Metabolismus nukleotidů Kurz Eva Samcová a Vladimíra Kvasnicová

Prezentace na téma: "Metabolismus nukleotidů Kurz Eva Samcová a Vladimíra Kvasnicová"— Transkript prezentace:

1 Metabolismus nukleotidů Kurz 4 - 104 Eva Samcová a Vladimíra Kvasnicová

2 PURINOVÉ BÁZE Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, ISBN 0‑471‑15451‑2

3 ribonukleosid deoxyribonukleosid
N-glykosidová vazba Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, ISBN 0‑471‑15451‑2

4 ribonukleotid deoxyribonukleotid
Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, ISBN 0‑471‑15451‑2

5 PYRIMIDINOVÉ BÁZE Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, ISBN 0‑471‑15451‑2

6 ribonukleosidy deoxyribonukleosid
Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, ISBN 0‑471‑15451‑2

7 Ribonukleotidy * N-glykosidová vazba * esterová vazba
* anhydridové vazby Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, ISBN 0‑471‑15451‑2

8 Rozdělení nukleotidů purinové: obsahují adenin, guanin, hypoxanhin nebo xanthin pyrimidinové: obsahují cytosin, uracil nebo thymin ribonukleotidy (obsahují ribózu) deoxyribonukleotidy (obsahují deoxyribózu) vznikají redukcí ribonukleosid difosfátů (NADPH)

9 Vlastnosti nukleotidů
silná absorpce UV záření (260 nm) puriny méně stabilní v kyselém prostředí než pyrimidiny polární koncové fosfátové skupiny názvy: adenylát nebo kyselina adenylová,...

10 Distribuce nukleotidů v buňkách
ATP nejvyšší koncentrace v buňkách Distribuce se mění podle typu buněk V buňkách převažují nukleosid-5´- trifosfáty V hypoxických buňkách převládá koncentrace nukleosid-5´- di a monofosfátů Ribonukleotidy jsou ve velkém nadbytku oproti 2´-deoxyribonukleotidům, kromě období DNA replikace Celková koncentrace nukleotidů v buňce je konstantní AMP + ADP + ATP = konst. Energetický stav buňky lze popsat ATP/(ATP+ADP+AMP) Platí i pro NADH + H+ a NAD+

11 Kde mají původ nukleotidy potřebné v metabolismu
A) V potravě B) Syntéza de novo C) Šetřící (salvage) reakce jsou hlavním zdrojem nukleotidů pro syntézu DNA, RNA a enzymových kofaktorů. Zdrojem ribosa-5-P je pentózový cyklus

12 Nukleové kyseliny z potravy se hydrolyzují extracelulárně
Endonukleázy → oligonukleotidy Fosfodiesterázy → volné nukleosidy Nukleosid fosforylázy → ribosa-1-P a volné baze Purinové baze se oxidují na kyselinu močovou, která se po vstřebání vyloučí močí. Puriny a pyrimidiny z potravy člověk nepotřebuje, nevestavují se do metabolismu. Parenterálně podané látky se využijí v metabolismu, vestavují se do metabolismu

13 Nukleotidy v metabolismu
1) energetický metabolismus ATP - hlavní biologický přenašeč volné energie – „energetická konzerva“ (30 kJ/mol / odštěpení fosfátu) fosfotransferasové reakce (kinasy) svalová kontrakce, aktivní transport 2) monomerní jednotky RNA a DNA substráty pro syntézu: nukleosidtrifosfáty

14 Cyklický adenosinmonofosfát (cAMP)
3) mediátory metabolických procesů cAMP, cGMP („druhý posel“) Cyklický adenosinmonofosfát (cAMP) Obrázek převzat z (leden 2008)

15 4) součásti koenzymů NAD+, NADP+, FAD, CoA
Obrázky převzaty z a (leden 2008)

16 - regulace klíčových enzymů metabolických drah
5) aktivace intermediátů UDP-Glc, GDP-Man CDP-cholin, ethanolamin, diacylglycerol SAM  methylace PAPS  sulfatace 6) allosterické efektory - regulace klíčových enzymů metabolických drah

17 3´-fosfoadenosin-5´-fosfosulfát (PAPS)
přenáší sulfát do substrátu při konjugačních reakcích (sulfatace) Obrázek je převzat z (leden 2007)

18 PRDP = 5-fosforibozyl-1-difosfát
! společný substrát pro syntézu ! purinů i pyrimidinů Obrázek převzat z (leden 2008)

19 PRDP = 5-fosforibozyl-1-difosfát
jeho syntéza je klíčovou reakcí pro biosyntézu nukleotidů PRDP-syntetáza je cílem zpětnovazebné inhibice nukleosid di- a trifosfáty prekurzor: * ribóza-5-fosfát (pentózový c.) * ribóza-1-fosfát (fosforolýza nukleosidů)

20 využití: PRPP = PRDP regulace syntézy nukleotidů
substrát pro syntézu nukleotidů PRPP = PRDP Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, ISBN 0‑471‑15451‑2

21 Syntéza purinových nukleotidů
de novo (nová výstavba purinového kruhu) PRDP + glutamine→ 5-fosforibosylamin + glutamát + PPi (de novo) šetřící reakce (syntéza z bazí a nukleosidů) mnohem méně energeticky náročné než de novo syntéza PRPP + hypoxanthin (guanin)→IMP (GMP) + PPi Enzym:hypoxanthin-guanin fosforibosyltransferasa PRPP + adenin → AMP + PPi Enzym: adeninfosforibosyltransferasa (APRT)

22 Syntéza purinových nukleotidů de novo (I)
velká spotřeba energie (ATP) cytoplazma buněk různých tkání, hlavně játra substráty: * 5-fosforibozyl-1-difosfát (= PRDP = PRPP) * aminokyseliny (Gln, Gly, Asp) * deriváty tetrahydrofolátu, CO2 koenzymy: * tetrahydrofolát (= kys.listová) * NAD+

23 Folát je vitamin – člověk ho nedokáže syntetizovat
Bakterie folát syntetizují: sulfonamidy jsou analoga PABA → antibakteriální účinek Obrázek převzat z (leden 2008)

24 Folát v metabolismu Obrázek převzat z (leden 2008)

25 Syntéza purinových nukleotidů de novo (II)
významné meziprodukty: 5´-fosforibozylamin inozinmonofosfát (IMP) produkty: nukleosidmonofosfáty (AMP, GMP) mezipřeměna purinových nukleotidů: přes IMP (inosinmonofosfát: báze = hypoxanthin)

26 Syntéza purinových nukleotidů
C Y T O P L A Z M A Obrázek převzat z (leden 2007)

27 IMP AMP GMP Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, ISBN 0‑471‑15451‑2

28 Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M
Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, ISBN 0‑471‑15451‑2

29 Regulace syntézy purinových nukleotidů
Obrázek převzat z (leden 2008)

30 Syntéza pyrimidinových nukleotidů
de novo (nová výstavba pyrimidinového kruhu) šetřící reakce (syntéza z bází nebo nukleosidů) substráty: a) * báze (kromě cytosinu) * PRDP b) * ribonukleosidy * ATP

31 Syntéza pyrimidinových nukleotidů de novo (I)
kromě jedné reakce probíhá v cytoplazmě (dihydroorotát-DH je v mitochondrii) substráty: * karbamoylfosfát (Gln,CO2,2 ATP ) * aspartát * PRDP * derivát THF (pouze pro thymin) Karbamoylfosfát vzniká i při syntéze MOČOVINY (pouze v mitochondriích hepatocytů)

32 Syntéza pyrimidinových nukleotidů de novo (II)
významné meziprodukty: * kyselina orotová (pyrimidinový skelet) * orotidinmonofosfát (OMP) * uridinmonofosfát (UMP) = výchozí látka pro syntézu dalších nukleotidů produkty: * cytidintrifosfát (z UTP) * deoxythimidinmonofosfát (z dUMP)

33 Syntéza pyrimidinových nukleotidů
C Y T O P L A Z M A mitochondrie Obrázek převzat z (leden 2007)

34 Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M
Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, ISBN 0‑471‑15451‑2

35 Syntéza thymidinmonofosfátu
Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, ISBN 0‑471‑15451‑2

36 Syntéza 2-deoxyribonukleotidů
protein NADP+ NADPH+H+ protein reakci katalyzuje ribonukleotid-reduktáza Obrázek převzat z (leden 2008)

37 Regulace syntézy pyrimidinových nukleotidů
Obrázek převzat z (leden 2008)

38 Regulace syntézy nukleotidů
regulační enzym aktivace inhibice glutamin-PRDP-amidotransferáza (puriny) PRDP IMP, GMP, AMP (alosterická inhibice) karbamoylfosfát syntetáza II = cytoplazmatická (pyrimidiny) ATP UTP

39 Odbourávání purinů a pyrimidinů
z potravy: málo využívané k resyntéze endogenní: enzymy * nukleázy (štěpí nukleové kyseliny) * nukleotidázy (štěpí nukleotidy) * nukleosidfosforylázy (š. nukleosidy) * deamináza (adenosin) * xanthinoxidáza (hypoxanthin, xanthin) inhibována allopurinolem (lék Milurit)

40 Odbourávání purinů kyselina močová
H Obrázek převzat z (leden 2008) kyselina močová

41 Kyselina močová keto a enol forma
soli kyseliny močové = uráty (močany) při pH krve existuje ve formě mononatrium-urátu

42 Hyperurikémie = zvýšená koncentrace kyseliny močové (KM) v krvi
Příčiny: Porucha vylučování KM Zvýšená tvorba KM a) nevyvážená strava b) porucha recyklace purinových bazí Obrázek převzat z knihy: Color Atlas of Biochemistry / J. Koolman, K.H.Röhm. Thieme ISBN

43 Dědičné příčiny hyperurikémie
ribóza-5-fosfát 5-fosforibozyl-1-pyrofosfát AMP IMP GMP inozin guanozin adenozin adenin hypoxanthin guanin xanthin kyselina močová HGPRT APRT PRPP-amidotransferáza XO + – Leschův-Nyhanův syndrom HGPRT Snímek převzat z přednášky prof. J. Racka / Kyselina močová – významný metabolit a antioxidant; Novinky v klinické biochemii, Nové Hrady

44 Odbourávání pyrimidinů

45 SOUHRN: puriny → NH3, kyselina močová - má antioxidační vlastnosti (částečně vylučována močí; poruchy: hyperurikémie, dna) normální hodnoty: sérum 220 – 420 µmol/l (muži) – 340 µmol/l (ženy) moč 0,48 – 5,95 mmol/l pyrimidiny: C, U → -alanin, CO2, NH3 T → -aminoizobutyrát, CO2, NH3 volné radikály Obrázky převzaty z a (leden 2008)

46 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)