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

mezioborová integrace výuky zaměřená na rostlinnou biochemii a fytopatologii

CZ.1.07/2.2.00/28.0171

Osnova.

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 Ribonukleotid

(5´-monofosfát)

Adenin (A) Adenosin Adenylát (AMP)

Guanin (G) Guanosin Guanylát (GMP)

Uracil (U) Uridin Uridylát (UMP)

Cytosin (C) Cytidin Cytidylát (CMP)

DNA (deoxyribonukleové kyseliny)

Báze Deoxyribonukleosid Deoxyribonukleotid

(5´-monofosfát)

Adenin (A) Deoxyadenosin Deoxyadenylát(dAMP)

Guanin (G) Deoxyguanosin Deoxyguanylát (dGMP)

Thymin (T) Thymidin Thymidylát (TMP)

Cytosin (C) Deoxycytidin 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 ovaná ribosa (PRPP) + báze

NUKLEOTID

De novo biosyntéza

Aktiv ovaná ribosa (PRPP)

+ aminokyseliny + ATP + CO2 + ....

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-

OH

ATP ADPO

-O

-

OH

O-

O-

O-

O

P

Hydrogenuhličitan Karboxyfosfát

NH3 Pi

O-

NH2

OH

Karbamová kyselina

O-

NH2

OH

ATP ADPO

-NH2

OH

O-

O-

O-

O P

Karbamová kyselina 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-

NH2

OH

O-

O-

O-

O P

Karbamoylfosfát

Asp Pi NH

O

NH2

COO-

H HH

-OOC

H+

H2O

Karbamoylaspartát

NH

O

NH

H HH

-OOC

O

NH

O

NH

H

-OOC O

Dihydroorotát Orotát

NAD+

NADH+

H+

Tvorba orotátu a uridylátu.

Na tomto stupni se na orotát váže ribosa ve formě 5-fosforibosyl-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.

NH

O

NH

H

-OOC O

+

O-

OO

OHOH

O-

O

PO- P

O

O

O-

OH

O-

O-

O

P

Orotát 5-Fosforibosyl-1-difosfát

N

NH

O

O COO-

OO

OHOH

O-

O

PO-

Orotidylát

N

NH

O

O COO-

OO

OHOH

O-

O

PO- H

+CO2

N

NH

O

OO

O

OHOH

O-

O

PO-

H

Orotidylát Uridylát

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).

N

N

NH2

O

Ribosa - P

CMP

Nukleotidasa

H2O

Pi

Cytidin

Cytidindeaminasa

H2O NH4

+

N

N(CH3)

HO

H

O

(d)Ribosa - P

UMP (TMP)

H2O

Pi

Nukleotidasa

Uridin (Thymidin)

PiUridinfosforylasa

(d)Ribosa - 1 P

Uracil (Thymin)

NADP + H+

H2 NADP+

NH

NH

O

H

(CH3)

H

HO

Dihydrouracil

(Dihydrothymin)

Hydropyrimidin

hydratasa

H2O CH

CH2NHO

(CH3)

NH2

O

O-

-Ureidopropionát

-Ureidoisobutyrát)

Dihydrouracil-

dehydrogenasa

Hlavní dráhy katabolismu pyrimidinů u živočichů.

Malonyl-CoA je prekurzorem syntézy mastných kyselin a methylmalonyl-CoA je převeden na sukcinyl-CoA, viz CC.

CH

CH2NHO

(CH3)

NH2

O

O-

-Ureidopropionát

-Ureidoisobutyrát)

- Ureidopropionasa

H2O NH4

++ CO2

COO-

CH

CH2

NH2

(H3C)

-Alanin

Aminotransferasa

2-Oxoglutarát GlutamátCOO

-

CH

CHO

(H3C)

Malonátsemialdehyd

(Methylmalonátsemialdehyd)

CoA

NAD+

+

NADH + H+ COO

-

CH

S-CoA

(H3C)

O

Malonyl-CoA

(Methylmalonyl-CoA)( -Aminoisobutyrát)

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.

R

R

O

Fosforylace

ATP ADP

R

Z

O-

O-

O

O

P

Nu Pi

R

Z

Nu

Výměna

Biosyntéza purinových nukleotidů.

O-

OO

OHOH

O-

O

PO- P

O

O

O-

OH

O-

O-

O

P

5-Fosforibosyl-1-difosfát

Glu + NH3

PPi

Gln + H2O

NH2O

O

OHOH

O-

O

PO-

5-Fosforibosyl-1-amin.

Biosyntéza purinových nukleotidů.

ATP

ADP

Pi

+

NC

C

C

N

H

NH2

H

CH3P-ribosa

5-Aminoimidazol

ribonukleotid

ATP+

HCO3

-ADP

NC

C

C

N

H

NH

H

CH3

COO-

P-ribosaN

C

C

C

N

COO-

NH2

H

CH3P-ribosa

ATP+

Asp

ADP

Pi

+

P-ribosa-NH2

ATP

Gly+

ADP

Pi

+

P-ribosa

NH2 CH2

NH3

+

OGlycinamid

ribonukleotid

Formyl-THF THF

P-ribosa

NH2 CH2

NH

O

O

H

Formylglycinamidribonukleotid

ATP

ADP

Pi

+

NH3

+Glu

H2O

Gln+

P-ribosa

NH2 CH2

NH

NH

O

H

Formylglycinamidin

ribonukleotid

Biosyntéza purinových nukleotidů.

ATP+

Asp

ADP

Pi

+

NC

C

C

N

N

H

CH3 C

NH

O

CH

NC

C

C

N

NH2

H

CH3 C

NH

CH

O

COO-

CH2

COO-

P-ribosa

Fumarát

NC

C

C

N

NH2

H

CH3 C

NH2

O

THF-CHOTHF

P-ribosa NC

C

C

N

NH

H

CH3 C

NH2

O

CHO

P-ribosa

OH2

P-ribosa

Inosinát (IMP)

THF-CHO = N10

-formyltetrahydrofol át

Biosyntéza AMP a GMP z inosinátu (IMP).

Inosinát (IMP)

GTP+

Asp

GDP

Pi

+

N

NN

N

ribosa-P

NH

COO-

COO-

H

Adenylosukcinát

Fumarát

N

NN

N

ribosa-P

NH2

Adenylát (AMP)

NAD+

+H2O

NADH

H+

+

NH

NHN

N

ribosa-P

O

O

Xanthylát

ATP

AMP+

PPi

NH3

Gln + H2O

N

NHN

N

ribosa-P

O

NH2

Guanylát (GMP)

N

NHN

N

ribosa-P

O

Báze = hypoxanthin

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).

NADPH + H+

NADP+

FAD

FADH2

SH

TR

SH

S

TR

S

S

Th

S

SH

Th

SH

S

RR

S

SH

RR

SH

Ribosová

Deoxyribosová

j ednotka

jednotka

Thioredoxinreduktasa(TR) Thioredoxin (Th) Ribonukletid reduktasa (RR)

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).

N

NH

O

O

H

H

deoxyribosa-P

N

NH

NH2

O

NH

N

CH2 N

R

H

N5,N

10-Methylentetrahydrofolát

5

Enzym - SHN

NH

O-

O

H

S - Enzym

deoxyribosa-P

H

H+

N

NH

NH2

O

NH

N+

H

CH2NH

R

N

NH

O

NH2 NH

N

NHCH3Dihydrofolát

N

NH

deoxyribosa-P

CH2

H

O

O

H

5

Thymidylát (TMP)

S - EnzymH+

Regenerace tetrahydrofolátu za katalýzy dihydrofolátreduktasy.

Při syntéze thymidylátu se uvolňuje dihydrofolát, který je nutné regenerovat.

Regeneraci katalyzuje dihydrofolátreduktasa a zdrojem elektronů je NADPH.

N

NH

NH2

O

NH

N

NH

NH

O COO-

H

COO-

NADPH+ H+

+ NADP+

+

N

NH

NH2

O

NH

NH

NH

NH

O COO-

H

COO-

H

Dihydrofolát Tetrahydrofolát

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

(sebevražedný inhibitor)

-dUMP dTMP

Thymidylát

synthasa

DihydrofolátN

5,N

10-Methylentetrahydrofolát

Tetrahydrofolát

NADPH + H+

NADP+

Dihydrofolátreduktasa

-Aminopterin

methotrexáta

Serin

Glycin

Suicide inhibition (sebevražedná inhibice) thymidylátsynthasy 5-fluorUMP.

N

NH

deoxyribosa-P

F

CH3O

O

+ NH

NH2

O

NH

N

NCH2

R

H

N5,N

10-Methylentetrahydrofolát

NH

NH2

O

Enzym ---- SH

N

NH

deoxyribosa-P

F

S ---- enzymO

O

H

CH2

NH

N

H

NHR

Stabilníadukt

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

+karbamoylfosfát

ATCasa

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.

Ribosa-5-fosfát PRPP

HisPyrimidinovénukleotidy

Fosforibosylamin IMP

Adenylosukcinát AMP

Xanthylát GMPInhibováno

IMP, AMP, GMP

Inhibováno AMP

Inhibováno 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.

N

N

N

N

NH2

ribosa-5-P

Nukleotidasa

H2O Pi

N

N

N

N

NH2

ribosa

H2O NH4

+

N

NH

N

N

O

ribosa

Pi Ribosa-1-fosfát

N

NH

N

H

N

O

O2+H2O

H2O2

Xanthinoxidasa

N

H

NH

N

H

N

O

O

Hypoxanthin

Xanthin

H2O+O2

H2O2

XanthinoxidasaN

H

NH

N

H

N

HO

O

O

H+

N

H

NH

N

H

N

HO

O

O-

Urát Močov á kyselina

N

NH

N

H

N

O

NH2

Guanin

Adenosindeaminasa

Nukleosid

fosforylasa

AMP Adenosin Inosin

Osud močové kyseliny u ostatních organismů.

NH

NHNH

NH

O

O

O

Močov á kyselina

Vylučuj í

PrimátiPtáci

Hmyz

Plazi

Urátoxidasa

2H2O + O2

CO2+ H2O2

CHN

H

NH

NH

O

O

NH2

O

Allantoin

Ostatní savci

Allantoinasa H2O

Kostnaté ryby

Allantoová kyselina

COOH

CHN

H

NH

O

O

NH2

NH2

Allantoová kyselina

COOH

CHN

H

NH

O

O

NH2

NH2

Kostnaté ryby

Vylučuj í

AllantoikasaH2O

CHO

COOH

Glyoxylová kyselina

NH2

NH2

O2 x

Močov ina

Obojživelníci

Chrupavkov ité

ryby

UreasaH2O2

CO22

NH4

+4

Mořštíbezobratlí

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.

N

NN

NH

OH

Allopurinol

N

NN

NH

OH

Hypoxanthin

N

NN

NH

OH

Xanthinoxidasa

Allopurinol

O2+

H2O H2O2

NH

NN

NH

OH

O

Alloxanthin(Oxipurinol)

Vazba do aktiv níhomísta(XO) Nedov oluje

převod Mo4+

na Mo6+

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.

NH

+

COO-

PRPP PPiN

+

COO-

OC

H2P - O

OHOH

Nikotinátribonukleotid

Nikotinát

ATP PPi

N+

COO-

ribosa - P- P - ribosa

adenin

Desamido-NAD+

Gln

Glu

N+

ribosa - P

NH2

O

- P - ribosa

adenin

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

CH3

CH3

N

N

CH2

CH2

OHH

OHH

H OH

PH2

NH

N

O

O

- P - ribosa

adenin

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 – karbamoylfosfát-

synthetasa

Produkty degradace

Močová kyselina (málo rozpustná ve vodě), NH3

CO2, NH3, Malonyl-CoA, sukcinyl-CoA