Nukleotidmetabolisme

• Nukleotidbiosyntese


  Oversikt over og nomenklatur
• Veier for biosyntese av nukleotider

  • De novo-veier
  • Redningsveier
• De novo-veier


  1. Nukleotidbasene bygges fra enklere forbindelser

  2. Rammen for en pyrimidinbase monteres først og festes deretter til ribose

  3. Rammen for en purinbase bygges stykkevis direkte på en ribosebasert molekyl
• Redningsveier


  Forformede baser gjenvinnes og kobles til en riboseenhet
• De novo-syntese og de fleste redningsveier fører til syntese av ribonukleotider
• DNA er bygget fra deoksyribonukleotider
• Syntese av deoksyribonukleotider


  1. Alle deoksyribonukleotider syntetiseres fra de tilsvarende ribonukleotidene

  2. Deoksyribose sukkeret dannes ved reduksjon av ribose innenfor et fullstendig dannet nukleotid
• Syntese av thymin


  Metylgruppen som skiller tymine fra DNA fra uracil i RNA legges til i siste trinn
• Nukleosid


  En purin eller pyrimidinbase koblet til en sukker
• Nukleotid


  En fosfatester av en nukleosid
• Nukleosid


  • Adenosin: basen adenin og sukkeret ribose
• Nukleotid


  • ATP: fosfatesteren (trifosfat) av adenosin
• Syntese av pyrimidiner


  1. Pyrimidinringen monteres først og deretter festes den til et ribosesukker

  2. Forløperne til pyrimidinringer er bikarbonat, asparaginsyre og ammoniakk
• De novo-syntese av pyrimidiner

  Ringen syntetiseres først og deretter festes den til ribose for å danne et pyrimidinnukleotid
• Første fase i de novo-pyrimidinbiosyntese

  1. Syntese av karbamoylfosfat fra bikarbonat og ammoniakk i en tretrinnsprosess som krever spaltning av to molekyler ATP

  2. Katalyseres av karbamoylfosfat syntetase II (CPS II)
• Neste steg i pyrimidinbiosyntese

  1. Karbamoylfosfat reagerer med aminosyren aspartat for å danne karbamoylaspartat

  2. Katalyseres av aspartat transkarbamoylase (ATCase)

  3. Dette allosteriske enzymet regulerer syntesen av pyrimidinnukleotider
• Videre i pyrimidinbiosyntese


  1. Karbamoylaspartat cykliser for å danne dihydroorotat

  2. Dihydroorotat oksideres av NAD for å danne orotat
• Siste steg i pyrimidinbiosyntese

  1. Orotat kobles til 5-fosforibosyl-1-pyrophosphat (PRPP) for å danne orotidylat, et pyrimidinnukleotid

  2. Uridinmonofosfat (UMP) dannes ved dekarboksylering av orotidylat
• Syntese av CTP


  CTP dannes ved aminering av UTP, hvor en karbonylgruppe erstattes av en aminogruppe
• Redningsveier for pyrimidinbaser


  1. Tymidin frigjort fra nedbrutt DNA konverteres til nukleosiden tymidin av tymidin fosforylase

  2. Tymidin konverteres til et nukleotid av tymidin kinase
• Tymidin kinase


  Aktiviteten varierer med cellecyklusen, og viser toppaktivitet under S-fasen, når DNA-syntese finner sted
• Viral tymidin kinase


  Skiller seg fra det mammaliske enzymet og gir dermed et terapeutisk mål
• Behandling av herpes simplex-infeksjoner

  1. Viral tymidin kinase konverterer acyclovir til acyclovir monofosfat

  2. Acyclovir monofosfat fosforyleres av cellulære enzymer for å danne acyclovir trifosfat

  3. Acyclovir trifosfat konkurrerer med dGTP om DNA-polymerase

  4. Acyclovir fungerer som en kjedeterminator siden det mangler en 3'-hydroksyl
• De novo purinbiosyntese


  1. Første trinn er forskyvning av pyrofosfatet til PRPP ved ammoniakk

  2. Glutamin fosforibosyl amidotransferase katalyserer denne reaksjonen

  3. Ni tilleggstrinn kreves for å montere purinringen

  4. Endelig produkt er nukleotiden inosinmonofosfat (IMP)
• Syntese av AMP og GMP fra IMP

  1. AMP dannes fra inosinat ved substitusjon av en aminogruppe for karbonyloksygenatomet ved C-6

  2. GMP dannes ved oksidasjon av inosinat til xantinmonofosfat (XMP), etterfulgt av innføring av en aminogruppe ved C-2
• Purinnukleotider kan også syntetiseres ved å redde og resirkulere intakte puriner som frigjøres ved hydrolytisk nedbrytning av nukleinsyrer og nukleotider</b>
• Redningsenzymer


  • Adenin fosforibosyltransferase katalyserer dannelse av adenylat
  • Hypoxanthin-guanin fosforibosyltransferase (HGPRT) katalyserer dannelse av guanylat samt inosin
• Syntese av deoksyribonukleotider


  1. Ribonukleotider blir redusert til deoksyribonukleotider

  2. Hydroksylgruppen på 2'-posisjonen på ribosefragmentet erstattes av et hydrogenatom

  3. Substratene er ribonukleosid difosfater, og den endelige reduksjonsmidlet er NADPH

  4. Den samme enzymet, ribonukleotidreduktase, virker på alle fire ribonukleotider

  5. Reaksjonsmekanismen er mer kompleks enn antydet av denne ligningen
• Ribonukleotidreduktase


  • Katalyserer bare det siste trinnet i denne reaksjonen
  • Reduktasen selv må reduseres for å utføre en annen katalytisk syklus, og elektronene for denne reduksjonen kommer fra NADPH, men ikke direkte
  • En bærer av reduserende kraft som knytter NADPH til reduktasen, er tioredoksin
• Syntese av tymidylat


  1. Deoksyuridinmonofosfat (dUMP) metyleres til tymine monofosfat (TMP, eller tymidylat)

  2. Metyldonoren i denne reaksjonen er Nº, N1°-metylentetrahydrofolat

  3. Tetrahydrofolat regenereres fra dihydrofolatet som produseres i syntesen av tymidylat, med bruk av NADPH som reduksjonsmiddel
• Raskt delende celler krever et rikelig tilførsel av tymidylat, det eneste nukleotidet spesifikt for DNA, for DNA-syntese
• Tymidylatsyntase og dihydrofolatreduktase er valgte mål for kjemoterapi
• Fluoruracil


  • Et antikreftmedisin som konverteres in vivo til fluorodeoksyuridylat (F-dUMP)
  • F-dUMP virker som et normalt substrat for TMP-syntese før den irreversibelt hemmer tymidylatsyntase
• Aminopterin og metotreksat


  Analoger av dihydrofolat som er kraftige konkurransedyktige inhibitorer av dihydrofolatreduktase
• Metotreksat er en verdifull medisin i behandlingen av mange raskt voksende tumorer, men dreper også raskt replikerende celler som ikke er ondartede
• Trimetoprim binder seg 10 ganger løsere til mammalisk dihydrofolatreduktase enn til reduktaser hos mottakelige mikroorganismer
• Kombinasjonen av trimetoprim og sulfametoksazol brukes mye til å behandle infeksjoner som bronkitt, reisediarré og urinveisinfeksjoner
• Nukleotidsyntesen


  1. Reguleres av tilbakekopplingshemming

  2. Ligner på reguleringen av aminosyresyntesen

  3. Sikrer at de ulike nukleotidene produseres i nødvendige mengder
• Pyrimidinsyntesen


  1. Reguleres av aspartat transkarbamoylase (ATCase)

  2. ATCase hemmes av CTP

  3. ATCase stimuleres av ATP

  4. Bidrar til å balansere de to nukleotidbassengene
• Karbamoylfosfatsyntetase


  Sted for tilbakekopplingshemming både hos bakterier og eukaryoter