NKLEOTD SENTEZ VE YIKILIMI 2 saat Do Dr

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, CO 2 ve NH 3’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-5 fosfat 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, N 10 -formil H 4 -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 5 aminoimidazol ribonükleotid (AIR) oluşur

PRPP’tan IMP oluşmasında altıncı basamak: Ürik imidazol halkasına enzimatik reaksiyonla biotinle taşınan CO 2 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 N 10 -formil H 4 -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, N 10 -formil H 4 folat, CO 2 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 glutamino 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, 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 (O 2 -) oluşturur. Superoksit radikali de superoksit dismutaz etkisiyle hidrojen perokside dönüştürülür 2 O 2 - + 2 H+ H 2 O 2 + O 2 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, 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 NH 3 ile bikarbonat halindeki CO 2’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 H 2 O kaybı olur ve halka yapılı dihidroorotik asit oluşur

Dihidroorotik asitten, NAD+ gerektiren dihidroorotat dehidrojenaz etkisiyle orotik asit oluşur

Pirimidin halkasının atomları, aspartat, CO 2 ve glutaminden sağlanır

Orotik aside orotat fosforibozil transferaz etkisiyle PRPP’tan bir riboz-5 fosfat 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

d. UMP, CDP ve UDP üzerinden sentezlenir. Ribonükleotid redüktazın etkisi, pürin deoksiribonükleotidlerinin sentezindeki gibidir.

d. TMP, timidilat sentaz etkisiyle d. UMP’tan oluşur; metil grubu, N 5, N 10 -Metilentetrahidrofolattan aktarılır. N 5, N 10 Metilentetrahidrofolat 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-5 oxo-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-1 fosfat 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, CO 2, NH 3 ve -aminoizobutirat, pirimidin katabolizmasının son ürünleridir. -alanin, asetil Co. A’ya; aminoizobutirat ise süksinil Co. A’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