Metabolismus nukleotidů

Transkript

1 Základy biochemie KB / B Metabolismus nukleotidů Inovace studia biochemie prostřednictvím e-learningu Z / /0407 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

2 Metabolismus nukleotidů 2 snova Syntéza purinových ribonukleotidů Syntéza adeninových a guaninových ribonukleotidů Kontrola biosyntézay purinových nukleotidů Recyklace purinů Syntéza pyrimidinových nukleotidů Syntéza uridinmonofosfátu Syntéza uridintrifosfátu a cytidintrifosfáttu Kontrola biosyntézy pyrimidinových nukleotidů Tvorba deoxyribonukleotidů Tvorba deoxyribos Tvorba thyminu. dbourávání nukleotidů Katabolismus purinů Dráha močové kyseliny Katabolismus pyrimidinů

3 Struktura purinu a pyrimidinu Purin Pyrimidin 3

4 Ribosa a 2-deoxyribosa Ribosa 2 -Deoxyribosa 4

5 β--glykosidová vazba. Ve vazbě je uhlík 1. 2 β--glykosidová vazba 2 5

6 Ribonukleotid a deoxyribonukleotid ukleosid je pouze báze a pentosa vázaná -glykosidovou vazbou. 2-3 P Báze P 3 2 Báze 1 5 -Ribonukleotid 3 -Deoxyribonukleotid 6

7 ázvy a zkratky bází nukleových kyselin, nukleosidů a nukleotidů Strukturní vzorec Báze (X = ) ukleosid (X = ribosa, 2 -deoxyribosa) ukleotid (X = ribosafosfát, 2 -deoxyribosafosfát) 2 X Adenin Ade A Adenosin Ado A Adenylová kyselina Adenosinmonofosfát AMP Guanin Gua Guanosin Guo Guanosylová kyselina Guanosinmonofosfát 2 X G G GMP 7 2 X X 3 dx ytosin yt Uracil Ura U Thymin Thy T ytidin yd Uridin Urd U Deoxythymidin dthd dt ytidylová kyselina ytidinmonofosfát MP Uridylová kyselina Uridinmonofosfát UMP Deoxythymidylová kyselina Deoxythymidinmonofosfát dtmp

8 Biosyntéza purinových ribonukleotidů ukleotidy jsou fosforečné estery pentos (ribosy nebo deoxyribosy) ve kterých je purinová nebo pyrimidinová báze vázána na uhlík 1 sacharidu. V roce 1948 John Buchanan dělal pokusy s holuby, které krmil různými izotopy značenými sloučeninami a zjišťoval pozici značených atomů ve vylučované močové kyselině. Buchananovy závěry: 3 - Glycin Aminoskupina aspartátu Formiát Formiát 8 Amidoskupina glutaminu

9 Schéma biosyntézy IMP, ATP, GTP, datp a dgtp 2 Glycin Aspartát 10 -Formyltetrahydrofolát Formyltetrahydrofolát Glutamin ribosa-p Glutamin Struktura purinového kruhu IMP ATP GTP RA 9 datp dgtp DA

10 Inosinmonofosfát (IMP) prekurzor AMP a GMP. ypoxanthin - - P Inosinmonofosfát (IMP) 10

11 Jednotlivé kroky biosyntézy inosinmonofosfátu Výchozím materiálem je produkt pentosafosfátové dráhy α-d-ribosa- 5-fosfát, která se aktivuje ATP na 5-fosforibosyl-α-pyrofosfát (PRPP). 2. Vstup atomu 9 purinu reakcí PRPP s Gln. Dochází k inverzi konfigurace na β. Kontrolní krok biosyntézy současná hydrolýzy PP i!! Vznik β-5-fosforibosylaminu (PRA). 3. Vstup purinových atomů 4, 5 a 7. Atomy vstupují ve formě Gly na PRA a tvorby glycinamidribotidu (GAR). 4. Vstup purinového atomu 8. Volná aminoskupina GAR je formylována 10 -formyl TF za tvorby formylglycinamidribotidu (FGAR). 5. Vstup purinového atomu 3. Vstupuje ve formě Gln za účasti ATP ADP + P i. 6. Tvorba imidazolového kruhu purinu. Intramolekulární kondenzace za účasti ATP tvoří 5-aminoimidazolribotidu (AIR). 7. Vstup 6 atomu purinu. Vstupuje jako 3 - za katalýzy AIR karboxylasy a vzniku karboxyaminoimidazolribotidu (AIR).

12 Jednotlivé kroky biosyntézy inosinmonofosfátu (IMP) 8. Vstup 1 atomu purinu. Vstupuje formou aminoskupiny Asp za účasti ATP ADP + P i a tvorby 5-aminoimidazol-4-(-sukcinylokarboxamid) ribotidu (SAAIR). 9. dštěpení fumarátu z SAAIR. Podobná reakce reakci močovinového cyklu. Tvoří se 5-aminoimidazol-4-karboxamidribotid (AIAR). 10. Vstup 2 atomu purinu. Druhá formylace za účasti 10 -formyl TF a tvorby 5-formaminoimidazol-4-karboxamidribotidu (FAIAR). Tato reakce a reakce 4 jsou inhibovány sulfonamidy, strukturními analogy p- aminobenzoové kyseliny!! 11. yklizace za tvorby IMP. Eliminace vody. a rozdíl od reakce 4 není nutné ATP. Poznámka: U živočichů jsou reakce 10 a11 katalyzovány bifunkčními enzymy, stejně jako reakce 7 a 8. Reakce 3, 4 a 6 probíhají na jednoduchém proteinu. Meziprodukty multifunkčních enzymů nejsou uvolňovány do prostředí, ale posouvány tunely k dalšímu enzymu. Podobná situace je u pyruvátdehydrogenasového komplexu, synthasy mastných kyselin, synthasy glutamátu a tryptofansynthasy. 12

13 1. Výchozím sloučeninou je produkt pentosafosfátové dráhy α-d-ribosa-5-fosfát, která se aktivuje ATP na 5-fosforibosyl-α-pyrofosfát (PRPP). 2-3 P ATP 2 α-d-ribosa-5-fosfát (R5P) AMP α 1 Ribosafosfátpyrofosfátkinasa P 2-5-Fosforibosyl-α-pyrofosfát (PRPP) α P - P -

14 2. Vstup atomu 9 purinu reakcí PRPP s Gln. Dochází k inverzi konfigurace v poloze 1 na β. Kontrolní krok biosyntézy současná hydrolýzy PP i!! Vznik β-5-fosforibosylaminu (PRA). 2-3 P 2 5-Fosforibosyl-α-pyrofosfát (PRPP) α - P - P - Glutamin + 2 Glutamát + PP i 2 Amidofosforibosyltransferasa P 2 2 β β-5-fosforibosylamin (PRA)

15 3. Vstup purinových atomů 4, 5 a 7. Atomy vstupují ve formě Gly na PRA a tvorby glycinamidribotidu (GAR). 2-3 P 2 2 β β-5-fosforibosylamin (PRA) Glycin + ATP ADP + P i 3 GAR synthetasa P 2 Glycinamidribotid (GAR) β

16 4. Vstup purinového atomu 8. Volná aminoskupina GAR je formylována 10 -formyl TF za tvorby formylglycinamidribotidu (FGAR) P 2 Glycinamidribotid (GAR) β 10 -Formyl-TF TF 2 4 GAR transformylasa 16 ribosa-5-fosfát Formylglycinamidribotid (FGAR)

17 5. Vstup purinového atomu 3. Vstupuje ve formě Gln za účasti ATP ADP + P i. 2 ribosa-5-fosfát Formylglycinamidribotid (FGAR) ATP + Glutamin + 2 ADP + Glutamát + P i 5 FGAM synthetasa 2 17 ribosa-5-fosfát Formylglycinamidinribotid (FGAM)

18 6. Tvorba imidazolového kruhu purinu. Intramolekulární kondenzace za účasti ATP tvoří 5-aminoimidazolribotidu (AIR). 2 ribosa-5-fosfát Formylglycinamidinribotid (FGAM) ATP ADP + P i 6 AIR synthetasa ribosa-5-fosfát 5-Aminoimidazolribotid (AIR)

19 7. Vstup 6 atomu purinu. Vstupuje jako 3- za katalýzy AIR karboxylasy a vzniku karboxyaminoimidazolribotidu (AIR). 2 5 ribosa-5-fosfát 5-Aminoimidazolribotid (AIR) - ATP ADP + P i AIR karboxylasa 19 ribosa-5-fosfát Karboxyaminoimidazolribotid (AIR)

20 8. Vstup 1 atomu purinu. Vstupuje formou aminoskupiny Asp za účasti ATP ADP + P i a tvorby 5-aminoimidazol-4-(-sukcinylokarboxamid) ribotidu (SAAIR) ribosa-5-fosfát Karboxyaminoimidazolribotid (AIR) Aspartát + ATP 8 ADP + P i - SAIAIR synthetasa ribosa-5-fosfát 5-Aminoimidazol-4-(sukcinylokarboxamid)-ribotid (SAIAIR)

21 9. dštěpení fumarátu z SAAIR. Reakce podobná reakci močovinového cyklu. Tvoří se 5-aminoimidazol-4- karboxamidribotid (AIAR) ribosa-5-fosfát 5-Aminoimidazol-4-(sukcinylokarboxamid)-ribotid (SAIAIR) Fumarát 9 Adenylosukcinátlyasa ribosa-5-fosfát 5-Aminoimidazol-4-karboxamidribotid (AIAIR)

22 10. Vstup 2 atomu purinu. Druhá formylace za účasti 10 -formyl TF a tvorby 5-formaminoimidazol- 4-karboxamidribotidu (FAIAR). Tato reakce a reakce 4 jsou inhibovány sulfonamidy, strukturními analogy p-aminobenzoové kyseliny!! ribosa-5-fosfát 5-Aminoimidazol-4-karboxamidribotid (AIAIR) 10 -Formyl-TF TF 10 AIAR Transformylasa ribosa-5-fosfát 5-Formaminoimidazol-4-karboxamidribotid (FAIAIR)

23 11. yklizace za tvorby IMP. Eliminace vody. a rozdíl od reakce 4 není nutné ATP ribosa-5-fosfát 5-Formaminoimidazol-4-karboxamidribotid (FAIAIR) 2 11 IMP cyklohydrolasa P 4 5 Inosin-5 -monofosfát (IMP)

24 24 Biosyntéza adeninového a guaninového ribonukleotidu IMP se v buňkách neakumuluje a ihned se převádí na AMP a GMP. AMP se syntetizuje z IMP ve dvou krocích. a IMP se naváže Asp, což je spojeno s hydrolýzou GTP GDP a P i. V další reakci se eliminuje fumarát z adenylsukcinátu za tvorby AMP. GMP se syntetizuje z IMP také ve dvou krocích. IMP se dehydrogenuje za účasti AD + AD za tvorby xanthinmonofosfátu (XMP). Druhým krokem je vstup amidodusíku Gln za účast ATP AMP + PP i a tvorby GMP. Poznámka: V B a T lymfocytech, odpovídajících za imunitní odpověď organismu, je vysoká aktivita IMP dehydrogenasy vedoucí ke zvýšené tvorbě GMP nutných pro proliferaci. Produkt plísně, mykofenolová kyselina, tento enzym inhibuje a využívá se jako imunosupresivum po transplantacích!! Mykofenolová kyselina

25 První krok biosyntézy AMP a GMP Aspartát + GTP GDP + P i Adenylosukcinátsynthetasa ribosa-5-fosfát Inosin-5 -monofosfát (IMP) AD IMP dehydrogenasa AD ribosa-5-fosfát Adenylosukcinát ribosa-5-fosfát Xantosin-5 -monofosfát (XMP)

26 Druhý rok biosyntézy AMP a GMP ribosa-5-fosfát Adenylosukcinát Adenylosukcinátlyasa Fumarát 2 Glutamin + ATP + 2 Glutamát + AMP + PP i ribosa-5-fosfát Xantosin-5 -monofosfát (XMP) GMP synthetasa 2 26 ribosa-5-fosfát Adenosin-5 -monofosfát (AMP) ribosa-5-fosfát Guanosin-5 -monofosfát (GMP)

27 Biosyntéza nuklosiddifosfátů a nukleosidtrifosfátů Pro vstup nukleotidů do nukleových kyselin, musí být nukleosidmonofosfáty převedeny na odpovídající trifosfáty. Převedení na nukleosiddifosfáty: ukleosidmonofosfátkinasy. apř. adenylátkinasa AMP + ATP 2 ADP Podobně guanylátkinasa GMP + ATP GTP + ADP ukleosiddifosfáty jsou převáděny na nukleosidtrifosfáty nukleosiddifosfátkinasou. 27 GDP + ATP GTP + ADP

28 Regulace biosyntézy purinových nukleotidů Dvě hladiny regulace. A) Rychlost tvorby IMP je nezávisle, ale synergicky kontrolována hladinou adeninových a guaninových nukleotidů. Vysoká hladina nukleotidů inhibuje syntézu IMP. B) Místo regulace je za místem syntézy IMP. Rychlost syntézy GTP se zvyšuje s koncentrací [ATP], zatímco rychlost syntézy AMP s rostoucí koncentrací [GTP]. 28

29 Schéma regulace biosyntézy purinových nukleotidů Ribosa-5-fosfát IIBIE PRPP AKTIVAE 5-Fosforibosylamin IMP Adenylosukcinát XMP AMP GMP 29 ADP ATP GDP GTP

30 Recyklace purinových nukleotidů Při obměně nukleových kyselin se uvolňují báze adenin, guanin a hypoxanthin a ty jsou recyklovány cestou odlišnou od biosyntézy. U savců jsou puriny recyklovány dvěma enzymy: Adeninfosforibosyltransferasa (APRT) katalyzující reakci: Adenin + PRPP AMP + PP i ypoxanthin-guaninfosforibosyltransferasa (GPRT) katalyzující reakci: ypoxanthin + PRPP IMP + PP i Guanin + PRPP GMP + PP i Lesch-yhamův syndrom deficit GPRT, akumuluje se PRPP, u chlapců, vysoká hladina močové kyseliny v moči, spojeno s neurologickými potížemi, agresívní a destruktivní chování. 30

31 Biosyntéza pyrimidinových nukleotidů Biosyntéza pyrimidinů je podstatně jednodušší než purinů. Čtyři atomy pyrimidinu jsou z Asp, jeden 2 má původ v 2 a dusíkový atom 3 je z amidu Gln. Produktem biosyntézy je uridinmonofosfát (UMP), který je prekurzorem cytidinmonofosfátu (MP). Aminoskupina glutaminu Aspartát

32 Biosyntéza uridinmonofosfátu (UMP) Syntéza UMP je šestistupňová. a rozdíl od biosyntézy purinů je pyrimidinový kruh syntetizován samostatně a poté připojen k ribosa-5- fosfátu. 1. Syntéza karbamoylfosfátu. ytosolární enzym karabmoylfosfátsynthetasa II. Karbamoylfosfát je syntetizován z - 3 a amidového dusíku Gln za spotřeby dvou ATP. Srovnej s močovinovým cyklem. 2. Syntéza karbamoylaspartátu. Kondenzace karbamoylfosfátu s Asp za katalýzy aspartáttranskarbamoylasy. Bez spotřeby ATP! 3. Uzavření kruhu za tvorby dihydroorotátu. 4. xidace dihydroorotátu na orotát. Reakce je ireversibilní, enzym dihydroorotátdehydrogenasa. Enzym obsahuje FM a nehemové Fe a je lokalizován na vnější straně vnitřní mitochondriální membrány, kde je reoxidován chinony. statní enzymy jsou cytosolární. Inhibice dihydroorotátdehydrogenasy blokuje syntézu pyrimidinů v T lymfocytech a tak potlačuje autoimunitní onemocnění rheumatoidní arthritidu. 32

33 Biosyntéza uridinmonofosfátu 5. Vstup ribosa-5-fosfátu. rotát reaguje s PRPP za tvorby orotidin- 5 -monofosfátu (MP). Reakce je poháněna hydrolýzou PP i. Enzym: orotátfosforibosyltransferasa se také podílí na recyklaci ostatních pyrimidinových bází jako jsou uracil a cytosin. 6. Dekarboxylace MP za tvorby UMP. Enzym MP dekarboxylasa (Dasa) urychluje tvorbu UMP faktorem 2 x jeden z nejúčinnějších enzymů vůbec!! 33 Poznámka: Biosyntéza pyrimidinů je cílem antiparasitických léčiv. apř. parazit Toxoplasma gondii (toxoplasmosa) způsobuje oslepnutí, neurologické dysfunkce a u lidí se sníženou imunitou i smrt. Místem zásahu je karbamoylfosfátsynthetasa II, enzym, který se strukturou i kineticky liší od savčího. Parazit není schopen využít pyrimidinové báze hostitele a proto je musí syntetizovat de novo.

34 1. Syntéza karbamoylfosfátu. ytosolární enzym karabmoylfosfátsynthetasa II. Karbamoylfosfát je syntetizován z - 3 a amidového dusíku Gln za spotřeby dvou ATP. 2 ATP Glutamin ADP + Glutamát + P i 1 Karbamoylfosfátsynthetasa II 2 2- P 3 Karbamoylfosfát 34

35 2. Syntéza karbamoylaspartátu. Kondenzace karbamoylfosfátu s Asp za katalýzy aspartáttranskarbamoylasy. Bez spotřeby ATP! 2 2- P 3 Karbamoylfosfát Aspartát P i 2 Aspartáttranskarbamoylasa (ATasa) Karbamoylaspartát -

36 3. Uzavření kruhu za tvorby dihydroorotátu. 2 2 Karbamoylaspartát Dihydroorotasa 2 36 Dihydroorotát -

37 4. xidace dihydroorotátu na orotát. Reakce je ireversibilní, enzym dihydroorotátdehydrogenasa. Enzym obsahuje FM a nehemové Fe a je lokalizován na vnější straně vnitřní mitochondriální membrány, kde je reoxidován chinony. 2 Dihydroorotát - hinon hinol 4 Dihydroorotátdehydrogenasa 37 rotát -

38 5. Vstup ribosa-5-fosfátu. rotát reaguje s PRPP za tvorby orotidin-5 monofosfátu (MP). Reakce je poháněna hydrolýzou PP i. Enzym: orotátfosforibosyltransferasa se také podílí na recyklaci ostatních pyrimidinových bází jako jsou uracil a cytosin. PPRP PP i rotát 5 rotátfosforibosyltransferasa P 2 rotidin-5 -monofosfát (MP) β -

39 6. Dekarboxylace MP za tvorby UMP. Enzym MP dekarboxylasa (Dasa) urychluje tvorbu UMP faktorem 2 x jeden z nejúčinnějších enzymů vůbec!! 2-3 P 2 rotidin-5 -monofosfát (MP) β MP dekarboxylasa P 2 β Uridin-5 -monofosfát (UMP)

40 Syntéza uridintrifosfátu (UTP) a cytidintrifosfátu (TP) Enzymy: nuklosidmonofosfátkinasa a nukleosiddifosfátkinasa analogie syntézy purinových nukleotidtrifosfátů. UMP + ATP UDP + ADP UDP + ATP UTP + ADP TP se tvoří aminací UTP TP synthasou. U živočichů je donorem aminoskupiny Gln u baktérií přímo P - P - P 2 Glutamin + ATP + 2 Glutamát ADP + P i - P P P 2 40 UTP TP

41 Regulace biosyntézy pyrimidinových nukleotidů - inhibice zpětnou vazbou. BISYTÉZA PYRIMIDIŮ U BAKTERIÍ (E. coli) Glutamin + ATP BISYTÉZA PYRIMIDIŮ U ŽIVČIŮ Glutamin + ATP AKTIVAE Karbamoylfosfát Karbamoylfosfát AKTIVAE Karbamoylaspartát Karbamoylaspartát Dihydroorotát Dihydroorotát rotát PRPP rotát PRPP IIBIE IIBIE MP MP UMP UMP UDP UDP 41 UTP TP UTP TP

42 Biosyntéza deoxyribonukleotidů Deoxyribonukleotidy jsou syntetizovány z odpovídajících ribonukleotidů redukcí pozice 2. Katalyzují allosterické enzymy ribonukleotidreduktasy (RR). Substrátem je nukleotiddifosfát, reakce je radikálová a RR je udržována v redukovaném stavu thioredoxinem. Po redukci je ddp fosforylovcán ATP na dtp. - - Báze - - Báze - P P - P P DP ddp 42

43 Biosyntéza deoxythymidinmonofosfátu. Deoxythymidinmonofosfát (dtmp), součást DA, je syntetizován methylací dump. dump je generován hydrolýzou dutp: dutp + 2 dump + PP i Vytvořený dtmp je ihned fosforylován na dttp! Tyto dvě reakce spotřebovávající energii jsou nutné jako prevence vstupu dutp do DA. Enzymový systém katalyzující syntézu DA z dtp efektivně nerozlišuje mezi dutp a dttp. Vlastní methylace dump: Enzym thymidylátsynthasa a nositel methylu 5, 10 methylentetrahydrofolát ( 5, 10 methylen-tf). Poznámka: Přenášená methylenová skupina, mající oxidační stav formaldehydu, je redukována na methyl (oxidační stav methanol) na úkor oxidace TF na dihydrofolát (DF). 43

44 Schéma methylace dump na dtmp dribosa-5-fosfát R dump 5, 10 -Methylentetrahydrofolát dribosa-5-fosfát dtmp Dihydrofolát R 44 - R = ; n = 1-6 n

45 Regenerace 5, 10 methylentetrahydrofolátu Dihydrofolátreduktasa (DFR) (FdUMP = fluordeoxyuridinmonofosfát) dump FdUMP dtmp Thymidylátsynthasa 5, 10 -Methylen-TF DF Glycin ADP + + Dihydrofolátreduktasa Serinhydroxymethyltransferasa TF ADP + Methotrexát Aminopterin Trimethoprim 45 2 Serin

46 Inhibice thymidylátsynthasy nebo dihydrofolátreduktasy terapie rakoviny. Tvorba dttp je kritický proces pro rychle proliferující buńky jako jsou rakovinné. Přerušení syntézy dttp vede k jejich zániku. ormální buňky, kromě buněk kostní dřeně, imunitního systému, kartáčového lemu střev a vlasových uzlíků, jsou na tyto zásahy méně citlivé. 5-Fluordeoxyuridylát (FdUMP) je ireversibilní inhibitor thymidylátsynthasy. FdUMP se váže na thymidylátsynthasu jako dump. Při vlastní methylaci nelze odštěpit F (F + ) stejně jako + a enzym je tak svázán v inaktivním kovalentním ternárním komplexu enzym-fdump-tf. Takové inhibitory nazýváme mechanism-based inhibitors nebo také suicide substrates (sebevražedné substráty) P 5-Fluorodeoxyuridylát (FdUMP) F

47 Inhibice dihydrofolátreduktasy. Blokuje se regenerace TF. Antifoláty, DF analoga, se váží na DFR x pevněji než DF R R = Aminopterin R = 3 Methotrexát (amethopterin) Trimethoprim

48 dbourávání (katabolismus) nukleotidů Většina potravy obsahuje nukleové kyseliny. ukleové kyseliny jsou intaktní ke kyselému prostředí žaludku a jsou odbourávány až v tenkém střevě pankreatickými nukleasami a střevními fosfodiesterasami. Iontová povaha nukleotidů jim nedovoluje procházet přes buněčné membrány a proto jsou hydrolyzovány na nukleosidy. ukleosidy jsou ve střevní stěně hydrolyzovány nukleosidasami a nukleosidfosforylasami: ukleosidasa: ukleosid + 2 báze + ribosa ukleosidfosforylasa: ukleosid + P i báze + ribosa-5-fosfát Recyklováno je jen velmi malé množství bází nukleových kyselin z potravy musí probíhat biosyntéza de novo. Ribosa-1-fosfát jako produkt purinnukleosidfosforylasy (PP) je prekurzorem PRPP. Adenosin a deoxyadenosin nejsou štěpeny savčí PP. Jsou deaminovány adenosindeaminasou (ADA) a AMP deaminasou na odpovídající deriváty ionosinu, které jsou dále degradovány. 48

49 Schéma katabolismu purinových nukleotidů 1. část 2 AMP deaminasa Ribosa-5-fosfát Ribosa-5-fosfát Ribosa-5-fosfát AMP IMP XMP GMP 2 Ribosa-5-fosfát ukleotidasa ukleotidasa ukleotidasa ukleotidasa P i P i P i P i Adenosin Adenosindeaminasa Inosin Xanthosin Guanosin P i Ribosa-1-P Purinnukleosidfosforylasa (PP) Ribosa-1-P P i Purinnukleosidfosforylasa (PP) Ribosa-1-P P i Purinnukleosidfosforylasa (PP) ypoxanthin Xanthinoxidasa Xanthin Guanindeaminasa Guanin 49

50 Schéma katabolismu purinových nukleotidů 2. část ypoxanthin Xanthinoxidasa Xanthin Guanindeaminasa Guanin Xanthinoxidasa 2 50 Močová kyselina

51 yklus purinových nukleotidů yklus hraje důležitou roli v kosterním svalstvu. Zvyšuje se svalová aktivita zvyšováním aktivity citrátového cyklu. Svaly nemají dostatečné množství enzymů, které by doplňovaly meziprodukty citrátového cyklu anaplerotické reakce. yklus purinových nukleotidů je dodavatelem fumarátu pro svalový citrátový cyklus!!! AMP deaminasa AMP IMP Fumarát Adenylosukcinátlyasa Aspartát + GTP Adenylosukcinátsynthetasa Adenylosukcinát GDP + P i Aspartát + GTP GDP + P i + Fumarát

52 Xanthinoxidasa (X) Převádí hypoxanthin (báze IMP) na xanthin a močovou kyselinu. U savců je X v játrech a v lemu tenkého střeva. X je homodimer obsahující FAD a Mo komplex cyklující mezi Mo 6+ a Mo 4+. Koncovým akceptorem elektronů je 2 přecházející na 2 2 což je nebezpečná oxidační sloučenina ihned štěpena katalasou na 2 a 2. ypoxanthin Xanthin Močová kyselina (enol forma) Močová kyselina (keto forma) pk = Ureát - + +

53 sud močové kyseliny Konečným produktem degradace purinů u člověka a primátů je močová kyselina vylučovaná močí. Totéž platí pro ptáky, suchozemské plazy a většinu hmyzu. Smyslem je zadržovat vodu, protože močová kyselina je jen omezeně rozpustná ve vodě a proto její vylučování ve formě krystalů nebo pasty šetří pro organismus vodu. 53 U všech dalších organismů je močová kyselina dále degradována. Savci, vyjma primátů, oxidují močovou kyselinu na ve vodě dobře rozpustný allantoin. Kostnaté ryby štěpí allantoin dále na allantoovou kyselinu. hrupavčité ryby a obojživelníci degradují allantoovou kyselinu na močovinu a tu vyměšují. Mořští bezobratlovci rozkládají močovinu na amoniak a amonné ionty.

54 Schéma další degradace močové kyseliny Močová kyselina VYLUČVA: Primáti Ptáci Plazi myz Urátoxidasa Allantoin 2 Allantoinasa Další savci 2 2 Allantoová kyselina Kostnaté ryby Glyoxylová kyselina 2 Allantoikasa 2 2 Močovina Ureasa hrupavčité ryby bojživelníci Mořští bezobratlí

55 Dna je onemocnění provázené zvýšenou hladinou močové kyseliny v tělesných tekutinách. Jednou z nejvýznamnějších příčin dny je narušené vylučování močové kyseliny. Jedním z důvodů je nedostatečnost GPRT (Lesch-yhamův syndrom) vedoucí k nadměrné produkci z důvodů akumulace PRPP. Dna se léčí podáním inhibitoru xanthinoxidasy allopurinolu, což je strukturní analog hypoxanthinu. X allopurinol hydroxyluje na alloxanthin, který se pevně naváže na redukovanou formu enzymu a tím ho ireversibilně inhibuje. Příklad suicide inhibitor nebo mechanismbased substrate Allopurinol ypoxanthin Alloxanthin

56 dbourávání (katabolismus) pyrimidinových nukleotidů Živočišné buňky degradují pyrimidinové nukleotidy na jejich báze. Reakce probíhají přes defosforylace, deaminace a štěpení glykosidových vazeb. Vznikající uracil a thymin jsou dále štěpeny v játrech redukčně, na rozdíl od purinových bází. Konečnými produkty jsou β-alanin a β-aminoisobutyrát. bě sloučeniny jsou dále převáděny transaminací a aktivací na malonyl- oa a methylmalonyl oa. Malonyl oa je prekurzor biosyntézy mastných kyselin a methylmalonyl oa je převeden na meziprodukt citrátového cyklu sukcinyl oa. 56 Závěr: Produkty degradace pyrimidinových nukleotidů přispívají k energetickému metabolismu buňky.

57 Degradace pyrimidinových nukleotidů I. část 2 3 Ribosa-5-fosfát MP Ribosa-5-fosfát UMP (dtmp) 2 2 ukleotidasa ukleotidasa P i P i ytidin ytidindeaminasa Uridin (Deoxythymidin) 57 P i (d)ribosa-1-p Uracil (Thymin) Uridinfofsforylasa Dihydrouracildehydrogenasa ADP + + ADP + 3 Dihydrouracil (Dihydrothymin)

58 Degradace pyrimidinových nukleotidů II. část 3 Dihydrouracil (Dihydrothymin) 2 ydropyrimidinhydratasa β-ureidopropionát (β-ureidoisobutyrát) β-ureidopropionasa β-alanin (β-aminoisobutyrát)

59 Transaminace a aktivace β-alaninu a β-aminoisobutyrátu Aminotransferasa β-alanin 2-xoglutarát Glutamát Malonát semialdehyd (β-aminoisobutyrát) (Methylmalonát semialdehyd) - 3 oa + AD + AD S 3 oa 59 Malonyl-oA (Methylmalonyl-oA)