6-Pfosfoglukonatna pot

PRPP-sintetaza

ATP AMP

5-fosforibozilpirofosfat (PRPP)

SINTEZA IMP

Od IMP vodita ločeni poti do GMP in AMP

fumarat

CO2-

CO2-

H-C-NH3+

CH2

GDP + Pi

GTP

O

OHOH

-O-CH2P

C

CHN

N

N

CH

C

O

NHC

IMP

NH2

O

OHOH

-O-CH2P

C

CN

N

N

CH

C

NHC

AMP

CONH2

CO2-

+H3N C H

CH2

CH2

AMP + PPiATP

Glu

NAD+

H2O

NADH

GMP

purinska baza vIMP je hipoksantin

H2N-C

C

C

HN

N

N

CH

C

O

N

O

OHOH

-O-CH2P

GTP je potreben za sintezo AMP; ATP je potreben za sintezo GMP

Gln

Asp A

K

A..adenilosukcinatK..ksantozinmonofosfat (XMP)

Nukleozidtrifosfate (NTP) dobimo s fosforilacijo nukleozidmonofosfatov (NMP)

NMP + ATP NDP + ADP

UMP-kinaza

NDP + ATP NTP + ADP

nucleozid diphosphate kinasenukleoziddifosfat-kinaza

nukleozidmonofosfat-kinaza

4

alosterična inhibicija

PRPP-sintetaza

PRPP-amido-

transferaza

IMP

GMP AMP

GDP ADP

MESTA URAVNAVANJE PURINSKE BIOSINTEZE

Sinteza fosforibozilamina

PRPP

glutamin glutamat

PPi

PRPP-amidotransferaza

*

5-fosforibozilamin

Glavna regulatorna stopnja v biosintezipurinskih nukleotidov!!

Uravnavanje aktivnosti glutamin:PRPP-amidotransferaze

Alosterični aktivator: PRPP (substrat).

Alosterični inhibitorji: IMP, AMP and GMP (končni produkti sinteze)

Uravnavanje pretvorbe IMP v AMP in GMP

Uravnavanje poteka recipročno: GTP stimulira sintezo AMP (adenilosukcinat- sintazo)

inATP stimulira sintezo GMP (IMP-dehidrogenazo)

Ta način uravnavanja (poleg uravnavanja z alosteričnimi inhibitorji) omogoča nastanek GMP in AMP v pravem razmerju.

Razgradnja purinskih nukleotidov

Za organizem je značilno stalno metabolično obračanje nukleotidov

Purinski obroč se iz telesa odstranjuje v obliki sečne kisline

sečna kislina

5

urat

GMP, GDP ali GTP AMP, ADP ali ATP

gvanozinadenozin

gvanin

inozin

hipoksantin

adenozin-deaminaza

purine nukleozid-

fosforilaza

riboza-1-PRibose-1-P

ksantin

sečna k.

ksantin-

oksidaza

ksantin-

oksidaza

HGPRT

+PRPP

IMP

+PRPP

HGPRT

GMP

NH3

Razgradnja purinskih nukleotidov in reciklažna pot – njen pomen ????

SINTEZA PURINSKIH NUKLEOTIDOV-reciklažna pot

Omogoča pretvorbo dušikovih baz vnukleotide

Potrebna encima: hipoksantin/gvanin-fosforiboziltransferaza (HGPRT)

Adeninfosforiboziltransferaza (APRT)

Reciklažna pot

HN

NN

HN

O

APRT

hypoxanthine

+ PRPP IMP + PPiHGPRT

Guanine + PRPPHGPRT

GMP + PPi

Adenine + PRPP AMP + PPi

Eritrociti in nukleotidi

Ni možna de novo sinteza nukleotidov.

Eritrociti odvisni od reciklažne poti.

protin (putika, giht) = hiperurikemija zaradi različnih vzrokov

Protin in LESCH-NYHAN-ov sindrom

Lesch-Nyhan-ov sindrom = zelo močna hiperurikemija,

mentalna zaostalost, težnja k samopoškodbam

Bolezni, povezane z razgradnjo purinskih nukleotidov

6

Bolezni, povezane razgradnjo purinskih nukleotidov

Protin: v nekaterih primerih vzrok povečana aktivnost PRPP-sintetaze ali zmanjšana aktivnost HGPRT.de novo sinteza ni uravnavana, zato se odvečni purini razgradijo do sečne kisline v večji meri.Urati (soli sečne kisline) so v vodi slabo topni, v obliki kristalov se kopičijo v sklepih okončin in povzročajo artritis.

PRPP

riboza-5-P

PRPP-sintetaza

PRPP-amidotransferaza

inozin-monofosfat

(IMP)

guanozin-monofosfat

(GMP)

GDP

adenozin-monofosfat

(AMP)

ADP

ATPGTP

- - --

spremenjene lastnosti encima, npr.

i) superaktivna variantaii) izguba regulacije z negativno

povratno zanko

prekomernasinteza

purinskih nukleotidov

+PRP

P

GMP

GMP, GDP or GTP AMP, ADP or ATP

gvanozinadenozin

gvanin

inozin

hipoksantin

riboza-1-Priboza-1-P

ksantinksantin-

oksidazaksantin-

oksidaza

+PRPP

IMP

NH3

sečnakislina

HGPRT HGPRT

okvare HGPRT:

i) zmerna -> protinii) huda -> Lesch-

Nyhan-ovsindrom

PROTIN

uratni tof

kristali natrijevega urata

Pacienti z Lesch-Nyhan-ovim sindromom so nagnjeni k samopoškodbam

alopurinol

hipoksantin

7

+PRP

P

GMP

GMP, GDP or GTP AMP, ADP or ATP

gvanozinadenozin

gvanin

inozin

hipoksantin

riboza-1-Priboza-1-P

ksantinksantin-

oksidazaksantin-

oksidaza

+PRPP

IMP

NH3

sečnakislina

HGPRT HGPRT

okvare HGPRT:

i) zmerna -> protinii) huda -> Lesch-

Nyhan-ovsindrom

zdravilo:alopurinol

BIOSINTEZA PIRIMIDINSKIH NUKLEOTIDOV

N

N

pyrimidine

1

23

4

56

Pirimidin

BIOSINTEZA RIBONUKLEOTIDOVde novo

purinski nukleotidi- purinski obroč se začne graditi na aktivirani ribozi (PRPP)

•pirimidinski nukleotidi- najprej se zgradi pirimidinski obroč orotata, nato se ta povežez aktivirano ribozo (PRPP)

Izhodne spojine za biosintezo pirimidinskega obroča

Glutamin: donor N- 3

Bikarbonat: donor C- 2 carbon

Aspartat: donor N- 1 in C- 4, 5, 6

Začetek biosintezne poti:reakcija med aspartatom in karbamoilfosfatom.

KARBAMOILFOSFAT V BIOSINTEZI PIRIMIDINOV

karbamoil-fosfat

HCO3-

2 ATP 2 ADP + PiCONH2

CO2-

+H3N C H

CH2

CH2

Gln

++

CO2-

CO2-

+H3N C H

CH2

CH2

Glu

Na katero reakcijo vas ta reakcija spominja?

karbamoilfosfat-sintetaza II

O-

H2N-C-O-P-O-

O O

Kakšne so razlike med obema reakcijama ???.

k arb am oilfosfa t- sintaza

k arb am oilfosfa t H 2N C O P O 3

2−

O

H C O 3− + N H 3 + 2 A T P

+ 2 A D P + P i

k arb am oilfosfa t- sintaza

k arb am oilfosfa t H 2N C O P O 3

2−

O

H C O 3− + N H 3 + 2 A T P

+ 2 A D P + P i

Gln

+Glu

I

II

SINTEZA KARBAMOILFOSFATA

za vstop vCIKEL SEČNINEv mitohondrijih

SINTEZApirimidinskihnukleotidovv citosolu

8

Karbamoilfosfat - sintetaza II(CPS-II)

Nahaja se v citosolu.

Za svojo aktivnost ne potrebuje N-acetilglutamata.

BIOSINTEZA PIRIMIDINSKIH NUKLEOTIDOV

karbamoil-

fosfat

karbamoil

-aspartat

aspartat

aspartat-

transkarbamoilaza

orotat+PRPP

OMP

orotat- fosforibozil-

transferaza

UMP

orotidilat-

dekarboksilaza

glutamin +

2ATP + CO2

karbamoilfosfat-

sintetaza II (gln)

Glu + Pi

+ 2 ADP

+2 ATP

UTP

+2 ADP

Gln +

ATP

CTP

Glu + Pi

+ ADP

PRIMERJAVA SINTEZE PURINSKIH IN PIRIMIDINSKIH NUKLEOTIDOV

Pri sintezi pirimidinov se najprej tvori pirimidinski obroč (orotat), ki se poveže z aktivirano ribozo (PRPP) in tvori nukleotide.

Pri sintezi purinskih nukleotidov se purinski obroč izgrajuje na aktivirani ribozi (PRPP)

URAVNAVANJE BIOSINTEZE PIRIMIDINSKIH NUKLEOTIDOV

+PRPP

UMP

glutamin + 2ATP + CO2

karbamoilfosfat -sintetaza II (gln)

+ 2 ADP

ATPADP

CTP

ATP, PRPP

karbamoil-fosfat

UDPUTP

ATPADP

preprečujekopičenje

uravnava ravnotežjemed purini in

pirimidini

-

+

Uravnavana je tudi biosinteza PRPP

Razgradnja pirimidinovRNA

CMP UMP

NH4+

NH4+

DNA

(PNP)

NH4+

PNP

Pi Pi

Cytidine Uridine

Pi

Pyrimidine nucleoside phosphorylase

Ribose -1phosphateURACIL

Nucleases

dTMP

deoxy thymidine

Pyrimidine

nucleoside

phosphorylase

Pi

deoxyribose

1-phosphate

Thymine

β-amino isobutyrate

Pi

dCMP

deoxy cytidine

Pi

deoxy uridine

Pi

deoxyribose

1-phosphate

β-alanine

Nucleases

ββββ-alanin ββββ-aminoizobutiratCO2, NH3

PRIMERJAVA PRODUKTOV RAZGRADNJE PIRIMIDINSKIH NUKLEOTIDOV

Produkti razgradnje pirimidinskih nukleotidov:ββββ-alanin, ββββ-aminoizobutirat, CO2 in NH3

so dobro topni v vodi

Produkt razgradnje purinskih nukleotidov:sečna kislina

zelo slabo topna v vodi

9

MOTNJE V de novo PIRIMIDINSKI BIOSINTEZI LAHKO PRIVEDEJO DO BOLEZNI

Orotska acidurijaSimptomi: anemija, motnje v rasti, izločanje orotskekisline z urinomVzroki: okvarjen bifunkcionalen encim z orotat-fosforiboziltransferazno in OMP-dekarboksilaznoaktivnostjo

Zdravljenje: dodatek uridina/citidina

ZAKAJ?????

O

OHOH

CH2

OP

OP

O-O

-OO-

-O3PO

O

CNH

O

HN

COOCCH

CO

PPi

Orotate 5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PRPP)

Ali veste ....Ali veste ....

-- katere AK so prekurzorji v biosintezi katere AK so prekurzorji v biosintezi

ribonukleotidovribonukleotidov

-- kakkakššna je vloga PRPP v biosintezi na je vloga PRPP v biosintezi

ribonukleotidovribonukleotidov

-- v v ččem se razlikujeta biosintezia em se razlikujeta biosintezia de novode novo

purinskih in pirimidinskih nukleotidovpurinskih in pirimidinskih nukleotidov

-- kako je uravnavana biosinteza kako je uravnavana biosinteza

purinskih in pirimidinskih nukleotidovpurinskih in pirimidinskih nukleotidov

-- v v ččem je pomen reciklaem je pomen reciklažžne potine poti

Ali veste ....Ali veste ....

-- v v ččem se razlikujeta razgradnja em se razlikujeta razgradnja

purinskega in pirimidinskega obropurinskega in pirimidinskega obroččaa

-- katere bolezni so povezane z motnjami katere bolezni so povezane z motnjami

v metabolizmu nukleotidovv metabolizmu nukleotidov

-- kakkakššna je topnost sena je topnost seččne kislinene kisline

-- na kateri osnovi deluje zdravilo na kateri osnovi deluje zdravilo

alopurinolalopurinol

Se Se šše spomnite ....e spomnite ....

-- katere reakcije katalizirajokatere reakcije katalizirajo

fosforiboziltransferazefosforiboziltransferaze

-- kakkakššna je struktura purina in na je struktura purina in

pirimidinapirimidina

-- zakaj v celici potrebujemo zakaj v celici potrebujemo

nukleotide nukleotide