Metabolismus purinů a pyrimidinů

Metabolismus purinů a pyrimidinů Vladimíra Kvasnicová

Obrázek převzat z http://www.mahidol.ac.th/mahidol/ra/rapa/mong/26uric.jpg (leden 2008)

Purinové a pyrimidinové nukleotidy • nezbytné pro všechny buňky • hlavně 5-nukleosiddi a trifosfáty • ribonukleotidy: celková koncentrace poměrně konstantní (mM), mění se jen jejich poměr (nejvíce: ATP) • deoxyribonukleotidy: hladina závisí na buněčném cyklu (µM)

Struktura purinových a pyrimidinových nukleotidů • nukleotid = ester kys. fosforečné a nukleosidu • nukleosid = dusíkatá báze + monosacharid • β-N-glykosidová vazba mezi bází a sacharidem • dusíkaté báze: aromatické heterocykly puriny:

pyrimidinový + imidazolový kruh

pyrimidiny: pyrimidinový kruh

PURINOVÉ BÁZE

Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0-471-15451-2

ribonukleosid

deoxyribonukleosid

N-glykosidová vazba


ribonukleotid

deoxyribonukleotid


PYRIMIDINOVÉ BÁZE


ribonukleosidy

deoxyribonukleosid


Ribonukleotidy * N-glykosidová vazba * esterová vazba * anhydridové vazby


3´-fosfoadenosin-5´-fosfosulfát (PAPS) přenáší sulfát do substrátu při konjugačních reakcích (sulfatace)

Obrázek je převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/amino-acid-metabolism.html (leden 2007)

Rozdělení nukleotidů • purinové: obsahují adenin, guanin, hypoxanhin nebo xanthin • pyrimidinové: obsahují cytozin, uracil nebo thymin • ribonukleotidy (obsahují ribózu) • deoxyribonukleotidy (obsahují deoxyribózu) vznikají redukcí ribonukleosid difosfátů (NADPH)

Vlastnosti nukleotidů • silná absorpce UV záření (260 nm) • puriny méně stabilní v kyselém prostředí než pyrimidiny • polární koncové fosfátové skupiny názvy: adenylát nebo kyselina adenylová,...

TEST:

Purinové nukleotidy a) obsahují ve své molekule aromatický cyklus b) mohou obsahovat adenin nebo thymin c) obsahují N-glykosidovou vazbu d) jsou tvořeny nukleosidem spojeným s kyselinou fosforečnou anhydridovou vazbou

Purinové nukleotidy a) obsahují ve své molekule aromatický cyklus b) mohou obsahovat adenin nebo thymin c) obsahují N-glykosidovou vazbu d) jsou tvořeny nukleosidem spojeným s kyselinou fosforečnou anhydridovou vazbou

TEST:

Pyrimidinové nukleotidy a) obsahují ve své molekule imidazolové jádro b) jsou např. thymidin- nebo cytidin-monofosfát c) obsahují esterovou vazbu d) mohou obsahovat ve své molekule 3 zbytky kyseliny fosforečné

Pyrimidinové nukleotidy a) obsahují ve své molekule imidazolové jádro b) jsou např. thymidin- nebo cytidin-monofosfát c) obsahují esterovou vazbu d) mohou obsahovat ve své molekule 3 zbytky kyseliny fosforečné

Nukleotidy v metabolismu 1) energetický metabolismus ATP - hlavní biologický přenašeč volné energie – „energetická konzerva“ (30 kJ/mol / odštěpení fosfátu) fosfotransferasové reakce (kinasy) svalová kontrakce, aktivní transport

2) monomerní jednotky RNA a DNA substráty pro syntézu: nukleosidtrifosfáty

Analoga bazí a nukleosidů se používají jako cytostatika

Obrázek převzat z knihy Harper´s Illustrated Biochemistry 26th ed./ R.K.Murray; McGraw-Hill Companies, 2003, ISBN 0-07-138901-6.

3) mediátory metabolických procesů cAMP, cGMP

(„druhý posel“)

Cyklický adenosinmonofosfát (cAMP)

Obrázek převzat z http://www.benbest.com/health/cycAMP.gif (leden 2008)

4) součásti koenzymů NAD+, NADP+, FAD, CoA

Obrázky převzaty z http://lxyang.myweb.uga.edu/bcmb8010/pic/NAD+.gif a http://oregonstate.edu/instruct/bb450/stryer/ch14/Slide26.jpg (leden 2008)

5) aktivace intermediátů UDP-Glc, GDP-Man, CMP-NANA CDP-cholin, ethanolamin, diacylglycerol SAM → methylace PAPS → sulfatace

6) allosterické efektory

- regulace klíčových enzymů metabolických drah

TEST:

Purinové a pyrimidinové nukleotidy se využívají a) ve formě nukleosidtrifosfátů při syntéze nukleových kyselin b) v energetickém metabolismu buňky c) při aktivaci meziproduktů metabolismu sacharidů a lipidů d) v enzymatických reakcích: jsou součástí různých koenzymů

Purinové a pyrimidinové nukleotidy se využívají a) ve formě nukleosidtrifosfátů při syntéze nukleových kyselin b) v energetickém metabolismu buňky c) při aktivaci meziproduktů metabolismu sacharidů a lipidů d) v enzymatických reakcích: jsou součástí různých koenzymů

PRDP = 5-fosforibozyl-1-difosfát

! společný substrát pro syntézu ! purinů i pyrimidinů Obrázek převzat z http://ead.univangers.fr/~jaspard/Page2/COURS/2N2NH3aaetUree/2Figures/9AAaromatiques/8PRPP.gif (leden 2008)

PRDP = 5-fosforibozyl-1-difosfát • jeho syntéza je klíčovou reakcí pro biosyntézu nukleotidů • PRDP-syntetáza je cílem zpětnovazebné inhibice nukleosid di- a trifosfáty • prekurzor:

* ribóza-5-fosfát (pentózový c.) * ribóza-1-fosfát (fosforolýza nukleosidů)

• využití: regulace syntézy nukleotidů substrát pro syntézu nukleotidů

PRPP = PRDP Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0-471-15451-2

Syntéza purinových nukleotidů • de novo (nová výstavba purinového kruhu) • šetřící reakce (syntéza z bází a nukleosidů) mnohem méně energeticky náročné než de novo syntéza snižují syntézu de novo substráty:

a) báze (adenin, guanin, hypoxanthin) PRDP b) ribonukleosidy ATP

Syntéza purinových nukleotidů de novo (I) • velká spotřeba energie (ATP) • cytoplazma buněk různých tkání, hlavně játra • substráty:

* 5-fosforibozyl-1-difosfát (= PRDP = PRPP) * aminokyseliny (Gln, Gly, Asp) * deriváty tetrahydrofolátu, CO2

• koenzymy:

* tetrahydrofolát (= kys.listová) * NAD+

Folát je vitamin – člověk ho nedokáže syntetizovat

Bakterie folát syntetizují: sulfonamidy jsou analoga PABA → antibakteriální účinek Obrázek převzat z http://www.dentistry.leeds.ac.uk/biochem/MBWeb/mb2/part1/aacarbon.htm (leden 2008)

cytostatikum

Obrázek převzat z http://oregonstate.edu/instruct/bb450/lecturenoteskevin/enzymesoutline.html (leden 2008)

Aktivace fofátu (redukce)

Dihydrofolát-reduktáza je inhibována Methotrexátem Obrázek převzat z http://www.dentistry.leeds.ac.uk/biochem/postgrad/fol-red.gif (leden 2008)

Deriváty tetrahydrofolátu

Obrázek převzat z http://www.dentistry.leeds.ac.uk/biochem/postgrad/thftypes.gif (leden 2008)

Serin je donorem methylenové skupiny

Obrázek převzat z http://www.med.unibs.it/~marchesi/glycine_synth.gif (leden 2008)

Folát v metabolismu

Obrázek převzat z http://www.prema-eu.org/folatepathway/fig1.gif (leden 2008)

Syntéza purinových nukleotidů de novo (II) • významné meziprodukty: 5´-fosforibozylamin inozinmonofosfát (IMP)

• produkty: nukleosidmonofosfáty (AMP, GMP) • mezipřeměna purinových nukleotidů: přes IMP = „taťka-mamka“ purinových nukleotidů (inosinmonofosfát: báze = hypoxanthin)

Syntéza purinových nukleotidů C Y T O P L A Z M A

Obrázek převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/nucleotide-metabolism.html (leden 2007)

„Taťka-mamka“ IMP

GMP

AMP



Syntéza pyrimidinových nukleotidů • de novo (nová výstavba pyrimidinového kruhu) • šetřící reakce (syntéza z bází nebo nukleosidů) substráty: a) * báze (kromě cytosinu) * PRDP b) * ribonukleosidy * ATP

Syntéza pyrimidinových nukleotidů de novo (I) • kromě jedné reakce probíhá v cytoplazmě (dihydroorotát-DH je v mitochondrii) • substráty:

* * * *

karbamoylfosfát (Gln,CO2,2 ATP ) aspartát PRDP derivát THF (pouze pro thymin)

Karbamoylfosfát vzniká i při syntéze MOČOVINY (pouze v mitochondriích hepatocytů)

Syntéza pyrimidinových nukleotidů de novo (II) • významné meziprodukty: * kyselina orotová (pyrimidinový skelet) * orotidinmonofosfát (OMP) * uridinmonofosfát (UMP) = „taťka-mamka“ dalších nukleotidů • produkty:

* cytidintrifosfát (z UTP) * deoxythimidinmonofosfát (z dUMP)

Syntéza pyrimidinových nukleotidů C Y T O P L A Z M A

mitochondrie

Obrázek převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/nucleotide-metabolism.html (leden 2007)


Syntéza 2-deoxyribonukleotidů protein

NADP+

* NADPH+H+ protein

* reakci katalyzuje ribonukleotid-reduktáza

Obrázek převzat z http://www.chm.bris.ac.uk/motm/vitaminb12/ribred.gif (leden 2008)

Syntéza thymidinmonofosfátu

Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0-471-15451-2

Regulace syntézy nukleotidů • PRDP-syntetáza je inhibována purinovými i pyrimidinovými nukleosiddifosfáty i nukleosidtrifosfáty • syntéza jednotlivých nukleotidů je regulována zpětnou vazbou • nukleosiddifosfát-reduktáza: nukleosidtrifosfáty ji aktivují, deoxyadenosintrifosfát (dATP) ji inhibuje

Regulace purinových nukleotidů

Obrázek převzat z http://www.med.unibs.it/~marchesi/purine_synth_reg.gif (leden 2008)

Regulace pyrimidinových nukleotidů

Obrázek převzat z http://www.med.unibs.it/~marchesi/pyrimidine_synth_reg.gif (leden 2008)

Regulace syntézy nukleotidů regulační enzym

aktivace

inhibice

glutamin-PRDPamidotransferáza (puriny)

• PRDP • IMP, GMP, AMP

karbamoylfosfát syntetáza II

• PRDP • UTP • ATP

= cytoplazmatická

(pyrimidiny)

(alosterická inhibice)

Odbourávání purinů a pyrimidinů • z potravy: málo využíváné k resyntéze • endogenní: enzymy

* * * * *

nukleázy (štěpí nukleové kyseliny) nukleotidázy (štěpí nukleotidy) nukleosidfosforylázy (š. nukleosidy) deamináza (adenosin) xanthinoxidáza (hypoxanthin, xanthin)

inhibována allopurinolem (lék Milurit)

Odbourávání purinů

Obrázek převzat z http://www.med.unibs.it/~marchesi/purine_degradation.gif (leden 2008)

H

kyselina močová

Kyselina močová

(KM)

keto a enol forma

O

OH H N

HN

O O

N H

N H

N

N

OH HO

N

N H

• soli kyseliny močové = uráty (močany) • při pH krve existuje ve formě mononatrium-urátu

SOUHRN: slabá dvojsytná kyselina (pKa1 = 5,4; pKa2 = 11,3), ve vodě téměř nerozp., i její soli jsou špatně rozp. ve vodě, nejvíce rozp. je urát lithný

• v méně prokrvených tkáních může docházet k tvorbě krystalků (při zvýšení koncentrace kyseliny močové, ochlazení a při poklesu pH) • v plazmě převažují uráty monosodné a monodraselné, nedisociovaná kys. je přítomna pouze v malém množství; částečně vázaná na albumin • je odpadním produktem metabolismu purinů, na resyntézu nukleotidů již nemůže být použita - vylučuje se močí: většina profiltrované KM se v ledvinách zpětně resorbuje, pak dochází k sekreci do moči (celkem se vyloučí pouze 6 - 12% profiltrované KM); při překyselení organismu se více KM zadrží v těle (kompetice v ledvinách) → možná tvorba krystalů • syntéza: hlavně v játrech, střevní sliznici a mléčné žláze (xantinoxidáza) • puriny přijaté potravou (hlavně maso) se v enterocytech kompletně oxidují na kyselinu močovou, tj. nejsou využívány k syntéze nukleotidů • je významným antioxidantem krevní plazmy (oxidací se štěpí na alantoin; také váže ionty Fe a Cu, čímž brání Fentonově reakci - tvorba OH.)

• zvýšená koncentrace v krvi: při zvýšeném odbourávání purinů - zvýš. syntéza KM (např. vrozený defekt enzymů šetřících reakcí, ozařování nádorových buněk) nebo při nedostatečném vylučování (poškození ledvin) → ukládání KM v kloubech (dna = arthritis uratica), močové kameny

Hyperurikémie = zvýšená koncentrace kyseliny močové (KM) v krvi Příčiny: Porucha vylučování KM Zvýšená tvorba KM a) nevyvážená strava b) porucha recyklace purinových bazí

Obrázek převzat z knihy: Color Atlas of Biochemistry / J. Koolman, K.H.Röhm. Thieme 1996. ISBN 0-86577-584-2

Dědičné příčiny hyperurikémie ribóza-5-fosfát 5-fosforibozyl-1-pyrofosfát

+

APRT

PRPP-amidotransferáza

AMP

IMP

adenozin

inozin

GMP

HGPRT

guanozin

HGPRT –

–

adenin

hypoxanthin

XO

–

Leschův-Nyhanův syndrom

guanin xanthin

XO kyselina močová

Snímek převzat z přednášky prof. J. Racka / Kyselina močová – významný metabolit a antioxidant; Novinky v klinické biochemii, Nové Hrady 13.-15.10.2006

Odbourávání pyrimidinů

(chybí u člověka)

SOUHRN: puriny → NH3, kyselina močová -

volné radikály

má antioxidační vlastnosti

(částečně vylučována močí; poruchy: hyperurikémie, dna)

normální hodnoty: sérum 220 – 420 µmol/l (muži) 140 – 340 µmol/l (ženy) moč

0,48 – 5,95 mmol/l

pyrimidiny: C, U → β-alanin, CO2, NH3 T → β-aminoizobutyrát, CO2, NH3 Obrázky převzaty z http://www.uni-koeln.de/med-fak/biochemie/biomed/versuche/v07/abb05.gif a http://www.healerpatch.com/images/gout.jpg (leden 2008)

Hlavní rozdíly metabolismu purinů a pyrimidinů puriny

pyrimidiny

tvorba Nglykosidové vazby

v 1. kroku syntézy

lokalizace biosyntézy

cytoplazma

cytoplazma + 1 enzym v mitochondrii

produkty odbourávání

kyselina močová

CO2, NH3, β-AMK

nejprve se syntetizuje (syntéza začíná na PRDP) pyrimidinový kruh

(špatně rozpustná v H2O), (dobře rozpustné v H2O)

NH3

TEST:

Při syntéze nukleotidů a) se využívají produkty pentózového cyklu b) je významným substrátem fosforibosyldifosfát (PRDP = PRPP) c) se uplatňuje jako koenzym derivát kyseliny listové d) probíhají všechny reakce v cytoplazmě

Při syntéze nukleotidů a) se využívají produkty pentózového cyklu b) je významným substrátem fosforibosyldifosfát (PRDP = PRPP) c) se uplatňuje jako koenzym derivát kyseliny listové d) probíhají všechny reakce v cytoplazmě

TEST:

Syntéza purinových nukleotidů a) využívá jako jeden ze substrátů amoniak b) probíhá celá v cytoplazmě c) může vycházet z nukleosidů vzniklých degradací nukleových kyselin d) zahrnuje jako meziprodukt kyselinu močovou

Syntéza purinových nukleotidů a) využívá jako jeden ze substrátů amoniak b) probíhá celá v cytoplazmě c) může vycházet z nukleosidů vzniklých degradací nukleových kyselin d) zahrnuje jako meziprodukt kyselinu močovou

TEST:

Syntéza pyrimidinových nukleotidů a) je zahájena reakcí mezi PRDP a glutaminem b) probíhá celá v cytoplazmě c) zahrnuje jako meziprodukt kyselinu orotovou d) zahrnuje jako meziprodukt inosinmonofosfát

Syntéza pyrimidinových nukleotidů a) je zahájena reakcí mezi PRDP a glutaminem b) probíhá celá v cytoplazmě c) zahrnuje jako meziprodukt kyselinu orotovou d) zahrnuje jako meziprodukt inosinmonofosfát

TEST:

Při degradaci purinových nukleotidů a) je uvolňován amoniak b) vzniká CO2 c) se uplatňuje enzym xanthinoxidáza d) vzniká jako konečný produkt kyselina močová

Při degradaci purinových nukleotidů a) je uvolňován amoniak b) vzniká CO2 c) se uplatňuje enzym xanthinoxidáza d) vzniká jako konečný produkt kyselina močová

TEST:

Při degradaci pyrimidinových nukleotidů a) vznikají β-aminokyseliny b) se uplatňuje enzym xanthinoxidáza c) vzniká kyselina orotová d) vzniká amoniak

Při degradaci pyrimidinových nukleotidů a) vznikají β-aminokyseliny b) se uplatňuje enzym xanthinoxidáza c) vzniká kyselina orotová d) vzniká amoniak

Metabolismus purinů a pyrimidinů

Recommend Documents