Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Σύνθεση νουκλεοτιδίων 1. Τα νουκλεοτίδια Μονομερή νουκλεϊκών οξέων Ενεργειακό νόμισμα – ΑΤΡ και GΤΡ Παράγωγα νουκλεοτιδίων στο μεταβολισμό – UDP-γλυκόζη.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "Σύνθεση νουκλεοτιδίων 1. Τα νουκλεοτίδια Μονομερή νουκλεϊκών οξέων Ενεργειακό νόμισμα – ΑΤΡ και GΤΡ Παράγωγα νουκλεοτιδίων στο μεταβολισμό – UDP-γλυκόζη."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Σύνθεση νουκλεοτιδίων 1

2 Τα νουκλεοτίδια Μονομερή νουκλεϊκών οξέων Ενεργειακό νόμισμα – ΑΤΡ και GΤΡ Παράγωγα νουκλεοτιδίων στο μεταβολισμό – UDP-γλυκόζη και UDP-γαλακτόζη Μεταγωγή σήματος – κυκλικό ΑΜΡ/GΜΡ 2

3 Τα νουκλεοτίδια Αζωτούχος βάση Πεντόζη Φωσφορικές ομάδες 3

4 Αζωτούχες βάσεις - Nitrogen Bases Δύο είδη πουρίνες (purines) και πυριμιδίνες (pyrimidines) Αζωτούχες βάσεις 4

5 Πουρίνες Ένας εξαμελής κι ένας πενταμελής δακτύλιος 4 πουρίνες Αδενίνη - Adenine = 6-αμινο-πουρίνη Γουανίνη - Guanine = 2-άμινο-6-οξυ-πουρίνη Υποξανθίνη - Hypoxanthine = 6-οξυ-πουρίνη Χανθίνη - Xanthine = 2,6-δεοξυ-πουρίνη Αζωτούχες βάσεις 5

6 Πουρίνες 6

7 Πυριμιδίνες Ένας εξαμελής δακτύλιος 4 πυριμιδίνες Ουρακίλη - Uracil = 2,4-δεοξυ-πυριμιδίνη Θυμίνη - Thymine = 2,4-δεόξυ-5-μεθυλο-πυριμιδίνη Κυτοσίνη - Cytosine = 2-οξυ-4-αμινο-πυριμιδίνη Οροτικό - Orotic acid = 2,4-δεοξυ-6-καρβοξυ-πυριμιδίνη Αζωτούχες βάσεις 7

8 Πυριμιδίνες 8

9 Εάν ένα σάκχαρο (ριβόζη ή δεσοξυριβόζη) ενωθεί με μια αζωτούχα βάση, η ένωση που προκύπτει ονομάζεται νουκλεοσίδιο/νουκλεοζίτης Ο άνθρακας 1 του σακχάρου ενώνεται με το άζωτο 9 μιας πουρίνης ή το άζωτο 1 μιας πυριμιδίνης. Τα νουκλεοσίδια των πουρινών έχουν την κατάληξη -οσίνη και τα νουκλεοσίδια πυριμιδινών την κατάληξη -ιδίνη. Τα νουκλεοσίδια/νουκλεοζίτες 9

10 10

11 Τα άτομα άνθρακα στο σάκχαρο διαχωρίζονται από αυτά της βάσης με (‘) Το σάκχαρο είναι ριβόζη, εκτός κι αν δηλώνεται κάτι άλλο Η δεοξυριβόζη δείχνεται με ένα d- πριν το όνομα. Αδενίνη  αδενοσίνη Γουανίνη  γουανοσίνη Υποξανθίνη  ινοσίνη Ουρακίλη  ουριδίνη Θυμίνη  θυμιδίνη Κυτοσίνη  κυτιδίνη Τα νουκλεοσίδια/νουκλεοζίτες 11

12 Τα νουκλεοσίδια Αζωτούχος βάση Άζωτο 1 πυριμιδίνης Άνθρακας 1 του σακχάρου – 1’ Σάκχαρο - ριβόζη 12

13 Προσθήκη ενός ή περισσοτέρων φωσφορικών ομάδων στο σάκχαρο των νουκλεοζιτών δίνει τα νουκλεοτίδια. Εστερικός δεσμός με τον άνθρακα 5’ (του σακχάρου) Περισσότερα φωσφορικά ενώνονται με φωσφοανυδριδικό δεσμό μεταξύ τους ή και σε άλλες θέσεις 3'-5' cAMP: ένα φωσφορικό είναι ενωμένο με την 3’ και 5’ υδροξυλιομάδα της ριβόζης μιας αδενοσίνης και σχηματίζει κυκλική δομή AMP = μονοφωσφορική αδενοσίνη (αδενυλικό) CDP = διφωσφορική κυτιδίνη dGTP = τριφωσφορική δεοξυγουανοσίνη dTTP = τριφωσφορική δεοξυθυμιδίνη cAMP = 3'-5' κυκλική μονοφωσφορική αδενοσίνη Τα νουκλεοτίδια 13

14 Μονοφωσφορική αδενοσίνη – κυκλικό ΑΜΡ 14

15 Φωσφοδιεστερικός δεσμός Το φωσφορικό που βρίσκεται σε ένα νουκλεοτίδιο (άνθρακας 5’) σχηματίζει δεσμό με το υδροξύλιο του άνθρακα 3’ του προηγούμενου νουκλεοτιδίου Τριφωσφορικά νουκλεοτίδια Απομάκρυνση πυροφωσφορικού Ενσωμάτωση μονοφωσφορικού νουκλεοτιδίου στο ολιγονουκλεοτίδιο 15

16 Φωσφοδιεστερικός δεσμός 16

17 Οι απαιτήσεις ενός οργανισμού σε νουκλεοτίδια μπορούν να καλυφθούν χωρίς αυτά να είναι απαραίτητα στη διατροφή Διαφορά με τα αμινοξέα 2 μηχανισμοί – σύνθεση εκ νέου (de novo) και πορεία περίσωσης Εκ νέου – σύνθεση βάσεων από μικροτερες ενώσεις Περίσωση – ανάκτηση βάσεων από μεταβολισμό / επανασύνδεση με ριβόζη Σύνθεση νουκλεοτιδίων 17

18 Υδρόλυση προσλαμβανόμενων νουκλεϊκών οξέων από Ενδονουκλεάσες  ολιγονουκλεοτίδια Φωσφοδιεστεράσες  νουκλεοτίδια Φωσφορυλάσες  βάσεις και 1-φωσφοριβόζη Πορεία περίσωσης ή περαιτέρω μεταβολισμός σε ουρικό οξύ (για τις πουρίνες) και β-αμινο-ισο- βουτυρικό, NH3 και CO2. Μεταβολισμός νουκλεοτιδίων 18

19 Και οι δύο αυτές πορείες (περίσωσης και de novo) καταλήγουν στο σχηματισμό 5-φωσφο-νουκλεοσιδίων μέσω ενός ενεργοποιημένου ενδιαμέσου σακχάρου (activated sugar intermediate) και των ενζύμων φωσφοριβοσυλομεταφοράσες (phosphoribosyltransferases) Σύνθεση νουκλεοτιδίων 19

20 Το ενεργοποιημένο ενδιάμεσο είναι το 5-φωσφοριβοζυλο-1-πυροφωσφορικό (PRPP) Το PRPP συντίθεται από 5-φωσφοριβόζη και ΑΤΡ ribose-5-phosphate + ATP  PRPP + AMP Το υπεύθυνο ένζυμο είναι η συνθετάση του PRPP Σύνθεση νουκλεοτιδίων 20

21 Σύνθεση νουκλεοτιδίων 21

22 Η de novo σύνθεση των πουρινονουκλεοτιδίων γίνεται στο κυτταρόπλασμα των ηπατικών κυττάρων Όλα τα ένζυμα που χρειάζονται βρίσκονται σε ένα μακρομοριακό σύμπλοκο. Το πρώτο βήμα μετά τη σύνθεση του PRPP είναι η αντικατάσταση της πυροφωσφορικής ομάδας του PRPP από την αμιδομάδα της γλουταμίνης προς 5-φωσφοριβοσυλαμίνη Η νεα αμινομάδα που προστέθηκε στον άνθρακα 1 του σακχάρου γίνεται το άζωτο 9 του δακτυλίου της πουρίνης Πουρίνες: Σύνθεση De Novo 22

23 Πουρίνες: Σύνθεση De Novo 23

24 Από την 5-φωσφοριβοσυλαμίνη, το υπόλοιπο μόριο συντίθεται με προσθήκες για να σχηματιστεί πρώτα ο πενταμελής κι έπειτα ο εξαμελής δακτύλιος Το άζωτο του 5-μελούς δακτυλίου προέρχεται από την αμινομάδα της φωσφοριβοσυλαμίνης Ολόκληρο το μόριο της γλυκίνης συνεισφέρει τα άτομα 4, 5 στον εξαμελή και 7 στον πενταμελή δακτύλιο με ενεργειακή απαίτηση ενός ΑΤΡ Ο πενταμελής δακτύλιος συμπληρώνεται με την προσθήκη ενός ατόμου άνθρακα που μεταφέρεται από το 5,10- μεθένυλο-τετραϋδροφυλλικό. Σχηματισμός ΙΜΡ 24

25 Πριν κλείσει ο 5-μελής δακτύλιος, η γλουταμίνη συνεισφέρει το αμίδιο στον άνθρακα 4, ξεκινώντας το σχηματισμό του 6-μελούς δακτυλίου (άζωτο 3) σε μια αντίδραση που απαιτεί ένα μοριο ΑΤΡ. Άλλο ένα μόριο ΑΤΡ χρειάζεται για να κλείσει ο πενταμελής δακτύλιος στον άνθρακα 8 και άζωτο 9 Προσθήκη CO2 σχηματίζει τον άνθρακα 6 ο οποίος ενώνεται με την αμινομάδα του ασπαρτικού, η οποία γίνεται το άζωτο 1 του τελικού μορίου (+ ΑΤΡ) Τέλος, το 10-φορμυλο-ΤΗF παρέχει τον άνθρακα 2 του 6-μελούς δακτυλίου, ο οποίος κλείνει παράγοντας IMP Σχηματισμός ΙΜΡ 25

26 Πουρίνες: Σύνθεση De Novo 26

27 Διακλάδωση Το ΙΜΡ μετατρέπεται σε AMP ή GMP 2 διαφορετικές μεταβολικες πορείες Τρόπος ρύθμισης της πορείας ενεργειακά Πουρίνες: Σύνθεση De Novo 27

28 4 ΑΤΡ χρειάζονται για τη σύνθεση ΙΜΡ Δεν καταλήγει σε ελεύθερη βάση Δεν καταλήγει σε νουκλεοτίδιο για ενσωμάτωση σε νουκλεϊκό οξύ Σχηματισμός ΙΜΡ 28

29 de novo σύνθεση πουρινών 29

30 Για τη σύνθεση των πουρινών χρησιμοποιείται: Ολόκληρο το μόριο της γλυκίνης (άτομα 4, 5,7), Η αμινομάδα του ασπαρτικού (άτομο 1), Τα αμιδικά άζωτα 2 γλουταμίνων (άτομα 3, 9), 2 μόρια φορμικού μέσω τετραϋδροφυλλικού (άτομα 2, 8) Διοξείδιο του άνθρακα 5-φωσφο-ριβόζη (από γλυκόζη) Και πολλή ενέργεια με τη μορφή 5 μορίων ΑΤΡ Αμιδομεταφοράσες και τρανσφορμυλάσες Το πρώτο νουκλεοτίδιο είναι το ΙΜΡ (μονοφωσφορικη ινοσίνη) (βάση: υποξανθίνη) Πουρίνες: Σύνθεση De Novo 30

31 Το IMP μπορει μετέπειτα να μετατραπεί σε AMP ή GMP. Η σύνθεση του GMP ξεκινά με οξείδωση του ΙΜΡ σε ΧΜΡ από το NAD και μετά σε GMP αντικαθιστώντας το οξυγόνο στη θέση 2 με το άζωτο από την αμιδομάδα της γλουταμίνης (+ΑΤΡ) Με τον ίδιο τρόπο η GTP παρέχει την ενέργεια που χρειάζεται για τη μετατροπή του ΙΜΡ σε αδενυλοηλεκτρικό και μετά σε AMP. Εδώ η αμιδομάδα προέρχεται από το ασπαρτικό. Η ανθρακική αλυσίδα του ασπαρτικού αποσπάται ως φουμαρικό και δημιουργείται η ΑΜΡ Τα μονοφωσφορικά μετατρέπονται μετά σε διφωσφορικά και τριφωσφορικά Σχηματισμός AMP και GMP 31

32 Σχηματισμός AMP και GMP 32

33 Η πορεία προς ΑΜΡ απαιτεί ενέργεια με τη μορφή GTP ενώ η πορεία προς GMP απαιτεί ενέργεια με τη μορφή ΑΤΡ Αυτό επιτρέπει στο κύτταρο να παράγει περίπου ίσες ποσότητες των AMP και GMP Περίσσεια GTP οδηγεί σε σύνθεση AMP από ΙΜΡ εις βάρος της σύνθεσης του GMP Περίσσεια ATP έχει ώς αποτέλεσμα τη σύνθεση περισσότερου GMP από ότι ΑΜΡ Πουρίνες: Σύνθεση De Novo 33

34 Ένα πρώτο σημείο ρύθμισης κι ελέγχου είναι στο ένζυμο συνθετάση του PRPP Η σύνθεση του ενζύμου αναστέλλεται από τα τελικά προϊόντα και κυρίως από το AMP και το GMP Η αναστολή είναι μέγιστη όταν υπάρχει η κατάλληλη συγκέντρωση και από τα δύο αυτά νουκλεοτίδια. Πρώτο σημείο ρύθμισης 34

35 Πρώτο σημείο ρύθμισης 35

36 Αυτό το βήμα καθορίζει την ταχύτητα της όλης πορείας (commitment & rate-limiting step) Δεύτερο σημείο ρύθμισης 36

37 Η αντίδραση καταλύεται από το ένζυμο γλουταμινο-PRPP αμιδοτρανσφεράση Το ένζυμο ελέγχεται αλλοστερικά από επανατροφοδοτική αναστολή Το AMP/ADP/ATP, το GMP/GDP/GTP ή το IMP αναστέλλουν τη δράση του ενζύμου Διαφορετικά σημεία πρόσδεσης Το AMP + GMP ή AMP + IMP μαζί δρουν συνεργιστικά Πολύ λεπτός έλεγχος – τα νουκλεοτίδια αναστέλλουν το ένζυμο προκαλώντας τα δραστικά μονομερή να συσσωματωνονται σε αδρανή συμπλέγματα Δεύτερο σημείο ρύθμισης 37

38 Η συγκέντρωση PRPP ρυθμίζει την ταχύτητα της αντίδρασης Οι ενδοκυτταρικές συγκεντρώσεις του PRPP είναι μικρότερες από την Km του ενζύμου  Αύξηση της συγκέντρωσης συνεπάγεται και αύξηση της ταχύτητας της αντίδρασης Πολύ υψηλές συγκεντρώσεις PRPP υπερνικούν την επανατροφοδοτική αναστολή από τα τελικά προϊόντα προκαλώντας τα αδρανή συμπλέγματα να διαχωριστούν σε ενεργά ενζυμικά μόρια Δεύτερο σημείο ρύθμισης 38

39 Τρίτο σημείο ρύθμισης Ενα τρίτο σημείο ελέγχου και ρύθμισης είναι στη διακλάδωση από ΙΜΡ προς ΑΜΡ και GMP Παροχή ενέργειας από ΑΜΡ για τη σύνθεση του GMP Παροχή ενέργειας από GMP για τη σύνθεση του ΑΜΡ 39

40 Τέταρτο σημείο ρύθμισης Τροφοδοτική αναστολή από τα προϊόντα μετά τη διακλάδωση (ΑΜΡ, GMP, ΧΜΡ αδενυλοηλεκτρικό) Στα ένζυμα που είναι υπεύθυνα για την παραγωγή τους 40

41 Σύνθεση PRPP από τη συνθετάση Αμιδοτρανσφεράση επανατροφοδοτική αναστολή από νουκλεοτίδια και/ή PRPP (έλεγχος ολικής πορείας) Ρύθμιση από ATP και GTP όπου το ένα παρέχει την ενέργεια για τη σύνθεση του άλλου (έλεγχος αναλογίας μεταξύ των δύο αυτών νουκλεοτιδίων) Το πρώτο προϊόν μετά τη διακλάδωση αναστέλλει το ανάλογο ένζυμο Το GMP αναστέλλει τη μετατροπή του IMP σε XMP Το AMP αναστέλλει τη μετατροπή του IMP σε αδενυλοηλεκτρικό. 4 σημεία ρύθμισης de novo σύνθεσης 41

42 Ρύθμιση de novo σύνθεσης 42

43 Πιθανό σενάριο Εαν υπάρχει έλλειψη σε ένα από τα νουκλεοτίδια Μερική αναστολή της de novo σύνθεσης από το νουκλεοτίδιο που βρίσκεται σε περίσσεια Το ΙΜΡ που θα συντεθεί θα κατευθυνθεί προς τη σύνθεση του νουκλεοτιδίου που λείπει Ύπαρξη και των δύο νουκλεοτιδίων σε υψηλές ποσότητες Συνεργειακότητα (synergistic effect) στην αμιδοτρανφεράση Σχεδόν 100% αναστολή της de novo σύνθεσης Ρύθμιση de novo σύνθεσης 43

44 Η αποσύνθεση των πουρινονουκλεοτιδίων έχει ως τελικό προϊόν ουρικό οξύ το οποίο είναι αδιάλυτο κι εκκρίνεται με τα ούρα με τη μορφή κρυστάλλων ουρικού νατρίου Κατα τον καταβολισμό, τα πουρινονουκλεοτίδια διασπώνται σε πουρίνες, σε νουκλεοζίτες κτλ Η σύνθεση πουρινονουκλεοτιδίων από τις ελεύθερες βάσεις και νουκλεοζίτες πουρινών συμβαίνει σε μια σειρά αντιδράσεων γνωστων και ως «πορείες περίσωσης» (salvage pathways). Οι ελεύθερες βάσεις πουρινών (αδενίνη, γουανίνη, & υποξανθίνη) μπορούν να μετατραπούν σε νουκλεοτίδια με φωσφο-ριβοζυλίωση Πορεία περίσωσης πουρινών 44

45 2 ένζυμα - μεταφοράσες Φωσφοριβοζυλο-τρανσφεράση της αδενίνης adenine phosphoribosyltransferase (APRT) Που καταλύει την αντίδραση αδενίνη + PRPP  AMP + PPi και Φωσφοριβοζυλο-τρανσφεράση της υποξανθίνης-γουανίνης hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase (HGPRT) Που καταλύει τις αντιδράσεις hypoxanthine + PRPP  IMP + PPi guannine + PRPP  GMP + PPi Πορεία περίσωσης πουρινών 45

46 Οι φωσφορυλάσες των πουρινονουκλεοτιδίων συνεισφέρουν στην πορεία περίσωσης πουρινών με μια σχεδόν αντίστροφη διαδικασία από αυτήν του καταβολισμού τους Λιγότερο σημαντική πορεία από την πορεία των φωσφοριβοζυλοτρανφερασών Η σύνθεση του AMP από IMP και η περίσωση του IMP από τον καταβολισμό του AMP αποαμιδιώνουν το ασπαρτικό σε φουμαρικό Κύκλος πουρινονουκλεοτιδίων Υψίστης σημασίας στα μυοκύτταρα Αυξημένη δράση στους μύες συνεπάγεται αυξημένες ενεργειακές ανάγκες κι επομένως αυξημένη δράση του κύκλου του Κrebs Αναπληρώνονται τα ενδιάμεσα του κύκλου του Κrebs με το να παρέχεται φουμαρικό Καταβολισμός και πορεία περίσωσης πουρινών 46

47 Κύκλος πουρινονουκλεοτιδίων 47

48 Kλινικά προβλήματα προκύπτουν κυρίως από τα προϊόντα του καταβολισμού των πουρινών Ποικίλουν από ελαφρές έως σοβαρές ή ακόμα & θανατηφόρες καταστάσεις Η αιτία είναι το αδιάλυτο προϊόν του καταβολισμού – το ουρικό οξύ Ουρική αρθρίτιδα (Gout - ποδάγρα): συσσώρευση ουρικού με τη μορφή κρυστάλλων ουρικού μονονατρίου (MSU) ή διένυδρου πυροφωσφορικού ασβεστίου (CPPD) στις αρθρώσεις Υπερβολική παραγωγή πουρινών με αποτέλερμα υπερβολική ποσότητα μεταβολικών προϊόντων είναι η κυριότερη αιτία ουρικής αρθρίτιδας ή λόγω μερικής απουσίας του ενζύμου HGPRT. Ο αντιμεταβολίτης αλλοπουρινόλη είναι δομικό ανάλογο της υποξανθίνης και αναστέλλει την οξειδάση της ξανθίνης Κλινική σημασία μεταβολισμού πουρινών 48

49 Κλινική σημασία μεταβολισμού πουρινών Ουρικό οξύ υποξανθίνη + O2 + H2O ↔ ξανθίνη + H2O2 xanthine + O2 + H2O ↔ uric acid + H2O2 49

50 2 σοβαρές ανωμαλίες Σύνδρομο Lesch-Nyhan & severe combined immunodeficiency disease (SCID) Κλινική σημασία μεταβολισμού πουρινών 50

51 Το σύνδρομο Lesch-Nyhan είναι αποτέλεσμα απουσίας του γονιδίου που κωδικοποιεί το ένζυμο HGPRT. Η ανωμαλία κληρονομείται ως φυλοσύνδετο χαρακτηριστικό λόγω του ότι το γονίδιο βρίσκεται στο Χ χρωμόσωμα (Xq26-q27.2). Σοβαρή περίπτωση ουρικής αρθρίτιδας και δυσλειτουργία νευρικού συστήματος – τάσεις αυτοτραυματισμού Κατάληξη του ατόμου πριν το 20 ο έτος της ηλικίας Σύνδρομο Lesch-Nyhan 51

52 Ανεπάρκεια απαμινάσης της αδενοσίνης [adenosine deaminase (ADA)] Αδενοσίνη  ινοσίνη στον καταβολισμό Υψηλά επίπεδα dATP λόγω υπερφωσφορυλίωσης της δεοξυ- αδενίνης (50πλάσιες ποσότητες) Αναστολή αναγωγάσης των ριβονουκλεοτιδίων και παραγωγής άλλων δεοξυ-νουκλεοτιδίων Καταστροφή Β και Τ λεμφοκυττάρων Αναστολή σύνθεσης DNA Ανικανότητα πολλαπλασιασμού λεμφοκυττάρων "bubble boy disease" SCID 52

53 Ο πυριμιδινικός δακτύλιος είναι πολυ απλούστερος από τον πουρινικό Η σύνθεση των πυριμιδινών είναι πολυ απλούστερη από εκείνη των πουρινών Το αμιδικό άζωτο της γλουταμίνης και το διοξείδιο του άνθρακα σχηματίζουν τα άτομα 2 και 3 του δακτυλίου αφού πρώτα μετατραπούν σε φωσφορικό καρβαμοΰλιο Τα υπόλοιπα 4 άτομα του δακτυλίου προέρχονται από το ασπαρτικό Κι εδώ, η ομάδα σακχάρου-φωσφορικού παρέχεται από το PRPP. Πυριμιδίνες – σύνθεση de novo 53

54 Πυριμιδίνες – σύνθεση de novo 54

55 Η σύνθεση των πυριμιδινών ξεκινά με τη σύνθεση του φωσφορικού καρβαμοϋλίου στο κυτταρόπλασμα Σπλήνας, θύμος αδένας, γαστρεντερικός σωλήνας, όρχεις Συνθετάση του φωσφορικού καρβαμοϋλίου II (CPS II) Φωσφορικό καρβαμοΰλιο 55

56 Φωσφορικό καρβαμοΰλιο Το φωσφορικό καρβαμοΰλιο που χρησιμοποιείται στη σύνθεση των πυριμιδινών προέρχεται από γλουταμίνη και όξινο ανθρακικό Συντίθεται στο κυτταρόπλασμα Σε αντίθεση με το φωσφορικό καρβαμοΰλιο που παράγεται κατά τον κύκλο της ουρίας Το οποίο προέρχεται από αμμωνία και διττανθρακικό Και συντίθεται στο μιτοχόνδριο Η αντίδραση στον κύκλο της ουρίας καταλύεται από τη συνθεταση Ι του φωσφορικού καρβαμοϋλίου (CPS-I) Η αντίδραση στη σύνθεση των πυριμιδινών καταλύεται από την συνθεταση ΙΙ (CPS-II) 56

57 Το φωσφορικό καρβαμοΰλιο ενώνεται με το ασπαρτικό προς Ν- καρβαμοϋλοασπαρτικό κι έπειτα προς διυδρο-οροτικό και οροτικό με αφυδρογόνωση Ασπαρτική τρανσκαρβαμοϋλάση (aspartate transcarbamοylase) Διυδρο-οροτάση Σχηματισμός Οροτικού 57

58 Η πυριμιδίνη οροτικό παράγεται με αφυδρογόνωση του δακτυλίου Το ένζυμο που είναι υπεύθυνο δεν έχει μελετηθεί πλήρως Εντοπίζεται στην εξωτερική επιφάνεια της εσωτερικής μιτοχονδριακής μεμβράνης, σε αντίθεση με τα άλλα κυτταροπλασματικά ένζυμα Διαφορά με πουρίνες όπου πουθενά δεν έχουμε ελεύθερη βάση κατά τη σύνθεση Οι πυριμιδίνες συντίθενται ως ελεύθερες βάσεις Σχηματισμός Οροτικού 58

59 Το οροτικό μετατρέπεται σε νουκλεοτίδιο (οροτιδυλικό - ΟΜΡ) με προσθήκη PRPP (ένζυμο: οροτιδο-φωσφοριβοσυλοτρανσφεράση - O-PRT ). Το OMP μετατρέπεται σε UMP με αποκαρβοξυλίωση Τα ένζυμα O-PRT και αποκαρβοξυλάση του OMP είναι επίσης τμήματα ενός μεγαλύτερου πολυλειτουργικού συμπλόκου Μετά τη μετατροπή του UMP σε UΤP (κινάση του ουρυδιλικού + κινάση διφωσφονουκλεοτιδίων) προστίθεται το αμίδιο της γλουταμίνης προς παραγωγή CTP (+ATP) Tα νουκλεοτίδια της ουριδίνης είναι επίσης πρόδρομα μόρια για τη de novo σύνθεση ΤΜΡ Σχηματισμός UMP, UTP και CTP 59

60 Σχηματισμός UMP, UTP και CTP 60

61 Σύνθεση UMP 61

62 Πορεία περίσωσης πυριμιδινών Η πορεία περίσωσης των πυριμιδινών είναι μικρότερης κλινικής σημασίας από αυτήν των πουρινών Όλα τα προϊόντα του καταβολισμού τους είναι διαλυτά Η πορεία περίσωσης προς θυμίνη που θα δουμε παρακάτω είναι ιδιαίτερα σημαντική για την κυτταρική διαίρεση Η ουρακίλη μπορεί να περισωθεί προς σχηματισμό UMP μέσω της δράσης των ενζύμων φωσφορυλάση και κινάση της ουριδίνης: ουρακίλη + 1-φωσφοριβόζη  ουριδίνη + Pi ουριδίνη + ATP  UMP + ADP Η δεοξυουριδίνη είναι επίσης υπόστρωμα για την φωσφορυλάση της ουριδίνης 62

63 Ο σχηματισμός του dTMP με περίσωση απαιτεί τη φωσφορυλάση και την κινάση της θυμίνης θυμίνη + 1-φωσφο-δεοξυριβόζη  θυμιδίνη + Pi θυμιδίνη + ATP  dTMP + ADP Η περίσωση της κυτιδίνης καταλύεται από την κινάση της κυτιδίνης: κυτιδίνη + ATP  CMP + ADP Η αδενοσίνη και η γουανοσίνη είναι επίσης υποστρώματα για την κινάση της κυτιδίνης, με μεγαλύτερο Km από αυτό για την κυτιδίνη Πορεία περίσωσης πυριμιδινών 63

64 H δεοξυ- TMP (dTΜP) είναι απαράιτητη κατα τη σύνθεση του DNA Δε συντίθεται απευθείας κατά τη de novo πορεία Η πορεία περίσωσης δε συνθέτει επαρκείς ποσότητες Η θυμινη είναι 5-μεθυλο-ουρακίλη Η dTMP παράγεται από τη dUMP με τη χρήση φυλλικού Σύνθεση dTMP 64

65 Η αναγωγάση (nucleoside diphosphate reductase) έχει μικρή δραστικότητα για το UDP Μετατροπή του UDP σε CDP Το CDP ανάγεται σε dCDP το οποίο μετατρέπεται σε dCMP. Αυτό υφίσταται απαμίνωση προς dUMP Παρουσία του 5,10-Mεθυλενο-τετραϋδροφυλλικού και του ενζύμου συνθετάση του θυμιδυλικού, η μεθυλενομάδα μεταφέρεται στο δακτύλιο της πυριμιδίνης και ανάγεται σε μεθυλομάδα Παράγεται επίσης διυδροφυλλικό το οποίο ανάγεται σε τετραϋδροφυλλικό απο το ένζυμο dihydrofolate reductase. Σύνθεση dTMP 65

66 Σύνθεση dTMP UMP  UDP  CDP 66

67 Σύνθεση θυμίδυλονουκλεοτιδίων Η πορεία περίσωσης προς dTTP περιλαμβάνει το ένζυμο κινάση της θυμιδίνης το οποίο μπορεί να χρησιμοποιήσει είτε θυμιδίνη είτε δεοξυ-ουριδίνη ως υπόστρωμα thymidine + ATP  TMP + ADP deoxyuridine + ATP  dUMP + ADP Η κινάση της θυμιδίνης βρίσκεται στην μέγιστη δραστικότητά της κατα την S φάση του κυτταρικού κύκλου όπου γίνεται η σύνθεση του DNA Αναστέλλεται από το dTTP. 67

68 Στον άνθρωπο η συνθετάση του φωσφορικού καρβαμοϋλίου (CPSII) η ασπαρτική τρανσκαρβαμοϋλάση και η διυδρο-οροτάση είναι τμήματα μιας μεγαλύτερης πολυλειτουργικής πρωτεΐνης Ρύθμιση σύνθεσης πυριμιδινών 68

69 Η σύνθεση των πυριμιδινών ρυθμίζεται κατά κύριο λόγο στο βήμα που καταλύεται από την ασπαρτική τρανσκαρβαμοϋλάση (ATCase). Το ένζυμο αναστέλλεται από CTP και ενεργοποιείται από ATP Η ATCase είναι δραστικότητα μιας πολυλειτουργικής πρωτεΐνης στα κύτταρα των θηλαστικών Καταλύει τη σύνθεση του φωσφορικού καρβαμοϋλίου, του ασπαρτικού καρβαμοϋλίου και του διυδρο-οροτικού Η γλυκίνη παίζει επίσης κάποιο ρυθμιστικό ρόλο ως ανταγωνιστικός αναστολέας που προσδένεται στη θέση πρόσδεσης της γλουταμίνης Ρύθμιση σύνθεσης πυριμιδινών 69

70 Η ρύθμιση της σύνθεσης των πυριμιδινών εξαρτάται και από τα κυτταροπλασματικά επίπεδα της συνθάσης του φωσφορικού καρβαμοϋλίου (CPS II) Το ένζυμο αναστέλλεται από το UTP, UDP, dUTP και CTP και ενεργοποιείται από το PRPP και ΑΤΡ (επανατροφοδοτική αναστολή) Ρύθμιση σύνθεσης πυριμιδινών 70

71 Δευτερεύοντα σημεία ρύθμισης είναι στο ένζυμο αποκαρβοξυλάση του OMP Το ένζυμο αναστέλλεται από το UMP και το CMP Επίσης, η συνθάση του CTP αναστέλλεται ανατροφοδοτικά από το CTP και ενεργοποιείται από το GTP. Ρύθμιση σύνθεσης πυριμιδινών 71

72 Στα βακτήρια το κύριο σημείο ρύθμισης είναι στο ένζυμο ασπαρτική τρανσκαρβαμοϋλάση Τα βακτήρια επίσης έχουν μόνο μια συνθετάση του carbamoyl phosphate Αυτό το ένζυμο συμμετέχει σε μια διακλαδιζόμενη πορεία η οποία οδηγεί στη σύνθεση είτε πυριμιδινων είτε αργινίνης Ρύθμιση σύνθεσης πυριμιδινών 72

73 Η ασπαρτική τρανσκαρβαμοϋλάση είναι το ένζυμο που καταλύει τη σύνδεση του φωσφορικού καρβαμοϋλίου με το ασπαρτικό Αυτή η αντίδραση καθορίζει την ταχύτητα της σύνθεσης των πυριμιδινών Η σύνθεση των πυριμιδινών διαφέρει από τη σύνθεση των πουρινών σε δύο σημεία Σύνθεση πυριμιδινών 73

74 1. Στις πουρίνες ο δακτύλιος συναρμολογείται πάνω στο PRPP και δεν υπάρχει σύνθεση ελεύθερης βάσης Στις πυριμιδίνες έχουμε σχηματισμό του δακτυλίου κι έπειτα προσθήκη του PRPP πάνω στο δακτύλιο Έχουμε δηλαδή το σχηματισμό μιας αζωτούχας βάσης (οροτικό) η οποία ενώνεται με το PRPP 74

75 2. Στις πουρίνες η πορεία διακλαδίζεται στο ΙΜΡ για να παράγει ΑΜΡ ή GΜΡ. Στις πυριμιδίνες έχουμε πρώτα την παραγωγή UMP το οποίο μετατρέπεται σε τριφωσφορικό UTP (+ΑΤΡ) Σε μια διαδοχική αντίδραση αμίνωσης, το UTP μετατρέπεται σε CTP από τη συνθάση CTP Τα θυμιδυλο-νουκλεοτίδια σχηματίζονται με de novo σύνθεση από το dUMP ή με πορείες περίσωσης από δεοξυ-ουριδίνη ή δεόξυ-θυμιδίνη 75

76 Η de novo σύνθεση και οι πορείες περίσωσης αφορούν τα ριβονουκλεοτίδια Εξαίρεση αποτελεί η θυμίνη της οποίας τη σύνθεση περιγράψαμε Τα δεοξυριβονουκλεοτίδια που είναι απαραίτητα για τη σύνθεση του DNA σχηματίζονται από τα αντίστοιχα διφωσφο-νουκλεοτίδια (BDP - base diphosphate) Ένα BDP ανάγεται στη θέση 2’ της ριβόζης με τη βοήθεια της πρωτεΐνης θειορεδοξίνης (thioredoxin) και του ενζύμου αναγωγάση διφωσφο-νουκλεοτιδίων Σχηματισμός δεοξυριβονουκλεοτιδίων 76

77 Η θειορεδοξίνη έχει δύο σουλφυδρυλομάδες (-SH) οι οποίες οξειδώνονται προς σχηματισμό δισουλφιδικού δεσμού κατά τη διάρκεια της αντίδρασης Η επαναφορά της θειορεδοξίνης στην αρχική ανηγμένη της μορφή γίνεται από το ένζυμο αναγωγάση της θειορεδοξίνης με τη βοήθεια NADPH Το όλο σύστημα βρίσκεται υπό στενό αλλοστερικό έλεγχο Το dATP είναι γενικός αναστολέας ενώ το ATP ενεργοποιητής Το κάθε υπόστρωμα έχει έναν ειδικό ενεργοποιητή (BTP ή dBTP) Το αποτέλεσμα είναι η διατήρηση της ισορροπίας στα δεοξυριβονουκλεοτίδια για τη σύνθεση του DNA Σχηματισμός δεοξυριβονουκλεοτιδίων 77

78 Σχηματισμός δεοξυριβονουκλεοτιδίων 78

79 Η de novo σύνθεση παράγει τα μονοφωσφορικά νουκλεοτίδια Οι πιο χρήσιμες μορφές είναι τα τριφωσφορικά ΟΙ τρεις μορφές (μονο- δι- και τρι-φωσφορικά) βρίσκονται σε ισορροπία Τα ένζυμα κινάσες των μονοφωσφο-νουκλεοσιδίων (ΝΜΡ kinase) καταλύουν τη γενική αντίδραση Μονοφωσφορικό νουκλεοσίδιο + ATP   Διφωσφορικό νουκλεοσίδιο + ADP Υπάρχει διαφορετικό ένζυμο για το GMP Διαφορετικό για τις πυριμιδίνες Και διαφορετικό για τα δεοξυ-νουκλεοτίδια Αλληλομετατροπές μεταξύ νουκλεοτιδίων 79

80 Υπάρχουν 4 κατηγορίες ΝΜΡ κινασών που καταλύουν τη φωσφορυλίωση των: 1. AMP και dAMP, Κινάση του αδενυλικου 2. GMP και dGMP 3. CMP, UMP και dCMP. 4. dTMP Η κινάση του αδενυλικού είναι σημαντική μια και παρέχει στο κύτταρο επαρκεις ποσότητες ενέργειας 2ADP  AMP + ATP Αλληλομετατροπές μεταξύ νουκλεοτιδίων 80

81 Με παρόμοιο τρόπο, τα διφωσφορικά μετατρέπονται σε τριφωσφορικά από το ένζυμο κινάση των διφωσφονουκλεοτιδίων (ΝDP kinase) nucleoside diphosphate kinase BDP + ATP  BTP + ADP φορές πιο δραστικά ένζυμα από τις ΝΜP κινάσες Αντίθετα με την εξειδίκευση των ΝΜΡ κινασών, οι ΝDΡ κινάσες αναγνωρίζουν ένα ευρύ φάσμα (d)NDPs και (d)NTPs «a pool of nucleotides in equilibrium with each other» Αλληλομετατροπές μεταξύ νουκλεοτιδίων 81

82 Τα καρκινικά κύτταρα είναι κύτταρα που διαιρουνται απεριόριστα και ταχύτατα Υψηλές ανάγκες σε ΤΜΡ ή θυμιδυλικο για τη σύνθεση του DNA Πολλά αντικαρκινικά χημειοθεραπευτικά φάρμακα σταματούν αυτήν τη διαδικασία επεμβαίνοντας είτε στη συνθάση του θυμιδυλικού είτε στην αναγωγάση του διυδροφυλλικού 5-Φθορο-ουρακίλη Μεθοτρεξάτη (4-amino, 10-methyl folic acid) Αμινοπτερίνη (4-amino, folic acid) Χημειοθεραπευτικοί παράγοντες 82

83 Φθορο-ουρακίλη Η φθορο-ουρακίλη λειτουργεί σαν ανάλογο της ουρακίλης Μετατρέπεται σε φθορο-δεοξυ-ουριδυλικό Αλλα λόγω του φθορίου στο C5 δεν μπορεί να μετατραπεί σε θυμιδυλικό 83

84 Μεθοτρεξάτη και Αμινοπτερίνη Δομικά ανάλογα του φυλλικού Αναστέλλουν τη δράση της dihydrofolate reductase που είναι υπεύθυνη για την αναγέννηση του τετραϋδροφυλλικού Πάυση της de novo σύνθεσης των πουρινών και του dTMP. Εξαιρετικά τοξικοί παράγοντες 84


Κατέβασμα ppt "Σύνθεση νουκλεοτιδίων 1. Τα νουκλεοτίδια Μονομερή νουκλεϊκών οξέων Ενεργειακό νόμισμα – ΑΤΡ και GΤΡ Παράγωγα νουκλεοτιδίων στο μεταβολισμό – UDP-γλυκόζη."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google