Metabolimus purinů a pyrimidinů Petr Tůma

Purin a pyrimidin dusíkaté heterocykly – pKA(purin) = 2,3; pKA(pyrimidin) = 1,2 dusíkaté báze NK volné nejsou biochemicky významné purinové – adenin, guanin, hypoxanthin pyrimidinové – uracyl, thymin, cytosin součásti nukleosidů a nukleotidů v nukleových kyselinách kofaktory enzymů: NAD+ (NADP+), FAD, CoA, PAPS

Dusíkaté báze

Nukleosidy báze + ribóza (deoxyribóza) N-glykosidová vazba adenosin cytidin purinové: adenosin, guanosin, (inosin – od hypoxanthinu) pyrimidinové: cytidin, uridin, thymidin fyziologické funkce adenosinu prokrvení myokardu krevní zásobení a metabolismus mozku adenosinové receptory: G-proteiny – působí přes adenylátcyklasu

Nukleotidy báze + ribóza (deoxyribóza) + kyselina fosforečná (1-3) vazby: N-glykosidová, esterová, anhydridová nukleosid -mono-, -di-, -trifosfáty (AMP, ADP, ATP) fyziologický význam: stavební jednotky DNA a RNA součásti kofaktorů: NAD+, FAD, CoA, PAPS ATP: univerzální přenašeč energie v biochemických reakcích UTP: biosyntéza sacharidů CTP: biosyntéza fosfolipidů

Biosyntéza purinů a pyrimidinů puriny ani pyrimidiny nejsou pro člověka esenciální většina purinů z potravy odbourána na odpadní uráty syntéza purinů i pyrimidinů – nesyntetizuje se zvlášť báze, ale celý nukleotid najednou syntéza purinů sledem reakcí z malých prekursorů monosacharid napojen od počátku syntéza pyrimidinů z jednodušší: z velkých prekursorů monosacharid napojen v konečných fázích syntézy šetřící reakce = syntéza z produktů degradace nukleových kyselin substráty: nukleosidy a báze málo energeticky náročná

5´-fosforibosyl-1´-difosfát PRDP (PRPP) společný výchozí substrát pro syntézu purinů i pyrimidinů PRDP-syntetasa klíčový enzym celé syntézy zpětnovazebná inhibice: nukleosid –mono- a difosfáty substrát: ribóza-5´-fosfát zdrojem pentózový cyklus

Podmínky biosyntézy purinových nukleotidů velká spotřeba energie (ATP) lokalizace: různé tkáně, především v játrech celá probíhá v cytoplasmě celkově se skládá z 11 dílčích kroků konečným produktem: inosinmonofosfát (IMP) substráty: 5-fosforibozyl-1-difosfát (PRDP = PRPP) aminokyseliny: Gln, Gly, Asp deriváty tetrahydrofolátu, CO2 koenzymy: tetrahydrofolát (= kyselina listová) NAD+

Průběh syntézy IMP PRDP → 5´- fosforibosylamin → inosinmonofosfát (IMP)

Přeměna IMP na další purinové nukleotidy rovnováha mezi AMP x GMP = zpětnovazební inhibiční působení AMP a GMP na přeměnu IMP

Regulace syntézy purinových nukleotidů rychlost syntézy řízena dostupností PPDP regulace: zpětnovazební inhibice AMP a GMP Klinické korelace inhibiční působení methotrexátu (analog folátu) aplikace při leukémii syntetické analogy bazí, nukleosidů a nukleotidů 6-merkaptopurin a 6-thioguanin

Podmínky biosyntézy pyrimidinových nukleotidů srovnání s biosyntézou purinů kromě jedné reakce probíhá celá v cytoplasmě (mitochodrie – dihydroorotát dehydrogenasa) jednodušší – z velkých prekursorů napojení ribózy až v pozdějších krocích substráty karbamoylfosfát aspartát PRDP tetrahydrofolát (pouze pro thymin) významné meziprodukty kyselina orotová orotinmonofosfát (OMP) konečným produktem: uridinmonofosfát (UMP)

Průběh syntézy uridinmonofosfátu UMP vstupní reakce – syntéza karbamoylfosfátu enzym karbamoylsynthetasa II lokalizována v cytoplasmě

Přeměna UMP na další pyrimidinové nukleotidy Klinické korelace zabrzdění syntézy dTMP → 5-joddeoxyuridin, 5-fluoruracil účinná cytostatika a protinádorové prostředky

Syntéza deoxyribonukleotidů deoxyribonukleotidy jsou syntetizovány z ribonukleotiddifosfátů ADP → dADP → dATP složitá redoxní přeměna - enzym ribonukleotidreduktasa bílkovina thioredoxin + NADPH + H+ ribonukleotidy koncentrace vysoká (mmol/L) a konstantní mění se pouze poměr mezi AMP:ADP:ATP deoxyribonukleotidy koncentrace nízká (μmol/L) a závisí na buněčném cyklu

Přehled degradace purinů xanthinoxidasa v játrech spotřebovává O2 → H2O2 allantoin konečný produkt degradace purinů u většiny savců, u primátů – kyselina močová nepatrné množství allantoinu u člověka vzniká neenzymatickou cestou

Kyselina močová hlavní odpadní produkt katabolismu purinů u člověka kyselina močová = acidum uricum látka špatně rozpustná ve vodě + málo disociovaná vytváří soli – uráty normální hladina urátu: v krvi: 220 – 420 μM muži 140 – 340 μM ženy v moči: 0,5 – 6,0 mM člověk denně vyloučí cca 0,5 g kyseliny močové ½ endogenního původu – degradace tělu vlastních purinů ½ pochází z potravy: především z xanthinů obsažených v kávě, kakau a čaji – kofein, theobromin a theofylin

Hyperurikémie zvýšená hladina kyseliny močové v krvi příčiny poruchy při vylučování nevyvážená strava hyperurikámie při dně dna = arthritis uratica hromadění urátů v měkkých tkáních – především v kloubech bolestivé akutní záchvaty terapie: podávání allopurinolu (analog hypoxanthinu a xanthinu) → inhibice xanthinoxidasy

Přehled degradace pyrimidinů

Degradace pyrimidinů degradační produkty – nízkomolekulární látky cytosin, uracyl: NH3, CO2, β-alanin thymin: NH3, CO2, β-aminoisobutyrát tyto látky jsou dobře rozpustné ve vodě → snadno se z těla vylučují → nedochází k chorobným příznakům při karcinogenesi a ozařování X paprsky vylučování nadměrného množství β-aminoisobutyrátu minoritní nuklesid pseudouridin je vylučován v nezměněné formě orotaciurie - vylučování kyseliny orotové vrozený enzymový defekt nadměrný příjem dusíkatých látek potravou

Hlavní rozdíly metabolismu purinů a pyrimidinů puriny pyrimidiny tvorba N-glykosidové vazby v 1. kroku syntézy (syntéza začíná na PRDP) nejprve se syntetizuje pyrimidinový kruh lokalizace biosyntézy cytoplazma cytoplazma + 1 enzym v mitochondrii produkty odbourávání kyselina močová (špatně rozpustná v H2O), NH3 CO2, NH3, -AMK (dobře rozpustné v H2O)

Nukleotidy v dalších funkcích Mediátory metabolických procesů cyklický adenosinmonofosfát cAMP cyklický guanosinmonofosfát cGMP druzí poslové adenylátcyklasa cAMP cGMP 3´-fosfoadenosin-5´-fosfosulfát = PAPS přenáší sulfát = SO32- sulfatace proteinů odbourávání xenobiotik

SAM = S-adenosylmethionin přenáší methyl metabolismus aminokyselin syntéza katecholaminů Koenzym A = CoA přenáší acyl metabolismus mastných kyselin

Nukleotidy jako součásti oxidoreduktas Nikotinamiddinukleotid = NAD+ Flavinadenindinukleotid = FAD