Μεταβολισμός νουκλεοτιδίων

Transcript

1 Μεταβολισμός νουκλεοτιδίων

2

3 Περίγραμμα Oνοματολογία De novo συνθεση πουρινών και πυριμιδών. Πορείες περίσωσης Ο δακτύλιος της πυριμιδίνης συντίθεται πρωτα κα μετα επισυνάπτεται στη ριβόζη Ο δακτύλιος της πουρίνης συναρμολογείται στην ριβόζη Τα ριβονουκλεοτίδια ανάγονται σε δεοξυριβονουκλεοτίδια Ρύθμιση της σύνθεσης Διαταραχές του μεταβολισμού των νουκλεοτιδιων μπορεί να προκαλέσει παθολογικές καταστάσεις

4 Βιοσύνθεση νουκλεοτιδίων και ονοματολογία νουκλεοζίτης νουκλεοτίδιο

5 Νουκλεοζίδιο-Νουκλεοτίδιο

6 Πορεία περίσωσης και de novo Πορεία περίσωσης οι βάσεις ανακτώνται και συνδέονται σε μια ενεργοποιημένη ριβόζη. Πορεία de nονο Νουκλεοτίδια μπορούν να συντεθούν de nονο από απλα προδρόμα

7 Σύνθεση των νουκλεοτιδίων πυριμιδίνης

8 Σύνθεση των νουκλεοτιδίων πυριμιδίνης Οι πυριμιδίνες συντίθενται από οξινοανθρακικό, ασπαραγινικό και αμμωνία (γλουταμίνη δότης αζώτου). Πρώτα συντίθεται ο δακτύλιος πυριμιδίνης και στην συνέχεια συνδέεται με μια ενεργοποιημένη ριβόζη. Το πρώτο βήμα στη σύνθεση πυριμιδίνης είναι μια τριών σταδίων αντίδραση για τον σχηματίσμο του φωσφωρικού καρβαμουλίου Συνθάση φωσφορικού καρβαμοϋλίου ΙΙ (CPS II). Γλουταμίνη

9 Συνθετάση του φωσφορικού καρβαμιδίου Διοχετευση υποστρώματος. Πλεονεκτήματα Ενδιαμεσα προιόντα δεν διαχέοντε Προστασία ασταθών ενδίαμεσων Γλουταμίνη Φωσφορυλίωση ανθρακικού

10 Σύνθεση της πυριμιδίνη και σύνδεση με ριβόζη Φωσφορικό καρβαμουλιο αντιδρά με ασπαραγινικό να σχηματίσει καρβομουλοασπαραγινικό (ασπαργινική τρανσκαρβαμουλάση) Το προιόν κυκλοποιήται σε οροτικό. Το βασικό ρυθμιστικό ένζυμο στη σύνθεση πυριμιδίνης Θηλαστικά: CAD μια πεπτιδική αλυσίδα carbamoyl phosphate synthetase, aspartate transcarbamoylase and dihydroorotase.

11 Σύνθεση της πυριμιδίνη και σύνδεση με ριβόζη Οροτικό αντιδρά με την ενεργοποιημένη ριβόζη (PRPP) για να σχηματίσει οροτιδυλικό. PRPP συντίθεται από 5 φωσφορική ριβόζη και ΑΤΡ από την συνθετάση της PRPP ΟΡΟΤΙΚΟ Πορεία φωσφορικών πεντοζών ΟΡΟΤΙΔΥΛΙΚΟ

12 Ουριδιλυκό Αποκαρβοξυλίωση: καρβοξυλάση του οροτιδυλικού Δομικός λιθος του RNA CTP (τριφωσφορική κυτιδίνη) δημιουργείται από UMP με την ακόλουθη αλληλουχία αντίδρασεων: UMPàUDPàUTPàCTP

13 Δημιουργεία δι- και τριφωσφορικών νουκλεοτιδίων Μονοφωσφορικά νουκλεοτίδια μετατρέπονται σε διφωσφορικά με ειδικές κινάσεις μονοφωσφορικών νουκλεοζιτών. Διφωσφορικά νουκλεοτίδια μετατρέποντε σε τριφωσφορικά απο την κνάση των διφωσφορικών νουκλεοζιτών, ευρεία εξειδίκευση Χ και Υ αντιπροσωπεύουν κάθε νουκλεοτίδιο στην αντίδραση παρακάτω:

14 Κυτιδυλικό CTP δημιουργείται από UMP με την ακόλουθη αλληλουχία αντίδρασης: UMPàUDPàUTPàCTP

15 Πορεία περίσωσης Ανάκτηση από την αποικοδόμηση νουκλεϊκών οξέων. Επανασύνδεση ουρακίλης στην ριβόζη (PRPP) Φωσφοριβοζυλομεταφοράση της πυριμιδίνης Θυμίνη, ένα προϊόν της αποικοδόμησης του DNA Διάσωση θυμινης Φωσφορυλάση θυμιδίνης. Κινάση θυμιδίνης

16 Πορεία περίσωσης Ιική κινάση θυμιδίνης είναι ένας θεραπευτικός στόχος, επειδή διαφέρει από το ένζυμο θηλαστικών Λοιμώξεις του ερπητοϊού μπορεί να θεραπεύονται με Acyclovir Μετά την μετατροπή της Acyclovir σε τριφωσφορικό, το φάρμακο ανταγωνίζεται με dgtp για DΝΑ πολυμεράση Μόλις ενσωματωθεί στο DNA του ιού, τερματίζει την επιμήκυνση της αλυσίδας Acyclovir αναστολέας αυτοκτονίας (ερπητοιού)

17 Πουρίνες ΙΝΟΣΙΝΙΚΟ, IMP

18 Πουρίνες Οι πουρίνες συντίθενται επάνω σε ένα μόριο ριβόζης. Πρωτο βήμα Σύνθεση της 5-φωσφοριβοζυλο-1- αμίνης από PRPP και γλουταμίνη Φωσφοριζυλομεταφοράση της γλουταμίνης Η αμίνη είναι σε διαμόρφωση β.

19 Πουρίνες Τα εννέα βήματα απαιτούνται για να σχηματίσουν μονοφωσφορική ινοσίνη (IMP) από 5-φωσφοριβοσυλο-1-αμίνη. Εξι αντιδράσεις είναι ανάλογες. Κάθε ένα από αυτά τα βήματα αποτελείται από ενεργοποίηση ενός οξυγόνου με φωσφορυλίωση ακολουθείται από εκτόπιση του φωσφορικού με αμμωνία ή μία ομάδα αμίνης που ενεργεί ως πυρηνόφιλο.

20 Σύνθεση πουρινών

21 Σύνθεση AMP & GMP Συνθάση αδενυλοηλεκτρικού Συνθετάση του γουανιλικού

22 Πουρίνες Όταν τα κύτταρα αναπτύσσονται σε μέσο που περιλαμβάνει πουρίνες, de nονο σύνθεση πουρίνης δεν συμβαίνει. Ελλείψει των πουρινών, τα ένζυμα σύνθεση της πουρίνης συνδυάζονται μεταξύ του για να σχηματίσουν σύμπλοκα που ονομάζονται πουρινοσώματα που καταλύουν ενεργά σύνθεση της πουρίνης.

23 Πουρινοσώματα

24 Περίσωση Δύο ένζυμα διάσωσης ανακυκλώνουν τις πουρίνες. Φωσφοριβοσυλοτρανσφεράση της αδενίνης Σχηματισμό του αδενυλικού Φωσφοριβοσυλοτρανσφεράση υποξανθίνης-γουανίνης (HGPRT) Σχηματισμό του ινοσινικου και γουανυλικου.

25 Αναγωγή των ριβοζονουκλεοτιδίων σε δεοξυριβονουκλεοτίδια Τα δεοξυριβονουκλεοτίδια συντίθενται από διφωσφορικούς ριβονουκλεοζίτες Αντικατάσταση της 2'-υδροξυλομάδας της ριβόζης από ένα άτομο υδρογόνου Αναγωγάση ριβονουκλεοτιδίων, δρα και στα τέσσερα ριβονουκλεοτίδια.

26 Ο σχηματισμός των δεοξυριβονουκλεοτιδίων

27 Αναγωγή των ριβοζονουκλεοτιδίων σε δεοξυριβονουκλεοτίδια E. coli δύο υπομονάδες: διμερές R1 που περιέχει το ενεργό κεντρο, τρεις κυστεΐνες και γλουταμικό και δύο θέσεις αλλοστερικού ελέγχου διμερές R2 που περιέχει σε κάθε υπομονάδα μια τυροσυλική ρίζα.

28 Μηχανισμός Κατά τη διαδικασία της κατάλυση το θείο στις κυστεινες οξειδώνεται Για να συνεχιστεί η κατάλυση, ο δισουλφιδικος δεσμός πρεπει να ανηχθεί

29 Αναγωγή των ριβοζονουκλεοτιδίων σε δεοξυριβονουκλεοτίδια Η άμεση πηγή ηλεκτρονίων για τη αναγωγή της αναγωγάσης είναι θειορεδοξίνη. Η αναγωγάση της θειορεδοξίνης καταλύει τη ροή ηλεκτρονίων από NADPH σε θειορεδοξίνη και τελικά στην αναγωγάση των ριβονουκλεοτιδίων για την δημιουργεία του δραστικού ενζύμου.

30 Αναγωγή των ριβοζονουκλεοτιδίων σε δεοξυριβονουκλεοτίδια dudp μετατρέπεται dtmp Η συνθάση του θυμιδυλικου προσθέτει μία ομάδα μεθυλίου Η αντίδραση που απαιτεί Ν 5, Ν 10 μεθυλενοτετραϋδρο φυλλικό.

31 Αναγωγή των ριβοζονουκλεοτιδίων σε δεοξυριβονουκλεοτίδια Η αναγωγάση του διϋδροφυλλικού αναγεννά το τετραϋδροφυλλικο

32 Αναγωγή των ριβοζονουκλεοτιδίων σε δεοξυριβονουκλεοτίδια Τριμεθοπρίμη ανάλογο το φυλλικου οξύ έχει αντιβακτηριακές και αντιπρωτοζωϊκή δραστηριότητα. Τριμεθοπρίμη δεν αναστέλλει αναγωγάση διυδροφυλλικου των θηλαστικων.

33 Στόχοι αντικαρκινικών φαρμακων

34 Στόχοι αντικαρκινικών φαρμακων Φθοριοουρακίλη μετατρέπεται σε φθοριοδεοξυουριδιλικο από τα καρκινικά κύτταρα. F-dUMP είναι ένας αναστολέας αυτοκτονίας της θυμιδιλικής συνθάσης.

35 Στόχοι αντικαρκινικών φαρμακων Η αμινοπτερίνη και η μεθοτρεξάτη εμποδίζουν τη σύνθεση θυμιδυλικού με αναστολή διυδροφολικής αναγωγάσης, του ενζύμου που αναγεννά ένα απαιτούμενο συμπαράγοντα για θυμιδυλική συνθάση.η αμινοπτερίνη και η μεθοτρεξάτη είναι ανταγωνιστικοί αναστολείς της αναγωγάσης.

36 Ρύθμιση Ασπαραγινική τρανσκαρβαμοϋλάση (ATCase) ρυθμίζει τη σύνθεση των νουκλεοτιδίων πυριμιδίνης. Η συνθετάση του φωσφωρικου καρβαμουλιου ελέγχεται με επανατροφοδοτικη αναστολή ΑΤΡ & PRPP [+] UMP [-]

37 Ρύθμιση Four major mechanisms Mεταφορά της αμινομάδας Αναστέλλεται από τα τελικά προϊόντα IMP, ΑΜΡ και GMP. ΑΜΡ και GMP δρουν συνεργικά Μεταγενέστερο στάδιο περίσσεια GMP αναστέλλει το σχηματισμό του XMP, χωρίς να επηρεάζει το σχηματισμό του ΑΜΡ GTP συσσώρευση απαιτείται του στην ΑΜΡ μετατροπή αναστέλλει του το ΙΜΡ σχηματισμό σε ΑΜΡ, ενώ του το αδενυλοηλεκτρικού, ΑΤΡ είναι απαραίτητη χωρίς για να τη επηρεάζει μετατροπή τη του βιοσύνθεση ΙΜΡ προς της GMP GMP. αμοιβαία διευθέτηση που εξισορροπείτην σύνθεση των δύο ριβονουκλεοτίδιων. Αναστολή της σύνθεσης PRPP από την αλλοστερική ρύθμιση του ενζύμου

38 Αναγωγάση των ριβονουκλεοτιδίων H αναγωγάση στο Ε. coli είναι ένα διμερές (α 2 β 2 ) με δύο αλλοστερική θέσεις στην α υπομονάδα: μια ρυθμίζει τη δραστηριότητα του ενζύμου μια ρυθμίζει ειδικότητα υποστρώματος. Πρόσδεση του datp στην περιοχή δραστηριότητας αναστέλλει τη δράση του ενζύμου, το ΑΤΡ αντιστροφη δράση. Σύνδεση του ΑΤΡ ή datp στην περιοχή ειδικότητας διεγείρει την αναγωγη της UDP και του CDP. Η πρόσδεση της τριφωσφορική θυμιδίνης (dttp) στην περιοχή ειδικότητας διεγείρει τη αναγωγή του GDP ενώ αναστέλλει όλες τις άλλες αναγωγές. Η αύξηση στην dgdp διεγείρει την αναγωγή της ADP.

39 Ρύθμιση της αναγωγάσης

40 Διαταραχές του μεταβολισμού των νουκλεοτιδίων Αποικοδόμηση νουκλεοτιδίων: υδρολυτική διάσπαση του νουκλεοτιδίου, η οποία αποδίδει ένα νουκλεοζίτη, σε μια αντίδραση που καταλύεται από νουκλεάσες. Οι ελεύθερες βάσεις δημιουργούνται από νουκλεοζίδια Τα τελικά προϊόντα της αντίδρασης είναι η βάση και η 1-φωσφορική ριβόζη η 1-φωσφορική δεοξυριβόζη

41 Καταβολισμός των πουρινών

42 Παθολογικές καταστάσεις Απαμινάση αδενοσίνης, ένα ένζυμο σημαντικό στην αποικοδόμηση του ΑΜΡ, αποαμινιώνει αδενίνη να σχηματίσει ινοσίνη. Η έλλειψη απαμινάσης προκαλεί βαρία συνδυασμένη ανοσοανεπάρκεια (SCID). Οι ασθενείς που πάσχουν από SCID έχουν εξασθενημένο ανοσοποιητικό σύστημα και είναι πολύ ευαίσθητα σε λοιμώξεις που μπορεί να οδηγήσει σε θάνατο.

43 Παθολογικές καταστάσεις Οξειδάση της ξανθίνης μετατροπή της ξανθίνης σε ουρικό οξύ, οδός για την αποικοδόμηση των νουκλεοτιδίων πουρίνης. Το ουρικό οξύ ιονίζεται και σχηματίζει ουρικό ιον. Υψηλά επίπεδα ουρικού οξέος στο αίμα επάγουν ουρική αρθρίτιδα, μια επώδυνη ασθένεια που προκύπτει από τη συσσώρευση του κρυστάλλων ουρικού οξέος στις αρθρώσεις. Χορήγηση αλλοπουρινόλης, ένας αναστολέας αυτοκτονίας της οξειδάσης, ανακουφίζει τα συμπτώματα της ουρικής αρθρίτιδας. Οι πουρίνες στη συνέχεια αποβάλλεται ως ξανθίνης και υποξανθίνης. Ουρικο οξυ είναι ένα ισχυρό αντιοξειδωτικό και μπορεί να αποτρέψει την οξειδωτική βλάβη.

44

45 Παθολογικές καταστάσεις Lesch-Nyhan Φωσφοριβοζυλομεταφοράση της υποξανθίνης-γουανίνης (HGPRT) Ενζυμο στην πορεία διάσωσης της γουανίνης και ινοσινικού. Ασθενείς Πάσχουν από ψυχαναγκαστική αυτοκαταστροφική συμπεριφορά, νοητική υστέρηση ουρική αρθρίτιδα

46 Παθολογικές καταστάσεις Η ανεπάρκεια σε φυλλικό οξύ (βιταμίνη Β 9 ) είναι ευρέως διαδεδομένη, ιδιαίτερα σε θρεπτικά φτωχό πληθυσμό. Μειωμένη σύνθεση θυμιδυλικου προκαλεί την ενσωμάτωση της ουρακίλης στο DNA Μηχανισμοί επιδιόρθωσης δημιουργούν σπασίματα που επηρεάζουν τηδομήκαι τη λειτουργία του DNA Σχετίζεται με καρκίνο, καρδιακές παθήσεις, νευρολογικές δυσλειτουργία Κρίσιμο ρόλο στην ανάπτυξη του εμβρύου. Η ανεπαρκής πρόσληψη φυλλικού οξέος κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης μπορεί να οδηγήσει σε ανωμαλίες του νευρικού σωλήνα δισχιδής ράχη (ελλιπή σχηματισμόνευρικού σωλήνα).

47 Σύνοψη Oνοματολογία De novo συνθεση πουρινών και πυριμιδών. Πορείες περίσωσης Ο δακτύλιος της πυριμιδίνης συντίθεται πρωτα κα μετα επισυνάπτεται στη ριβόζη Ο δακτύλιος της πουρίνης συναρμολογείται στην ριβόζη Τα ριβονουκλεοτίδια ανάγωντεσε δεοξυριβονουκλεοτίδια Ρυθμιση της σύνθεσης Διαταραχές του μεταβολισμού των νουκλεοτιδιων μπορεί να προκαλέσει παθολογικές καταστάσεις