Biosynthese und Metabolismus von Nukleotiden

Biosynthese und Metabolismus von
Nukleotiden
Biochemie
Universität Wien Department für Medizinisch/Pharmzeutische Chemie
Biochemie Medizinische Informatik
Die beiden Möglichkeiten...
Zwei Möglichkeiten zur Bereitstellung von Nukleotiden:
1) De-novo Synthese:
Purine: ausgehend von Glycin (ca. 10 –20 %)
Pyrimidine: ausgehend von Aspartat
2) Wiederverwendung
(salvage pathway)
Verwendung für DNA, RNA, ATP etc.
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Die beiden Möglichkeiten...
1) De-novo Synthese:
aktivierte D-Ribose (PRPP) + Aminosäuren (Glycin,
Aspartat etc.) + CO2 + Energie (ATP)
Nucleotide
2) Wiederverwendung (salvage pathway) (bei Pyrimidinen 0)
aktivierte D-Ribose (PRPP) + Base
Nucleotiden
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Key-Intermediate
O
O P O
O
H
O
H
O
O
H
H
OH
O P O P O
OH O
O
PRPP (5-Phosphoribosyl-1-pyrophosphat)
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Biosynthese von Purinen
N
N
IMP
N
N
R
Purinring Grundgerüst
ATP
GTP RNA Basen
dATP
dGTP DNA Basen
IMP
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Biosynthese von Purinen
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Inosinat ist die Schlüsselverbindung
IMP-Synthase
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Regulation der Purin-Biosynthese
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Inosinat wird zu AMP und GMP
umgewandelt
1: Adenylatsuccinatsynthetase, 2: Adenylatsuccinatlyase,
3: IMP-Dehydrogenase, 4: XMP-Glutamin-Amidotransferase
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Die „Rückgewinnung“ von Purinbasen
Purinbasen können über zwei Enzymsysteme unter
Verwendung von PRPP und Abspaltung von PP wieder
zu Nukleotiden „recycelt“ werden.
Adenin
Adenin Phosphoribosyl-Transferase
Guanine/Hypoxanthin
Hypoxanthin-Guanine
Phosphoribosyl-Transferase
Zu Inosinmonophosphat bzw. Guanylat.
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Die Biosynthese der Pyrimidine
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Die Biosynthese von Carbamoylphosphat
Bei Tieren existieren zwei Carbamoylsynthetasen:
In den Mitochondrien: Carbamoyl-Synthetase
(Harnstoffzyklus)
Im Cytosol: Carbamoyl-Synthetase II
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CTP hemmt allosterisch die ATCase
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Die Reduktion zu den Desoxynucleotiden
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Ein Elektron wird von R2 auf ein
Tyrosinradikal übertragen.
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C-3´-Radikal
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Der Abbau von Purinen
Adenosin Desaminase
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Abspaltung der Ribose
Nucleosidase
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Oxidation zu Xanthine
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Guanin wird direkt zu Xanthin umgesetzt
Guanin Desaminase
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Das Endprodukt
des Purinabbaus
beim Primaten ist
Harnsäure
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Darstellung als Urat
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Andere Spezien
bauen Harnsäure
weiter ab.
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Harnsäure-Kristalle verursachen Gicht
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Pathobiochemie von Nukleotiden und
Regulation mit Xenobiotica
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Eine der Wohlstands-Erkrankungen...
Gicht:
Hyperurikämie, Harnsäureserumspiegel über 6,4 mg/dl
Ursache: entweder die Bildung von Harnsäure erhöht
oder, häufiger, die Ausscheidung vermindert.
Grundlage ist eine verminderte Harnsäuresekretion in
den Nierentubuli, vermutlich mit genetischer
Disposition.
Zusätzlich exogene Faktoren.
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Urikostatika
OH
OH
N
N
N
N
N
H
Allopurinol
HO
N
N
N
H
Oxypurinol
Allopurinol:
Hemmt (t1/2: 40 min, genauso wie sein Metabolit
Oxypurinol (t1/2: 14 h), die Xanthinoxidase als
kompetitiver Inhibitor.
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Ein Strukturvergleich
OH
OH
N
N
N
N
N
N
H
N
Allopurinol
O
N
N
N
H
N
H
N
Hypoxanthin
(Enolform)
Hypoxanthin
(Ketoform)
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Urikosurika
O
HO
Br
O
OH
O
S O
N
Probenecid
Br
O
Benzbromaron
Hemmen die tubuläre Rückresorption.
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Viele Wirkstoffe greifen in die
Nukleinsäurebiosynthese ein.
Prinzip:
Bakterien oder Tumorzellen haben einen schnelleren
Wachstumszyklus als „normale“ Körperzllen.
Dementsprechend
auch
einen
erhöhten
Nukleinsäurebedarf.
Selektivität wird bei Tumorzellen fast nur über die
Proliferation erreicht,
dementsprechend auch
Schädigung von schnell proliferierenden Zellen.
Bei Bakterien kann Selektivität zusätzlich durch
unterschiedliche Aktivität erreicht werden.
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5-Fluorouracil (5-FU) und Methotrexat
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5-Fluorouracil (5-FU) und Methotrexat II
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5-Fluorouracil (5-FU) Wirkung
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5-Fluorouracil (5-FU) Wirkung II
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5-Fluorouracil (5-FU) Wirkung II
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Biosynthese
Thymidin
von
5,10-Methylen-THF wird
ständig regeneriert.
Methotrexat hat eine 100
fache
Affinität
zur
Dihydrofolat-Reduktase
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Sulfanilamide und Trimethoprim
Prinzip:
Sulfonamide wirken als Antimetaboliten der pAminobenzoesäure
der
bakteriellen
Dihydrofolsäuresynthese.
Folsäure ist für Menschen ein Vitamin.
Trimethoprim:
Hemmt die bakterielle Dihydrofolat-Reduktase, die
Selektivität für das bakterielle Enzym beträgt vier bis
fünf Zehnerpotenzen.
Fixe Kombination: Sulfamethoxazol und Trimethoprim:
In-vivo 20:1
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