Metabolizem nukeotidov Flashcards
Kaj potrebujemo za sintezo nukleotidov?
purine in pirimidine
Kako pridobimo purine in purimidine?
de novo iz aminokislin, lahko pa jih dobimo z zaužito hrano
vloge nukletoidov
1) sinteza nukleinskih kislin
2) prenašalci energije
3) donorji fosforilnih skupin (ATP)
4) transdukcija signala z G-proteini (GTP, GDP)
5) sinteza lipidov (CTP)
6) sinteza OH (UTP)
7) izhodne spojine nekaterih koencimov (ATP za NAD+ in NADP+ in FAD)
8) izhodne spojine majhnih znotrajceličnih obveščevalcev ATP in GTP za cAMP in cGMP)
V kakšni obliki se nahajajo baze, ki jih sintetiziramo de novo?
vezane na nukleotide
Katere baze so proste?
Tiste, ki jih dobimo z razgradnjo nukleotidov
Katere AK potrebujemo za sintezo purinov?
glicin, aspartat in glutamin
Katere AK potrebujemo za sintezo pirimidinov?
glutamin in aspartat.
sinteza purinskih nukleotidov
purinski obroč se začne sintetizirati na aktivirani 5-fosforibozil-1-pirofosfat (PRPP), ki pride iz pentozefosfatne poti (PPP)
1) vstopata glutamin in PRPP, pri čemer nastane 5-fosforibozil-1-amin (katalizira glutamin fosforibozil amidotransferaza, ki je močno reguliran encim)
2) na rastoč intermediat se doda cela molekula glicina, za adicijo pa se porablja energija ATP.
3) doda se C-atom preko formil-FH4, sledijo še ponovna adicija glutamina (rabimo 2ATP), adicija CO2, adicija aspartata (rabimo ATP) in še ena adicija formil-FH4
4) dobimo prvi purinski nukleotid – IMP ali inozin monofosfat, ki ima za bazo hipoksantin. IMP deluje kot prekurzor za sintezo preostalih purinskih nukleotidov – GTP in ATP.
Kje poleg sinteze purinskih nukleotidov še igra vlogo IMP?
IMP igra tudi vlogo v tRNA, kjer omogoča parjenje kodon:antikodon, čeprav nista ravno komplementarna
V katerih tkivih poteka sinteza purinskih nukleotidov?
v jetrih, ki nukleotide nato transportirajo še v druga tkiva, intenzivna sinteza nukleotidov pa poteka tudi v možganih.
glavna regulatorna stopnja sinteze purinskih nukleotidov
pretvorba PRPP v 5-fosforibozil-1-amin. Reakcijo katalizira glutamin fosforibozil amidotransferaza, ki jo alosterično aktivira substrat (PRPP), inhibirajo pa končni produkti sinteze purinov – IMP, AMP in GMP
Kako iz IMP natane AMP?
Najprej se na IMP doda aspartat, da dobimo adenilosukcinat (podobno kot nastanek argininosukcinata v ciklu uree). V reakciji nastane visoko energetska vez, energijo pa da razcep GTP. Z adenilosukcinata se nato odcepi fumarat, da dobimo AMP (odcep katalizira adenilosukcinaza). Pri nastanku AMP torej aspartat donira dušik, C-skelet asparatata pa se odcepi v obliki fumarata
Kako iz IMP nastane GMP?
Najprej se hipoksantin oksidira z IMP dehidrogenazo, da dobimo ksantozin monofosfat (XMP). Nato glutamin donira amidno skupino, da dobimo GMP, reakcijo pa katalizira GMP sintetaza. Druga reakcija v sintezi GMP potrebuje energijo, ki jo dobi preko ATP
Kako sta uravnavani sintezi AMP in GMP?
recipročno: GTP stimulira sintezo AMP (stimulira adenilosukcinat sintetazo), ATP pa stimulira sintezo GMP (stimulira IMP dehidrogenazo)
Kako je sinteza AMP povezana s CC? V katerem tkivu je to pomembno?
Fumarat, ki nastaja v pretvorbi adenilosukcinata v AMP preko adenilosukcinaze, lahko vstopa v citratni cikel. AMP se v skeletnih mišicah namreč deaminira do IMP, nato pa zopet poteče sinteza AMP iz IMP preko aspartata. Pri tem iz aspartata dobimo amonijak in fumarat. S tem ciklom mišice nadomeščajo fumarat in ostale intermediate citratnega cikla, ki jih izgubijo v amfiboličnih reakcijah
Kako dobimo ATP in GTP
s fosforilacijo AMP in GMP, ki ju sintetiziramo iz IMP (katalizirajo monofosfat/difosfat kinaze, ki potrebujejo ATP)
Kje se porabljajo nukleozid trifosfati?
v procesih, ki potrebujejo energijo, so prekurzorji za sintezo RNA
stopnje regulacije sinteze purinov (našteješ)
1) na ravni PRPP amidotransferaze
2) na ravni PRPP sintaze
3) na ravni adenilosukcinat sintetaze
4) na ravni IMP dehidrogenaze
inhibicija PRPP sintetaze
inhibirana z GDP in ADP. Inhibicija PRPP sintaze nam ne vpliva le na sintezo purinov, pač pa tudi na sintezo pirimidinov in še na recikliranje purinov in pirimidinov
inhibicija sinteze AMP in GMP
inhibira AMP, sintezo GMP pa GMP. AMP je torej alosterični inhibitor adenilosukcinat sintetaze, GMP pa IMP dehidrogenaze
Kako se v večini celic sintetizirajo purinski nukleotidi?
preko obračanja
Za katere celice je obračanje glavna oblika sinteze nukleotidov?
limfocite, eritrocite
Encimi, ki omogočajo obračanje purinskih nukleotidov
purin nukleozid fosforilaze, fosforibozil transferaze in deaminaze
delovanje purin nukleozid fosforilaz
katalizirajo reakcije fosforolize, kjer se razcepi N-glikozidna vez, tako da dobimo gvanin in hipoksantin iz gvanozina in inozina ter ribozo-1-fosfat, ki izomerizia v ribozo-5-fosfat.
delovanje fosforibozil transferaz + primeri takih encimov
katalizirajo adicijo proste baze na ribozni del PRPP, tako da dobimo nukleotid in pirofosfat. V metabolizmu purinov sta taka encima adenin fosforibozil transferaza (APRT) in hipoksantin-gvanin fosforibozil transferaza (HGPRT
Kako se deaminirata adenozin in AMP? Kaj je posebnost adenozina?
Adenozin in AMP se lahko deaminirata z adenozin deaminazo oziroma AMP deaminazo, tako da dobimo inozin oziroma IMP. Adenozin je hkrati tudi edini nukleozid, ki se lahko v nukleotid pretvori neposredno s fosforilacijo (gvanozin in inozin se morata pretvoriti v prosti bazi, nato pa se pretvorita v nukleotide s HGPRT)
Kje poteka razgradnja purinov?
predvsem v jetrih
Kateri encimi se porabljajo za reakcije razgradnje purinov?
v večini isti encimi kot v poti obračanja nukleotidov. AMP se najprej deaminira z AMP deaminazo do IMP.
IMP in GMP se nato defosforilirata z nukleotidazo, ribozo pa odcepi nukleozid fosforilaza
Hipoksantin iz inozina se pretvori v ksantin s ksantin oksidazo, gvanin pa se deaminira v ksantin z gvanazo.
Ksantin nato ksantin oksidaza pretvori v sečno kislino, ki se izloči z urinom
Kaj je ksantin oksidaza?
encim, ki vsebuje molibden in uporablja kisik, pri tem pa nastaja vodikov peroksid
Zakaj celice raje obračajo nukleotide kot razgrajujejo?
Pri razgradnji nukleotidov v primerjavi z razgradnjo drugih spojin nastaja sorazmerno malo energije, zato celice nukleotide raje obračajo, kot pa razgrajujejo. Reciklažna pot je za celice torej zelo ugodna iz dveh razlogov – porabi se veliko manj energije, hkrati pa nastaja manj sečne kisline, ki je za telo v bistvu strupena. Nekatere celice so tudi popolnoma odvisne od reciklažne poti, na primer eritrociti
bolezni povezane z razgradnjo nukleotidov
Protin (putika) nastane zaradi povečane aktivnosti PRPP sintetaze ali zmanjšane aktivnosti HGPRT. Takrat de novo sinteza ni uravnavana, hkrati pa je zmanjšana tudi reciklažna pot, zato se presežek gvanina razgradi v sečno kislino. Soli sečne kisline so slabo topni v vodi in se zato v obliki kristalov kopičijo v sklepih, tam pa povzročajo artritis. Huda okvara HGPRT pa namesto putike povzroči Lesch-Nyhanov sindrom, ki ima za posledice mentalno zaostalost. Produkcija sečne kisline se zmanjša z alopurinolom, ki je analog hipoksantina in se trdno veže na ksantin oksidazo
Mutacija v genu za adenozin deaminazo: patogeneza
SCID (severe combined immunodeficiency). Zaradi neaktivne adenozin deaminaze se dvignejo koncentracije dATP. Ta se nabira predvsem v limfocitih, saj ti ne morejo izločati deoksiadenozina v kri. Akumulacija dATP inhibira ribonukleotid reduktazo, celice pa ne morjeo več proizvajati deoksiribonukleotidov za DNA sintezo. Limfociti se zato ne morejo deliti in diferencirati kot odgovor na citokine in zato odmrejo
Prvi korak sinteze pirimidinov
Pri pirimidinih se najprej izgradi obroč oratata, ki se nato poveže s PRPP
Pri biosintezi pirimidinov se najprej sintetizira dušikova baza, ki se šele nato doda na PRPP
Kako nastane PRPP?
iz glukoze-6-fosfat. Ta se v PPP pretvori v ribozo-5-fosfat, ki se s PRPP sintetazo in ATP pretvori v PRPP
mehanizem sinteze pirimidinov
1) glutamin reagira z bikarbonatom in ATP, da dobimo karbamoilfosfat (analogna reakcija v ciklu uree, le da je tu vir dušika glutamin in ne amonijak, reakcija pa poteka v citosolu in ne v mitohondrijih) - katalizira karbamoilfosfat sintetaza II, ki je tudi regulirana.
2) na karbamoilfosfat se doda celotna molekula aspartata - katalizira aspartat transkarbamoilaza
3) Produkt ciklizira, kar katalizira dihidroorotaza
4) ciklični produkt pa se z dihidroorotat dehidrogenazo oksidira v orotat
5) Orotat se z orotat fosforibozil transferazo prenese na PRPP, tako da dobimo orotidin-5’-fosfat, ki se dekarboksilira v UMP z orotidat dekarboksilazo
6) UMP se nato lahko fosforilira do UTP, na UTP pa se lahko nato doda amidna skupina glutamina, tako da iz UTP dobimo CTP
povezava med: karbamoil sintetaza II, aspartat transkarbamoilaza in dihidroorotaza
Pri sesalcih so encimi karbamoil sintetaza II, aspartat transkarbamoilaza in dihidroorotaza deli enega polipeptida, imenovanega CAD.
povezava med: orotat fosforibozil transferaza in orotidat dekarboksilaza
na enem peptidu se nahajata orotat fosforibozil transferaza in orotidat dekarboksilaza, peptid pa se imenuje UMP sintaza.
funkcija UTP in CTP
prekurzorja v sintezi RNA
Kako nastane dTMP?
iz dUMP z metilacijo. Metilno skupino donira metilen-FH4, reakcijo pa katalizira timidilat sintaza
Kako nastane dUMP?
nastane z deaminacijo dCMP ali pa z defosforilacijo dUDP, ki nastane iz UDP z ribonukleotid reduktazo
Kako je uravnavana biosinteza pirimidinskih nukleotidov?
na ravni CPSII. Encim alosterično inhibira UTP, aktivira pa ga substrat (PRPP)
Aktivnost encima je regulirana tudi preko celičnega cikla. Ko se celični cikel približuje S-fazi, postane CPSII bolj občutljiva na PRPP in manj občutljiva na UTP. Proti koncu S-faze pa se stvar obrne – CPSII postane občutljiva na inhibicijo preko UTP in manj občutljiva na aktivacijo s PRPP
uravnavana je tudi na ravni sinteze PRPP iz R6P
mehanizem obračanja pirimidinov
1) nespecifična pirimidin nukleozid fosforilaza pretvori pirimdinsko bazo v pirimidinski nukleozid (preferenčno reakcija v obratno smer, kjer se sproščata anorganski fosfat in odcepitev pirimidinske baze)
2) Z nukleozidi reagirajo z bolj specifičnimi nukleozid kinazami, tako da dobimo NMP, ki se nato fosforilira naprej s še bolj specifičnimi kinazami (s številom fosfatov narašča specifičnost kinaz).
specifičnost pirimidin fosforilaze in njena afiniteta do nukleotidov
Pirimidin fosforilaza, čeprav je široko specifična, ima največjo afiniteto do uracila, manjšo afiniteto ima do citozina, najmanjšo afiniteto pa ima do vezave timina.
Zakaj timinski nukleotidi ne nastajao in vivo?
pirimidin fosforilaza ima najmanjšo afiniteto do vezave timina. Timinske nukleotide zato raje sintetizira timidin fosforilaza, ki dodaja timin na deoksiribozo.
aktivnost timidin kinaze
Aktivnost timidin kinaze je dvignjena med S-fazo, saj se takrat celice delijo in potrebujejo več dTTP
inhibira jo dTTP
potek razgradnje pirimidinskih nukleotidov
začne se z defosforilacijo, ki ji sledi razcep na ribozo-1-fosfat in proste baze citozin, uracil in timin. Citozin se nato deaminira do uracila, uracil pa se pretvori v CO2, NH4+ in β-alanin. Timin se pretvori neposredno v CO2, NH4+ in β-aminoizobutirat
Kako se izločijo produkti razgradnje pirimidinov? Problemi?
z urinom, ali pa se pretvroijo v sečno kislino. Produkti razgradnje pirimidinov ne povzročajo problemov, saj se z lahkoto izločijo
bolezen, ki nastane zaradi motnje biosinteze pirimidinskih nukleotidov de novo? Vzrok? Posledica? Simpotomi? Zdravljenje?
orotska acidurija, kjer pride do okvare UMP-sintaze (bifunkcionalen protein z orotat fosforibozil transferazno in orotidat dekarboksilazno aktivnostjo). Posledično se sintetizira manj uridinskih nukleotidov, simptomi pa so anemija, motnje v rasti in povečane koncentracija orotske kisline v urinu. Bolezen se zdravi z dodajanjem uridina in citidina
Pretvorba ribonukleotidov v deoksiribonukleotide
Pretvorba ribonukleotidov v deoksiribonukleotide poteče z redukcijo riboznega dela nukleotidov v deoksiribozo. Pretvorbo katalizira ribonukleozid difosfat reduktaza, ki pretvarja rNDP v dNDP. Deoksiribonukleozid difosfati se nato lahko fosforilirajo do trifosfatov s kinazami in se kot taki nato uporabljajo za sintezo DNA
alosterična mesta ribonukleotid reduktaznega kompleksa
dve alosterični mesti – eno za nadzorovanje aktivnosti encima in drugo za nadzorovanje substratne specifičnosti
regulacija ribonukleotid reduktaznega kompleksa
Če se na aktivnostno mesto veže ATP, se encim s tem aktivira, nasprotno pa encim inhibira vezava dATP. Če pa se ATP veže na substratno mesto, bo encim specifičen za pretvorbo CDP in UDP v dCDP in dUDP. dUDP se nato pretvori v dTMP, ki se fosforilira do dTTP. dTTP se nato lahko veže na substratno mesto in inducira redukcijo GDP do dGDP. Ta se zopet fosforilira in vezava dGTP na substratno mesto povzroči pretvorbo ADP v dADP. Zopet se s fosforilacijo začne kopičiti dATP, ki inhibira aktivnost encima
Kako nastaja dUMP?
1) defosforilacija dUDP
2) deaminacija dCMP (katalizira dCMP deaminaza)
uravnavanje dCMP deaminaze
stimulira dCTP, inhibira pa dTTP
Kako iz dUMP dobimo dTMP? Kaj pri tem nastane
dUMP se metilira s timidilat sintazo in metilen-FH4
iz metilen-FH4 nastane dihidrofolat (FH2)
Kako se FH2 regenerira v FH4? Kaj se zgodi z FH4?
z dihidrofolat reduktazo
FH4 prejme en C-atom od serina preko serin-hidroksimetil transferaze, ki potrebuje PLP
pretvorba rNDP v dNDP
Kaj se zgodi potem?
z rNDP reduktazo povzroči oksidacijo tiolnih skupin tioreduksina, ki se mora nato regenerirat - redukcija z NADPH
Kako poteka prenos elektronov pri regeneraciji tioreduksina?
preko dveh skupin oksidoredukcijskih proteinov.:
1) elektroni se z NADPH prenesejo na FAD, nato pa z FADH2 na tioredoksin
2) z NADPH se elektroni prenesjo na GSSG, dobimo glutation, ki reducira tioredoksin
skupine encimov, ki inhibirajo nukleotidni metabolizem
1) antifolati (analogi folata)
2) antimetaboliti ( analogi purinov in pirimidinov)
3) antagonisti glutamina
primer antifolata, način delovanja
metotreksat, ki nam zaustavi regeneracijo FH2 z inhibicijo dihidrofolat reduktaze. S tem se izčrpa bazen FH4, zato se zaustavijo reakcije, ki porebujejo FH4
primer antimetabolita, način delovanja
analogi baz, na primer 5-fluorouracil, 5-fluorocitozin in 5-fluoroorotat. 5-fluoro-dUMP je analog dUMP in ireverzibilno inhibira timidilat sintazo
primer antagonista glutamata, način delovanja
Azaserin inhibira glutamin amidotransferazo in nam ustavi sintezo purinov iz PRPP
Kaj je nujno potrebno za sintezo purinskih nukleotidov?
folat
Kje sodeluje folat v sintezi purinov? Kaj katalizira reakcijo? Kaj se zgodi v teh reakcijah?
v dveh reakcijah v obliki formil-FH4 – pri pretvorbi GAR → FGAR (vgraditev C8 atoma) in pretvorbi AICAR → FAICAR (vgraditev C2 atoma)
katalizirata transformilazi (GAR transformilaza in AICAR transformilaza)
V teh reakcijah folat prenaša formilno skupino
Od kod folat dobi formilno skupino?
iz štirih različnih virov – glicina, serina, histidina ali pa direktno preko formata
Katera vira formilne skupine se uporabljata za vgraditev C2 in C8?
Za vgradtiev C2 atoma se uporabljata predvsem histidin in format, za v graditev C8 atoma pa glicin in serin
specifičnost GAR in AICAR transformilaze
GAR transformilaza je veliko bolj specifična kot AICAR transformilaza – GAR transformilaza za svoje delovanje potrebuje le tetrahidrofolatno obliko, ne more pa uporabljati dihidrofolata, zato je povezana z drugimi encimi, ki preprečujejo oksidacijo folata. AICAR transformilaza pa lahko uporablja tudi dihidrofolatno obliko
