nukleotider kan syntetiseras på olika sätt både in vitro och in vivo.
in vitro kan skyddsgrupper användas vid laboratorieproduktion av nukleotider. En renad nukleosid är skyddad för att skapa en fosforamidit, som sedan kan användas för att erhålla analoger som inte finns i naturen och/eller för att syntetisera en oligonukleotid.
in vivo kan nukleotider syntetiseras de novo eller återvinnas genom bärgningsvägar., De komponenter som används vid syntesen av de novo nukleotid härrör från biosyntetiska prekursorer av kolhydrat-och aminosyrametabolism samt från ammoniak och koldioxid. Levern är huvudorganet för de novo-syntes av alla fyra nukleotider. De novo syntes av pyrimidiner och puriner följer två olika vägar. Pyrimidiner syntetiseras först från aspartat och karbamoylfosfat i cytoplasman till den gemensamma prekursorringstrukturen orotsyra, på vilken en fosforylerad ribosylenhet är kovalent kopplad., Puriner syntetiseras emellertid först från sockermallen på vilken ringsyntesen uppträder. Som referens utförs synteserna av purin – och pyrimidinnukleotiderna av flera enzymer i cellens cytoplasma, inte inom en specifik organell. Nukleotider genomgår nedbrytning så att användbara delar kan återanvändas i syntesreaktioner för att skapa nya nukleotider.
Pyrimidinribonukleotidsyntesedit
färgschemat är följande: enzymer, koenzymer, substratnamn, oorganiska molekyler
syntesen av pyrimidinerna CTP och UTP sker i cytoplasman och börjar med bildandet av karbamoylfosfat från glutamin och CO2. Därefter katalyserar aspartatkarbamoyltransferas en kondensationsreaktion mellan aspartat och karbamoylfosfat för att bilda karbamoyl asparaginsyra, som cykliseras till 4,5-dihydroorotisk syra genom dihydroorotas. Den senare omvandlas till orotat genom dihydroorotatoxidas., Nettoreaktionen är:
(S)-Dihydroorotat + O2 → orotat + H2O2
orotat är kovalent kopplat till en fosforylerad ribosyl-enhet. Den kovalenta kopplingen mellan ribos och pyrimidin uppträder vid position C1 i ribosenheten, som innehåller ett pyrofosfat och N1 i pyrimidinringen., Orotatfosforibosyltransferas (PRPP-transferas) katalyserar nettoreaktionen som ger orotidinmonofosfat (OMP):
orotat + 5-Fosfo-α-D-ribos 1-difosfat (PRPP) → Orotidin 5′-fosfat + pyrofosfat
Orotidin 5′-monofosfat dekarboxyleras av orotidin-5′-fosfatdekarboxylas för att bilda uridinmonofosfat (UMP). PRPP-transferas katalyserar både ribosylerings-och dekarboxyleringsreaktionerna och bildar UMP från orotsyra i närvaro av PRPP. Det är från UMP att andra pyrimidinnukleotider härrör., UMP fosforyleras av två kinaser till uridintrifosfat (UTP) via två sekventiella reaktioner med ATP. För det första produceras difosfatet från UDP, vilket i sin tur fosforyleras till UTP. Båda stegen drivs av ATP-hydrolys:
ATP + UMP → ADP + UDP UDP + ATP → UTP + ADP
CTP bildas därefter genom aminering av UTP genom den katalytiska aktiviteten hos CTP-syntetas., Glutamin är NH3-givaren och reaktionen drivs av ATP-hydrolys också:
UTP + glutamin + ATP + H2O → CTP + ADP + Pi
Cytidinmonofosfat (CMP) härrör från cytidintrifosfat (CTP) med efterföljande förlust av två fosfater.
Purinribonukleotidsyntesedit
de atomer som används för att bygga purinnukleotiderna kommer från en mängd olika källor:
syntesen av IMP., id=”61600a4286″>
N1 härrör från amingruppen Asp
C2 och C8 härrör från Format
N3 och N9 bidrar av amidgruppen av Gln
C4, C5 och N7 härrör från Gly
C6 kommer från HCO3− (CO2)
/td>
de novo-syntesen av purinnukleotider genom vilka dessa prekursorer införlivas i purinringen fortskrider med en 10-stegs väg till grenpunktens mellanliggande Imp, nukleotiden för bashypoxantin., AMP och GMP syntetiseras därefter från denna mellanliggande via separata, tvåstegsvägar. Således bildas purinmoieties initialt som en del av ribonukleotiderna snarare än som fria baser.
sex enzymer deltar i IMP-syntes. Tre av dem är multifunktionella:
- GART (reaktioner 2, 3 och 5)
- PAICS (reaktioner 6 och 7)
- Atic (reaktioner 9 och 10)
vägen börjar med bildandet av PRPP. PRPS1 är det enzym som aktiverar R5P, som bildas främst genom pentosfosfatvägen, att PRPP reagerar med ATP., Reaktionen är ovanlig genom att en pyrofosforylgrupp överförs direkt från ATP till C1 av R5P och att produkten har α-konfigurationen om C1. Denna reaktion delas också med vägarna för syntesen av Trp, His och pyrimidinnukleotiderna. Att vara på en stor metabolisk korsning och kräver mycket energi, är denna reaktion mycket reglerad.,
i den första reaktionen som är unik för purin-nukleotidbiosyntesen katalyserar PPAT förskjutningen av PRPP: s pyrofosfatgrupp (PPi) med ett amidkväve donerat från antingen glutamin (N), glycin (N&C), aspartat (N), folsyra (C1) eller CO2. Detta är det engagerade steget i purinsyntes. Reaktionen sker med inversion av konfigurationen om ribos C1 och bildar därigenom β-5-fosforybosylamin (5-PRA) och etablerar den anomeriska formen av den framtida nukleotiden.,
därefter ingår ett glycin som drivs av ATP-hydrolys, och karboxylgruppen bildar en aminbindning till den tidigare införda NH2. En en-kol-enhet från folsyra-koenzym N10-formyl-THF tillsätts sedan till aminogruppen i det substituerade glycinet följt av stängningen av imidazolringen. Därefter överförs en andra NH2-grupp från glutamin till det första kolet i glycinenheten. En karboxylering av det andra kolet i glycinenheten tillsätts samtidigt. Detta nya kol modifieras genom tillsats av en tredje NH2 enhet, denna gång överförs från en aspartat rester., Slutligen tillsätts en andra en-kolenhet från formyl-THF till kvävegruppen och ringen är kovalent stängd för att bilda den gemensamma purinprekursorn inosinmonofosfat (IMP).
Inosinmonofosfat omvandlas till adenosinmonofosfat i två steg. För det första underblåser GTP-hydrolysen tillsatsen av aspartat till IMP av adenylosuccinatsyntas, som ersätter karbonylsyret för ett kväve och bildar det mellanliggande adenylosuccinatet. Fumarat klyvs sedan av att bilda adenosinmonofosfat. Detta steg katalyseras av adenylosuccinatlyas.,
Inosinmonofosfat omvandlas till guanosinmonofosfat genom oxidation av IMP-formande xantylat, följt av införande av en aminogrupp vid C2. NAD + är elektron acceptorn i oxidationsreaktionen. Amidgruppsöverföringen från glutamin drivs av ATP-hydrolys.
pyrimidin och purin nedbrytningedit
hos människa kan pyrimidinringar (C, T, U) brytas ned fullständigt till CO2 och NH3 (urea-utsöndring). Med detta sagt kan purinringar (G, A) inte. I stället bryts de ned till den metaboliskt inerta urinsyra som sedan utsöndras från kroppen., Urinsyra bildas när GMP delas upp i basen guanin och ribos. Guanin deamineras till xantin som i sin tur oxideras till urinsyra. Denna sista reaktion är irreversibel. På samma sätt kan urinsyra bildas när AMP deamineras till IMP från vilken ribosenheten avlägsnas för att bilda hypoxantin. Hypoxantin oxideras till xantin och slutligen till urinsyra. I stället för urinsyrasekretion kan guanin och IMP användas för återvinning och nukleinsyrasyntes i närvaro av PRPP och aspartat (NH3-givare).