Metabolismus purinů a pyrimidinů

Transkript

1 Metabolismus purinů a pyrimidinů Vladimíra Kvasnicová Obrázek převzat z (leden 2008)

2 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)

3 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

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

5 ribonukleosid deoxyribonukleosid N-glykosidová vazba Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, ISBN

6 ribonukleotid deoxyribonukleotid Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, ISBN

7 PYRIMIDINOVÉ BÁZE Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, ISBN

8 ribonukleosidy deoxyribonukleosid Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, ISBN

9 Ribonukleotidy * N-glykosidová vazba * esterová vazba * anhydridové vazby Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, ISBN

10 3 -fosfoadenosin-5 -fosfosulfát (PAPS) přenáší sulfát do substrátu při konjugačních reakcích (sulfatace) Obrázek je převzat z (leden 2007)

11 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)

12 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,...

13 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

14 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

15 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

16 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

17 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

18 Analoga bazí a nukleosidů se používají jako cytostatika Obrázek převzat z knihy Harper s Illustrated Biochemistry 26 th ed./ R.K.Murray; McGraw-Hill Companies, 2003, ISBN

19 3) mediátory metabolických procesů camp, cgmp ( druhý posel ) Cyklický adenosinmonofosfát (camp) Obrázek převzat z (leden 2008)

20 4) součásti koenzymů NAD +, NADP +, FAD, CoA Obrázky převzaty z a (leden 2008)

21 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

22 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

23 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

24 PRDP = 5-fosforibozyl-1-difosfát! společný substrát pro syntézu! purinů i pyrimidinů Obrázek převzat z (leden 2008)

25 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)

26 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, ISBN

27 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

28 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, CO 2 koenzymy: * tetrahydrofolát (= kys.listová) * NAD +

29 Folát je vitamin člověk ho nedokáže syntetizovat Bakterie folát syntetizují: sulfonamidy jsou analoga PABA antibakteriální účinek Obrázek převzat z (leden 2008)

30 cytostatikum Obrázek převzat z (leden 2008)

31 Aktivace fofátu (redukce) Dihydrofolát-reduktáza je inhibována Methotrexátem Obrázek převzat z (leden 2008)

32 Deriváty tetrahydrofolátu Obrázek převzat z (leden 2008)

33 Serin je donorem methylenové skupiny Obrázek převzat z (leden 2008)

34 Folát v metabolismu Obrázek převzat z (leden 2008)

35 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)

36 Syntéza purinových nukleotidů C Y T O P L A Z M A Obrázek převzat z (leden 2007)

37 Taťka-mamka IMP GMP AMP Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, ISBN

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

39 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

40 Syntéza pyrimidinových nukleotidů de novo (I) kromě jedné reakce probíhá v cytoplazmě (dihydroorotát-dh je v mitochondrii) substráty: * karbamoylfosfát (Gln,CO 2,2 ATP ) * aspartát * PRDP * derivát THF (pouze pro thymin) Karbamoylfosfát vzniká i při syntéze MOČOVINY (pouze v mitochondriích hepatocytů)

41 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)

42 Syntéza pyrimidinových nukleotidů C Y T O P L A Z M A mitochondrie Obrázek převzat z (leden 2007)

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

44 Syntéza 2-deoxyribonukleotidů protein * NADP + protein NADPH+H + * reakci katalyzuje ribonukleotid-reduktáza Obrázek převzat z (leden 2008)

45 Syntéza thymidinmonofosfátu Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, ISBN

46 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

47 Regulace purinových nukleotidů Obrázek převzat z (leden 2008)

48 Regulace pyrimidinových nukleotidů Obrázek převzat z (leden 2008)

49 Regulace syntézy nukleotidů regulační enzym aktivace inhibice glutamin-prdpamidotransferáza (puriny) karbamoylfosfát syntetáza II = cytoplazmatická (pyrimidiny) PRDP PRDP ATP IMP, GMP, AMP (alosterická inhibice) UTP

50 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)

51 Odbourávání purinů Obrázek převzat z (leden 2008) H kyselina močová

52 Kyselina močová (KM) keto a enol forma H N O H N O N OH N OH O N H N H HO N N H soli kyseliny močové = uráty (močany) při ph krve existuje ve formě mononatrium-urátu

53 SOUHRN: slabá dvojsytná kyselina (pk a1 = 5,4; pk a2 = 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

54 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 ISBN

55 Dědičné příčiny hyperurikémie ribóza-5-fosfát 5-fosforibozyl-1-pyrofosfát + PRPP-amidotransferáza AMP IMP GMP APRT adenozin inozin HGPRT guanozin adenin hypoxanthin guanin HGPRT Leschův-Nyhanův syndrom XO xanthin XO kyselina močová Snímek převzat z přednášky prof. J. Racka / Kyselina močová významný metabolit a antioxidant; Novinky v klinické biochemii, Nové Hrady

56 Odbourávání pyrimidinů

57 (chybí u člověka) SOUHRN: volné radikály puriny NH 3, kyselina močová - má antioxidační vlastnosti (částečně vylučována močí; poruchy: hyperurikémie, dna) normální hodnoty: sérum µmol/l (muži) µmol/l (ženy) moč 0,48 5,95 mmol/l pyrimidiny: C, U β-alanin, CO 2, NH 3 T β-aminoizobutyrát, CO 2, NH 3 Obrázky převzaty z a (leden 2008)

58 Hlavní rozdíly metabolismu purinů a pyrimidinů puriny pyrimidiny tvorba N- glykosidové vazby v 1. kroku syntézy (syntéza začíná na PRDP) nejprve se syntetizuje pyrimidinový kruh lokalizace biosyntézy produkty odbourávání cytoplazma kyselina močová (špatně rozpustná v H 2 O), NH 3 cytoplazma + 1 enzym v mitochondrii CO 2, NH 3, β-amk (dobře rozpustné v H 2 O)

59 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

60 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

61 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

62 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

63 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

64 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

65 TEST: Při degradaci purinových nukleotidů a) je uvolňován amoniak b) vzniká CO 2 c) se uplatňuje enzym xanthinoxidáza d) vzniká jako konečný produkt kyselina močová

66 Při degradaci purinových nukleotidů a) je uvolňován amoniak b) vzniká CO 2 c) se uplatňuje enzym xanthinoxidáza d) vzniká jako konečný produkt kyselina močová

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

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