Dannelse av deoksyribonukleotider Deoksyribonukleotider dannes ved reduksjon av

Dannelse av deoksyribonukleotider Deoksyribonukleotider dannes ved reduksjon av ribonukleosiddifosfater. d. TTP dannes ved metylering av d. UMP til d. TMP som så fosforyleres to ganger. Legg merke til hvordan d. UTP brytes ned til d. UMP av et spesifikt enzym From Mathews and van Holde: Biochemistry 2 nd Ed. @The Benjamin/Cummings Publishing Co. , Ltd

Ribonukleotid reduktase Det finnes 4 velkarakteriserte klasser av ribonukleotid reduktaser: l l Klasse I med tyrosylradikal som stabiliseres av et binukleært Fe(III)-kompleks med okso-bro. Bred fordeling blant prokaryoter og nesten alle eukaryoter Klasse 2 med kofaktoren 5’-deoksyadenosylkobalamin (koenzym B 12). Prokaryoter Klasse 3 med [3 Fe-4 S]- eller [4 Fe-4 S]-kluster som krever SAM og NADPH for aktivitet. Anaerobe prokaryoter som ikke kan syntetisere koenzym B 12 Klasse 4: Mn(II)-holdige proteiner

Ribonukleotid reduktase Dette er klasse 1 -enzymet fra E. coli. α 2β 2 dimer som kan oppdeles i to inaktive homodimerer, R 1 (α 2, 761 aa/subenhet) og R 2 (β 2, 375 aa/subenhet) From Mathews and van Holde: Biochemistry 2 nd Ed. @The Benjamin/Cummings Publishing Co. , Ltd

Dannelse av et radikal i det aktive sete i RNR Fra Stubbe and Riggs-Gelasco, TIBS 23 (1998) 438 -443 Proposed electron-coupled proton-transfer pathway between the tyrosyl radical (? Tyr 122) of R 2 and Cys 439 of R 1 (a) and the reverse of this process (b)26. Although Trp 356 (shown in blue), which lies at the C-terminus of R 2, is implicated in the electron-coupled protontransfer process, the crystal structure of R 2 does not include this residue, because of its disorder 3. Electron-coupled proton transfer is formally equivalent to hydrogen-atom transfer; however, the structure suggests that direct hydrogen-atom transfer between Trp 48 and Tyr 122 is not feasible. Thus the electron and proton must arrive at Tyr 122 by divergent pathways. In (b), conformational flexibility around Fe 1, involving Glu 238, His 118, Asp 237 and Try 48 would be necessary for regeneration of the ? Tyr. Red denotes positions of coupled electron and proton transfer; ? denotes the divergence of these two

RNR: R 1 -dimeren

Regulering av RNR Nukleotid bundet i Aktivitetssete Spesifisitetssete Aktiverer reduksjon av ATP eller d. ATP CDP, UDP ATP d. TTP GDP CDP, UDP ADP CDP, UDP, GDP ATP d. GTP d. ATP Hva som helst Inhiberer reduksjon av ADP, CDP, UDP, GDP

Ribonukleotid reduktase: en mulig mekanisme 1. Tyrosylradikalet mottar hydrogenatom (et elektron og et proton) fra en SH-gruppe i det aktive sete, slik at et fritt radikal dannes der 2. Radikalet fjerner et H-atom fra C 3’ 3. Syrekatalysert kløyving av C 2’-OHbindingen gir et radikalkationintermediat 4. Radikal-kationintermediatet reduseres av enzymets redoks-aktive sulfhydrylpar. 3’-radikalet mottar et H-atom fra proteinet og det frie radikal i proteinet gjendannes 5. S-S-broen reduseres av tioredoksin/glutaredoksin 1 5 2 4 3 From Mathews and van Holde: Biochemistry 2 nd Ed. @The Benjamin/Cummings Publishing Co. , Ltd

RNR mekanisme

Reduksjon av RNR From Mathews and van Holde: Biochemistry 2 nd Ed. @The Benjamin/Cummings Publishing Co. , Ltd

Tymidinnukleotider I: dannelse av d. UMP Deoksycytidin kinase d. UTPase Tymidin kinase d. CMP deaminase

Tymidinnukleotider II: omsetning av d. UMP Tymidylat syntase Tymidin kinase

d. UTPase: Det aktive sete

d. UTPase: Det aktive sete

Reaksjonsmekanisme for tymidylat syntase

Strukturundersøkelser bekrefter mekanismen

Gjendannelse av N 5, N 10 -metylen. THF fra DHF Tymidylat syntase Serin hydroksymetyltransferase Dihydrofolat reduktase

Hemming av DHF reduktase DHF-analoger som metotreksat, aminopterin og trimetoprim bindes til DHF reduktase med 1000 ganger høyere affinitet enn DHF og inhiberer enzymet. Resultatet er at HF ikke gjendannes, noe som gjør at DNA-syntese, purinsyntese og syntese av aminosyrene histidin og metionin blokkeres

Nukleotidmetabolisme: en grov oversikt Nukleosida ser Fosforibosyltransferasene er viktige for salvage av puriner. To enzymer: adenin fosforibosyltransferase (APRT) og hypoxantin-guanin fosforibosyltransferase. Mangel på HPRT: Økt PRPP-konsentrasjon gir økt purinsyntese, økt urinsyre. Gikt, Lesch. Nyhan

Nedbrytning av puriner GMP Guanosi n Guanin nukleotid ase IMP AMP deaminase Inosin Purinnukle osid fosforylase (PNP) guanin deaminase Adenosin adenosin deaminase Hypoxantin Xantin oksidase Xantin Urat Adenosin og deoksyadenosin brytes ikke ned av PNP hos pattedyr. I stedet deamineres adeninnukleotider og –nukleosider av AMP deaminase og adenosin deaminase til de tilsvarende inosinderivatene som så nedbrytes videre

Mekanismen for xantin oksidase Det reduserte enzymet vil senere reoksideres av O 2 under dannelse av H 2 O 2

Videre nedbrytning av urinsyre

Purinnukleotidsyklus Denne syklusen spiller en viktig metabolsk rolle i skjelettmuskelvev. Dette vevet mangler de fleste enzymene som står for anaplerotiske reaksjoner i andre vev (syntese av TCAsyklusintermediater). Fumarat fra purinnukleotidsyklus fyller denne rollen i muskelvev

Nedbrytning av pyrimidiner Som for purinnukleotider degraderes pyrimidinnukleotidene til baser ved defosforylering, deaminering og bryting av glykosidbindinger. Basene som dannes, uracil og tymin, nedbrytes videre ved reduksjon, ikke ved oksidasjon som for purinene

Sykdommer forbundet med purinmetabolismen Disorder Defect Nature of Defect Comments Gout PRPP synthetase increased enzyme activity due to elevated Vmax hyperuricemia Gout PRPP synthetase enzyme is resistant to feed-back inhibition hyperuricemia Gout PRPP synthetase enzyme has increased affinity for ribose-5 phosphate (lowered Km) hyperuricemia Gout PRPP amidotransferase loss of feed-back inhibition of enzyme hyperuricemia Gout HGPRTa partially defective enzyme Lesch-Nyhan syndrome HGPRT lack of enzyme SCID ADAb lack of enzyme hyperuricemia Gout and severe malfunction of the nervous system. Selfmutilation B and T lymphocytes. RNR Immunodeficiency PNPc lack of enzyme see above Renal lithiasis APRTd lack of enzyme 2, 8 -dihydroxyadenine renal lithiasis Xanthinuria Xanthine oxidase lack of enzyme hypouricemia and xanthine renal lithiasis von Gierke's disease Glucose-6 phosphatase enzyme deficiency see above

Sykdommer forbundet med pyrimidinmetabolismen Disorder Defective Enzyme Comments Orotic aciduria Type I orotate phosphoribosyl transferase and OMP retarded growth and severe anemia decarboxylase Orotic aciduria Type II OMP decarboxylase see above Orotic aciduria (mild, no the urea cycle enzyme ornithine hematologic transcarbamoylase, is deficient component) increased mitochondrial carbamoyl phosphate exits and augments pyrimidine biosynthesis; hepatic encephalopathy b-aminoisobutyric aciduria Transaminase benign, frequent in Orientals OMP decarboxylase Allopurinol and 6 -azauridine treatments cause orotic acidurias; their catabolic by-products inhibit OMP decarboxylase Drug induced orotic aciduria

Syntese av NAD(P)+ Nikotinsyre og nikotinamid får overført ribosefosfat fra PRPP. Nikotinsyremonofosfat kan også dannes fra histidin via kinolinsyre. AMP tilkobles for dannelse av dinukleotidene (merk pyrofosfatbindingen!), nikotinsyre adenin dinukleotid amideres til NAD+, og NAD+ fosforyleres i 2’-stilling i ribosen som er knyttet til nikotinamid for dannese av NADP+

Syntese av FMN og FAD ATP Riboflavin fra kosten fosforyleres til FMN. AMP kobles på for dannelse av FAD

Syntese av Co. A Pantotensyre består av pantoinsyre bundet til βalanin via en amid(peptid)binding, og kan ikke syntetiseres av mennesker. Pantotensyre fosforyleres, en ny peptidbinding dannes mellom pantotensyre og cystein, produktet dekarboksyleres til 4’fosfopantetein, AMP henges på og ribosen fosforyleres i 3’-stilling for dannelse av Co. A

Baser, nukleosider, nukleotider Syrelabil Nglykosidbinding, syrelabil dersom basen er et purin

Struktur av nukleinsyrer: RNA Til venstre en vanlig strukturformel, over en mer skjematisk fremstilling. Sekvensen kan også skrives 5’-Ap. Up. Cp. Gp AUCG

Hydrolyse av RNA under alkaliske betingelser Hydroksylgruppen i 2’-stilling angriper fosfatgruppen bundet i nabostillingen (3’). Det dannes en syklisk diester som vil hydrolyseres, enten til et nukleosid-3’-fosfat eller et nukleosid-2’-fosfat

Tautomere former av basene i DNA