Biosynthese und Metabolismus von ukleotiden Biochemie Die beiden Möglichkeiten... Zwei Möglichkeiten zur Bereitstellung von ukleotiden: 1) De-novo Synthese: Purine: ausgehend von Glycin (ca. 10 20 %) Pyrimidine: ausgehend von Aspartat 2) Wiederverwendung (salvage pathway) Verwendung für DA, RA, ATP etc. 1
Die beiden Möglichkeiten... 1) De-novo Synthese: aktivierte D-Ribose (PRPP) + Aminosäuren (Glycin, Aspartat etc.) + C 2 + Energie (ATP) ucleotide 2) Wiederverwendung (salvage pathway) (bei Pyrimidinen 0) aktivierte D-Ribose (PRPP) + Base ucleotiden Key-Intermediate P H H H H H H P P PRPP (5-Phosphoribosyl-1-pyrophosphat) 2
Biosynthese von Purinen R Purinring Grundgerüst IMP ATP GTP RA Basen IMP datp dgtp DA Basen Biosynthese von Purinen 3
Inosinat ist die Schlüsselverbindung IMP-Synthase Regulation der Purin-Biosynthese 4
Inosinat wird zu AMP und GMP umgewandelt 1: Adenylatsuccinatsynthetase, 2: Adenylatsuccinatlyase, 3: IMP-Dehydrogenase, 4: XMP-Glutamin-Amidotransferase Die Rückgewinnung von Purinbasen Purinbasen können über zwei Enzymsysteme unter Verwendung von PRPP und Abspaltung von PP wieder zu ukleotiden recycelt werden. Adenin Adenin Phosphoribosyl-Transferase Guanine/Hypoxanthin Hypoxanthin-Guanine Phosphoribosyl-Transferase Zu Inosinmonophosphat bzw. Guanylat. 5
Die Biosynthese der Pyrimidine Die Biosynthese von Carbamoylphosphat Bei Tieren existieren zwei Carbamoylsynthetasen: In den Mitochondrien: Carbamoyl-Synthetase I (Harnstoffzyklus) Im Cytosol: Carbamoyl-Synthetase II 6
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CTP hemmt allosterisch die ATCase 9
Die Reduktion zu den Desoxynucleotiden Ein Elektron wird von R2 auf ein Tyrosinradikal übertragen. 10
C-3 -Radikal Der Abbau von Purinen Adenosin Desaminase 11
Abspaltung der Ribose ucleosidase xidation zu Xanthine 12
Guanin wird direkt zu Xanthin umgesetzt Guanin Desaminase Das Endprodukt des Purinabbaus beim Primaten ist Harnsäure 13
Darstellung als Urat Andere Spezien bauen Harnsäure weiter ab. 14
Harnsäure-Kristalle verursachen Gicht Pathobiochemie von ukleotiden und Regulation mit Xenobiotica Biochemie 15
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 ierentubuli, vermutlich mit genetischer Disposition. Zusätzlich exogene Faktoren. Urikostatika H H Allopurinol H H H xypurinol Allopurinol: Hemmt (t1/2: 40 min, genauso wie sein Metabolit xypurinol (t1/2: 14 h), die Xanthinoxidase als kompetitiver Inhibitor. 16
Ein Strukturvergleich H H Allopurinol H H Hypoxanthin (Enolform) H Hypoxanthin (Ketoform) H Urikosurika Br H S Br Probenecid Benzbromaron Hemmen die tubuläre Rückresorption. 17
Prinzip: Viele Wirkstoffe greifen in die ukleinsäurebiosynthese ein. Bakterien oder Tumorzellen haben einen schnelleren Wachstumszyklus als normale Körperzllen. Dementsprechend auch einen erhöhten ukleinsäurebedarf. 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. 5-Fluorouracil (5-FU) und Methotrexat 18
5-Fluorouracil (5-FU) und Methotrexat II 5-Fluorouracil (5-FU) Wirkung 19
5-Fluorouracil (5-FU) Wirkung II 5-Fluorouracil (5-FU) Wirkung II 20
Biosynthese Thymidin von 5,10-Methylen-THF wird ständig regeneriert. Methotrexat hat eine 100 fache Affinität zur Dihydrofolat-Reduktase Prinzip: Sulfanilamide und Trimethoprim Sulfonamide wirken als Antimetaboliten der p- Aminobenzoesäure 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 21