Metabolimus purinů a pyrimidinů

1. Metabolimus purinů a pyrimidinů Petr Tůma

2. 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

3. Dusíkaté báze

4. Nukleosidy • báze + ribóza (deoxyribóza) • N-glykosidová vazba • 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 adenosin cytidin

5. 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

6. 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

7. 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

8. 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+

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

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

11. 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

12. 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)

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

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

15. 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

16. 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

17. 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

18. 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

19. Přehled degradace pyrimidinů

20. 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

21. Hlavní rozdíly metabolismupurinů a pyrimidinů

22. 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

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

24. Nukleotidy jako součásti oxidoreduktas Nikotinamiddinukleotid = NAD+ Flavinadenindinukleotid = FAD