Upload
antares986
View
161
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Biokemija 2 - predavanja (PMF Split), prof.dr. sc.Maja Pavela - Vrančić
Citation preview
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
1/39
1
Sveuilite u SplituPrirodoslovno-matematiki fakultet
Odjel za kemiju
prof. dr. sc. Maja Pavela-Vrani
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
2/39
2
aktivirane pretee DNA i RNA
aktivirane pretee u biosintezi: UDP-glukoza je pretea glikogena
CDP-diacilglicerol je pretea fosfoglicerida
ATP: univerzalni energijski posrednik
adeninski nukleotidi:
komponenteNAD+, FAD i CoA
regulatori metabolizma: cAMP
Nukleotidi
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
3/39
3
Baza Ribonukleozid Ribonukleotid__________________________________________adenin (A) adenozin adenilat (AMP)gvanin (G) gvanozin gvanilat (GMP)
Uracil (U) uridin uridilat (UMP)citozin (C) citidin citidilat (CMP)__________________________________________Baza Deoksi- Deoksi-
ribonukleozid ribonukleotid__________________________________________adenin (A) deoksiadenozin deoksiadenilat (dAMP)
gvanin (G) deoksigvanozin deoksigvanilat (dGMP)timin (T) deoksitimidin deoksitimidilat (dTMP)citozin (C) deoksicitidin deoksicitidilat (dCMP)
Nomenklatura baza, nukleozida i nukleotida
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
4/39
4
Sinteza purinskih ribonukleotida
riboza-5-fosfat(R5P)
5-fosforibozilpirofosfat(PRPP)
ATP
AMP
Purinski ribonukleotidi moguse sintetizirati
1. de novo
2. spasilakim putemizmetabolikog otpada
5-fosforibozil pirofosfat
(PRPP)je donor riboza-5-fosfata u biosintezinukleotida
O H
OHH
OH
H
OH
CH2
H
OP
O
O
O
O H
OH
OH
H
OH
CH2
H
OP
O
O
O
P O
O
O
P
O
O
O
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
5/39
5
purinski prsten se postupno
gradi na riboza-5-fosfatuuzastopnim reakcijama aktivacije fosforilacijom i nukleofilne supstitucije
produkt: inozinat (IMP) bazaje hipoksantin
N
N N
NH
O
riboza-5-fosfat
Sinteza de novopurinskih nukleotida
Pretee u sintezipurinskih baza
aspartat
CO2
glicin
formijat
glutamin
formijat
glutamin glutamat glicin N10-formil-THF THF
glutamin
glutamat
aspartat
fumarat
N10-formil-THF
THF
FGAR
IMP
PRPP
ATP
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
6/39
6
inozinatIMP
adenilatAMP
gvanilatGMP
adeninosukcinat
ksantinat
AMP i GMP nastaju iz IMP
fumarat
riboza-5-fosfat riboza-5-fosfat
riboza-5-fosfat riboza-5-fosfat
riboza-5-fosfat
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
7/39
7
AMP + ATP 2 ADP
adenilat-kinaza
NMP +ATP NDP + ADP
nukleozid-monofosfat-kinaza
N1DP + N2TP
N1TP + N2DPnukleozid-difosfat-kinaza
Nukleozid di- i trifosfati nastaju fosforilacijomnukleozid monofosfata
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
8/39
8
inhibicijaaktivacija
riboza-5-fosfat
PRPP
IMP
adenil sukcinat XMP
GMP
GDP
GTP
Regulacija sinteze purinskih nukleotida
AMP
ADP
ATP
5-fosforibozilamin
Koordinacija relativnekoliine ATP i GTP:
1. sinteza IMP regulirana je razinomadeninskih i gvanozinskih nukleotida
2. AMP i GMP su kompetitivni inhibitoriIMP-a u vlastitoj sintezi
3. Sintezu GMP potie [ATP],sintezu AMP potie [GTP]
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
9/39
9
aktivirana riboza (PRPP)+
purinska baza
ribonukleotid
Purinski ribonukleotidi mogu se sintetizirati izmetabolikog otpada
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
10/39
10
nukleotid nukleozid baza
riboza-1-fosfat
fosforilaza cijepa N-glikozidnu vezu ortofosfatom
riboza se oslobaa u fosforiliranom obliku (R1P)
H2O Pi Pi
baza baza
nukleotidaza
purinnukleozidfosforilaza
(PNP)
Hidrolitikom razgradnjom nukleinskih kiselinai nukleotida nastaju slobodne purinske baze
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
11/39
11
PRPP
purin
purinski ribonukleotid
fosforiboziltransferaza
purin
PPi
Sinteza purinskih ribonukleotidaspasilakim putem
Sinteza iz metabolikog otpada je energetskipovoljnija od sinteze de novo:utedaunutarstanine energije
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
12/39
12
adenin+ PRPP AMP + PPi
adenin-fosforibozil-transferaza
hipoksantin+ PRPP IMP + PPigvanin + PRPP GMP + PPi
hipoksantin-gvanin-fosforibozil-transferaza(HGPRT)
Dva enzima razliite specifinostikataliziraju sintezu iz metabolikog otpada
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
13/39
13
Lesch-Nyhanov sindrom
Simptomi
Pojaana proizvodnja mokrane kiseline
Neuroloki poremeaji
nasilno samounitavajue ponaanje samoranjavanje
grevi i mentalna zaostalost
Potpuni nedostatak HGPRT
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
14/39
14
Pirimidinski prsten sintetizira se izkarbamoil fosfata i aspartata
U citosoluse bikarbonat aktivira fosforilacijomHCO3
-+ 2ATP + glutamin + H2O karbamoil fosfat+ 2ADP + Pi
HCO3-
glutamin aspartatN3
C2
N1 C
6
C5
C4
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
15/39
15
karbamoil fosfat
1. Sinteza 6-lanog prstena 2. Riboza-fosfat iz PRPP vee se na orotat
orotidilat
uridilatUMP
Sinteza uridilata odvija se u dva stupnja
dihidroorotat orotat
dihidroorotat
aspartat
N-karbamoilaspartat
N-karbamoilaspartat
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
16/39
16
UMP UDP UTP
nukleozid monofosfatkinaza
nukleozid difosfatkinaza
Nukleozid mono-, di- i trifosfati mogu semeusobno lako razmjenjivati
Nukleozid di- i trifosfati su aktivni oblici nukleotidau biosintezi i pretvorbi energije
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
17/39
17
UTP CTP
glutamin
CTP nastaje aminacijom UTP
CTP
sintetaza
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
18/39
18
Bakterija E. coli ivotinjska stanica
OMP
in
hibicija
in
hibicija
aktivacija
aktivacija
Biosintezu pirimidinskih nukleotidaregulira povratna inhibicija
UMP
UDP
UTP
CTP
OMP
UMP
UDP
UTP
CTP
HCO3-+ glutamin + ATP HCO3
-+ glutamin + ATP
karbamoil fosfat karbamoil fosfat
karbamoil aspartat karbamoil aspartat
dihidroorotat dihidroorotat
orotat oorotatPRPP PRPP
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
19/39
19
ribonukleozid-difosfat
deoksiribonukleozid-difosfat
ribonukleotid-reduktaza
OH
H
Deoksiribonukleotidi sintetiziraju se redukcijomribonukleozid-difosfata
tioredoksinred
tioredoksinoks
baza
baza
Fizioloki reducens ribonukleotid reduktaze: tioredoksin
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
20/39
20
u reakciji koju katalizira ribonukleotid-reduktazasulfhidrilni ostaci se oksidiraju u disulfid
reducirani tioredoksin se obnavlja pomou flavoproteinatioredoksin-reduktaze
S SH/ /
tioredoksin + FADH2 tioredoksin + FAD\ \S SH
FAD + NADPH + H+ FADH2+ NADP+
Tioredoksin je protein s dva vrlo bliskacisteinska ostatka(Cys32 i Cys35)
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
21/39
21
dNDP + ATP dNTP + ADP
Enzim: nukleozid difosfat kinaza
Umjesto ATP, za fosforilaciju moe posluiti bilo koji
NTP
dNTP nastaje fosforilacijom dNDP
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
22/39
22
Enzim: dUTP difosfohidrolaza ili dUTPaza ili dUTPpirofosfataza
Zato naizgled nepotrebno troenje energije? stanica mora minimizirati koncentraciju dUTP kako
bi se sprijeila ugradnja dUTP u DNA DNA polimeraza ne razlikuje dUTP od dTTP
dUMP nastaje hidrolizom dUTP
dUTP + H2O dUMP + PPi
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
23/39
23
N5,N10- metilentetrahidrofolatslui kao donor elektrona
donor C1-fragmenta
THF se oksidira u DHF
regeneracija THF:
dihidrofolat + NADPH + H+tetrahidrofolat + NADP+
dUMP
dTMP
N5,N10-metilentetrahidrofolat
dihidrofolat
timidilat sintaza
Deoksitimidilat nastaje metiliranjemdeoksiuridilata
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
24/39
24
DNARNA, aktivirani metaboliti, koenzimi
DNA
dUDP dCDP
dCMP
CTP GTP ATP dGTP dATP
dGDP dADPCDP UDP GDP ADP
dTTP dCTP
dTMP
dUMP
dUTP
UTP
UMP GMP AMP
PRPP
IMP
karbamoilfosfat
aminokiseline
Ponavljanje
C5-eeri
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
25/39
25
Regulacija povratnom spregom
manjak dNTP:smrtonosan
viak dNTP:mutagen
vjerojatnost ugradnjepogrenog dNTP u rastuiDNA lanac raste srelativnim porastomkoncentracije s obziromna ostale dNTP
Mehanizam regulacije ribonukleotid-reduktaze osiguravapravilan dotok svih etiriju dNTP potrebnih za sintezu DNA
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
26/39
26
fluoruracil (ilifluordeoksiuridin) se in vivo
(sinteza iz metabolikogotpada) prevodi ufluordeoksiuridilat (FdUMP)
FdUMP je analog supstratu
citostatik
deoksiuridilat (dUMP)
H
Fluordeoksiuridilat ireverzibilnoinhibira timidilat-sintazu
F
5-fluordeoksiuridilat (FdUMP)
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
27/39
27
metilen-THF
:S-- E- B: S- E- B:
S- E- B:
:S-- E- B: + F
THF
I
CH2
/
FdUMP
F
F
S- E- BF
dTMP
metilen-THF
:S-- E- B: S- E- B:
S- E- B:
:S-- E- B: + H
THF
I
CH2
/
dUMP
H
H
S- E- BH
dTMP
u dijelu katalitikog ciklusa FdUMP djeluje kao normalni supstrat enzim se inaktivira kovalentnim vezanjem supstrata
FdUMP je samoubilaki inhibitor
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
28/39
28
Sinteza dTMP moe se sprijeiti tako da seinhibira regeneracija tetrahidrofolata
26
N5,N10-metilen-
THF
THF
Inhibicijaaminopterinomi metotreksatom
DHF
glicin
serin
serin-hidroksimetil-
transferaza
Inhibicija FdUMP
NADP+
NADPH
dihidrofolat-reduktaza
timidilat
sintaza
+ H+
dUMPdUMP dTMPdTMP
Aminopterin i metotreksat analozi dihidrofolata
snani kompeticijskiinhibitori dihidrofolatreduktaze (~1000 putavei afinitet od DHF)
zaustavljaju sintezu dTMP,ali i sintezu purina,histidina i metionina
Antifolati visoke doze: antitumorska
sredstva - lijeenje djejeleukemije
niske doze metotreksata:lijeenje reumatoidnogartritisa
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
29/39
29
nukleinska kiselina
nukleaza iz guteraeintestinalna fosfodiesteraza
baza-riboza - P
nukleotidazafosfataza Pi
baza-riboza
purin nukleozid Pifosforilaza
riboza-1- P + bazaR5Pfosforibomutaza
Nukleinske kiseline razgraujuse u crijevima
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
30/39
30
PiPiP
iP
i
riboza-1-P riboza-1-P riboza-1-P
adenozin inozin ksantozin gvanozin
ksantinhipoksantin
urat(anion mokrane kiseline)
NH4+
NH4+
NH4+
PiPi P
i
ksantinoksidaza
ksantinoksidaza
guanindeaminaza
gvanin
adenozindeaminaza
nukleotidaza
purin nukleozifosforilaza
AMP IMP XMP GMP
U ovjeka se purini razgrauju do urata
O2+H2O H2O2
O2+H2O
H2O2
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
31/39
31
Mjesto djelovanja: jetra i mukoza tankog crijeva
Uloga: prevoenje hipoksantina u ksantin
ksantina u mokranu kiselinu
Mo oscilira izmeu Mo(VI) i Mo(IV)oksidacijskog stanja
Krajnji akceptor elektrona: O2 O
2se oksidira u
H
2O
2
H2O2se disproporcionira u H2O i O2djelovanjemkatalaze
Ksantin oksidaza
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
32/39
32
genetiki defekt adenozindeaminaze (ADA)
posljedica: selektivnorazaranje limfocita
terapija
intravenozni unos ADA
neuspjeno:jetra u
roku od nekolikominuta eliminira enzimiz krvotoka
bioloki inertni polietilen glikolvee se na ADA (PEG-ADA) PEG snizuje aktivnost ADA za
40%, ali prijei vezanje enzima na
receptore koji ADA filtriraju izkrvotoka
genska terapija: u limfocite, ekstrahirane iz
krvi bolesnika, metodamagenetikog inenjerstva ubacise gen za ADA te limfocitivrate u organizam
Severe combined immunodeficiency desease (SCID)
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
33/39
33
mokrana kiselina je slabotopljiva u vodi
izluuje se u urinu
radi utede vode, ptice,kopneni gmazovi i mnogikukci lue je u
kristalininom obliku
primati, ptice,kopneni gmazovi
svi sisavciosim primata
ribe kotunjae
vodozemci iveina riba
morskibeskraljenjaci
mokrana kiselina
alantoin
alantoinska kiselina
urea
4 NH4+
U nekih se organizama urat dalje razgrauje
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
34/39
34
Ponavljanje
PRPP
IMP
inozin
hipoksantinPRPP
GMP
PRPP
ksantin
urat
alantoin
razgradnja
spasilaki put
de novosinteza
gvanin
HGPRTaza
AMP
adenin
PRPP
APRTaza
adenozingvanozinHGPRTaza
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
35/39
35
napada zglobove - dovodi do artritisa
poveana koncentracija urata userumu: taloenje kristala natrijevogurata
uzroci: niz uroenih greakametabolizma djelomini nedostatak
hipoksantin-gvanin-fosforiboziltransferaze smanjena sinteza GMP i IMP
poveanje koncentracijePRPP ubrzana sinteza purina
de novo
Giht (ulozi)
Kristali mokrane kiseline
nateeni iupaljeni zglob
nakupinemokranekiseline
kristalimokranekiseline
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
36/39
36
Samoubilaka inhibicija
ALOPURINOL
djeluje kao supstrat ksantinoksidaze
hidroksilira se u aloksantin
aloksantin ostaje vrsto vezan uaktivnom mjestu i inhibira ksantinoksidazu
zbog vezanja aloksantina molibdenu ksantin oksidazi ostaje u +4oksidacijskom stupnju, umjesto dase vrati u +6 stanje
hipoksantin
Alopurinol je analog hipoksantina
alopurinol
gvanin
ksantin urat
hipoksantin
inhibiraalopurinol
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
37/39
37
Mokrana kiselina senakuplja u krilima kukaca razlog da se krila leptiraprelijevaju u bojama duge Poput zrcala, mokrana
kiselina reflektira svjetlokoje krijesnica proizvodibioluminiscencijom
Bioloke uloge mokranekiseline
Iz mokrane kiseline se sintetizirajupigmenti: pterini (oi vone muhe
drosophila)
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
38/39
38
Dalmatineri su selektivnimuzgojem izgubili sposobnostda metaboliziraju mokranukiselinu u alantoin sklonibubrenim kamencima
Guano otoci uz obalu Perua
Guanoje izluevina morskihptica (kormorani), imia ituljana - sadri amonijak,mokranu i fosfatnu kiselinu
koristi se kao gnojivo ibarut radi velikog sadrajafosfora i duika
5/24/2018 15. Metabolizam Purina i Pirimidina
39/39
39
34
CMP UMP/dTMP
malonil-CoA/metilmalonil-CoA
citidin uridin/deoksitimidin
uracil/timin dihidrouracil/
dihidrotimin
Pi
Pi
nukleotidaza
citidindeaminaza
NH4+
Pi
Riboza-1-P
uridinfosforilaza
NADPH NADP+ H2O
-ureidopropionat/
-ureidoizopropionat
NH4+ + CO2
-alanin/
-aminoizobutirat
glutamat-ketoglutarat
semialdehid
Razgradnjom pirimidina nastaju intermedijerimetabolizma, malonil-CoA i metilmalonil-CoA
malonil-CoA/metilmalonil-CoA
l il C A bi i t ih ki li