SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

PURYNOWYCH I

PURYNOWYCH I

PIRYMIDYNOWYCH

PIRYMIDYNOWYCH

Adrianna Opalska

Wydział Nauk Medycznych

Kierunek lekarski

grupa IV

NUKLEOTYDY I ICH ROLA

NUKLEOTYDY I ICH ROLA



aktywne

prekursory

kwasów nukleinowych

(RNA, DNA)



środki

wymiany energii

(ATP – uniwersalny,

GTP – dla określonej grupy procesów)



ich pochodne uczestniczą w reakcjach
biosyntezy (np. powstawanie glikogenu –
UDP-glukoza, synteza tłuszczów – CDP-
acyloglicerol)



zasadnicze elementy szlaków

przekaźnictwa sygnałów

(cAMP, cGMP, ATP)

NUKLEOTYDY I ICH ROLA

NUKLEOTYDY I ICH ROLA



komponenty

koenzymów

FAD, NAD⁺, NADP⁺



allosteryczne regulatory aktywności
enzymatycznej



ich syntetyczne analogi naturalne są

stosowane w chemioterapii

(inhibitory

enzymów)



allopurynol – analog puryny, stosowany w
leczeniu hiperurykemii i w skazie
moczanowej

SZLAKI BIOSYNTEZY

SZLAKI BIOSYNTEZY



synteza de novo

( zasady nukleotydowe

składane z prostszych związków)

•

PIRYMIDYNY - najpierw szkielet zasady,
następnie przyłączany do rybozy

•

PURYNY - poszczególne fragmenty
dobudowywane do rybozy



synteza rezerwowa

(przyłączanie do

rybozy zasad odzyskanych z innych
procesów)

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

PIRYMIDYNOWYCH

PIRYMIDYNOWYCH

W SKRÓCIE…



najpierw syntetyzowany jest
pierścień zasady składający się z 2
cząsteczek wodorowęglanu, kwasu
asparaginowego i NH₄⁺



następnie przyłączany jest do rybozy



powstaje nukleotyd pirymidynowy

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

PIRYMIDYNOWYCH

PIRYMIDYNOWYCH

…POCZĄTEK :

kilkuetapowa synteza

karbamoilofosforanu z glutaminy, ATP i CO₂

katalizowana przez cytoplazmatyczną syntetazę

karbamoilofosforanową



I ETAP:

fosforylacja jonu wodorowęglanowego z

wykorzystaniem cząsteczki ATP, powstaje

karboksyfosforan i ADP



II ETAP:

karboksyfosforan reaguje z amoniakiem, w

wyniku czego powstaje kwas karbaminowy i

nieorganiczny fosforan

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

PIRYMIDYNOWYCH

PIRYMIDYNOWYCH



III ETAP:

kwas karbaminowy ulega

fosforylacji z udziałem drugiej
cząsteczki ATP, powstaje
karbamoilofosforan

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

PIRYMIDYNOWYCH

PIRYMIDYNOWYCH



Kondensacja

karbamoilofosforanu

z

asparaginianem

katalizowana przez

karbamoilotransferazę
asparaginianową tworzy

karbamoiloasparaginian



Karbamoiloasparaginian

ulega

cyklizacji do

dihydroorotanu

, który z

udziałem NAD⁺ zostaje utleniony do

orotanu

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

PIRYMIDYNOWYCH

PIRYMIDYNOWYCH



Na tym etapie

orotan

wiąże się z

rybozą

, która

jest elementem
składowym
5-fosforybozylo-1-
pirofosforanu (PRPP)



Po tej reakcji katalizowanej
przez
fosforybozylotransferazę
pirymidynową

orotan

tworzy nukleotyd
pirymidynowy –

orotydylan

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

PIRYMIDYNOWYCH

PIRYMIDYNOWYCH



Orotodylan

ulega następnie

dekarboksylacji

dzięki dekarboksylazie

orotydylanowej, w wyniku czego powstaje

urydylan

(UMP)

, główny nukleotyd

pirymidynowy – prekursor RNA



z UMP mogą powstawać kolejne
podstawowe rybonukleotydy pirymidynowe

POWSTAWANIE

POWSTAWANIE

TRIFOSFORANUCYTYDYNY

TRIFOSFORANUCYTYDYNY



Cytydyna powstaje w wyniku przekształcenia
zasady - uracylu obecnego w UMP



Reakcja poprzedzona jest zamianą UMP w
UTP

I.

UMP

+

ATP

↔

UDP

+

ADP

II.

UDP

+

ATP

↔

UTP

+

ADP



CTP

powstanie z UTP po wymianie tlenu

grupy karbonylowej na grupę aminową

REAKCJE REZERWOWE

REAKCJE REZERWOWE

PIRYMIDYN

PIRYMIDYN



Przemieniają rybonukleozydy pirymidynowe,

URYDYNĘ

I

CYTYDYNĘ

oraz

deoksyrybonukleozydy,

TYMIDYNĘ

I

DEOKSYCYTYDYNĘ

w

nukleotydy



Np.: kinaza deoksycytydynowa przekształca

deoksycytydynę

do

monofosforanu

deoksycytydyny (dCMP)

deoksycytydyna

+

ATP

→

dCMP

+

ADP

REGULACJA BIOSYNTEZY

REGULACJA BIOSYNTEZY

NUKLEOTYDÓW

NUKLEOTYDÓW

PIRYMIDYNOWYCH

PIRYMIDYNOWYCH



Dwa pierwsze enzymy biorące udział w
syntezie nukleotydów pirymidynowych są
wrażliwe na

regulację allosteryczną



3 pierwsze i 2 ostatnie enzymy regulowane są
przez

skoordynowaną represję i derepresję



syntetaza karbamoilofosforanowa

hamowana przez UTP i nukleotydy purynowe,
aktywowana przez PRPP



karbamoilotransferaza asparaginianowa

wrażliwa na hamujące działanie CTP

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

PURYNOWYCH

PURYNOWYCH



Reakcja syntezy puryn

wymaga PRPP

,

stanowiącego szkielet, na
którym stopniowo
budowana jest zasada



I etap syntezy:

wymiana

pirofosforanu z PRPP na
azot amidowy glutaminy, w
efekcie czego powstaje 5-
fosforybozylo-1-amina, z
grupą aminową w
konfiguracji β

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

PURYNOWYCH

PURYNOWYCH



Synteza zachodzi w kolejnych

9 etapach



Pierwsze sześć z nich to reakcje
analogiczne, katalizowane przez enzymy
zawierające domeny wiążące ATP



Każdy etap składa się z aktywacji tlenu
związanego z atomem węgla na drodze
fosforylacji, po której następuje wymiana
grupy fosforanowej

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

PURYNOWYCH

PURYNOWYCH

1.

Grupa karboksylowa glicyny

ulega

aktywacji przez fosforylację, następnie
zostaje przyłączana do

grupy aminowej

fosforybozyloaminy

(5-fosfo-β-D-

rybozyloaminy)

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

PURYNOWYCH

PURYNOWYCH

2.

Aktywacja i przyłączenie

mrówczanu

do

grupy aminowej glicyny, powstaje

rybonukleotyd formyloglicynoamidowy

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

PURYNOWYCH

PURYNOWYCH

3.

Podstawienie tlenu karbonylowego grupą
NH, powstanie

rybonukleotydu

formyloglicynoamidynowego

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

PURYNOWYCH

PURYNOWYCH

4.

Cyklizacja

rybonukleotydu
formyloglicynoa
midy nowego

,

powstaje
pięcioskładnikow
y

pierścień

imidazolowy

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

PURYNOWYCH

PURYNOWYCH

5.

Aktywacja jonu wodorowęglanowego
i atakowanie go przez egzocykliczną
grupę aminową, powstały produkt
ulega rearanżacji i przeniesieniu
grupy karboksylowej na pierścień
imidazolowy

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

PURYNOWYCH

PURYNOWYCH

6.

Fosforylacja grupy
karboksylowej
imidazolu, powstała
grupa fosforanowa
zostaje zamieniona na
grupę aminową
będącą częścią
asparaginianu

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

PURYNOWYCH

PURYNOWYCH

7.

Oddzielenie się od związku fumaranu i
powstanie

rybonukleotydu 5-

aminoimidazolo-4-karboksyamidowego

8.

Przyłączenie grupy formylowej z N¹⁰-
formylotetrahydrofolianu do azotu, powstaje

rybonukleotyd 5-foraminoimidazolo-4-
karboksyamidowy

9.

Cyklizacja, utrata cząsteczki wody i
przekształcenie produktu w

inozynian (IMP)

Zamiana

IMP

w

AMP

lub

GMP

wymaga

kilku dodatkowych etapów

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

PURYNOWYCH

PURYNOWYCH

ZAMIANA IMP W AMP



Przyłączenie

kwasu asparaginowego

do

IMP



W następnym etapie odłącza się fumaran
i powstaje

AMP



Enzym odpowiedzialny za reakcję :
syntaza adenylobursztynianowa

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

SYNTEZA NUKLEOTYDÓW

PURYNOWYCH

PURYNOWYCH

ZAMIANA IMP W GMP



Utlenienie IMP do

ksantylanu

,

wprowadzenie grupy aminowej przy
węglu C-2. Ksantylan zostaje aktywowany
przez przeniesienie grupy AMP z ATP na
atom tlenu nowo powstałej grupy
karbonylowej. Zastąpienie AMP przez jon
amonowy z hydrolizy glutaminy i powstaje

guanylan



Enzym katalizujący: syntetaza GMP

SZLAK REZERWOWY SYNTEZY

SZLAK REZERWOWY SYNTEZY

NUKLEOTYDÓW PURYNOWYCH

NUKLEOTYDÓW PURYNOWYCH



przyłączanie

wolnych zasad

pochodzących z rozpadu nukleotydów lub
przyjmowanych z pożywieniem do

PRPP



Enzymy odpowiedzialne za odzysk zasad
purynowych:

•

Fosforybozylotransferaza adeninowa

adenina

+

PRPP

→

adenylan

+

PP

i

•

Fosforybozylotransferaza hipoksantyno-
guaninowa

guanina

+

PRPP

→

guanylan

+

PP

i

hipoksantyna

+

PRPP

→

inozynian

+

PP

i

REGULACJA BIOSYNTEZY

REGULACJA BIOSYNTEZY

NUKLEOTYDÓW PURYNOWYCH

NUKLEOTYDÓW PURYNOWYCH



Głównym determinantem

nasilenia

syntezy
de novo nukleozydów purynowych jest

stężenie PRPP

(determinowane przez

względną szybkość syntezy PRPP, jego
zużytkowanie i degradację)



Hamowanie 2 pierwszych enzymów
odbywa się przez

IMP

,

GMP

(blok przemiany

inozynianu w ksantylan),

AMP

(blok

przemiany inozynianu w adenylan)

NAD

NAD

⁺, FAD I KOENZYM A

⁺, FAD I KOENZYM A

POWSTAJĄ Z ATP

POWSTAJĄ Z ATP

NAD⁺

- nukleotyd nikotynoamidoadeninowy

I etap syntezy: powstanie

rybonukleotydu

nikotynianu

z

nikotynianu

i

PRPP

II etap syntezy: przeniesienie reszty AMP

z ATP na rybonukleotyd nikotynianowy i
powstanie

deamino-NAD⁺

III etap syntezy: przyłączenie jonu

amonowego od grupy amidowej
glutaminy do grupy karboksylowej
nikotynianu, powstanie

NAD⁺

NAD

NAD

⁺, FAD I KOENZYM A

⁺, FAD I KOENZYM A

POWSTAJĄ Z ATP

POWSTAJĄ Z ATP

FAD

– dinukleotyd flawinoadeninowy; powstaje

z ryboflawiny i dwóch cząsteczek ATP

I etap syntezy:

ryboflawina

+

ATP

→

ryboflawino-5’-fosforan

+

ADP

II etap syntezy:

ryboflawino-5’-fosforan

+

ATP

→

FAD

+

PP

i

BIBLIOGRAFIA…

BIBLIOGRAFIA…

• Berg Jeremy, Tymoczko John, Streyer Lubert, BIOCHEMIA,
Warszawa 2007, PWN.

• Murray Robert, Granner Daryl, Mayes Peter, Biochemia
Harpera, wyd.3, Warszawa 1995.

• Davidson Victor, Sittman Donald, Biochemia wydanie
polskie pod redakcją Janiny Kwiatkowskiej - Korczak,
Wrocław 2002.

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ !

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ !