Nükleotid Metabolizması PDF

DHF 255-01 Nükleotid Metabolizması  Nükleotid (fosfat + nükleozid) Şeker Fosfat Organik baz...

DHF 255-01 Nükleotid Metabolizması  Nükleotid (fosfat + nükleozid) Şeker Fosfat Organik baz Riboz Deoksiriboz Pürinler Pirimidinler Adenin Guanin Sitozin Timin Urasil Genel Özellikler Vücudumuzun önemli yapı taşlarından olan nükleotidler, pürin veya pirimidin bazı, pentoz ve fosfat gruplarını ihtiva eden bileşiklerdir. DNA ve RNA yapısına katılır veya serbest nükleotidler olarak etkilidir Nikotinamid adenin dinükleotid (NADH), flavin adenin dinükleotid (FAD) ve koenzim A gibi pek çok koenzimin yapısına katılırlar Enerji metabolizmasında görev alan adenin trifosfat (ATP), guanozin trifosfat (GTP) gibi önemli moleküllerin yapısına katılır Hücre içi haberleşmede ikinci haberci olarak görevlidir (cAMP ve cGMP) Çeşitli biyosentezlerde aktive edilmiş metabolitlerin taşıyıcısı olarak görev alırlar. Örneğin nükleozid difosfat şeker (UDP-glukoz)  Pürin Nükleotidlerin Biyosentezi Besinler ile pürin ve pirimidin bazlarının alımı sınırlıdır. Bu nedenle pürin ve pirimidin nükleotidlerinin sentezi büyük önem taşımaktadır. İki yol ile olmaktadır: 1.De-Novo sentez 2.Pürin kurtarıcı (salvage) yol (bazların yeniden kullanımı) 4 ve 5. C’lar ile 7. N glisinden; 1. N aspartattan; 2 ve 8. C’lar tetrahidrofolattan; 3 ve 9. N’lar glutaminden ve 6. C CO2’den kaynaklanır a. De novo sentez De-novo sentez, başlangıç maddesi riboz molekülünün aktif bir şekli olan ve riboz-5 fosfattan sentezlenen 5-fosforibozil 1- pirofosfat (PRPP) ile başlar. Riboz 5-fosfat pentoz fosfat yolunda glukozdan üretilmektedir Reaksiyonlar sitozolik enzimler tarafından katalizlenmektedir. De- novo sentez başlıca karaciğer ve plasentada gerçekleşmektedir. a. De novo sentez 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 1. 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 pürin ve pirimidinlerin hem de novo sentezinde hem de salvage yollarda kullanılır. 2. PRPP’tan inozin monofosfat (IMP) oluşması PRPP’tan inozin monofosfat (IMP) oluşmasında birinci basamak PRPP ve glutaminden glutamin-PRPP amidotransferaz etkisiyle 5-fosforibozil 1-amin oluşur Bu reaksiyon pürin sentezinin hız kısıtlayıcı basamağıdır İlk pürin nükleotidinin sentezinde bu reaksiyonlarla toplam 6 ATP harcanır. Nükleik asitlerin yapısında yer almayan IMP, öncül nükleotid olarak AMP ve GMP sentezinde kullanılır.  3. IMP den AMP ve GMP oluşması AMP oluşumu için gerekli enerji, GTP’den; GMP oluşumu için gerekli enerji ATP’den sağlanır. IMP den AMP oluşması IMP’tan AMP sentezi, GTP’tan sağlanan enerji ile adenilosüksinat üzerinden adenilosüksinat sentetaz ve adenilosüksinaz enzimlerinin etkisiyle iki basamakta gerçekleşir; birinci basamakta aspartat kullanılır, ikinci basamakta fumarat ayrılır IMP den GMP oluşması IMP’tan GMP sentezi, ATP’den sağlanan enerji ile ksantin monofosfat (XMP) üzerinden NAD+ gerektiren IMP dehidrojenaz ve transaminidaz enzimlerinin etkisiyle iki basamakta gerçekleşir; birinci basamakta su kullanılır; ikinci basamakta glutamin amino grubu vericisi olarak kullanılır  Sonuç olarak de novo sentezde AMP için toplam 7, GMP için 8 yüksek enerjili fosfat bağının hidrolizine eşdeğer enerji harcanır. Oluşan AMP ve GMP nükleozit monofosfat olup, bu moleküller daha sonra kinaz enzimlerin katalizlediği reaksiyonlar ile nükleozid difosfat ve trifosfatlara çevrilmektedirler. b. Pürin kurtarıcı yol Nükleik asitlerin yıkımı ile serbest hale geçen pürin bazları yeniden nükleotid sentezinde kullanılabilmekte ve bu yolla daha az enerji harcanmaktadır. Serbest pürin bazları adenin, hipoksantin ve guanin den pürin nükleotidleri olan AMP, IMP ve GMP oluşumu için PRPP gereklidir. 2 enzim yer alır; AMP oluşumu adenin-fosforibozil transferaz (APRT) etkisiyle katalizlenir; adenin + PRPP AMP + PPi IMP ve GMP oluşumu hipoksantin-guanin fosforibozil transferaz (HGPRT) etkisiyle katalizlenir hipoksantin + PRPP IMP + PPi guanin + PRPP GMP + PPi  PRPP PP Hipoksantin IMP Hipoksantinguanin fosforiboziltransferaz PRPP PP Guanin GMP PRPP PP Adenin AMP Adenin fosforiboziltransferaz Pürin Sentezinin Düzenlenmesi Pürin nükleotidlerinin de novo sentezi, feedback kontrol vasıtasıyla düzenlenir; intrasellüler PRPP konsantrasyonu en önemli düzenleyicidir PRPP sentetaz ***Glutamin fosforibozil amidotransferaz IMP dehidrogenaz Adenilosüksinat sentetaz Pürin Nükleotidlerinin Katabolizması İnsanda pürin nükleotidlerinin (AMP, GMP) yıkımının son ürünü ürik asittir. Pürinlerin halkalı yapısı katabolik yolda parçalanmaz Ksantin oksidaz pürin katabolizmasının hız kısıtlayıcı enzimidir Enzim karaciğer, ince barsak ve böbreklerde çok aktiftir Allopurinol, hipoksantin analoğudur; ksantin oksidazı inhibe eder  AMP’den 5’nükleotidaz ile adenozin oluşur. Daha sonra adenozin, adenozin deaminaz (ADA) katalizi ile deaminasyona uğrar ve inozin oluşur. Pürin nükleozid fosforilaz ile inozinden hipoksantin, bunu izleyen ksantin oksidaz redüksiyonuyla ksantin oluşturulur. Bu sırada O2 kullanılır ve H202 açığa çıkar. GMP önce 5’-nükleotidaz kataliziyle guanozin, daha sonra nükleozid fosforilaz katalizi ile guanin haline gelir. Guanin deaminasyona uğrayarak ksantine dönüşür. AMP ve GMP’den oluşan ksantin, ksantin oksidaz aracılığıyla ürik aside oksitlenir.  AMP IMP GMP 5’-nükleotidaz H 2O NH4+ 5’-nükleotidaz 5’-nükleotidaz Adenozin İnozin Guanozin Adenozin deaminaz Pi Pi Pürin nükleotid fosforilaz Riboz 1-fosfat Riboz 1-fosfat Hipoksantin Guanin O2 + H2O NH3 Aminohidrolaz Ksantin oksidaz H2O2 Ksantin O2 + H2O Ksantin oksidaz H2O2 Ürik asid Pürin Metabolizmasının Klinik Önemi  Pürin nükleotid sentezi veya yıkımındaki anomali nedeniyle  Klinikte hiperürisemi, hipoürisemi ve immün yetmezlik bulguları gözükür a. Hiperürisemiler: o Primer ve sekonder nedenlere bağlı o Kanda ürik asit düzeylerinin yükselmesi ile karakterize o Bazı hiperürisemiler özgül enzim kusurlarını yansıtırken birçok hiperürisemi doku dönüşümünü hızlandıran kanser gibi hastalıklara ikincildir. Gut hastalığı Ürik asit, indirgeyici özellikte olduğundan plazmanın doğal antioksidan sistemi içinde yer alır Konsantrasyonu arttığında çözünürlüğü düşük olduğu için kolaylıkla idrarla atılamaz ve vücut için toksik olur Zayıf asit olan ürik asit, fizyolojik pH’ta %98 oranında iyonize olarak sodyum tuzları (monosodyum ürat) halinde çöker. Sodyum ürat kristallerinin eklemlerde birikimi tofus oluşumu, inflamasyon, ağrı ve artrite yol açar. Böbreklerde biriken ürat kristalleri ise taş oluşumu ve hasara neden olur. Gut hastalığında tedavi şekli pürinden zengin besinlerin diyetten çıkarılması ve ilaçla tedavi şeklindedir. Gut, bir ksantin oksidaz inhibitörü olan allopürinol ile tedavi edilir. Allopürinol ksantin oksidaz inhibitörüdür Sonuçta daha çözünür olan ksantin ve hipoksantin birikir Lesch-Nyhan Sendromu Hipoksantin-guanin fosforibozil transferazın (HGPRT) işlevsel olmayışı HGPRT eksikliği sonucu hipoksantin ve guanin bazlarından nükleotid oluşumu mümkün olmaz, PRPP aşırı birikir, pürin biyosentezi artar, bunun yıkım ürünü olan ürik asit yüksek miktarlarda birikir. Artmış ürik asit düzeyleri felçe sebep olan gutlu artritlere ve şiddetli nöropatolojiye neden olur. Hastada mental retardasyon, spastisite, agresif davranışlar ve kendine zarar verme (ısırma, kaşıma) görülür. Adenozin deaminaz (ADA) eksikliği T ve B lenfositler az sayıda, immün fonksiyonlar yetersiz ADA eksikliğinde hücre içi dATP konsantrasyonu 100 kat artar, ribonükleotid redüktazın iki bölgesine bağlanan dATP enzimi inhibe eder. Ribonükleotid redüktaz inhibisyonu sonucu ribonükleotidlerin deoksiribonükleotidlere dönüşümü azalır, dolayısıyla DNA sentezi azalır Hastalar immün yetersizlik nedeniyle steril yerlerde yaşamalıdır  Pirimidin Nükleotidlerin Biyosentezi Besinler ile pürin ve pirimidin bazlarının alımı sınırlıdır. Bu nedenle pürin ve pirimidin nükleotidlerinin sentezi büyük önem taşımaktadır. İki yol ile olmaktadır: De-Novo sentez Pürin kurtarıcı yol 1, 5. ve 6. C’lar ile 4. N aspartattan; 2. N glutaminden ve 3. C CO2’den kaynaklanır  De novo sentez Öncelikle 6 elemanlı halkasal yapının sentezi yapılır. Daha sonra bu halkasal yapı riboz 5-fosfata eklenir 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. Üridin monofosfatın (UMP) oluşması Hücrenin sitozolünde bulunan karbamoil fosfat sentetaz II (CPSII) tarafından katalizlenen bir reaksiyonda glutaminden kaynaklanan NH3 ile bikarbonat halindeki CO2’den karbamoil fosfat oluşur. Rxnda ATP kullanılır. Enzim isimleri: 1. aspartat transkarbomoilaz, ATCaz 2. karbomoil aspartat dehidrataz 3. dihidroororat dehidrojenaz 4. orotat fosforiboziltransferaz 5. orotidin-5'-fosfat karboksilaz 3. mitokondride, diğerleri 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 Pürin ve pirimidinlerin de novo sentezi arasındaki benzerlikler ve farklar; Her iki sentez için PRPP, glutamin, CO2 ve aspartat gereklidir Pirimidin nükleotidlerin de novo sentezinde ilk önce azotlu halka sentezlenmekte, daha sonra riboz fosfat eklenmektedir Pürin nükleotid sentezinde oluşan ilk ürün nükleik asitlerin yapısında yer almaz (IMP) Pirimidin kurtarıcı yol Fosforilazlar ve kinazlar etkisiyle serbest pirimidin bazlarından pirimidin nükleotidleri sentez edilebilmektedir. UMP, urasil fosforibozil transferaz etkisiyle urasil ve PRPP’tan da sentez edilebilir. urasil + riboz-1-fosfat uridine + Pi uridine + ATP ——> UMP + ADP thymine + deoxyribose-1-phosphate timidine + Pi thymidine + ATP ——> dTMP + ADP deoxycytidine + ATP dCMP + ADP Pirimidin Nükleotidlerinin Yıkımı CMP, UMP, TMP pirimidin nükleotidleri, 5’-nükleozidazın katalizlediği reaksiyonla sırasıyla sitidin, üridin, timidin nükleozidlerine dönüşür. Sitidin, önce sitidin deaminaz ile amin grubunu kaybederek üridine dönüşürler. Pirimidin nükleozid fosforilaz kataliziyle üridinden riboz ve timidinden deoksiriboz ayrılarak urasil ve timin açığa çıkar. Daha sonra ; Urasil →→→ β-alanin → asetil KoA Timin → β-aminobütirat → metilmalonil-semialdehit → süksinil KoA Pirimidinlerin yıkımı karaciğerde gerçekleşir. Pürin katabolizmasının suda çok az çözünen ürünlerinin aksine, pirimidin katabolizmasını son ürünleri olan CO2, NH3, β-alanin ve β-aminoizobütirat suda çok çözünür. Pirimidin Metabolizmasının Klinik Önemi Pirimidin katabolizmasının son ürünleri, suda çok çözündüklerinden, aşırı pirimidin üretimi klinik olarak saptanabilen birkaç anormalliğe sebep olur Tip I orotik asidüri, hem orotat fosforiboziltransferaz hem orotidilat dekarboksilaz eksikliğini yansıtır. Tip II orotik asidüri, sadece orotidilat dekarboksilaz eksikliği Bu hastalarda pirimidinler oluşmadığından gelişim bozukluğu görülür. Pürin biyosentezi inhibitörleri Pirimidin biyosentezi inhibitörleri