NÜKLEOTİD SENTEZ VE YIKILIMI (2 saat)

NÜKLEOTİD SENTEZ VE
YIKILIMI
(2 saat)
Doç. Dr. Mustafa ALTINIŞIK
ADÜTF Biyokimya AD
2009
Nükleotidler
Nükleotidlerin fonksiyonları
1) nükleik asitlerin alt
üniteleridirler
2) hücrede kimyasal
enerjiyi taşırlar
3) birçok enzim
kofaktörlerinin
komponentleridirler
4) sellüler haberleşmede
aracıdırlar
Pürin nükleotidlerinin biyosentezi
Prekürsör amino asitler, riboz-5-fosfat, CO2 ve
NH3’tan de novo olarak pürin nükleotidleri
sentezlenebilir
Pürin nükleotidleri, insan ve diğer memelilerde
nükleik asitlere yapı taşı sağlamak amacıyla ve
glukoz, amino asit, fosforil kolin, sülfat gibi bazı
grupları bağlayarak başka moleküllere taşıma
gibi özel görevleri için sentez edilirler
Pürin nükleotidlerinin de novo sentezi üç
basamakta incelenir:
1) 5-fosforibozil-1-pirofosfat (PRPP) oluşması
2) PRPP’tan inozin monofosfat (IMP) oluşması
3) IMP’tan adenozin monofosfat (AMP) ve
guanozin monofosfat (GMP) oluşması
5-fosforibozil-1-pirofosfat (PRPP) oluşması
PRPP, pirofosfat transfer
eden riboz-5-fosfat
pirofosfokinaz (PRPP
sentaz) adı verilen bir
enzimin katalizlediği bir
reaksiyonda riboz-5fosfat ve ATP’den oluşur
PRPP’tan IMP oluşmasında birinci basamak:
PRPP ve glutaminden glutamin-PRPP amidotransferaz etkisiyle 5-fosfo-ribozilamin oluşur
Bir streptomices türünden izole edilen antibiyotik ve glutamin
analoğu olan azaserin, 5-fosfo--ribozilamin oluşması için
glutamin kullanılmasını önleyerek bu basamakta de novo
pürin sentezini inhibe eder.
PRPP’tan IMP oluşmasında ikinci basamak:
5-fosfo--ribozilamine ATP’den sağlanan enerji ve GAR sentetaz etkisiyle
glisin eklenmesi suretiyle glisinamid ribonükleotid (GAR) oluşur
PRPP’tan IMP oluşmasında üçüncü basamak:
GAR, N10-formil H4-folat gerektiren GAR transformilaz etkisiyle
formillendirilir ve formilglisinamid ribonükleotid (FGAR) oluşur
PRPP’tan IMP oluşmasında dördüncü basamak:
ATP’den sağlanan enerji ve FGAR amidotransferaz etkisiyle glutaminin amid
grubu FGAR üzerine taşınır ve formilglisinamidin ribonükleotid (FGAM)
oluşur
Glutamin analoğu azaserin ve 6-diazo-5-okso-L-norlösin bu
reaksiyonu inhibe ederler.
PRPP’tan IMP oluşmasında beşinci basamak:
ATP ve FGAM siklaz (AIR sentetaz) etkisiyle halka kapanması olur ve 5aminoimidazol ribonükleotid (AIR) oluşur
PRPP’tan IMP oluşmasında altıncı basamak:
Ürik imidazol halkasına enzimatik reaksiyonla biotinle taşınan CO2 katılır;
etkili enzim AIR karboksilazdır
PRPP’tan IMP oluşmasında yedinci basamak:
Ürik imidazol halkasına enzimatik reaksiyonla aspartat katılır; etkili enzim
SAICAR sentetazdır
PRPP’tan IMP oluşmasında sekizinci ve dokuzuncu
basamak:
Ürik imidazol halkasına enzimatik reaksiyonla N10-formil H4-folat ile
taşınan formil katılır; etkili enzimler adenilosüksinat liyaz ve AICAR
transformilazdır
PRPP’tan IMP oluşmasında onuncu basamak:
Pirimidin halkası kapanır ve inozinat (inozin monofosfat, IMP) oluşur; etkili
enzim IMP sentazdır
Pürin halkasındaki atomlar, glutamin, glisin, N10-formil H4folat, CO2 ve aspartattan sağlanmaktadır
IMP’tan AMP oluşması
IMP’tan AMP sentezi, GTP’tan sağlanan enerji ile
adenilosüksinat üzerinden adenilosüksinat sentetaz ve
adenilosüksinat liyaz enzimlerinin etkisiyle iki basamakta
gerçekleşir; birinci basamakta aspartat kullanılır, ikinci
basamakta fumarat ayrılır
IMP’tan GMP oluşması
IMP’tan GMP sentezi, ATP’den sağlanan enerji ile
ksantin monofosfat (XMP) üzerinden NAD+gerektiren
IMP dehidrojenaz ve XMP-glutamin amidotransferaz
enzimlerinin etkisiyle iki basamakta gerçekleşir; birinci
ve ikinci basamakta su kullanılır; ikinci basamakta ayrıca
glutamin amino grubu vericisi olarak kullanılır
Riboz -5-fosfattan AMP sentezinde toplam 7, GMP
sentezinde ise 8 yüksek enerjili fosfat bağı
tüketilmektedir
Pürin nükleotidlerinin de novo sentezinin düzenlenmesi
Pürin
nükleotidlerinin
de novo sentezi,
feedback kontrol
vasıtasıyla
düzenlenir;
intrasellüler
PRPP
konsantrasyonu
en önemli
düzenleyicidir
PRPP oluşumu
AMP, GMP, IMP
ile inhibe olur.
XMP oluşumu
GMP ile ve
adenilosüksinat
oluşumu AMP
ile inhibe olur
Pürin nükleotidlerinin kurtarılma yolları
Serbest pürin bazları adenin,
hipoksantin ve guaninden
pürin nükleotidleri olan AMP,
IMP ve GMP oluşumu için
PRPP gereklidir;
AMP oluşumu adeninfosforibozil transferaz etkisiyle
katalizlenir;
IMP ve GMP oluşumu
hipoksantin-guanin fosforibozil
transferaz etkisiyle katalizlenir
Nükleozid monofosfatların nükleozid
difosfat ve nükleozid trifosfatlara
dönüşümü
Nükleozid monofosfat
kinazlar, nükleozid
monofosfatları nükleozid
difosfatlara dönüştürür
Oluşan nükleozid difosfatlar
da nükleozid difosfat kinaz
etkisiyle nükleozid
trifosfatlara dönüşür.
Nükleozid monofosfat kinazlar, baza özgünlük gösterirler, fosfat
kaynağı olarak ATP kullanırlar ve bazlarına göre isimlendirilirler
Pürin deoksiribonükleotidlerinin sentezi
Deoksirbonükleotidlerin sentezinde önce ribonükleotidler
oluşmakta ve daha sonra ribonükleozid difosfatlar, ribonükleotid
redüktaz etkisiyle deoksiribonükleozid difosfatlara
indirgenmektedir.
Ribonükleozid difosfatların deoksiribonükleozid difosfatlara
dönüşmesi sırasında NADPH kullanılır.
Deoksiribonükleozid difosfatların sentezi, karmaşık bir allosterik regülasyon
mekanizması ile düzenlenir
Pürin biyosentezi inhibitörleri
1) Folat biyosentezi inhibitörleri: Sulfonamidler
2) IMP oluşumunun inhibitörleri: Methotrexate gibi folat
analogları, azaserine ve 6-diazo-5-oxo-L-norleucine (DON)
gibi glutamin analogları
3) AMP ve GMP oluşumunun inhibitörleri: Hadacidin (Nformil-N-hidroksiglisin) gibi aspartik asit analogları AMP
oluşumunu inhibe eder. Mycophenolic acid ve ribavarin
monophosphate GMP oluşumunu inhibe eder
4) 6-mercaptopurine, azathiopurine, 6-thioguanine, vidarabine
(adenin arabinosid) gibi pürin analogları, pürin sentezinin
birçok basamağını inhibe ederler
5) Hydroxyurea, ribonükleozid difosfatın deoksiribonükleozid
difosfata dönüşümünü inhibe eder
Pürin nükleotidlerinin yıkılımı
Pürin nükleotidlerinin
yıkılımı, 5nükleotidaz etkisiyle
fosfat grubunun
ayrılmasıyla başlar;
pürin nükleozid
fosforilaz etkisiyle
sürdürülür;
son olarak ksantin
oksidaz etkisiyle ürik
asit oluşur
Pürin nükleotidleri başlıca karaciğerde yıkılırlar
Allopurinol, hipoksantin analoğudur; ksantin oksidazı inhibe eder
Ksantin oksidaz etkisiyle hipoksantinin ksantine ve
ksantinin ürik aside dönüştüğü reaksiyonların
mekanizması tam olarak anlaşılmamıştır. Molibden
elektron akseptörü olarak rol alır
Ksantin oksidaz, aynı zamanda süperoksit radikali
(O2-) oluşturur. Superoksit radikali de superoksit
dismutaz etkisiyle hidrojen perokside dönüştürülür
2O2- + 2H+  H2O2 + O2
Süperoksit radikali ve hidrojen peroksit,
hidroperoksi radikali (HO˙2), hidroksil radikali
(OH˙), hipoklorit (OCl-) gibi reaktif ürünler
oluştururlar
Pürin nükleotid metabolizması bozuklukları
• Gut: Kanda ürat ve idrarda ürik asit artışı ile
karakterize. Ürik asit sentezini azaltmak için
allopurinol, atılımını artırmak için probenecid yararlı
• Lesch-Nyhan sendromu: Hipoksantin guanin
fosforiboziltransferaz (HPRT) yokluğu nedeniyle aşırı
ürik asit üretimi ile karakterize
• Adenin fosforiboziltransferaz (APRT) eksikliği
nedeniyle kanda ve idrarda 2,8-dihidroksiadenin
artışı
• Adenozin deaminaz (ADA) ve pürin nükleozid
fosforilaz (PNP) eksikliği nedeniyle lenfosit (sırasıyla
B ve T lenfosit) disfonksiyonu
• Myoadenilat deaminaz (AMP deaminaz) eksikliği
nedeniyle yorgunluk ve egzersize bağlı kas ağrısı
• Ksantin oksidaz yetmezliği
Pirimidin nükleotidlerinin de novo sentezi
Pirimidin nükleotidlerinin de novo sentezi, iki devreye
ayrılarak incelenebilir:
1) Üridin monofosfatın (UMP) oluşması
2) UMP’ın diğer pirimidin nükleotidlerine dönüşmesi
UMP, sitidin fosfatlar, deoksisitidin fosfatlar ve
timidin nükleotidlerinin sentezinde ana bileşiktir.
UMP’ın oluşması
Hücrenin sitozolünde bulunan karbamoil fosfat sentetaz II
tarafından katalizlenen bir reaksiyonda glutaminden kaynaklanan
NH3 ile bikarbonat halindeki CO2’in ATP’den sağlanan enerji
yardımıyla karbamoil fosfat oluşturmasıyla başlar
Karbamoil fosfat, aspartat transkarbamoilaz
katalizörlüğünde aspartat ile kondense olur ve Nkarbamoil aspartat oluşturur
N-karbamoil aspartattan dihidroorataz etkisiyle H2O
kaybı olur ve halka yapılı dihidroorotik asit oluşur
Dihidroorotik asitten, NAD+ gerektiren dihidroorotat
dehidrojenaz etkisiyle orotik asit oluşur
Pirimidin halkasının
atomları, aspartat, CO2
ve glutaminden
sağlanır
Orotik aside orotat
fosforibozil
transferaz etkisiyle
PRPP’tan bir riboz-5fosfat kökü eklenir ve
orotidilat (orotat
monofosfat, OMP)
oluşur
Orotidilat (orotat
monofosfat, OMP),
orotidilat
dekarboksilaz
etkisiyle dekarboksile
olur ve üridin mono
fosfat (UMP) oluşur
UMP oluşmasında rol alan enzimlerden dididrooratat
dehidrojenaz mitokondride, diğerleri ise sitoplazmada
bulunur.
UMP’ın diğer pirimidin nükleotidlerine dönüşümü
UMP, sentezlendikten sonra UTP’a fosforillenir;
reaksiyonu kinazlar katalizler; ATP, fosfat vericisi olarak
rol oynar
CTP, sitidilat sentetaz (sitidin trifosfat sentetaz)
etkisiyle UTP, ATP ve glutaminden oluşur
dUMP, CDP ve UDP üzerinden sentezlenir.
Ribonükleotid redüktazın etkisi, pürin
deoksiribonükleotidlerinin sentezindeki gibidir.
dTMP, timidilat sentaz etkisiyle dUMP’tan oluşur; metil
grubu, N5,N10-Metilentetrahidrofolattan aktarılır. N5,N10Metilentetrahidrofolat oluşmasında dihidrofolat redüktaz
ve serin hidroksimetil transferaz önemli enzimlerdir.
Pirimidin nükleotidlerinin
de novo sentezi feedback
inhibisyon vasıtasıyla
düzenlenir.
Karbamoil fosfat sentetaz
II (CPS II) ve aspartat
transkarbamoilaz
enzimleri allosterik olarak
düzenlenebilen
enzimlerdir
Aspartat
transkarbamoilaz, CTP
tarafından inhibe edilir
Pirimidin nükleotidlerinin kurtarma yolunda
sentezi
Fosforilazlar ve
kinazlar etkisiyle
serbest pirimidin
bazlarından pirimidin
nükleotidleri sentez
edilebilmektedir.
UMP, urasil
fosforibozil transferaz
etkisiyle urasil ve
PRPP’tan da sentez
edilebilir.
Pirimidin biyosentezi inhibitörleri
1) 6-Azauridine ve bunun triasetil türevi olan
azaribine: Orotidilat dekarboksilazı inhibe ederler.
2) 5-Fluorouracil ve 5-Fluorocytosine
(Flucytosine): Timidilat sentazı inhibe ederler.
3) Folat biyosentezi inhibitörleri: Sulfonamidler.
4) Glutamin analogları: Azaserine ve 6-diazo-5oxo-L-norleucine (DON)
5) Dihidrofolat redüktaz inhibitörleri: Metotreksat
(ametopterin) ve trimetoprim
Pirimidin nükleotidlerinin yıkılımı
Pirimidin nükleotidleri, 5‘-nükleotidaz etkisiyle defosforile
olarak nükleozidlere dönüşürler
Nükleozidler, pirimidin nükleozid fosforilaz etkisiyle riboz-1fosfat ve serbest pirimidin bazlarına yıkılırlar
Sitozin, katabolik yolda
önce sitozin deaminaz
etkisiyle urasile
dönüştürülür
Urasil ve timin, aynı
enzimlerin katalizlediği üç
aşamada yıkılırlar. Urasil,
-alanine, timin ise aminoizobütirata
çevrilmektedir
-alanin, CO2, NH3 ve -aminoizobutirat, pirimidin
katabolizmasının son ürünleridir. -alanin, asetil CoA’ya; aminoizobutirat ise süksinil CoA’ya dönüşebilmektedir.
Pirimidin azotunun atılımı, üre şeklinde olur
Pirimidin metabolizması bozuklukları
Orotik asidüri: Orotat fosforibozil transferaz ve
orotat monofosfat dekarboksilaz enzimlerinin her
ikisinin veya sadece orotat monofosfat
dekarboksilaz eksikliğine bağlı olarak ortaya çıkar
(tip I ve II)
İdrar ile aşırı orotik asit atılmaktadır
Gelişmenin gerilemesi ve megaloblastik anemi ile
karakterizedir