nukleotydy mogą być syntetyzowane za pomocą różnych środków zarówno in vitro, jak i In vivo.
in vitro grupy ochronne mogą być stosowane podczas laboratoryjnej produkcji nukleotydów. Oczyszczony nukleozyd jest chroniony w celu utworzenia fosforamidytu, który można następnie wykorzystać do uzyskania analogów nie występujących w przyrodzie i/lub do syntezy oligonukleotydu.
w Warunkach In vivo nukleotydy mogą być syntetyzowane de novo lub poddane recyklingowi poprzez drogi ratunkowe., Składniki stosowane w syntezie nukleotydów de novo pochodzą z biosyntetycznych prekursorów metabolizmu węglowodanów i aminokwasów oraz z amoniaku i dwutlenku węgla. Wątroba jest głównym narządem syntezy de novo wszystkich czterech nukleotydów. De novo synteza pirymidyn i puryn przebiega dwoma różnymi drogami. Pirymidyny są syntetyzowane najpierw z asparaginianu i karbamoilofosforanu w cytoplazmie do wspólnej struktury pierścienia prekursorowego kwasu orotowego, z którym wiązana jest kowalencyjnie fosforylowana Jednostka rybozylu., Puryny są jednak najpierw syntetyzowane z szablonu cukru, na którym zachodzi synteza pierścieniowa. Dla porównania, synteza nukleotydów purynowych i pirymidynowych jest przeprowadzana przez kilka enzymów w cytoplazmie komórki, a nie w obrębie określonych organelli. Nukleotydy ulegają rozkładowi tak, że użyteczne części mogą być ponownie użyte w reakcjach syntezy w celu utworzenia nowych nukleotydów.
synteza rybonukleotydów pirymidynowych
schemat kolorów jest następujący: enzymy, koenzymy, nazwy substratów, cząsteczki nieorganiczne
synteza pirymidyn CTP i UTP zachodzi w cytoplazmie i rozpoczyna się od utworzenia karbamoilofosforanu z glutaminy i CO2. Następnie karbamoilotransferaza asparaginianowa katalizuje reakcję kondensacji między asparaginianem a karbamoilofosforanem, tworząc kwas karbamoilowy, który jest cyklizowany na kwas 4,5-dihydroorotyczny przez dihydroorotazę. Ten ostatni jest przekształcany w orotat przez oksydazę dihydroorotatową., Reakcja sieciowa TO:
(S)-Dihydroorotan + O2 → Orotan + H2O2
Orotan jest kowalencyjnie połączony z fosforylowaną jednostką rybozylu. Wiązanie kowalencyjne między rybozą i pirymidyną występuje w pozycji C1 jednostki rybozy, która zawiera Pirofosforan, i N1 pierścienia pirymidynowego., Orotate phosphoribosyltransferase (transferase PRPP) katalizuje reakcję sieciową, w wyniku której powstaje monofosforan orotydyny (OMP):
orotate + 5-Phospho-α-D-ribose 1-diphosphate (PRPP) → 5′-fosforan Orotydyny + Pirofosforan
5′-monofosforan Orotydyny jest dekarboksylowany przez dekarboksylazę OROTYDYNO-5′-fosforanową do postaci monofosforanu urydyny (UMP). Transferaza PRPP katalizuje zarówno reakcje rybosylacji, jak i dekarboksylacji, tworząc UMP z kwasu orotowego w obecności PRPP. To z UMP pochodzą inne nukleotydy pirymidynowe., UMP jest fosforylowany przez dwie kinazy do trifosforanu urydyny (UTP) w dwóch sekwencyjnych reakcjach z ATP. Najpierw powstaje difosforan z UDP, który z kolei ulega fosforylacji do UTP. Oba etapy są napędzane przez hydrolizę ATP:
ATP + UMP → ADP + UDP UDP + ATP → UTP + ADP
CTP powstaje następnie w wyniku aminowania UTP przez aktywność katalityczną syntetazy CTP., Glutamina jest dawcą NH3, a reakcja jest również napędzana przez hydrolizę ATP:
UTP + glutamina + ATP + H2O → CTP + ADP + Pi
monofosforan cytydyny (CMP) pochodzi z trifosforanu cytydyny (CTP) z późniejszą utratą dwóch fosforanów.
synteza rybonukleotydów Purynowychedytuj
Atomy używane do budowy nukleotydów purynowych pochodzą z różnych źródeł:
N1 powstaje z grupy aminowej Asp
C2 i C8 pochodzą z mrówczanu
N3 i N9 są wnoszone przez grupę amidową Gln
C4, C5 i N7 są otrzymywany z Gly
C6 pochodzi z HCO3− (CO2)
synteza de novo nukleotydów purynowych, przez które te prekursory są włączone do pierścienia purynowego, przebiega 10-stopniową ścieżką do pośredniego Imp, nukleotydu Zasady hipoksantyny., AMP i GMP są następnie syntetyzowane z tego półproduktu poprzez oddzielne, dwustopniowe ścieżki. Tak więc grupy purynowe są początkowo tworzone jako część rybonukleotydów, a nie jako wolne Zasady.
sześć enzymów bierze udział w syntezie IMP. Trzy z nich są wielofunkcyjne:
- GART (reakcje 2, 3 i 5)
- PAICS (reakcje 6 i 7)
- ATIC (reakcje 9 i 10)
ścieżka zaczyna się wraz z tworzeniem PRPP. PRPS1 jest enzymem, który aktywuje R5P, który jest tworzony głównie przez szlak fosforanu pentozy, do PRPP poprzez reakcję z ATP., Reakcja jest niezwykła, ponieważ grupa pirofosforylowa jest bezpośrednio przenoszona z ATP do C1 R5P i że produkt ma konfigurację α około C1. Reakcja ta jest również współdzielona ze szlakami syntezy TRP, his i nukleotydów pirymidynowych. Będąc na głównym skrzyżowaniu metabolicznym i wymagającym dużo energii, reakcja ta jest wysoce regulowana.,
w pierwszej reakcji unikalnej dla biosyntezy nukleotydów purynowych, PPAT katalizuje przemieszczenie grupy pirofosforanowej PRPP (PPi) przez azot amidowy otrzymywany z glutaminy (N), glicyny (n&C), asparaginianu (N), kwasu foliowego (C1) lub CO2. Jest to zaangażowany krok w syntezie puryn. Reakcja zachodzi z inwersją konfiguracji wokół rybozy C1, tworząc w ten sposób β-5-fosforybozyloaminę (5-PRA) i ustanawiając anomeryczną formę przyszłego nukleotydu.,
następnie glicyna wchodzi w skład hydrolizy ATP, a grupa karboksylowa tworzy wiązanie aminowe z wcześniej wprowadzonym NH2. Jednowęglowa jednostka z koenzymu kwasu foliowego N10-formylo-THF jest następnie dodawana do grupy aminowej podstawionej glicyny, a następnie zamykana pierścień imidazolowy. Następnie druga grupa NH2 jest przenoszona z glutaminy do pierwszego węgla jednostki glicyny. Jednocześnie dodaje się karboksylację drugiego węgla jednostki glicyny. Ten nowy węgiel jest modyfikowany przez dodanie trzeciej jednostki NH2, tym razem przeniesionej z pozostałości asparaginianu., Wreszcie, Druga Jednostka węgla z formylo-THF jest dodawana do grupy azotowej, a pierścień jest kowalencyjnie zamknięty, tworząc wspólny prekursor purynowy monofosforan inozyny (IMP).
monofosforan inozyny przekształca się w monofosforan adenozyny w dwóch etapach. Po pierwsze, hydroliza GTP napędza dodanie asparaginianu do IMP przez syntazę adenylobursztynianu, zastępując tlen karbonylu azotem i tworząc pośredni adenylobursztynian. Fumaran jest następnie rozszczepiany tworząc adenozynomonofosforan. Etap ten jest katalizowany przez liazę adenylobursztynianową.,
monofosforan inozyny jest przekształcany w monofosforan guanozyny przez utlenianie Imp tworzącego ksantylan, a następnie wstawianie grupy aminowej w C2. NAD+ jest akceptorem elektronów w reakcji utleniania. Transfer grupy amidowej z glutaminy jest napędzany przez hydrolizę ATP.
degradacja pirymidyny i purynedytuj
u ludzi pierścienie pirymidynowe (C, T, U) mogą być całkowicie rozkładane do CO2 i NH3 (wydalanie mocznika). To powiedziawszy, pierścienie purynowe (G, A) nie mogą. Zamiast tego są one rozkładane do metabolicznie obojętnego kwasu moczowego, który jest następnie wydalany z organizmu., Kwas moczowy powstaje, gdy GMP dzieli się na zasadową guaninę i rybozę. Guanina jest deaminowana do ksantyny, która z kolei utlenia się do kwasu moczowego. Ta ostatnia reakcja jest nieodwracalna. Podobnie kwas moczowy może powstawać, gdy AMP jest deaminowany do IMP, z którego usuwana jest jednostka rybozy, tworząc hipoksantynę. Hipoksantyna utlenia się do ksantyny i wreszcie do kwasu moczowego. Zamiast wydzielania kwasu moczowego, guanina i IMP mogą być wykorzystywane do celów recyklingu i syntezy kwasu nukleinowego w obecności PRPP i asparaginianu (dawcy NH3).