Smíð og niðurbrot núkleotíða 1

Lehninger Principles of Biochemistry

Fourth Edition

Chapter 22:Biosynthesis of Nucleotides

David L. Nelson and Michael M. Cox

Smíð og niðurbrot núkleotíða 2

Hlutverk núkleotíða:

•1. •Orkumiðlun - ATP og GTP•2. •Byggingarhlutar kjarnsýra•3. •Frumuboðefni - cAMP (hringað AMP), cGMP (hringað GMP)•4. •Byggingarhlutar kóensíma – NAD+, FAD og CoA•5. •Virkjuð millistigsefni - UDP-Glúkósi, CDP-díasýlglýseról, S-adenosýlmeþíonín•6. •Allósterískar stýrisameindir

Smíð og niðurbrot núkleotíða 3

Smíð og niðurbrot núkleotíða 4

Meginatriði í smíð púrína og pyrimidína

•Smíð púrína og pyrimidína gerist í frymi í flestöllum frumum •Geta rissað mynd af púrinkjarna og pyrimidínhring•Geta sýnt uppruna kolefnis- og nituratóma í púrínum og pyrimidínum•Þekkja lykil- eða upphafsskref í smíð púrína og pyrimidína•Þekkja muninn á púrínasmíð og pyrimidínasmíð m. t. t. hvar sykrur koma inn í ferlin•Ekki að kunna einstök skref í smíð púrína og pyrimidína•Vita að endurnýtingarferli púrín- og pyrimidínbasa eru mikilvæg og hagkvæm

Smíð og niðurbrot núkleotíða 5

Smíð púrína

Púrínnúkleotíð myndast í mörgum og flóknum skrefum, einkum í lifurHin einstöku atóm í púrínhringunum eiga margvíslegan upprunaGlýsín leggur til hluta af púrínhringunum, tvö nituratóm koma frá amíðhópi glútamíns, eitt frá aspartati sem hvarfast í fúmarat, svipað og í þvagefnishring Tvö kolefnisatómanna eru flutt með afleiðu af fólinsýru, en eitt kemur frá koldíoxíði

Smíð og niðurbrot núkleotíða 6

Smíð og niðurbrot núkleotíða 7

Ríbósa-5-fosfat er gert hvarfagjarnt með því að breyta því í fosfóríbósýlpýrófosfat (PRPP)•PRPP er lykilefni í smíð púrínnúkleotíða og pyrimidínnúkleotíða•Hin einstöku atóm púrínhringanna tengjast síðan hvert á fætur öðru við sykruna

Smíð og niðurbrot núkleotíða 8

Smíð og niðurbrot núkleotíða 9

Smíð og niðurbrot núkleotíða 10

Smíð og niðurbrot núkleotíða 11

Smíð og niðurbrot núkleotíða 12

Smíð og niðurbrot núkleotíða 13

Smíð og niðurbrot núkleotíða 14

Smíð og niðurbrot núkleotíða 15

Smíð og niðurbrot núkleotíða 16

Smíð og niðurbrot núkleotíða 17

Smíð og niðurbrot núkleotíða 18

Upphaflega púrínnúkleotíðið sem myndast er IMP (inósínat, hýpóxanþínríbónúkleotíð)AMP og GMP myndast síðan frá IMP, nituratóm koma frá glútamíni eða aspartatiLykilhvörf í smíði púrínnúkleotíða eru ábót NH2 á PRPPAMP, GMP og IMP stýra púrínnúkleotíðasmíð með “feedback” stýringu

Smíð og niðurbrot núkleotíða 19

Smíð og niðurbrot núkleotíða 20

Smíð og niðurbrot núkleotíða 21

Smíð pyrimidína

•Pyrimidínnúkleotíð myndast á þann hátt að fyrst er mishringliða samband myndað, en síðan er það tengt við fosfóríbósýlpýrófosfat

Smíð og niðurbrot núkleotíða 22

Pyrimidínhringurinn er smíðaður úr karbamoýlfosfati og aspartatiÞá myndast N-karbamoýlaspartatÞetta er lykilskref í pyrimidínasmíð, hvatt af aspartattranskarbamoýlasa, sem er stýrilnæmt ensím með vel þekkta eiginleika

Það karbamoýlfosfat sem er notað til pyrimidínasmíðar myndast í frymi, en það karbamoýlfosfat sem er notað í þvagefnishring myndast í mítókondríum

Smíð og niðurbrot núkleotíða 23

N-karbamoýlaspartat hvarfast í hringlaga sameind (díhýdróorotat), en afurð hennar (orotat) tengist PRPP

Það efni myndar síðan UMP

Smíð og niðurbrot núkleotíða 24

Smíð og niðurbrot núkleotíða 25

Smíð og niðurbrot núkleotíða 26

Smíð og niðurbrot núkleotíða 27

Myndun núkleosíðadí- og trífosfata

Í smíð púrína og pyrimidína myndast fyrst núkleosíðamónófosfötNúkleosíðamónó-, dí- og trífosföt hvarfast innbyrðis fyrir tilstuðlan kínasa (núkleosíðamónófosfatkínasar, núkleosíðadífosfatkínasar)

CTP myndast við að amínóhópur kemur í stað karbonýlhóps á UTP, niturgjafinn er glútamín

Smíð og niðurbrot núkleotíða 28

Smíð deoxýríbónukleotíða

Deoxýríbónukleotíð myndast við afoxun á ríbónúkleosíðadífosfötumÞessi afoxun er flókin og gerist í mörgum skrefum, hvött af ríbónúkleotíðaredúktasa

Stakeindir koma við sögu í hvarfaganginumEinnig er þörf á litlu próteini, þíóredoxíniÞíóredoxínredúktasi er selenóprótein

Smíð og niðurbrot núkleotíða 29

Smíð og niðurbrot núkleotíða 30

Smíð og niðurbrot núkleotíða 31

Smíð og niðurbrot núkleotíða 32

Smíð og niðurbrot núkleotíða 33

Smíð og niðurbrot núkleotíða 34

Smíð og niðurbrot núkleotíða 35

Smíð og niðurbrot núkleotíða 36

Smíð og niðurbrot núkleotíða 37

Smíð og niðurbrot núkleotíða 38

Smíð og niðurbrot núkleotíða 39

Smíð og niðurbrot núkleotíða 40

Myndun þýmídýlats

Meþýlhóp er bætt á úrasil sem er á formi deoxýríbósaafleiðu (dUMP)

Deoxýþýmidýlat (dTMP) myndast við meþýleringu á deoxýúridýlati (dUMP)

Meþýlhópurinn er fluttur af tetrahýdrófalati (THF) sem oxast í díhýdrófólat (DHF)

Smíð og niðurbrot núkleotíða 41

Díhýdrófólatredúktasi hvetur afoxun DHF í THF

B12-vítamín er nauðsynlegt til viðhalds fólínsýru á réttu formiSkortur á B12-vítamíni leiðir til skorts á tetrahýdrófólati, skertrar DNA-smíðar og blóðleysis Efni sem hindra virkni díhýdrófólatredúktasa hindra myndun þýmíns og DNA

Smíð og niðurbrot núkleotíða 42

Smíð og niðurbrot núkleotíða 43

Smíð og niðurbrot núkleotíða 44

Smíð og niðurbrot núkleotíða 45

Niðurbrot púrína og pyrimidína

Í mönnum brotna púrín brotna niður í þvagsýru sem skilst út, en þvagsýra er fremur torleyst, einkum í súrri lausn

Ensímið xanþínoxídasi (xanþíndehýdrógenasi) hvetur hvörfun hýpóxanþíns í xanþíns og einnig hvörfun xanþíns í þvagsýru

Smíð og niðurbrot núkleotíða 46

Dýr skilja einkum út nitur í þremur efnasamböndum: ammoníak, þvagsýra og þvagefni

Fiskar Ammoníak AmmonotelicFuglar Þvagsýra UricotelicLanddýr Þvagefni Ureotelic

Smíð og niðurbrot núkleotíða 47

Í öðrum dýrum brotnar þvagsýra niður í aðrar, auðleystar afurðirÍ fuglum og skriðdýrum er þvagsýra lokaafurð amínósýruefnaskipta

Þetta varðveitir vatn í egginuÞetta gerir dýrið óháð mikilli vatnsneyslu. Hentugt fyrir fugla og skriðdýr í heitu umhverfiHentugt fyrir farfugla

Smíð og niðurbrot núkleotíða 48

Smíð og niðurbrot núkleotíða 49

Smíð og niðurbrot núkleotíða 50

Smíð og niðurbrot núkleotíða 51

Pyrimidín brotna niður í auðleystar afurðir sem skiljast út í þvagi

Smíð og niðurbrot núkleotíða 52

Sjúkdómar sem tengjast efnaskiptum púrína og pyrimidínaArfgengur skortur á adenosíndeamínasa

Adenosíndeamínasi (ADA) hvetur hvörfun ríbónúkleótíðsins adenosín í inósín og NH4+

Arfgengur skortur á ensíminu er afar sjaldgæfur, en leiðir til skertrar virkni ónæmiskerfis

Adenosín, deoxýadenosín og dATP hlaðast upp og hindra virkni ríbónúkleotíðaredúktasa í B- og T-eitilfrumum, en þar er ADA mjög virkur ADA-skortur er fyrsti erfðagallinn sem tekist hefur að meðhöndla með aðferðum erfðatækni

Smíð og niðurbrot núkleotíða 53

Sjúkdómar sem tengjast efnaskiptum púrína og pyrimidínaRöskun á endurnýtingarferlum púrína

Púrínbasar sem myndast við vatnsrof kjarnsýra og núkleotíða eru endurnýttir (salvage pathway) og tengdir við PRPP (fosfóríbósýlering púríns)Einnig eru púrínnúkleosíð fosfórýleruð

Í Lesch-Nyhan heilkenni (syndrome) er skortur á ensími í endurnýtingarferli púrínaKvillanum fylgir þvagsýrugigt, árátta til að bíta sig í fingur og útlimi, greindarskortur og árásargirni

Smíð og niðurbrot núkleotíða 54

Sjúkdómar sem tengjast efnaskiptum púrína og pyrimidínaÞvagsýrugigt

•Offramleiðsla á þvagsýru leiðir til þvagsýrugigtar (gout)Þvagsýrugigt á sér margvíslegar orsakir, sem eru ekki allar þekktar

Þvagsýran fellur út, getur valdið nýrnasteinum, sest í liðamót, eyrnasnepla og tær og veldur miklum sársauka

Smíð og niðurbrot núkleotíða 55

•Ensímhindrinn allópúrínol (suicide inhibitor) eykur útskilnað forstigsefna þvagsýru og er notaður við meðferð á þvagsýrugigt

Þvagsýra er talin vera gott oxunarvarnarefni (antioxidant)Vera má að þróunarlega sé því hagstætt að þvagsýra sé lokaafurð niðurbrots púrína í mönnum

Smíð og niðurbrot núkleotíða 56

Smíð og niðurbrot núkleotíða 57

Smíð og niðurbrot núkleotíða 58

Mörg lyf hafa áhrif á smíð púrína og pyrimidína

Þessi atriði eru frekar til fróðleiks en að þau komi til prófs

1. •Mörg lyf hindra innlimun glútamíns í púrínkjarnann, t. d. azaserín og acivicin

Smíð og niðurbrot núkleotíða 59

Smíð og niðurbrot núkleotíða 60

2. •5-flúorúrasil hindrar myndun deoxýþýmidýlats. Flúor kemur í stað vetnis og 5-flúorúrasil

myndar samgilt tengi með ensíminu og fólinsýru á óafturkræfan hátt (suicide inhibitor).

3. •Lyf sem hindra virkni díhýdrófólatredúktasa koma í veg fyrir DNA-myndun með því að hindra myndun deoxýþýmidýlats •Þau líkjast flest fólinsýru að byggingu og eru notuð við meðferð krabbameina, einkum hvítblæðis í börnum (methotrexat, aminopterin). Önnur hindra bakteríuensímið margfalt betur en dýraensímið og eru því góð sýklalyf (trimethoprim)

Smíð og niðurbrot núkleotíða 61

Smíð og niðurbrot núkleotíða 62

Smíð og niðurbrot núkleotíða 63

4. Fólinsýra er vítamín (dýr geta ekki smíðað hana). Bakteríur smíða eigin fólinsýru og nota p-amínóbenzósýru við smíðina. Súlfalyf (t. d. súlfanilamíð) líkjast p-amínóbenzósýru og hindra smíð fólinsýru í bakteríum. Þau eru því góð sýklalyf.

Smíð og niðurbrot núkleotíða 64

4. Fólinsýra er vítamín (dýr geta ekki smíðað hana). Bakteríur smíða eigin fólinsýru og nota p-amínóbenzósýru við smíðina. Súlfalyf (t. d. súlfanilamíð) líkjast p-amínóbenzósýru og hindra smíð fólinsýru í bakteríum. Þau eru því góð sýklalyf.

Smíð og niðurbrot núkleotíða 65

Smíð og niðurbrot núkleotíða 66

Smíð og niðurbrot núkleotíða 67

5. •Fjölmargir analogar basa, núkleosíða og núkleotíða eru notaðir sem lyf við krabbameini, við veirusýkingum,

eða sem ónæmisbælandi lyf.

6-merkaptopúrín, 6-þíógúanín, azaþíóprínArabinósýlsýtosín (cytarabine), acyclovir

Dídeoxýafleiður geta ekki myndað fosfódíestertengi milli basa í DNADæmi: dídeoxýsýtidín, dídeoxýadenosín, dídeoxýinosín Azídodídeoxýþýmidín (AZT, zidovudine) hefur verið notað gegn eyðni

Smíð og niðurbrot núkleotíða 68

5-flúorúrasil hindrar myndun deoxýþýmidýlats. Flúor kemur í stað vetnis og 5-flúorúrasil myndar samgilt tengi með ensíminu og fólinsýru á óafturkræfan hátt (suicide inhibitor).

Smíð og niðurbrot núkleotíða 69

Smíð og niðurbrot núkleotíða 70

Smíð og niðurbrot núkleotíða 71

Smíð og niðurbrot núkleotíða 72