Nukleotidok szerkezete, funkciója NH2 N „Syn” N 1 6 7 5 2 4 8 3 N 9 N O- 180° ‘Anti” 5 O- – P – O – CH2 O 1 4 O 3 2 N-glikozid kötés OH OH Észter kötés Nukleotid: Adenozin –5'-monofoszfát (AMP, adenilát, adenilsav) Nukleozid: B Adenozin DNS RNS ATP cAMP NAD UDP-galaktóz R B Adenin Bázis: (purin-pirimidin)

Bioszintézis/lebontás Táplálék Nukleotidok Reszintézis Bioszintetikus Intermedierek UDP-glukóz CDP-diacilglicerol Információ tárolás/átadás (prekurzorok/szubsztrátok) RNS DNS Regulációk Adenozin ADP cAMP cGMP Koffein Teofillin Energetika ATP Redox rendszerek Koenzimek CoA, NAD, FAD

Táplálék: DNS, RNS Ribo – Dezoxiribo-nukleázok Mono-(oligo-)nukleotidok Foszfatázok Nukleozidok* Pi Nukleozidázok Újrafelhasználódnak R dR Purin- Pirimidin- bázisok B (d)R *Parenterális: Timidin C14 Uridin H3 poolok DNS, RNS szintézis Különböző sejtféleségek

Szövetek (máj, lép, vese): Nukleozidok Nukleozidázok H2O Pi R - P dR Pirimidin Purin Degradáció (Urát, NH+4 , -Ala, -aminoizobutirát) Újra felhasználódnak

A purinváz szintézise C N N C C C C N N Különböző sejtféleségek CO2 Gly 5 2 Asp C 6 6 N 7 N C C C 5 1 C N10 – Formil-THF 8 7 4 3 N10 – Formil- THF 2 9 3 N N 4 1 Gln

A puringyűrű ribóz foszfáton szintetizálódik ATP AMP O 5 H OH O- – P – O – CH2 O Hα O – P – O – P – O¯ O- – P – O – CH2 H H 1 O 4 O O O¯ H H H 2 PRPP - szintetáz ═ ═ 3 O¯ H OH OH OH OH O¯ O¯ Ribóz 5 - foszfát 5 – Foszforibozil – 1 – pirofoszfát (PRPP) AMP GMP IMP Pentózfoszfát út Gln Amido – foszfo – ribozil – transzferáz Glu O PPi Azaszerin (tumor kemoterápia) NH2 OH O- – P – O – CH2 O β COOH C – NH2 CH2 O C CH2 N ═ N+ H H H O¯ H OH OH 5 – Foszforibozil – 1 – amin O ═ (Gln analóg)

P R P R PP  ATP AMP IMP AMP GMP PRPP-szintetáz Katalitikus alegység IMP AMP GMP Regulátor alegység  PRPP-szintetáz Regulator alegység defekt

Gly ATP ADP ADP ATP Pi NH2 CH2 O C NH Ribóz - P NH2 ═ Ribóz - P Foszforibozil – glicinamid szintetáz Glicinamid ribonukleotid N10 – Formil – THF Foszfo – ribozil – glicinamid transzferáz THF NH CH2 C ═ O H HN ═ C H – C ═ O NH2 CH2 O ═ C NH Ribóz - P ADP ATP H2O Glu Gln Ribóz – P F – r – formil – glicinamidin - szintetáz Formilglicin –amidin ribonucleotid Formilglicinamid ribonukleotid ATP

A purinváz szintézise C N N C C C C N N CO2 Gly Asp N10 – Formil-THF 5 2 Asp C 6 6 N 7 N C C C 5 1 C N10 – Formil-THF 8 7 4 3 N10 – Formil- THF 2 9 3 N N 4 1 Gln

= = = N HOOC C = CH N H2N N HC C = CH R ibóz- P H2N N R ibóz- P N C C Foszforibozil – amino Imidazol szintetáz N HOOC C = CO2 ADP = CH C N H2N N HC C = = F –r – amino –imidazol karboxiláz CH R ibóz- P 5 – Aminoimidazol – 4 – karbonsav ribonukleotid H2N N R ibóz- P Asp ATP F – r – a –i – Szukcinokarboxamid szintetáz 5 – aminoimidazol ribonukleotid ADP H O ═ N C C HOOC – C – N – HOOC – CH2 = 5 – Aminoimidazol – 4 – N – szukcinokarboxamid ribonukleotid H = CH C NH2 N R ibóz- P Adenilo – szukcinát liáz

A purinváz szintézise C N N C C C C N N Különböző sejtféleségek CO2 Gly 5 2 Asp C 6 6 N 7 N C C C 5 1 C N10 – Formil-THF 8 7 4 3 N10 – Formil- THF 2 9 3 N N 4 1 Gln

} = = = N N = CH = CH N N NH2 N H R ibóz- P R ibóz- P Adenilo –szukcinát liáz Fumarát N10 – Formil – THF THF O O ═ N ═ N C C = C C = = CH = NH2 CH C NH2 C Foszfo – ribozil – amino – imidazol – karboxamid formil transzferáz O ═ C H N N H NH2 N R ibóz- P R ibóz- P 5 – Formamidoimidazol – 4 – karboxamid – ribonukleotid 5 – Aminoimidazol – 4 – karboxamid – ribonukleotid H2O IMP – ciklohidroláz (IMP szintáz) PRPP – kináz O N } ═ C C = Purin gyűrű Hipoxantin = CH NH C HC N N ═ R ibóz- P Inozinsav (IMP) AMP GMP

AMP és GMP szintézise ═ = = = N = CH IMP N N R - P Asp N N = CH = CH O ═ C N C = = CH IMP NH C HC N N ═ R - P Adenilo szukcinát szintetát IMP dehidrogenáz H2O Asp GDP GTP Pi GMP AMP NAD NADH H HOOC – CH2 – C – COOH O NH ═ C N C N ═ C = C = = N CH = NH CH C C O ═ C N N ═ HC N N ═ H R - P R - P Adenilo szukcinát Xantilsav (Xantozin – 5’ – foszfát, xantilát)

═ = = N N = CH = CH N N N N R - P H R - P Adenilsav (adenilát) AMP GMP Gln Adenilo – szukcinát liáz H2O ATP Fumársav AMP PPi GMP szintetáz Glu NH2 ATP GTP O C N ═ ═ C = C N = CH C = Gln analógok N C = CH NH C HC N N ═ H2N – C N N ═ R - P H R - P Adenilsav (adenilát) Guanilsav (quanilát)) AMP GMP ADP GDP kinázok ATP GTP

Purin nukleotid bioszintézisének feedback szabályozása Ribóz – 5 – P Kináz (szintetáz) PRPP Transzferáz PR-amin IMP GTP ATP ATP Szintetáz Dehidrogenáz Adenilo szukcinát Xantilsav ATP Mono – P - kináz AMP Di-P-kináz GMP GTP ATP

P R P R PP  ATP AMP IMP AMP GMP PRPP-szintetáz Katalitikus alegység IMP AMP GMP Regulátor alegység  PRPP-szintetáz Regulator alegység defekt

= = = Több növényi purin származék (metilált xantinok) farmakológiai jelentőséggel bír. O CH3 = O CH3 N = CH3 N = N N = O ═ N N O ═ N N CH3 1, 3, 7 trimetil (koffein) xantin kávé CH3 3, 7 dimetil (Teobromin) xantin kakaó O = N CH3 N = O ═ N N CH3 1, 3 dimetil (Teofillin) xantin tea

A purin bázisok újra felhasználhatók („Mentő utak”) = O- - P – O – CH2 O H O O = = O- O – P – O – P - O- H H H O- O- OH OH PRPP Adenin Adenin-foszforibozil transzferáz Ө NH2 PPi CH N HN C HC C = Adenilát (AMP) = CH = N N R - P

foszforibozil transzferáz Guanin + PRPP Hipoxantin + PRPP Hipoxantin-guanin- foszforibozil transzferáz Guanin + PRPP Ø PPi PPi O = C N IMP HN C HC C = = CH = N N O R - P PMN Immun Agy – Felhasználja (elfogyasztja) a PRPP-t – AMP , GMP, IMP gátolja saját szintézisét = C N HN C C C = = CH GMP H2N = N N R - P

Adenozin kináz A – R ATP ADP + (G – R) AMP (GMP) A: adenin G: guanin R: ribóz

Pirimidin szintézis C N C C C N Karbamil foszfát Asp 2ADP Glu 4 Asp N C C C 5 O O 3 = = 6 H2N – C – O - P – O- 2 1 O- N Citoszolban: N donor Gln (Ureához NH+4) Különböző karbamil foszfát szintetázok (urea v. pirimidin) Glu 2ADP Karbamil-foszfát szintetáz (kDa 240) Gln 2ATP UMP HCO-3 (karbamil – P szintézis az ureához: mitokondriumban)

Dihidro – orotát dehidrogenáz = = Karbamoil-foszfát szintetáz H2N – C – O - P – O- Karbamoil - P CAD O- Mr ≈ 240 000 kovalens Dihidroorotáz H = Aszpartát transz- karbamiláz Multifunkcionális enzim (emlősökben) eukariotákban H2N – C – COOH CH2 COOH Aszpartát - transzkarbamoiláz O C HN CH2 O ═ C C – COOH N H H ═ Asp Pi Dihidroorotáz HO – C ═ O NH2 O ═ C CH2 N C – COOH H H H2O Dihidroorotsav N – karbamoil-aszpartát NAD Dihidro – orotát dehidrogenáz NADH Orotsav

═ = ═ Orotsav (orotát) Orotát-foszfo-ribozil- transzferáz Orotidilsav C HN CH O ═ C C – COOH N H ═ ═ Orotsav (orotát) ═ PRPP PPi O C HN CH O ═ C C – COOH N H ═ Orotát-foszfo-ribozil- transzferáz ═ O = O- - P – O – CH2 O Orotsav Orotsav aciduria O- H H H O – f – r Transzferáz Orotidilát dekarboxiláz OH OH kovalens komplex eukariotákban Orotidilsav (Orotidin – 5’ – foszfát) Orotidilát dekarboxiláz Örökletes defekt v. 6 – azauridin (anticancer) Th: uridin Uridilsav (UMP)

Orotidilát dekarboxiláz CO2 O C HN CH O ═ C C H N Ribóz – P PP ADP ATP ADP ATP O C HN CH O ═ C C H N Ribóz P ═ UDP ═ Nukleozid UMP difoszfát kináz kináz UTP (uridin trifoszfát) Uridilsav uridilát UMP uridin monofoszfát Gln H2O CTP szintetáz Glu ATP ADP NH2 C N CH O ═ C CH N Ribóz –P – P – P ═ CTP (citidin trifoszfát)

Dezoxiribonukleotidok szintézise 5 Bázis P - P – O – CH2 Bázis O NADPH NADP P - P – O – CH2 O 4 1 H H H H 3 2 H H H H OH OH H2O OH H Ribonukleotid reduktáz: SH enzim: SH BDP +  dBDP + H2O Ribonukleotid difoszfát a szubsztrátja Nem tudja „megkülönböztetni” a bázisokat (ADP, GDP, CDP és UDP)  S

B1 B1 B2 B2 Fe3+- O - Fe3+ Szubsztrát specificitás Reguláció ATP  dATP  OH SH SH Szubsztrátok ADP CDP UDP GDP O· B2 B2 Fe3+- O - Fe3+

ATP CDP dCDP dCTP   UDP dUDP dTTP   GDP dGDP dGTP  ADP dADP dATP

Dezoxi timidilát (dTMP) szintézise: „Uridin-út” = C = C HN CH O = C CH Timidilát szintáz HN C – CH3 C CH = = O = N N P P dR DHF N5 N 10-metilén -THF dR dTMP dUMP NADPH Dihidrofolát reduktáz THF NADP Gly Ser

H N CH2 C N H H N5N10-metilén-tetrahidrofolát (THF) N5N10-metilén – THF C atom donor

Dezoxi timidilát (dTMP) szintézise: „Timidin-út” = C = C HN C – CH3 C CH HN C – CH3 C CH = Timidin kináz = O O = O = = O– - P - O – CH2 N HO – CH2 N O O O– ATP ADP H H H H H H H H OH H OH H dT (dezoxitimidin) dTMP (Dezoxitimidinmonofoszfát) dT 3H, 14C DNS szintézis DNS-degradáció sejtek - táplálék

Rák ellenes gyógyszerek F - Uracil UDP Ribonukleotid reduktáz dUMP dTMP RNS –be épül F- UDP, F - dUDP THF analógok: kompetitív gátlók (Ki ≈ 10-9 M) Aminopterin Metotrexát Gly Ser Fluoro –dezoxiuridin (F - dUMP O C HN C - F O ═ C C H N P -dR ═ N,5 N10 Metilén THF DHF NADP Dihidrofolát reduktáz NADPH Timidilát - szintáz O C HN C - F O ═ C C H N P -dR ═ THF CH2 ATP ATP NTP dTDP dTTP DNS Pi Pi Polimeráz S - enzim Timidin kináz Kinázok és foszfatázok (szulfonamidok, antibakteriális szerek) dT „Szuicid enzim”: Kovalens komplex

═ Pirimidin és purin analógok NH2 N SH N O ═ N N N N H HO – CH2 O H OH 6 –merkaptopurin („Immurán”) Hipoxantin + PRPP S – IMP AMP GMP H OH H Citozin arabinozid araCTP a dCTP analógja DNS szintézist gátol

Nukleotidok lebontása GMP CMP UMP Pi Pi Pi AMP Pi NH4 + Adenozin IMP NH4 + Pi Guanozin Citidin Uridin Inozin

Nukleotidázok dCMP dUMP dTMP dC Pi Pi NH4 + dU dT (uridin) (timidin)

Purin/pirimidin nukleozid foszforilázok B Pi R B R - P Degradáció

Purin bázisok lebontása. Húgysav (urát)-köszvény PRPP Gln NH2 PRPP HPR - transzferáz C N ═ C = O Adenilát dezamináz ═ N = CH C Foszfomono eszteráz C N H2O C = HC N N IMP N = ═ CH Asp Ribóz - NH2 C Ribóz - P Pi karbamid HC N N ═ AMP Gln Hipoxantin GMP Foszfomonoeszteráz Ribóz Pi O2 Xantin oxidáz H2O2 Kataláz H2O H2O GPR – transzferáz O O ═ ═ H2O C N C N = C C = H N = PRPP CH HN = Guanin dezamináz CH C C - NH2 H2N – C O ═ C N N ═ N N H H karbamid Guanin Xantin

═ ═ Xantin Tautomer = ═ stabilabb Hugysav (keto) Hugysav (enol) urát H2O O2 Xantin oxidáz H2O2 kataláz H2O OH Tautomer O H ═ C N C N ═ C = C HN = C – OH HN = C ═ O C C HO – C ═ N N H O ═ C N N H H stabilabb Hugysav (keto) Hugysav (enol) urát Allantoin urea H+ köszvény, vesekő

P R P R PP  ATP AMP IMP AMP GMP PRPP-szintetáz Katalitikus alegység IMP AMP GMP Regulátor alegység  PRPP-szintetáz Regulator alegység defekt

Magas szérum hugysav (urát) szint köszvényt okozhat A hugysav „rosszul” oldódik; kicsapódik (felhalmozódik) izületekben, vesében (95% férfi) a populáció: 0.3%. GMP Hipoxantin – Guanin- foszforibozil transzferáz AMP ATP Ribóz –5 –P A PRPP PRPP szintetáz (regulator alegység nem érzékeny az IMP, AMP, GMP-re) B IMP Guanin A Hipo- xantin Csökken: Hiány: „köszvény” „Lesch Nyhan Xantin - oxidáz Xantin Magas PRPP: abnormális viselkedés: öncsonkítás, Agresszivitás, görcsök, Mentál retard Fokozott glukoz direkt - oxidáció Xantin- oxidáz Ribóz - 5 - P Urát

Xantin Th: Allopurinol Xantin oxidáz Urát ═ ═ Alloxantin Hipoxantin izület vese Xantin oxidázok irreverzibilisen kötődnek Urát: csökken PRPP: nem OH OH H C N ═ = C C C ═ N = = C –H C C N = N C H – C N N H H – C ═ N N H ═ Alloxantin Hipoxantin

Magas szérum urát szint „hasznos”: Az ember urát szintje 10-szer magasabb, mint az elő-majmoké: hosszabb élettartam, kevesebb rákos megbetegedés Néhány metabolikus végtermék protektív ágens lehet: urát, bilirubin, C-vitamin, E-vitamin (antioxidánsok).  Oldékonyság határán van

Cys „degradáció” Cys SO2-3 S2O2-3 α – keto-glutarát COOH C – H CH2 SH O2 NH2 α – keto-glutarát NADPH Glu Cys COOH C – H CH2 SO-2 COOH C ═ O CH2 SH NH2 Cys –sulfinát H2N – (CH2)2 – SO-3 Merkaptopiruvát Taurin SO2-3 α- keto – glutarát S2O2-3 Glu Szulfinil piruvát Piruvát

SO32- S2O32- SO42- „Aktív szulfát” deszulfináz Piruvát COOH C ═ O CH2 SO-3 COOH C ═ O CH3 deszulfináz Piruvát Szulfinil piruvát SO32- S2O32- ATP szulfit SO42- tioszulfát ATP szulfát AMP O- A A O ═ S – O – P – O – C5’ O ═ 3’ O P „Aktív szulfát”

Urea Arg Ornitin Argszukcinát Ornitin ciklus Citrullin Asp NH+4 Oxal- Aminosav α – keto glutarát Glu Transz- amináz Transz - amináz Asp Oxal- acetát Fumarát NH+4 Ketosav IMP szintáz Adenilo- szukcinát Purin ciklus AMP liáz dezamináz Zsírsavak Citrát Citrát ciklus Szukcinil CoA α – keto – glutarát Porfirin Aminosavak

Adenozin-dezamináz dezoxi-adenozin, adenozin Örökletes hiánya SCID-szindroma (sever combined immunodeficiency) „Non HIV AIDS”-nek is nevezik a hasonló tünetek miatt

d-ATP (1-2μM normál szint a DNS-hez) d-adenozin (mM) d-ATP (1-2μM normál szint a DNS-hez) Emelkedett szintje toxikus: több szinten gátolja a limfociták metabolizmusát (ribonukleotid-reduktáz teljes gátlása)

Met Activated-methyl cycle Acceptors CH3 S-Adenosyl homocystein - Pi Acceptors Pi COOH PPi H C – NH2 CH3 CH2 Pi CH2 H3C S+ C5 R A S-Adenosyl homocystein - methyl transferase Methionine-adenosyl - transferase ATP S-Adenosyl methionine COOH COOH H C – NH2 H C – NH2 Activated-methyl cycle CH2 CH2 CH2 CH2 S CH3 Adenosyl S-Adenosyl-homocysteine S Met Homocysteine - methyltransferase (Vit B12) N5 – methyl – THF CH3 H2O COOH diet H C – NH2 CH2 CH2 Adenosyl SH Homocysteine

A Cys bioszintézise Homocystein Ser Met H H HOOC – C – CH2 – CH2 – SH HO – CH2 – C – COOH NH2 NH2 Homocystein Ser Homocystin - uria Cystathionine* synthase (PP) H2O H H HOOC – C – CH2 – CH2 – S – CH2 – C – COOH NH2 NH2 Cystathionine H2O NH+4 Cystathioninase (PP) HOOC – C – CH2 – CH3 Cystathionuria ═ H O α - ketobutyrate * In Synthase defect homocystein is accumulated in blood : thrombomodulin in urine: homocystin HS – CH2 – C – COOH Cys NH2

Homocystein és atherosclerosis Táplálék Homo Cys: Thrombosis (endotel károsodás* TM diszfunkció, gátolt fibrinolizis, vérlemezke aggregáció, AT csökkenés, oxid- LDL raktározás) Met (1-2 g/nap) S-adenozil-Met - CH3 S – A - Homocys Met Metil-transferáz B12 Ser Homo-Cys THF Ser Gly NADPH  Cisztation szintáz B6  Reduktáz 5-metil- THF Cisztation Cys Sulfát vizelet Homo-Cys a vérben: 80% fehérjéhez disulfid  18% Homocys-Cys Homocys-Homocys  2% Szabad Homocys Genetika, öregedés, vese elégtelenség, B12 /Folat hiány, Férfi >nő * NO tPA TF PGl  Gyakori (5%)  Ritka

Adenozin SAM-ciklus S- adenozil-Met Metil transzferáz CH3 Met Emelkedett szintje gátolja az összes metil transzferázt SAM-ciklus S-adenozil-homocisztein (SAH): Transzferáz (B12) THF SAH - hidroláz homocys Adenozin (sejten belüli fő adenozin forrás) adenozin dezamináz Inozin

A pirimidin nukleotidok lebomlása A katabolizmus során a pirimidin gyűrű felhasad (a purinnal szemben) és szolubilis termékek keletkeznek: CO2 NH4 β-alanin, (egyetlen forrás) pantoténsav neuropeptidek zsírsavszintézis (ACP fehérje) Uridin (timidin) P foszforiláz R-SP uracil (timidin) NADH NAD dihidropirimidin dehidrogenáz epilepszia dihidrouracil (dihidrotimin) dihidropirimidináz gyűrűhasadás (oxidáció, dezaminálás)