de-novo salvage

Purines and Pyrimidines, נוקלאוטידים • , , הגדרות: פירימידינים פורינים

ותפקידים מבנה

ביוסינטטיים • מסלולים

מיחזור בסיסים

חופשיים ונוקלאוטידיששוחררו ם

מחומצות גרעין

מהפרקורסורים מתחיל , . ריבוז: אמינו ח המטבוליים

5 , - CO2פוספט- NH3ו

Goutמחלת

Lesch-Nyhan Syndrome

פולית חומצה

כימותרפיה

מסלולים •קטבוליים

:כלליהנוקלאוטידים והמולקולות שנגזרות מהם משתתפים במגוון •

תהליכים בתא. שלהם- חומצות הגרעין, מספקות את המידע הפולימרים•

לכל התהליכים שמתרחשים בתא. מטבוליים שמניעות תהליכים עתירות אנרגיהתרכובות •

)בעיקר ביוסינטזה( בכל סוגי התאים.של אנזימים שונים. קופקטורים • הנוקלאוטידים והמצוי בחומצות הגרעין, ברצף הצפון המידע•

קובע את המבנה של כל החלבונים והמרכיבים התאיים.

של הבסיסי המבנה:1נוקלאוטיד -

בעל: פנטוז • הממוספרים 5סוכר פחמניםבטבעת. 5 - 1 הפחמן אטומי מספור

להבדילם )‘( כדי תג סימן כולל הסוכר . הבסיסים טבעות אטומי ממספור

RNAוב- Deoxyribose הסוכר DNAב- Ribose הסוכר

חנקני • אטומי: בסיס המכיל טבעתי מבנה . אינו בטבעת האטומים מספור וחנקן פחמן

כולל )'(.

חומצי: פוספט • לחומציות ,שייר אחראיחומצות .הגרעין של

Gout 8

בסיס חנקני

Purine

Pyrimidineמולקולות טבעתיות

המכילות אטומיפחמן וחנקן

סוכרRibose (RNA)

קבוצת פוספט

O

O

O

P O CH2

H

O

H H

OH OH

H

Purine/Pyrimidine Base

Phosphate

Sugar component

Nucleoside

Nucleotide

Deoxyribose (DNA)

Ribonucleotide - RNA

Deoxyribonucleotide - DNA

של הבסיסי המבנה:2נוקלאוטיד -

1

2

3

H or OH

נוקלאוטיד - של הבסיסי המבנה3:

Ribose (RNA)

Deoxyribose (DNA)

הרכב :הבסיסים

, :מינוח נוקלאוטידים, נוקלאוזידים בסיסיםגרעין וחומצות

נסיבות את משקפים הנהוגים השמות מהמקרים בחלק: הבסיסים גילוי

היסטוריה - . . .שמות

GUANINE

בודד מ - לראשונה

Guano - הפרשת

ים עופות

THYMINE

בודד לראשונה

מרקמת תימוס.

השרשרת והשלד הפולינוקלאוטידית מבנה:הקוולנטי

• - ה ברצף העוקבים ה DNA הנוקלאוטידים אוRNA- קשורים “ - ידי על של ”גשריםקוולנטית

פוספט :קבוצות

בקצה ‘ • ההידרוקסיל נוקלאוטיד 5קבוצת שלבקצה ‘ ההידרוקסיל לקבוצת נקשרת 3אחד

הבא הנוקלאוטיד פוספודיאסטרי של .בקשר

מורכב • הגרעין חומצות של הקוולנטי השלדוהבסיסים ופנטוז פוספט שיירי של מקישור

לשרשרת הקשורות צדדיות לקבוצות נחשבים. קבועים במרווחים השלד

Phosphodiester bridge:

של. . . לתפקידם בנוסףהבניין כאבני הנוקלאוטידים

, הם הגרעין חומצות שלתפקידים של מגוון ממלאים

נוספים:אנרגטיים • מטבעות

אנזימתיים • קופקטורים

כימיים • שליחים

אנרגטיים :מטבעות

להכיל • עשויים , 1הנוקלאוטידיםהקשורות 3, 2 פוספט קבוצות

ההידרוקסיל לקבוצת קוולנטיתהריבוז 5בקצה ‘ של

בעל • הפוספט 3המבנה קבוצותכימית לאנרגיה מקור מהווה

מגוון של להפעלה הנחוצהביוכימיות ריאקציות

של • מהידרוליזה מושגת האנרגיההפוספט יחידות בין .הקשרים

General structure of nucleotide 5’-mono-, 5’-di- and 5’-triphosphates

-ATP ביקוע קשרי פוספט עתירי אנרגיה ב

14 kJ/mol30 kJ/mol

30 kJ/mol

אנזימתיים :קופקטוריםרבים • אנזימתיים קופקטורים

של רחב במגוון תפקיד הממלאיםכוללים ביוכימיות אדנוזיןפעילויות

. שלהם מהמבנה כחלק

• , האדנוזין המקרים נוטל אינובכל. הקטליטי התפקיד במילוי חלק

• , גורמת הרחקתאולם האדוניזיןבפעילות משמעותית לירידה

הקטליטית.

תורם • והאדנוזין הקשר יתכן לחיזוק. והסובסטרט האנזים שבין

המכיל אנזימתי קופקטורAdenosine

הרחקת הנוקלאוטיד

3’ Phosphoadenosine diphosphate

פעילות על משפיעההאנזים:

-ketoacyl-CoA transferase

של במטבוליזם הפעילליפידים

תא

קולטן

גרעין

שליח הורמון, ראשוני

שליח נוקלאוטיד, משני

שינוי תפקודי

נוקלאוטיד של הפעולה סכמתמשני :כשליח

כשליחים המשמשים נוקלאוטידיםמשניים:

מקרה :תאור

ממצאים :בבדיקה

כבן .61גבר שנים . לרפואה בפקולטה בכיר חבר

.4כ- כבוד - תואר הוענק האשפוז לפני ימים.) ושתייה - ) אוכל הרבה במסיבה בילוי התואר הענקת לאחר

בבוקר . למחרת . לאחר: עסקים טיסת במהלך החמיר הכאב שמאל בכתף כאב. החריף - הכאב ביטול הנחיתההתחייבויות

חזר לביתו

הכאב נמשך

אשפוז

מחלה • סימני נראו לאנורמליים] - גלויים חיים חי החולה הנדון האירוע לפני

] לחלוטין ובריאים 39: חום •צ” 90: דופק •מ

דקה/ רנטגן • אגן: + - צילומי בטןשתן •תקינים חיובית , PH=4.5: דגימתלחלבון

שתן )• (24איסוף , 115: שעות ” חלבון ג ’ 1.52מ גר Uric acid

המשקע • של עדינים :מיקרוסקופיה גבישים נוכחותמחטים [mg/24 hr 1000 - 200]בצורת

Uric acid - 11.8: סרום •mg/dL

גבול :עליון

7.0 mg/dL

מחלת: החשדGout

רקע - Goutמחלת :כללי מפרקים • מחלת

בגברים • בעיקר מופיעה

בריכוז • עליה עקב וברקמות Uric acidנגרמת בדם

• , , : נפוחים רגישים מודלקים נעשים המפרקים

Acute Arthritis

גבישי של נורמלית הבלתי השקיעה עקב זאתSodium urate

- ב, שוקע PHברקמות Sodiumפיזיולוגיurate

- ב, שוקעת PHבשתן uricנמוךacid

בכליות • עודפי: פגיעה הצטברות בטובולים Uric acidעקבהכליה של

למחלה המדויק הגורםידוע אינו

רקע שיש כנראהגנטי

המטבוליזם מאנזימי אחד של חסרפורינים של

באוכלוסייה : שכיחות0.3%

:הגדרותHyperuricemia : של גבוה בסרום. Uric acidריכוז

ממחלת זה מצב להבדיל ישGout של גבוהות רמות בעלי האנשים Goutיפתחו Uric acidמיעוט

- ה חולי - Goutכל מ Hyperuricemiaסובלים

Hyperuricemia סימפטומטית:Acute Gouty ArthritisChronic GoutRenal Disease

של Hyperuricemiaסיבוכיםגבישי משקיעת הנובעים

Uric acid

:Gouty Arthritis של ביותר הנפוץ Hyperuricemiaהסיבוך:שלבים 3קיימים

1 .Hyperuricemia אסימפטומטית2 .Acute Gouty Arthritis : גבישי במפרקים Sodium urateשקיעת

תגובה התנעתדלקתית

3 .Chronic Gout : הפיכה פגיעה במפרקים בלתי

:Goutסוגי

(Primary Gout: )ראשונית Goutמחלת

.) לקבוצת ) שייכת מופע צורות מספר גנטית מחלה- כ המוגדרות מחלות

“Inborn Errors of Metabolism”

לראשונה גיל: גברים: נראית 40מעל

המעבר: נשים גיל לאחר

(Secondary Gout: )משנית Goutמחלת

, קיימת להפרעה בהמשך נגרמת

(לדוגמה) לוקמיה: בחולי

- מ יותר צעיר בגיל המינים בשני Primary Goutמופיעה

Acute Gout - סימנים:קליניים

בחריפותו • קיצוני כאב

• : בודד ) בתחילה במפרק (90 - 85פגיעה מהמקרים אחוז

•: הזמן בהמשך באותו מפרקים במספר כאבים

• ) מעצמם ) וחולפים משתנה ימים מספר נמשכים ההתקפים

•: ההתקפים הסימפטומים בין של מוחלט היעדר

הזמן • נעלמים תדירות :עם אינם והסימפטומים עולה ההתקפים

• : הסימפטומים של ראשונה לחמישי הופעה הרביעי העשור בין

•, ” בגברים ר בגיל עפי לראשונה המקרים 50רוב

•: החולים רוב תקינה אצל כללית בריאות של במצב הראשון ההתקף

• 90 : חריפים התקפים מהמקרים הרגל אחוז בבוהן

• : ההתקף מתחילת שעות מספר בתוךהנגוע , - המפרק למגע, רגיש מאדים מתחמם

סיסטמיות • , יעלי: תופעות עלי חום לאוקוציטים ית במספר ה

מחלת בין :ותזונה Goutהקשר

. ועשירים מפורסמים לאנשים יוחסה המחלה

מפורסמים ] [חולים , ’ , קינג: לותר מרטין דרווין רלס צ ניוטון אייזיק. מותרות וחיי עשירה לתזונה נקשרה

ומסייעות כנראה גבוהה חיים ורמת עשירה דיאטה כי נמצאמתאים גנטי רקע בעלי אנשים אצל המחלה לביטוי

בחלבון, עשירה מדיאטה ניזון מהאוכלוסייה ניכר חלק כיוםגרעין וחומצות

שהייתה כפי גורם מהווה אינה התזונהבעבר

היסטורי :רקע

העיקרי הגורם:למחלה

נוקלאוטידים של במטבוליזם פגםפורינים

פורינים של מטבוליזם

מסלולים של מורכבת סדרה:ביוכימיים

ביוסינתזה

מסלול ”de-novoסינתזה ““Salvage ”מיחזור()

קטבוליזם

“Degradative pathway”

סופי Uric: תוצרacid

דרך הפרשההכליות

שתן

נוקלאוטידים של הביוסינתזה מסלולי:פורינים :de-novoסינתזה

החיים • האורגניזמים במרבית זהה תהליךהמוצא :• מחומרי התהליך אמינו התחלת חומצות

CO2

NH3

סוכר

מוצא חומרי

פורינים שאינם

שלבי התהליך • :רבהמוצא :חומר

5-Phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PRPP)

הטבעת בנייתהפורינית

תרומת קבוצות

אמינו מחומצות)

הסופיים אמינו( :התוצרים

Adenosine 5’ monophosphate - AMP

Guanosine 5’ monophosphate - GMP

5-’Phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PRPP)

מולקולה הדרושה ליצירת נוקלאוטידים פורינים ופירימידינים

ATP ו- Ribose 5- phosphate: מקור

Ribose 5-phosphate + ATP PRPP + AMP

מגיע מ- מטבוליזם של גלוקוז ותהליכי פירוק

של נוקלאוטידים

PRPP Synthetase

PRPP משתתף בתהליכים הבאים:

של נוקלאוטידים פורינים ופירימידיניםde-novo סינטזה •

מסלולי המיחזור של נוקלאוטידים פורינים•

ביוסינטזה של קואנזימים המכילים נוקלאוטידים•

AMPעיכוב ע"י GMPו-

מקור אטומי הפחמן והחנקן בטבעת הפורין

-N10 הוא: Formateמקור ה- Formyltetrahydrofolate

הסינתזה תהליך על :de-novoהפיקוחמנגנוני” מספר י חוזר - ע היזון

בתהליך הראשונההריאקציה: למשל

אמינו קבוצת ’ מגלוטמיןהעברת מס 1לפחמןPRPPשל Glutamine-PRPP: האנזים

amidotransferase

” מעוכב הסופיים התוצרים י עAMP

GMP

Guanine ו- Adenineמנגנוני הפיקוח בתהליך היצירה של (פורינים)

PRPPיצירת

עיכוב ע"י תוצר

: העברת שלב ייחודי לפוריניםPRPPקבוצת אמין מגלוטמין ל-

. מנגנוני הפיקוח באורגניזמים אחרים, E. Coli(התהליך המתואר מתקיים בחיידקי שונים)

:מיחזור( )Salvageמסלול בסיס ) והנוקלאוזידים החופשיים הבסיסים מיחזור

) :Lesch - Nyhan Syndromeסוכר+ - ה מסלול של החשיבות את מדגישה זו Salvageמחלה

:תאור

פורינים • של מוגבר בייצור שמאופיינת מחלה

גנטית • מחלה

העצבים • במערכת פגיעה עקב קשים נוירולוגיים סימנים) , קואורדינציה ) חוסר פיגור המרכזית

זכרים - • בתינוקות בעיקר נראית

שנתיים - • בגיל ראשונים סימנים

קטיעת ) • עצמית לפגיעה שמובילה ביותר אלימה התנהגות) , שפתיים, פציעת הרגליים בהונות קטיעת אצבעות

באנזים : הפגם - חסר

Hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase [HGPRT]

של מחדש ניצולGuanine: כתוצאה קבוע באופן בתא מצטברים חופשיים בסיסים

פירוק נורמלי מתהליכי ליצירת - במצב מחדש ינוצלו אלו בסיסים(מיחזורנוקלאוטידים ) של - למשל מחדש י” Guanineניצול ליצירת HGPRTע

GMP:Free Guanine+ 5-Phosphoribosyl-1-

pyrophosphate (PPRP)

HGPRT

Guanosine 5’ monophosphate (GMP)

+ PPi

Hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase

:HGPRTבהיעדר

Guanine - גרעין חומצות של פירוק תוצרבתא יצטבר

ברמת חומר ) PRPPעלייהלסינתזה אין . (de-novoהמוצא

)GMPעיכוב ע"י תוצר (

סינתזה ברמת בסיסים de-novoעלייה שלפוריניים

ברמת Uric acidעלייהתהליכי ) של סופי תוצר

הפירוק(

Purine Nucleotide Catabolism

AMP[Adenosine 5’ monophosphate]

5’-NucleotidaseH2OPi

AdenosineAdenosine deaminase

H2ONH3

InosineNucleotidase

H2ORibose

HypoxanthineXanthine oxidase

H2O + O2 H2O2

XanthineXanthine oxidase

H2O + O2

H2O2

Uric acid

GMP[Guanosine 5’ monophosphate]

5’-NucleotidaseH2OPi

GuanosineNucleotidaseH2O

Ribose

Guanine

Guanine deaminase

H2ONH3

ברמת בדם Uric acid עלייהושתן

מחלת של מאפייןGout

של: אולם מוגברת גם Uric acidהפרשה תתכן- שהם באנשים

גדול פנים שטח בעלי

קיצוניים לחץ במצבי נמצאים

במחלת הטיפולGout: דיאטה של שילוב

ותרופות כלכלה: דיאטה , דלתמומלצת גרעין חומצות חלבוןונוקלאוטידים

יצור להגברת תורמת בחלבון עשירה כלכלהבנייתם לצורך דורשים ואלו מאחר הפורינים

אמינו להימנע חומצות יש:מ

דהידרציההשמנהמזון של רבה כמות

) . , גרעין) ח חלבוןשמירת לשם נצרך

הגוף משקל

גבישי Uricיצירתacid בריכוזה תלויהבדם

למצב : תכשירים בהתאם משתנה הטיפולהמחלה

כרוניחריף

Non-steroidal anti-inflammatory drugs

Indomethacin, Naproxan Ibuprofen

הפרשת. 1 מגבירי Uric תכשיריםacid Xanthine oxidaseמעכבי. 2

קולכיצין. 3

קליני • :קולכיצין לשיפור ומביא יעיל מאוד

בסרום • האוראטים ברמת לירידה גורם אינו

ברור • לא פעולה מנגנון כי :יתכןהפולימורפונוקליאריים • הלויקוציטים של למיקרוטובולים נקשר

המיקרוטובולים • של המרחבי המבנה פירוק

• , התאים של ופגוציטוזה הצמדות התנועה ביכולת פגיעה

Uricosuric drugs: של הפינוי רמת את שמעלים תכשיריםUric acid ( ”תהליך עיכוב הכליות י ע

) החוזרת הספיגה

Probencid

Sulfinpyrazone

הדלקתית • התגובה צמצום

O

NH

N NH

N

Hypoxanthine

NH

N NH

N

Allopurinol

O

Allopurinol : יצירת Uric acidמניעתAllopurinol = האנזים של תחרותי Xanthineמעכב

oxidase מנגנון :הפעולה

Nucleic acids

AMPGMP

Guanine Hypoxanthine

Xanthine

Uric acid

Xanthine oxidase

Xanthine oxidase

הפרשה

הפרשה

מבני אנלוג

בכמות Uric acidירידה

Hypoxanthine -וXanthine מסיסים - יותר Uricמ acid

מופרשים הטיפול בזמן

נוקלאוטידים של ביוסינטזהפירימידינים

UMP CMP

Uridine 5’-monophosphateCytidine 5’-monophosphate

השוני מסינטזת :פורינים

בשלב הראשון הטבעת הפירימידינית המשושה נבנית •

של Ribose 5- phosphate, חיבור הטבעת המושלמת ל- בשלב השני •PRPP

סינתזה של נוקלאוטידים פורינים ופירימידינים – :סיכום

:פירימידינים:פורינים

Ribose 5-phosphate

PRPP

בניית הטבעת הפורינית PRPPע"ג

נוקלאוטיד

עיכוב ע"י תוצר

בניית הטבעת הפירימידינית

Ribose 5-phosphateחיבור ל- PRPPשל

נוקלאוטיד

עיכוב ע"י תוצר

של נוקלאוטידים מיחזור מסלולי פירימידינים קיימים במיקרואורגניזמים

ביונקים – רמת המיחזור של הנוקלאוטידים הפירימידינים אינה

משמעותית

Ribonucleotides -הם חומרי המוצא ל Deoxyribonucleotides

RNA

DNA

הריאקציה:Ribonucleotide

diphosphateDeoxynucleotide diphosphate

חיזור

Ribonucleotide reductase

2 ’C : OH

dUMP מ- dTMPיצירת

Uracil ולאThymine מכיל DNAה-

dUMP הוא dTMPחומר המוצא ל-

המקור dUMP:ל-

dCTPדאמינציה של •

dUDPפוספורילציה של •

dTMPיצירת דאמינצי

ה

הפיכת ריבונוקלאוטיד לדאוקסי

ריבונוקלאוטיד

פוספורילציה

:תוצר ביניים משותף

Folate 10

:שלבי הריאקציה

deoxyuridine 5’-] monophos phatedUMP[

deoxthymidine 5’-] monophos phatedTMP[

Thymidilate s ynthas e

1

N5N10- Methyle ne te trahydrofo late 7, 8Dihydrofo late

העברת יחידת פחמן

Tetrahydrofo late

Dihydrofo latereductas e

Serinehydroxymethyltrans feras e

2NADPH+H+

NADP+

רגנרציה

GlycineSerine

Folic acid / Folate

Structure and terminology

Folic acid ו Folate- תרכובות של למשפחה כלליים שמות- מ הנגזרות

מ - המורכבת

של Pteridineטבעת Aminobenzoic acidשייר

Pteroic acid

גלוטמית חומצה נקשרת אליה

Pteridine Aminobenzoic Acid

Pteroic acid

Glutamic acid

Folic acid

7,8 Dihydrofolate

5,6,7,8 Tetrahydrofolateנגזרות

פעילות:

Folic acid קליטת Folic acid מהמזון:

ל : Tetrahydrofolate – THF הופכתי” - Dihydrofolate reductaseהאנזיםע

הריאקציה:Folate

Dihydrofolate (DHF) Tetrahydrofolate (THF)

NADPH+H+

NADP+

NADPH+H+ NADP+

Dihydrofolate reductase

ביותר Dihydrofolate reductaseהאנזים - לאנלוגים רגישמטבוליטים ) Folic acidשל מבניים שמשמשים (אנטי

של סרטןבכימותרפיהMethotrexateAminopterin

ביולוגיות :פונקציות

של השונות במגוון קואנזימיםהן Folateהנגזרות שמשתתפיםיחידות של העברה הכוללים ביוכימיים פחמניות תהליכים חד

:לדוגמהשל פירימידינים •:ביוסינתזה

פורינים •

מתיונין •

של היסטידין •:דגרדציה

פורינים •

נוקלאוטידים סינתזת מעכבי תכשירים

של ] מבניים Folate]אנלוגים

מתאים סרטנייםתאים יותר מהר גדליםנורמליים

סינתזת למעכבי יותר רגישיםבהשוואה נוקלאוטידים

נורמליים לתאים

מוגברת דרישהכחומרי לנוקלאוטידים

ליצור DNA/RNAגלם

לכן:

ו - , Folateמאחר הרי גרעין חומצות של פרקורסורים לייצור חשובה

) מטבוליטים ) אנטי המבניים ייצור יאטושהאנלוגים קצב את

שמתחלקים בתאים הגרעין (מהרחומצות סרטן )

אנזים :המטרה

Dihydrofolate reductase

:התכשיריםMethotrexate

Aminopterinמטבוליטים = אנטי

מעכבים

Methotrexateאתר הפעולה של המעכבים Aminopterinו-