nukleotider kan syntetiseres ved forskellige midler både in vitro og in vivo.
In vitro kan beskyttelsesgrupper anvendes under laboratorieproduktion af nukleotider. Et oprenset nukleosid er beskyttet for at skabe en phosphoramidit, som derefter kan bruges til at opnå analoger, der ikke findes i naturen og/eller til at syntetisere et oligonukleotid.
In vivo kan nukleotider syntetiseres de novo eller genanvendes gennem bjærgningsveje., De komponenter, der anvendes i de novo nukleotidsyntese, stammer fra biosyntetiske forstadier til kulhydrat – og aminosyremetabolisme og fra ammoniak og kuldio .id. Leveren er det vigtigste organ i de novo syntese af alle fire nukleotider. De novo syntese af pyrimidiner og puriner følger to forskellige veje. Pyrimidiner syntetiseres først fra aspartat og carbamoylphosphat i cytoplasmaet til den fælles precursorringstruktur orotsyre, hvorpå en phosphoryleret ribosyl-enhed er kovalent forbundet., Puriner, imidlertid, syntetiseres først fra sukkerskabelonen, hvorpå ringsyntesen forekommer. Til reference udføres synteserne af purin – og pyrimidinnukleotiderne af flere en .ymer i cytoplasmaet i cellen, ikke inden for en specifik organel. Nukleotider gennemgår nedbrydning således, at nyttige dele kan genbruges i syntesereaktioner for at skabe nye nukleotider.
Pyrimidin ribonucleotide synthesisEdit
farveskema er som følger: enzymer, coenzymer, substrat navne, uorganiske molekyler
syntese af pyrimidines CTP og UTP opstår i cytoplasmaet, og starter med dannelsen af carbamoyl phosphat fra glutamin og CO2. Dernæst katalyserer aspartatcarbamoyltransferase en kondensationsreaktion mellem aspartat og carbamoylphosphat til dannelse af carbamoyl asparaginsyre, der cykles til 4,5-dihydroorotisk syre ved dihydroorotase. Sidstnævnte omdannes til orotat ved dihydroorotato .idase., Nettoreaktionen er:
(s)-Dihydroorotat + O2.orotat + H2O2
orotat er kovalent forbundet med en phosphoryleret ribosyl-enhed. Den kovalente binding mellem ribose og pyrimidin forekommer i position C1 af riboseenheden, som indeholder et pyrophosphat og N1 af pyrimidinringen., Orotate phosphoribosyltransferase (PRPP transferase) katalyserer net reaktion giver orotidine monophosphat (OMP):
Orotate + 5-Phospho-α-D-ribose 1-difosfat (PRPP) → Orotidine 5′-phosphat + Pyrofosfat
Orotidine 5′-monophosphat er decarboxyleres af orotidine-5′-phosphat-decarboxylase til at danne uridine monophosphat (UMP). PRPP transferase katalyserer både ribosylations-og decarbo .yleringsreaktionerne, der danner UMP fra orotsyre i nærvær af PRPP. Det er fra UMP, at andre pyrimidin-nukleotider er afledt., UMP phosphoryleres af to kinaser til uridintriphosphat (UTP) via to sekventielle reaktioner med ATP. For det første produceres diphosphatet fra UDP, som igen phosphoryleres til UTP. Begge trin er drevet af ATP-hydrolyse:
ATP + UMP.ADP + UDP UDP + ATP. UTP + ADP
CTP dannes derefter ved aminering af UTP ved den katalytiske aktivitet af CTP-syntetase., Glutamin er den NH3 donor, og reaktionen er drevet af ATP hydrolyse, for:
UTP + Glutamin + ATP + H2O → CTP + ADP + Pi
Cytidin-monophosphat (CMP) er afledt af cytidin trifosfat (CTP) med efterfølgende tab af to fosfater.
Purin ribonucleotide synthesisEdit
atomer, der er brugt til at bygge purin nukleotider, der kommer fra en række forskellige kilder:
syntese af IMP., id=”61600a4286″>
N1, der opstår fra amin gruppe af Asp
C2 og C8 stammer fra formate
N3 og N9 er bidraget af amid gruppe Gln
C4, C5 og N7, der er afledt af Gly
C6 kommer fra HCO3− (CO2)
de novo syntese af purin nukleotider, som disse forstadier er indarbejdet i purin ring provenuet ved en 10-trins vej til grenen-punkt mellemliggende IMP, nukleotider af basen hypoxanthine., AMP og GMP syntetiseres efterfølgende fra denne mellemliggende via separate, to-trins veje. Således dannes purindele oprindeligt som en del af ribonukleotiderne snarere end som frie baser.
seks en .ymer deltager i IMP-syntese. Tre af dem er multifunktionel:
- GART (reaktioner, 2, 3, og 5)
- PAICS (reaktioner, 6, og 7)
- ATIC (reaktioner, 9 og 10)
Den vej begynder med dannelsen af PRPP. PRPS1 er det en .ym, der aktiverer R5P, som primært dannes af pentosephosphatvejen, til PRPP ved at reagere med ATP., Reaktionen er usædvanlig, idet en pyrophosphorylgruppe overføres direkte fra ATP til C1 af R5P, og at produktet har a-konfigurationen omkring C1. Denne reaktion deles også med veje til syntese af Trp, His og pyrimidin-nukleotiderne. At være på en større metabolisk korsvej og kræver meget energi, er denne reaktion stærkt reguleret.,
I den første reaktion er unikke til purin nukleotid biosyntese, PPAT katalyserer forskydning af PRPP er pyrofosfat-gruppen (PPi) af en amid kvælstof doneret fra enten glutamin (N), glycine (N&C), aspartat (N), folinsyre (C1), eller CO2. Dette er det engagerede trin i purinsyntese. Reaktionen sker med inversionen af konfiguration om ribose C1, hvorved der dannes β-5-phosphoryboslamin (5-PRA) og etablering af den anomere form af det fremtidige nukleotid.,
dernæst inkorporeres en glycin, der brændes ved ATP-hydrolyse, og Carbo .ylgruppen danner en aminbinding til den tidligere introducerede NH2. En en-carbon-enhed fra folinsyre coenzym N10-formyl-THF er så føjet til amino gruppe til den substituerede glycin efterfulgt af lukningen af imidazol ring. Dernæst overføres en anden NH2-gruppe fra glutamin til glycinenhedens første carbon. En Carbo .ylering af det andet carbon i glycin-enheden tilsættes samtidigt. Dette nye kulstof modificeres ved tilsætning af en tredje NH2-enhed, denne gang overført fra en aspartatrest., Endelig sættes en anden en-carbonenhed fra formyl-THF til nitrogengruppen, og ringen lukkes kovalent for at danne den fælles purinprecursor inosinmonophosphat (IMP).
inosinmonophosphat omdannes til adenosinmonophosphat i to trin. For det første brænder GTP-hydrolyse tilsætningen af aspartat til IMP ved adenylosuccinatsyntase, idet carbonylo .ygen erstattes med et nitrogen og danner det mellemliggende adenylosuccinat. Fumarat spaltes derefter ud og danner adenosinmonophosphat. Dette trin katalyseres af adenylosuccinatlyase.,
inosinmonophosphat omdannes til guanosinmonophosphat ved O .idation af IMP-dannelse af IMANTHYLAT efterfulgt af indsættelse af en aminogruppe ved C2. NAD+ er elektronacceptoren I O .idationsreaktionen. Amidgruppeoverførslen fra glutamin brændes ved ATP-hydrolyse.
pyrimidin-og purinnedbrydningdit
hos mennesker kan pyrimidinringe (C, T, U) nedbrydes fuldstændigt til CO2 og NH3 (urinstofudskillelse). Når det er sagt, kan purinringe (G, A) ikke. I stedet nedbrydes de til den metabolisk inerte urinsyre, som derefter udskilles fra kroppen., Urinsyre dannes, når GMP er opdelt i basen guanin og ribose. Guanin deamineres til xanthin, som igen o .ideres til urinsyre. Denne sidste reaktion er irreversibel. Tilsvarende kan urinsyre dannes, når AMP deamineres til IMP, hvorfra riboseenheden fjernes for at danne hypo .anthin. Hypo .anthin o .ideres til xanthin og til sidst til urinsyre. I stedet for urinsyresekretion kan guanin og IMP anvendes til genanvendelsesformål og nukleinsyresyntese i nærvær af PRPP og aspartat (NH3-donor).