mezioborová integrace výuky zaměřená na rostlinnou biochemii a fytopatologii CZ.1.07/2.2.00/28.0171
Obecný metabolismus. Metabolismus nukleotidů (13). Prof. RNDr. Pavel Peč, CSc. Katedra biochemie Přírodovědecká fakulta UP v Olomouci
Osnova. mezioborová integrace výuky zaměřená na rostlinnou biochemii a fytopatologii CZ.1.07/2.2.00/28.0171 Funkce a struktura nukleotidů. Biosyntéza pyrimidinových nukleotidů. Katabolismus pyrimidinových nukleotidů. Recyklace bází. Biosyntéza a recyklace purinových nukleotidů. Biosyntéza deoxyribonukleotidů. Tvorba thymidylátu. Regulace biosyntézy nukleotidů. Katabolismus purinových nukleotidů. Xanthinoxidasa. Biosyntéza NAD+, FAD a CoA z ATP.
Funkce a význam nukleotidů. Nukleotidy jsou klíčové molekuly vstupující do řady životních procesů. Nukleotidy jsou aktivované prekurzory nukleových kyselin. Adeninový nukleotid, adenosintrifosfát (ATP) je univerzální energetické platidlo. Guaninový nukleotid, GTP, je také nositelem energie a součástí regulačních G proteinů. Deriváty nukleotidů jako je UDP-glukosa se podílí na biosyntéze, např. glykogenu. Nukleotidy jsou součástí přenosu signálů v signálních drahách.
Nomenklatura bází, nukleosidů a nukleotidů. RNA (ribonukleové kyseliny) Báze Ribonukleosid Adenin (A) Adenosin Guanin (G) Guanosin Uracil (U) Uridin Cytosin (C) Cytidin DNA (deoxyribonukleové kyseliny) Báze Deoxyribonukleosid Adenin (A) Guanin (G) Thymin (T) Cytosin (C)
Deoxyadenosin Deoxyguanosin Thymidin Deoxycytidin
Ribonukleotid (5´-monofosfát) Adenylát (AMP) Guanylát (GMP) Uridylát (UMP) Cytidylát (CMP)
Deoxyribonukleotid (5´-monofosfát) Deoxyadenylát(dAMP) Deoxyguanylát (dGMP) Thymidylát (TMP) Deoxycytidylát(dCMP)
Metabolické dráhy vedoucí k biosyntéze nukleotidů. Metabolické dráhy biosyntézy nukleotidů dělíme do dvou skupin: De novo dráhy – biosyntéza z jednoduchých prekurzorů. Záchranné (salvage) dráhy – recyklovaná báze se znovu spojuje s ribosou. PRPP = 5-fosforibosyl-1-difosfát (pyrofosfát). Záchranná dráha Aktiv ov aná ribosa (PRPP) + báze
De nov o biosyntéza Aktiv ov aná ribosa (PRPP) + aminokyseliny + ATP + CO2 + ....
NUKLEOTID
NUKLEOTID
Biosyntéza pyrimidinových nukleotidů. Princip: První je syntetizován pyrimidinový kruh a posléze je připojena ribosafosfát za tvorby pyrimidinového nukleotidu. Pyrimidinový kruh je syntzetizován z hydrogenuhličitanu , aspartátu a amoniaku. Amoniak je produkován hydrolýzou glutaminu. Prví stupeň: Syntéza karbamoylfosfátu – z hydrogenuhličitanu a amoniaku za současného štěpení dvou molekul ATP. Enzym: karbamoylfosfátsynthetasa (CPS). Reakce je dvoustupňová. V první stupni je fosforylovaný hydrogenuhličitan ATP za tvorby karboxyfosfátu a ADP. Amoniak poté reaguje s karboxyfosfátem za tvorby kyseliny karbamové a anorganického fosfátu. Druhý stupeň: katalýza karbamolyfosfátsynthetasa, vstupuje druhá molekula ATP za tvorby karbamoylfosfátu.
Tvorba karbamoylfosfátu. Enzym: Karbamoylfosfátsynthetasa O O
-
O
-
ATP ADP
O
-
O
-
P O
OH Hydrogenuhličitan
O
-
NH3 Pi O
O
OH Karboxyfosfát
OH Karbamov á kyselina
OO NH2 ATP ADP
O
O
NH2 -
P
OH Karbamov á kyselina
NH2
-
- -
-
-
OH O -
Karbamoylfosfát
Tvorba orotátu a uridylátu. Karbamoylfosfát reaguje s aspartátem za tvorby karbamoylaspartátu v reakci katalyzované aspartáttrankarbamoylasou. Karbamoylfosfát se poté cyklizuje za tvorby dihydroorotátu, který je oxidován NAD+ na orotát.
O
O - -
OO O
NH2 Asp Pi -
P
OH O -
O
Karbamoylfosfát
+
-
HN OOC H
H
NH2 COO
-
H H Karbamoylaspartát
H2 O
-
HN
NAD
NH
+
+ O H + NADH HN NH
OOC H
O H
H
Dihydroorotát
-
O
OOC H Orotát
Tvorba orotátu a uridylátu. Na tomto stupni se na orotát váže ribosa ve formě 5fosforibosyl-1-difosfát (PRPP). Aktivní forma ribosy pro tvorbu nukleotidů. Ribosa-5-fosfát má původ v pentosafosfátové dráze – PRPP je syntetisován za účasti synthetasy a ATP. Orotát reaguje s PRPP za tvorby orotidylátu, pyrimidinového nukleotidu. Reakce je poháněna hydrolýzou difosfátu. Posledním stupněm je dekarboxylace orotidylátu za tvorby uridylátu – enzymem orotidylátdekarboxylasou.
Tvorba orotátu a uridylátu. O
O HN
O O
NH +
-
O
-
P O
HO
O
O
-
-
P O
O -
P O
O
H
OH
-
O
O
-
HO
OH
O
N
O
HN
O O
-
O
N
COO
-
+
H
CO 2
-
O HO
OH
Orotidylát
HN
O O P O
OH
Orotidylát
O
O
-
O P O
5-Fosforibosyl-1-difosfát
Orotát
O P O
-
O
OOC
-
HN
O
O
O
-
HO
O
N
OH
Uridylát
H
COO
-
Nukleotid mono-, di- a trifosfáty jsou vzájemně převoditelné. Uridylát (UMP) je základním nukleotidem pro syntézy ostatních pyrimidinových nukleotidů. V prvé řadě musí být převeden na uridintrifosfát (UTP). Děje se tak postupně. Enzym: UMPkinasa. UMP + ATP UDP + ADP Dále enzym: nukleosiddifosfátkinasa. XDP + YTP XTP + YDP Uridintrifosfát (UTP) je prekurzorem tvorby cytidintrifosfátu (CTP). Dochází k záměně oxoskupiny za aminoskupinu. Enzym: cytidintrifosfátsynthetasa. Reaktanty jsou ATP a glutamin jako zdroj aminoskupiny (obdoba syntézy karbamoylfosfátu).
Záchranná dráha recyklace bází. Důležitá je např. záchrana pyrimidinové báze thyminu, který je součástí nukleotidu v DNA. Thymin uvolněný z DNA je recyklován ve dvou stupních: Enzym: thymidinfosforylasa Thymin + deoxyribosa-1-fosfát thymidin + Pi Enzym: thymidinkinasa Thymidin + ATP TMP + ADP Aktivita thymidinkinasy se mění s buněčným cyklem. Využívá se terapeuticky. Např. virální infekce herpex simplex se léčí acyclovirem, který převádí thymidinkinasu na sebevražedný inhibitor, který ukončuje DNA syntézu.
Acyclovir. Nevytváří vazbu A – T.
Hlavní dráhy katabolismu pyrimidinových nukleotidů u živočichů.
(Odbourávání TMP je v závorkách). NH2
O (CH 3)
H N O
N O
N Ribosa - P CMP
H2 O
H
(d)Ribosa - P UMP (TMP) H2O
Nukleotidasa Pi
N
Nukleotidasa
Pi Cytidin deaminasa Uridin (Thymidin) Cytidin Uridin Pi + fosforylasa H2O NH4
O
O
+
NADPH2 + H NADP
+
HN
(CH 3) H
O H2O
H2N
-
(CH 3) CH
H CH2 N O NH H Uracil (Thymin) H Hydropyrimidin -Ureidopropionát DihydrouracilDihydrouracil -Ureidoisobutyrát) dehydrogenasa (Dihydrothymin) hydratasa
(d)Ribosa - 1 P
O
Hlavní dráhy katabolismu pyrimidinů u živočichů. Malonyl-CoA je prekurzorem syntézy mastných kyselin a methylmalonyl-CoA je převeden na sukcinyl-CoA, viz CC.
+
NAD + COO COO + O (CH 3) H O NH+ + CO - CoA NADH + H 2-Oxoglutarát Glutamát 2 4 2 COO (H C) CH (H 3C) CH 3 H2N CH (H 3C) CH CH2 O CH2 - Ureidopropionasa Aminotransferasa CHO H2N O NH S-CoA Malonátsemialdehyd Malonyl-CoA -Alanin -Ureidopropionát (Methylmalonátsemialdehyd) (Methylmalonyl-CoA) ( -Aminoisobutyrát) -Ureidoisobutyr át) O
Biosyntéza a záchrana purinových nukleotidů. Purinové nukleotidy mohou být syntetizovány de novo nebo recyklací zachráněny. Syntéza de novo. Princip: Purinový skelet je budován na ribose = PRPP postupně po malých molekulárních částech. Biosyntéza probíhá v devíti stupních. Většina těchto stupňů je katalyzována enzymy se záchytnou doménou pro ATP. Nejdříve dochází k aktivaci na vazbě uhlík – kyslík (typicky karbonyový kyslík) fosforylací a poté následuje náhrada fosforylové skupiny amoniakem nebo aminoskupinou, které působí jako nukleofil. ATP ADP
R
O
O R
O
Z
Fosforylace R
Nu
P O
O -
-
Pi
Z Nu
Výměna R
Biosyntéza purinových nukleotidů.
O
O O
-
P O
O -
HO O
-
O
P O
O -
Gln + H2O
P O
O -
O
-
O
Glu + NH3
-
P O
O -
O
NH2
PPi OH
OH
5-Fosforibosyl-1-difosfát
OH OH 5-Fosforibosyl-1-amin.
Biosyntéza purinových nukleotidů. O
O ATP + Gly
ADP + Pi
+ NH3
H2N
P-ribosa P-ribosa-NH2
H
NH
Formyl-THF THF
CH2
H2N
ATP
H
NH
H2N
CH2
P-ribosa O Glycinamid ribonukleotid
ADP + Pi
NH3 O Formylglycinamid + ribonukleotid Glu
CH2
P-ribosa H2 O NH Formylglycinamidin + Gln ribonukleotid
ATP
H
H C
ATP + Asp ADP + Pi
P-ribosa H3C
ADP
N
N
C C NH2
C COO
-
N P-ribosa H3C
ATP + HCO 3
H
N
C
C C HN
ADP + Pi
H
COO
P-ribosa H3C -
N
N
C C
H
NH2 5-Aminoimidazol ribonukleotid
Biosyntéza purinových nukleotidů. ATP + Asp ADP + Pi H
C P-ribosa H3C
N
N
C C NH2
O C N H
COO CH2
C H3C P-ribosa
CH COO
H
Fumarát
-
-
THF-CHO
N
N
C C NH2
THF
H C
O C
H3C P-ribosa
NH2
N
N
O
C
C
C
NH2
HN
CHO
10
THF-CHO = N -formyltetrahydrofol át H2O H C P-ribosa H3C
N
N
C C
C O
NH C H Inosinát (IMP) N
Biosyntéza AMP a GMP z inosinátu (IMP). COO
-
H GDP + Pi
HN
HN
NH2
Fumarát
N
N
N
N
N
-
N
N
GTP + Asp
O
COO
N
N
ribosa-P
ribosa-P N
Adenylosukcinát
N
Adenylát (AMP)
ribosa-P Inosinát (IMP) Báze = hypoxanthin
NAD + H2 O
+
O NADH ++ H
N
HN O
N H
N
ATP
AMP + PPi
O N
HN NH3 H2N
ribosa-P Gln + H2O Xanthylát
N
N
ribosa-P Guanylát (GMP)
Záchranná recyklace purinů. Do syntézy purinoviných nukleotidů de novo je třeba investovat mnoho energie ve formě ATP. Proto je velmi výhodné pro organismus recyklovat purinové báze z odbouraných nukleových kyselina z diety. Dva významné enzymy recyklace: Adeninfosforibosyltransferasa katalyzující tvorbu AMP: Adenin + PRPP adenylát + PPi Druhý enzym: Hypoxanthin-guaninfosforibosyltransferasa (HGPRT) katalyzuje tvorbu guanylátu (GMP) a inosinátu (IMP). Prekurzory jsou guanylát a adenylát. Guanin + PRPP guanylát + PPi Hypoxanthin + PRPP inosinát + PPi
Biosyntéza deoxyribonukleotidů redukcí ribonukleotidů (radikálový mechanismus). Jedná se specifickou redukci ribonukleotidu v poloze 2´hydroxylu na ribose. Substráty jsou ribonukleosiddifosfáty !! Enzym je ribonukleotidreduktasa. Ribonukleotidreduktasa E. coli je složena ze dvou podjednotek – oba jsou dimery. Podjednotka R1 obsahuje aktivní místo a dvě allosterická kontrolní místa. Podjednotka obsahuje tři Cys a jeden Glu – všechny čtyři participují na redukci ribosy na deoxyribosu. Rolí podjednotky R2 je produkce volných radikálů v obou svých řetězcích. Každý z řetězců R2 obsahuje stabilní tyrosylový radikál s nepárovým elektronemdelokalizovaným na aromatickém kruhu. Radikál je produkován v blízkém centru obsahujícím Fe3+ v můstku s iontem O2-.
Přenos elektronů z NADPH na ribosu. (Ribonukletidreduktasa) Elektrony nutné k redukci pocházejí z NADPH !! Přestup není přímý, ale přes thioredoxin (12 kD protein se dvěma Cys). S
SH NADPH + H
+
NADP
+
FAD
FADH 2
Th
TR
TR
SH Ribosov á j ednotka
RR
SH
S
SH
S
SH
S
Th
RR
SH S S Thioredoxinreduktasa(TR) Thioredoxin (Th) Ribonukletid reduktasa (RR)
Deoxyribosov á j ednotka
Tvorba thymidylátu methylací deoxyuridylátu. Deoxyribonukleové kyseliny neobsahují uracil, ale thymin. Thymidylát je syntetizován za katalýzy thymidylátsynthasy : deoxyuridylát (dUMP) + methyl = thymidylát (TMP). Donorem methylu je N5,N10 –methylentetrahydrofolát. dUMP je aktivován vazbou thiolátu enzymu.
Syntéza thymidylátu (TMP).
H2N
H N
N
H2N H
HN H2C
H2N
H N
N
+
H
HN
HN N
+
N -
OO
N
R N ,N -Methylentetrahydrofolát O Enzym - SH H HN 5 5
N
H
N O
H N
CH2 HN H
10
O O
R
H CH2
HN HN
H O
N
HN CH3 Dihydrofolát
5
+
H S - Enzym
S - Enzym O
N
H
deoxyribosa-P deoxyribosa-P
O
N
H
deoxyribosa-P
Thymidylát (TMP)
Regenerace tetrahydrofolátu za katalýzy dihydrofolátreduktasy. Při syntéze thymidylátu se uvolňuje dihydrofolát, který je nutné regenerovat. Regeneraci katalyzuje dihydrofolátreduktasa a zdrojem elektronů je NADPH.
H2N
N
H N
H2N
N
H N H
HN
HN
+
+ NADPH + H
N O
O
HN H N Dihydrofolát
O H
COO COO
-
N H
+ NADP
+
HN H N
-
Tetrahydrofolát
O H
COO COO
-
-
Thymidykátsynthasa a dihydrofolátreduktasa jako místa působení chemoterapie rakoviny. Fluoruracil je převáděn in vivo na fluordeoxyuridylát (F-dUMP). F-dUMP je analog dUMP ireversibilně inhibující thymidylátsynthasu. Působí jako normální substrát a prochází celým katalytickým cyklem. Při tvorbě TMP je nutné odstranit proton z místa C-5 nukleotidu. Enzym nemůže odstranit F+ a proto je katalýza na tomto místě blokována. Příklad suicide inhibition (sebevražedné inhibice), na mechanismu enzymové reakce závislý inhibitor. Syntéza TMP je také blokována inhibicí regenerace tetrahydrofolátu. Analoga dihydrofolátu jako např. aminopterin a methotrexát (amethopterin) jsou silnými kompetitivními inhibitory (Ki ‹ 1 nM) dihydrofolátreduktasy.
Místa působení protirakovinných léků. Fluoruracil
Fluordeoxyuridylát (sebev ražedný inhibitor)
-
dUMP
dTMP
Thymidylát synthasa
5
10
N ,N -Methylentetrahydrofolát
Dihydrofolát
Glycin
NADPH + H
+
Dihydrofolátreduktasa Tetrahydrofolát Serin
NADP
+
-
Aminopterin a methotrexát
Suicide inhibition (sebevražedná inhibice) thymidylátsynthasy 5-fluorUMP.
H N
H2N
H
HN N O
H N
H2N
F
O O
HN + O
N
N
CH3 O
deoxyribosa-P
H2C
O N
R N ,N -Methylentetrahydrofolát 5
10
F H
HN
H Enzym ---- SH
HN
CH2 HN
N
S ---- enzym
deoxyribosa-P Stabilní adukt
R
Regulace biosyntézy nukleotidů. Biosyntéza nukleotidů je regulována zpětnovazebnou inhibicí. Obdoba regulace biosyntézy aminokyselin. Regulace biosyntézy pyrimidinových nukleotidů. Klíčový enzym je aspartáttranskarbamoylasa (ATCasa). ATCasa je inhibována CTP – konečným produktem biosyntézy. Stimulována je ATP.
-
Aspartát ATCasa + karbamoylfosfát + ATP
karbamoylaspartát
UMP
UDP
UTP
CTP
Regulace biosyntézy purinových nukleotidů. Regulace biosyntézy purinových nukleotidů je komplexnější. Klíčovým krokem je konverze PRPP na fosforibosylamin. Reakci katalyzuje glutaminfosforibosylamidotransferasa. Reakce je zpětnovazebně inhibována mnoha purinovými ribonukleotidy. Inhibují GMp, AMP a IMP. Inosinát – větvící bod syntézy AMP a GMP. AMP inhibuje konverzi inosinátu na adenylosukcinát – vlastní prekurzor. Obdobně, GMP inhibuje konverzi inosinátu na xanthylát – bezprostřední prekurzor. GTP je substrátem při syntéze AMP a ATP je substrátem při syntéze GMP. Jedná se o reciprokou substrátovou závislost vedoucí k rovnováze syntézy adeninových a guaninových nukleotidů.
Kontrola a regulace biosyntézy purinových nukleotidů.
His
Ribosa-5-fosfát
Pyrimidinov é nukleotidy
PRPP Inhibov áno IMP, AMP, GMP
Fosforibosylamin
Inhibov áno AMP Adenylosukcinát
AMP
IMP Xanthylát Inhibov áno GMP
GMP
Syntéza deoxyribonukleotidů je regulována na úrovni ribonukleotidreduktasy. Allosterická kontrola. Každý z polypeptidů R1 podjednotky reduktasy obsahuje dvě allosterická místa. Jedno reguluje celkovou aktivitu enzymu a druhé substrátovou specifitu. Celková aktivita reduktasy se snižuje po vazbě dATP. Vazba ATP potlačuje tento efekt. Vazba dATP nebo ATP do místa regulujícího substrátovou specifitu snižuje redukci UDP a CDP – pyrimidiny. Vazba TTP (thymidintrifosfát) zvyšuje redukci GDP a inhibuje dále redukci pyrimidinových nukleotidů. Současné zvýšení hladiny dGTP stimuluje redukci ATP na dATP. Regulace pyrimidiny a puriny vede k rovnováze obou typů nukleotidů pro syntézu DNA.
Katabolismus purinových nukleotidů. NH2
NH2 H2O
N N
Pi
N N
Nukleotidasa
N
H2O
+ NH4
N
N
Adenosin deaminasa
N
O
O Pi Ribosa-1-fosfát
N
N
NH
N
Nukleosid fosforylasa
N
ribosa-5-P
ribosa
ribosa
AMP
Adenosin
Inosin
NH
N N H Hypoxanthin H2O + O 2 Xanthin oxidasa
H N O
O +
H N
H
NH
-
O
N H Urát
O
N H
N H
O N
NH
O
N H
H2O 2
H2O 2
H2O + O2
O
Xanthin oxidasa
N H
Močov á kyselina
NH N H
O
Xanthin
O N N H
NH N Guanin
NH2
Osud močové kyseliny u ostatních organismů. Vylučuj í
O H N
HN
O N N H H Močov á kyselina 2H2O + O2 Urátoxidasa CO 2 + H2O2 H O N NH2 O C O N H N H H Allantoin O
Allantoinasa
NH2 O
Ostatní sav ci
O
COOH
O
C N H H
N H
Močov ina 2 H2O Ureasa 2 CO 2
NH2
N H
Allantoov á kyselina
Kostnaté ryby
Allantoov á kyselina H2O Allantoikasa CHO Glyoxylová kyselina COOH H2N Oboj živ elníci 2x O Chrupav kov ité ryby H N
+ 4 NH4
O
Vylučuj í
NH2
2
H2O
COOH
C N H H
Primáti Ptáci Plazi Hmyz
NH2
Kostnaté ryby
Mořští bezobratlí
Adenosindeaminasa a důsledky její snížené aktivity. Odbourání AMP zahrnuje jeden zvláštní stupeň. Adenosin není substrátem nukleosidfosforylasy. Fosfát je oddělen nukleotidasou za tvorby nukleosidu – adenosinu. Zvláštní stupeň zahrnuje adenosindeaminasou katalyzovanou reakci za tvorby inosinu !!! Deficit adenosindeaminasové aktivity je spojen s řadou kombinovaných imunodeficitních (SCID = severe combined immunodeficiency) a imunologických onemocnění. Např. ztráta T buněk imunitního systému. Biochemickým důsledkem deficitu adenosindeaminasové aktivity je až 100násobné zvýšení hladiny dATP, které inhibuje ribonukleotidreduktasu a tím i syntézu DNA.
Dna je důsledkem zvýšené hladiny urátu v séru. Inosin tvořený adenosindeaminasou je metabolizován na hypoxanthin. Xanthinoxidasa za účasti flavoproteinu obsahujícího Mo a Fe oxiduje hypoxanthin na močovou kyselinu. Molekulární kyslík je přitom redukován na peroxid vodíku, který je rozkládán katalasou na kyslík a vodu. Močová kyselina uvolňuje při fyziologickém pH proton za tvorby urátu. U lidí je urát konečným produktem degradace purinů. Vysoká hladina urátu v séru vede k onemocnění nazvaném dna (gout). Sodné soli urátu krystalují v kapalinách kloubů což vede k bolestivým zánětům. Také ledviny jsou uráty poškozovány. Jako terapie je podáván allopurinol, analog hypoxanthinu, který se chová nejdříve jako substrát a posléze jako inhibitor xanthinoxidasy. Suicide inhibitor !!
Krystalografická struktura (monomer) hovězí xanthinoxidasy (EC 1.17.3.2). Vázany FAD (červeně), FeS klastr (oranžově), molobdenopterinový kofaktor s atomy Mo (žlutě) a salicylát (modře).
Allopurinol jako „suicide inhibitor“ xanthinoxidasy.
OH
OH
N
N
N N N H Allopurinol
N H Hypoxanthin
N
N
O2 + H2O
OH
OH H2O 2 N
N
N
N N N H Allopurinol
Xanthin oxidasa
O
N H
N H Alloxanthin (Oxipurinol)
Vazba do aktiv ního místa(XO)
Nedov oluj e 4+
přev od Mo
6+
na Mo
Hladina urátů v evoluci. Hladina urátů v séru u lidí je blízko limitu rozpustnosti. Na rozdíl u poloopic jako např. lemuři, kteří mají 10x nižší hladinu. Jaká je selektivní výhoda vyšších hladin urátů u člověka ? Uráty jsou efektivní zhášeče reakcí kyslíkatých radikálů Uráty jsou stejně efektivní jako askorbát ve funkci antioxidantů. Důsledkem je delší doba života člověka oproti nižším primátům a snížení rizika rakoviny. Další defekt purinového metabolismu spočívá v totální absenci hypoxanthin-guaninfosforibosyltransferasy. Vrozená vada – Lesch-Nyhamův syndrom.
NAD+, FAD a koenzym A se tvoří z ATP. Nukleotidy nejsou jen součástí nukleových kyselin. Tvoří početnou skupinu biomolekul. NAD+ a NADP+ jsou koenzymy oxidoreduktas. Jejich prekurzorem je ATP. Prvím stupněm jejich biosyntézy je tvorba nikotinátribonukleotidu z nikotinátu a PRPP. Nikotinát, také niacin vitamin B6, je produktem degradace aminokyseliny Trp. Nedostatek Trp v potravě vede k onemocnění zvané pellagra. Obdobně endokrinní tumor spotřebovávající Trp vede také k nedostatku neurotransmiteru serotoninu a ve svém důsledku k podobným symptomům jaké vykazuje pellagra. V dalším stupni syntéze je AMP přenášen z ATP na nikotinátribonukleotid za tvorby desamido-NAD+. Konečným stupněm je transfer amoniaku z amidoskupiny Gln na nikotinátový karboxyl za tvorby NAD+. NADP+ vzniká fosforylací NAD+ ATP enzymem NAD+kinasa.
Biosyntéza NAD+ z PRPP, ATP a nikotinátu. COO
-
COO PRPP
PPi
H2 P-O C
+
O
N
+
N H
Nikotinát
-
ATP
PPi
COO
-
adenin
+
N
OH OH Nikotinát ribonukleotid
ribosa - P- P - ribosa +
Desamido-NAD Gln
Glu O NH2 adenin
+
N
ribosa - P - P - ribosa NAD
+
Biosyntéza FAD. Flavinadenindinukleotid je syntetizován z riboflavinu a dvou molekul ATP. Riboflavin + ATP riboflavin-5´-fosfát + ADP Riboflavin-5´-fosfát + ATP flavinadenindinukleotid (FAD) + PPi O H3C
N
H3C
N
NH N
O
CH2 OH OH OH
H H H CH2
adenin PH- 2P - ribosa
Flav inadenindinukleotid (FAD)
Úloha difosfátu při biosyntézách.
AMP, součást koenzymu A, má původ v ATP. Společným znakem biosyntéz NAD+, FAD a CoA je transfer AMP z ATP na fosforylovaný meziprodukt. Současně tvořený difosfát je bezprostředně hydrolyzován na dva orthofosfáty. Poznámka: Při mnoha biosyntézách se získává značná část potřebné termodynamické energie hydrolýzou uvolněného difosfátu !
Hlavní rozdíly v metabolismu purinových a pyrimidinových nukleotidů. Nukleotidy
Puriny
Pyrimidiny
Tvorba N-glykosidové vazby
V prvním kroku syntézy – start na PRPP
Nejdříve syntéza pyrimidinového kruhu a poté napojení PRPP
Lokalizace syntézy
Cytoplasma
Cytoplasma + mitochondrie – karbamoylfosfátsynthetasa
Produkty degradace
Močová kyselina (málo rozpustná ve vodě), NH3
CO2, NH3, MalonylCoA, sukcinyl-CoA
