Biosynthese und Abbau der Nucleotide

1. Biosynthese und Abbau der Nucleotide Der Purinring wird aus verschiedenen Vorstufen zusammengebaut

2. Biosynthese und Abbau der Nucleotide Der Purinring wird am Ribosephosphat aufgebaut Die Bildung von 5-phosphoribosyl 1-amin ist die Schrittmacherreaktion bei der de novo-Synthese von Purinnucleotiden

3. Biosynthese und Abbau der Nucleotide • Der sukzessive Aufbau des Purinrings resultiert in der Bildung des Nucleotids Inosinat 5’-monophosphat (IMP) • Aus IMP werden Adenosin 5’-monophosphat (AMP) und Guanosin 5’-monophosphat (GMP) gebildet Hinweis: IMP wird normalerweise nicht in Nucleinsäuren eingebaut. Da sich Inosin aber mit Cytosin und Thymin paaren kann, wird es oft bei der Synthese von “degenerierten” Oligonucleotiden verwendet.

4. Biosynthese und Abbau der Nucleotide Die Synthese der Purinnucleotide wird durch Feedback-Hemmung reguliert • PRPP-Synthetase wird durch grosse Mengen an Purinnucleotiden teilweise gehemmt = kumulative Feedback Kontrolle • Glutamin-PRPP-Amidotransferase wird über einen Feedback-(Rückkopplungs) mechanismus gehemmt. Hierbei wirken AMP und GMP synergistisch. • Die vom IMP ausgehenden Reaktionen sind durch Feedback-Hemmung reguliert • GTP ist ein Substrat bei der AMP-Synthese, ATP bei der GMP-Synthese. Diese reziproke Substratbeziehung reguliert das Gleichgewicht der Produkte

5. Biosynthese und Abbau der Nucleotide Konzept: Salvage pathways Beim hydrolytischen Abbau von Nucleinsäuren und Nucleotiden enstehen freie Purinbasen. Die Wiederverwertung dieser freien Basen ist einfacher und weniger aufwending Im “salvage pathway” wird eine Ribosephosphateinheit vom PRPP auf das Purin übertragen Für den Purinbasen salvage pathway stehen zwei Enzyme zur Verfügung: • Adenin-Phosphoribosyltransferase (APRT) AMP • Hypoxanthin-Guanin -Phosphoribosyltransferase (HGPRT) IMP oder GMP

6. Biosynthese und Abbau der Nucleotide Synthese des Pyrimidinringes • Im Gegensatz zur de novo-Synthese des Purinringes wird der Pyrimidinring zuerst aus zwei Bausteinen zusammengefügt • Anschliessend wird der Pyrimidinring mit einer Ribosephosphatgruppe verknüpft und decarboxyliert zum Uridin 5’-monophosphat

7. Zusammenfassung:Synthese von Purin- und Pyrimidinnucleotiden • Der Purinring von AMP und GMP wird am Ribosephosphat aufgebaut • Der Pyrimidinring wird zuerst aufgebaut und dann auf Ribosephosphat übertragen. Dabei entsteht zunächst nur Uridin 5’-monophosphat (UMP) • Nucleosidmono- di- und triphosphate sind ineinander umwandelbar XDP + YTP XTP + YDP • CTP wird durch Aminierung von UTP gebildet (Glutamin als Donor der NH2 gruppe) Resultat:ATP, GTP. CTP, UTP Biosynthese und Abbau der Nucleotide

8. • Die Synthese von Deoxyribonucleotiden wird von Ribonucleotid-Reduktase, ein Radikalenzym, katalysiert. Thioredoxin oder Glutaredoxin transportieren die e- • Ribonuclotid-Reduktase ist ein heterotetrameres Enzym. • Die Reduktion der Ribonucleotide wird durch zwei verschiedenartige allosterische Zentren reguliert - Gesamtaktivität: dATP/ATP - Substratspezifität: dATP/ATP fördert Reduktion von UDP und CDP dTTP fördert Reduktion von GDP dGTP fördert Reduktion von ADP A close-up view.... Biosynthese und Abbau der Nucleotide Synthese von Deoxyribonucleotiden 22-8b_RiboReductase

9. Thymidylat-Synthase Biosynthese und Abbau der Nucleotide Die Synthese von Deoxythymidin ist ein wichtiger Angriffspunkt in der Krebschemotherapie Dihydrofolat/Tetrahydrofolat hat eine Schlüsselrolle in der Synthese von dTMP und der Purinsynthese

10. A close-up view.... Biosynthese und Abbau der Nucleotide Die Synthese von Deoxythymidin ist ein wichtiger Angriffspunkt in derKrebschemotherapie • Krebszellen brauchen besonderns viel dTTP zur DNA Synthese • Fluoruracil ist ein Suizidinhibitor da es von TS in F-dUMP umgewandelt wird, welches das Enzym irreversibel hemmt • Aminopterin und Methotrexat sind Dihydrofolat-Analoga welche DR kompetitiv (Ki < 10-9 M) inhibieren • Besonders wirksam bei schnell- wachsenden Tumoren, jedoch sind die Substrat-analoga auch sehr toxisch da sie auch gesunde Zellen mit hohen Teilungsraten abtöten (z.B. Knochen- markstammzellen, Darmepithelzellen) 22-16_DHFReductase

11. Biosynthese und Abbau der Nucleotide Purinabbau • Unter physiologischen Bedingungen sind Purinsynthese, Purinreutilisation und Purinabbau so reguliert dass das Purinnucleotidangebot genau der metabolischen Situation angepasst ist • Täglicher Bedarf: 400 - 700 mg, weitgehend durch Reutilisation gedeckt • Purine werden zu Harnsäure abgebaut. Tägliche Produktion ca. 1 gm Xanthine Oxidase Purin Nucleosid Phosphorylase AMP Deaminase Xanthine Oxidase

12. Biosynthese und Abbau der Nucleotide Störungen im Purinabbau sind genetisch bedingt und haben erhebliche klinische Folgen • Hyperurikämie Erhöhte Serumkonzentration von Urat (bis zu 30 g oder mehr, normal 1 g in Körperwasser). Führt zu Gicht, die Ablagerung von Natriumuratkristallen in Gelenken, Nieren und Sehnenscheiden. Kann z. T. auch durch falsche Ernährung bedingt sein. • Lesch-Nyhan-Syndrom (X-linked recessive) Ca. 1 in 100’000 Kinder sind betroffen. Bedingt durch ein völliges Fehlen des Enzyms Hypoxanthin- Guanin-Phosphoribosyltransferase (HGPRT). Erhöhte PRPP Konzentration und de-novo Purinbiosynthese. Klinische Symptome beinhalten zwanghafter Hang zur Selbstzerstümmlung, Agression, geistige Behinderung, und Gicht in frühem Alter.