METABOLISMUS NUKLEOTIDŮ

Transkript

1 METABOLISMUS NUKLEOTIDŮ KURZ EVA SAMCOVÁ A VLADIMÍRA KVASNICOVÁ

2 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

3 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

4 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

5 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

6 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

7 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

8 ROZDĚLENÍ NUKLEOTIDŮ purinové: obsahují adenin, guanin, hypoxanhin nebo xanthin pyrimidinové: obsahují cytosin, uracil nebo thymin ribonukleotidy (obsahují ribózu) deoxyribonukleotidy (obsahují deoxyribózu) vznikají redukcí ribonukleosid difosfátů (NADPH)

9 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,...

10 DISTRIBUCE NUKLEOTIDŮ V BUŇKÁCH Z nukleotidů má v buňkách nejvyšší koncentraci ATP Distribuce se mění podle typu buněk V buňkách převažují nukleosid-5 - trifosfáty V hypoxických buňkách převládá koncentrace nukleosid-5 - di a monofosfátů Ribonukleotidy jsou ve velkém nadbytku oproti 2 deoxyribonukleotidům, kromě období DNA replikace Celková koncentrace nukleotidů v normální buňce je konstantní AMP + ADP + ATP = konst. Energetický stav buňky lze popsat ATP/(ATP+ADP+AMP) Platí i pro NADH a NAD + - důsledek přísné regulace

11 KDE MAJÍ PŮVOD NUKLEOTIDY POTŘEBNÉ V METABOLISMU A) V potravě B) Syntéza de novo C) Šetřící (salvage) reakce jsou hlavním zdrojem nukleotidů pro syntézu DNA, RNA a enzymových kofaktorů. Zdrojem ribosa-5-p je pentózový cyklus

12 NUKLEOVÉ KYSELINY Z POTRAVY SE HYDROLYZUJÍ EXTRACELULÁRNĚ NK uvolněné z nukleoproteinů jsou v trávicím traktu odbourány nukleázami (ribo-,deoxyribo- ) a polynukleotidázami na nukleosidy, které jsou buď resorbovány nebo dále degradovány střevní fosforylázou na purinové a pyrimidinové baze. Purinové baze se oxidují na kyselinu močovou, která se vstřebá a posléze vyloučí močí. Puriny a pyrimidiny z potravy člověk nepotřebuje, nevestavují se do metabolismu. Parenterálně podané látky se využijí v metabolismu, vestavují se do metabolismu

13 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

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

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

16 5) aktivace intermediátů UDP-Glc, GDP-Man CDP-cholin, ethanolamin, diacylglycerol SAM methylace PAPS sulfatace 6) allosterické efektory - regulace klíčových enzymů metabolických drah

17 3 -fosfoadenosin-5 -fosfosulfát (PAPS) přenáší sulfát do substrátu při konjugačních reakcích (sulfatace) Obrázek je převzat z (leden 2007)

18 PRDP = 5-FOSFORIBOZYL-1-DIFOSFÁT! společný substrát pro syntézu! purinů i pyrimidinů Obrázek převzat z (leden

19 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 nukleotidů)

20 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

21 SYNTÉZA PURINOVÝCH NUKLEOTIDŮ de novo (nová výstavba purinového kruhu) PRDP + glutamine 5-fosforibosylamin + glutamát + PP i (de novo) šetřící reakce (syntéza z bazí a nukleosidů) mnohem méně energeticky náročné než de novo syntéza PRPP + hypoxanthin (guanin) IMP (GMP) + PP i Enzym:hypoxanthin-guanin fosforibosyltransferasa PRPP + adenin AMP + PP i Enzym: adeninfosforibosyltransferasa (APRT)

22 SYNTÉZA PURINOVÝCH NUKLEOTIDŮ DE NOVO velká spotřeba energie (ATP) cytoplazma buněk různých tkání, hlavně játra substráty: koenzymy: * 5-fosforibozyl-1-difosfát (= PRDP = PRPP) * aminokyseliny (Gln, Gly, Asp) * deriváty tetrahydrofolátu, CO 2 * tetrahydrofolát (= kys.listová) * NAD +

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

24 Folát v metabolismu Obrázek převzat z (leden 2008)

25 SYNTÉZA PURINOVÝCH NUKLEOTIDŮ DE NOVO významné meziprodukty: 5 -fosforibozylamin inozinmonofosfát (IMP) produkty: nukleosidmonofosfáty (AMP, GMP) mezipřeměna purinových nukleotidů: přes IMP (inosinmonofosfát: báze = hypoxanthin)

26 SYNTÉZA PURINOVÝCH NUKLEOTIDŮ DE NOVO

27 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

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

29 Regulace syntézy purinových nukleotidů

30 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

31 SYNTÉZA PYRIMIDINOVÝCH NUKLEOTIDŮ DE NOVO kromě jedné reakce probíhá v cytoplazmě (dihydroorotátdehydrogenáza 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)

32 SYNTÉZA PYRIMIDINOVÝCH NUKLEOTIDŮ DE NOVO významné meziprodukty: * kyselina orotová (pyrimidinový skelet) * orotidinmonofosfát (OMP) * uridinmonofosfát (UMP) = výchozí látka pro syntézu dalších nukleotidů produkty: * cytidintrifosfát (z UTP) * deoxythimidinmonofosfát (z dump)

33 Syntéza pyrimidinových nukleotidů de novo Obrázek převzat z (leden 2007)

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

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

36 Syntéza 2 -deoxyribonukleotidů

37 Regulace syntézy pyrimidinových nukleotidů Obrázek převzat z eg.gif (leden 2008)

38 REGULACE SYNTÉZY NUKLEOTIDŮ regulační enzym aktivace inhibice glutamin-prdpamidotransferáza (puriny) karbamoylfosfát syntetáza II = cytoplazmatická (pyrimidiny) PRDP IMP, GMP, AMP (alosterická inhibice) PRDP ATP UTP

39 ODBOURÁVÁNÍ PURINŮ A PYRIMIDINŮ z potravy: málo využívané k resyntéze endogenní: enzymy nukleosidy) * nukleázy (štěpí nukleové kyseliny) * nukleotidázy (štěpí nukleotidy) * nukleosidfosforylázy (š. * deamináza (adenosin) * xanthinoxidáza (hypoxanthin, xanthin) inhibována allopurinolem (lék Milurit)

40 Odbourávání purinů Obrázek převzat z n.gif (leden 2008) H kyselina močová

41 KYSELINA MOČOVÁ 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

42 Obrázek převzat z knihy: Color Atlas of Biochemistry / J. Koolman, K.H.Röhm. Thieme ISBN 0- Hyperurikémie = zvýšená koncentrace kyseliny močové (KM) v krvi Příčiny: Porucha vylučování KM Zvýšená tvorba KM a) nevyvážená strava b) porucha recyklace purinových bazí

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

44 ODBOURÁVÁNÍ PYRIMIDINŮ

45 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 -alanin, CO 2, NH 3 T -aminoizobutyrát, CO 2, NH 3 Obrázky převzaty z a (leden 2008)

46 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, -AMK (dobře rozpustné v H 2 O)