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
