Biosyntese: 3 fakta du bør vide

Indhold

Læs flere eksempler på puriner og også Læs mere om biosyntese

Nukleotidbiosyntese

Banerne for biosyntesen er klassificeret i to forskellige typer: de novo pathway og salvage pathway. I de novo veje; nukleotidbaser syntetiseres ud fra nogle simple forbindelser. Den grundlæggende rammestruktur af pyrimidinbasen syntetiseres først og bindes derefter til ribosesukkeret. Purinbasens rammestruktur syntetiseres dog i dele direkte på en ribosesukkerbaseret struktur. 

5-phosphoribosyl-1-pyrophosphat (PRPP) + Aminosyrer + ATP + CO2 -> Nukleotid

I bjærgningsveje opnås foruddannede baser, omarrangeres og omarrangeres på en ribosesukkerenhed. 

5-phosphoribosyl-1-pyrophosphat (PRPP) + Base -> Nukleotid

Både bjærgnings- og de novo-veje fungerer til at syntetisere ribonukleotider. Alle deoxyribonukleotider fremstilles af deres tilsvarende ribonukleotider. Deoxyribosesukker produceres ved reduktionsprocessen af ​​det ribosesukker, der er til stede i et fuldt dannet nukleotid. Desuden introduceres methylgruppe, der adskiller thyminen fra uracil (til stede i henholdsvis DNA og RNA) i det sidste trin i vejen. 

de novo syntese af pyrimidin ribonukleotid

I de novo-syntese for pyrimidiner er oprindelsen af ​​den grundlæggende strukturelle ramme ring det første trin. Herefter fastgøres ringen til et ribosesukker for at producere et pyrimidinnukleotid. 

Biosyntese af puriner
(Biosyntese af pyrimidiner): Grundlæggende rammestruktur af pyrimidin Billedkredit: JyntoPyrimidin 2D-tal, markeret som offentligt domæne, flere detaljer om Wikimedia

Ringen af ​​pyrimidin syntetiseres fra aspartat og carbamoylphosphat. Bicarbonat og ammoniak er forløberne for carbamoylphosphat. Syntesen af ​​carbamoylphosphat finder sted ved anvendelse af bicarbonat og ammoniak i en flertrinsproces med anvendelse af to ATP-molekyler. Denne reaktion letter cytosolisk carbamoylphosphatsyntetase II

Carbamoylphosphat opfører sig med aspartat for at syntetisere carbamoylaspartat. Denne reaktion lettes af aspartat transcarbamoylase. Carbamoylaspartat gennemgår senere cyklisering for at producere dihydroorotat, det samles derefter i orotat ved oxidationsprocessen.

5-phosphoribosyl-1-pyrophosphat (PRPP) + Base -> Nukleotid

Både bjærgnings- og de novo-stier fører til syntese af ribonukleotider

Biosyntese | Biosyntese af pyrimidiner
Figur: Biosyntese af pyrimidiner Billedkredit: BorisTM at Engelsk WikipediaNukleotider syn2, markeret som offentligt domæne, flere detaljer om Wikimedia Commons

Orotat binder sig derefter til ribosen, som er til stede i form af PRPP. Dette er den aktiverede form af ribose, der er tilgængelig til at acceptere nukleotidbaser (PRPP dannes ud fra ribose-5-phosphat ved at følge pentosephosphat-vejen efter accept af pyrophosphat fra ATP-molekyle). Orotate kombineres med PRPP for at danne et pyrimidinnukleotid-orotidylat (OMP). Hydrolysen af ​​pyrophosphat driver denne reaktion.

Enzymet betegnet orotatphosphoribosyltransferase katalyserer reaktionen, der kræver produktion af orotidylat. Dette enzyms funktion svarer til de andre phosphoribosyltransferaser, der tilføjer PRPP forskellige grupper til dannelse af andre nukleotider. Dette orotidylat decarboxyleres senere til dannelse af uridylat (UMP). UMP er et vigtigt pyrimidinnukleotid og en forløber for RNA. Denne reaktion forekommer i nærværelse af enzym orotidylat-decarboxylase. 

Syntese af cytidin (pyrimidinribonukleotid)

Cytidin syntetiseres fra uracilbasen i UMP. Inden cytidindannelsen omdannes UMP til UTP. Nukleosidmonophosphater (NMP) omdannes til nukleosidtriphosphater (NTP) i følgende reaktionstrin:

- Nukleosidmonophosphater (UMP) omdannes til nukleosiddiphosphater (UDP) og derefter nukleosidtriphosphater (UTP).

- Den dannede UTP kan omdannes til cytidintriphosphat (CTP) ved at fortrænge carbonylgruppen med aminogruppen. 

Reduktion af ribonukleotider til dannelse af deoxyribonukleotider

Forløberne for Deoxyribonukleinsyre (DNA) er deoxyribonukleotider; reduktionen af ​​ribonukleosiddiphosphat danner disse. Denne omdannelse katalyseres af ribonukleotidreduktase. Elektronerne overføres senere fra NADPH til sulfhydrylgrupper eller thiolgrupper til stede på enzymets aktive sted. Denne elektronoverførsel formidles ved hjælp af proteiner som thioredoxin og glutaredoxin. DUMP omdannes til dTMP ved tilsætning af en methylgruppe. Methylengruppen og et hydrid i denne reaktion tilvejebringes af N5, N10-methylentetrahydrofolat. Senere denne N5, N10-methylentetrahydrofolat omdannes til dihydrofolat. Desuden undergår dette dihydrofolat reduktion i nærvær af NADPH til frembringelse af tetrahydrofolat. Denne reaktion lettes af et enzym kendt som dihydrofolatreduktase.

Kemoterapeutiske midler som methotrexat (amethopterin) og aminopterin hæmmer aktiviteten af ​​dihydrofolatreduktase. Denne folatanalog fungerede som en konkurrencedygtig hæmmer.

Purin ribonukleotid

Purinringen er sammensat af en række forskellige forløbere:

- Glutamin (N3 og N9)

- Glycin (C4, C5 og N7)

- Aspartat (N1)

- N10-formyltetrahydrofolat (C2 og C8)

- CO2 (C6)

Biosyntese af puriner
(Biosyntese af puriner): Grundlæggende rammestruktur af purin
Billedkredit:NEUROtikerPurin nummer 2, markeret som offentligt domæne, flere detaljer om Wikimedia Commons

de novo syntese af purin (Biosyntese af puriner)

De novo syntese af purin (Biosyntese af puriner) begynder med enkle stoffer såsom bicarbonat og aminosyrer. Purinbaserne er samlet på en ribosering i modsætning til pyrimidiner,

Ligesom pyrimidinbiosyntese kræver de novo purinbiosyntese PRPP. I tilfælde af puriner giver PRPP imidlertid den platform, hvorpå de nitrogenholdige baser syntetiseres i flere trin. I det første trin finder fortrængning af pyrophosphat sted gennem ammoniak i stedet for en forud sammensat base til fremstilling af 5-phosphoribosyl-1-amin. 

Glutamin PRPP amidotransferase katalyserer denne reaktion, hvilket forhindrer spildende hydrolyse af begge substrater. Enzymet amidotransferase betragter kun konformationen af ​​det aktive til binding af PRPP og glutamin. Dette enzyms aktivitet hæmmes af glutaminanalog azaserin, som som et resultat undertrykker angiogenese og malignitet.

Senere forekommer tilsætningen af ​​glycin, en række formylering, aminering og ringslutning. Denne række reaktioner resulterer i dannelsen af ​​5-aminoimidazol ribonukleotid. Dette 5-aminoimidazol-ribonukleotid har den færdige femleddede ring af purin-rammen. Tilsætningen af ​​kuldioxid og et nitrogenatom fra aspartat sammen med en formylgruppe deltager i ringlukning eller cykliseringshændelse. Dette danner i sidste ende inosinat (IMP), der er et purin-ribonukleotid.

Biosyntese af puriner
(Biosyntese af puriner): de novo Biosyntese af puriner
Billedkredit: BorisTM at Engelsk WikipediaNukleotider syn1, markeret som offentligt domæne, flere detaljer om Wikimedia Commons

De novo purin-biosyntese fortsætter som nævnt i følgende trin:

  • Phosphoryleringsprocessen aktiverer carboxylatgruppen i en glycin. Glycin parres senere med aminogruppen 5-phosphoribosyl-1-amin. Som en konsekvens opstår der en ny amidbinding, og glycin (aminogruppe) opfører sig som en nukleofil i de efterfølgende reaktionstrin.
  • Det aktiverede formiat tilsættes derefter til aminogruppen i glycin til dannelse af formylglycinamidribonukleotid. I få organismer er to forskellige enzymer involveret i katalysen af ​​dette trin. Et enzym er involveret i overførslen af ​​formylgruppen, mens andet enzym initierer formiat til dannelse af formylphosphat. Formylphosphat tilsættes derefter til aminogruppen i glycin (formylgruppekilden er N10-formyltetrahydrofolat)
  • Amidgruppen aktiveres derefter og omdannes til en amidin ved tilsætning af ammoniak (ammoniakkilde i dette trin er glutamin).
  • Cykliseringen af ​​formylglycinamidribonukleotid forekommer for at danne en femleddet imidazolring. Denne imidazolring er karakteristisk for puriner. Denne cykliseringsproces er termodynamisk gunstig og gennemførlig.
  • Irreversibiliteten af ​​denne reaktion sikres ved forbrug af et ATP-molekyle.
  • Bicarbonat gennemgår phosphorylering og reagerer derefter med en exocyklisk aminogruppe. Produktet dannet i den foregående reaktion omarrangeres derefter og overfører sin carboxylatgruppe til imidazolring. Desuden har pattedyr ikke brug for ATP til dette trin. Bicarbonat binder sig til den exocykliske aminogruppe, senere overføres den til imidazolringen.
  • Imidazolcarboxylatgruppen phosphoryleres yderligere, og aspartatets aminogruppe erstatter phosphatet. Denne, en seks-trins reaktionskaskade forbinder glycin, formiat, ammoniak, bicarbonat og aspartat til dannelse af reaktionsmellemprodukt, der indeholder alle undtagen to atomer, der kræves til dannelsen af ​​purinringen.

Yderligere tre trin fuldender ringsyntesen. Fumarat, som er et mellemprodukt i Krebs cyklus, fjernes derefter, hvilket som resultat letter sammenføjningen af ​​nitrogenatomet fra aspartat til imidazolringen. Aminogruppen doneret af aspartatet og den samtidige fjernelse af fumaratet stimulerer omdannelsen af ​​citrullin til arginin. Homologe enzymer er nødvendige for at katalysere disse trin ind i de to veje. En formylgruppe sættes til nitrogenatomet (kilden til formylgruppen er N10-formyltetrahydrofolat) for at danne et terminalt mellemprodukt, som udløser ringslutningsprocessen med eliminering af vandmolekyler til dannelse af inosinat.

Dannelse af AMP og GMP

Denne IMP konverterer til enten AMP eller GMP udføres i en totrinsvej afsluttet på bekostning af energi. (Syntesen af ​​AMP kræver GTP som deres energikilde, mens GMP-syntese kræver ATP). 

IMP -> XMP -> GMP

IMP omdannes til XMP (xanthosinmonophosphat) ved denne virkning af IMP dehydrogenase (brug NAD som co-faktor)

XMP omdannes yderligere til GMP (guanosinmonophosphat) ved virkningen af ​​XMP-glutaminamidotransferase.

IMP -> Adenylosuccinat -> AMP

IMP omdannes til Adenylosuccinat ved virkningen af ​​enzymet Adenylosuccinatsyntetase. Adenylosuccinat omdannes yderligere til AMP (Adenosinmonophosphat) ved påvirkning af enzym Adenylosuccinat Lyase.

Konvertering af (NMP) nukleosidmonophosphater til (NDP) nukleosiddiphosphater og triphosphater (NTP). 

Nukleosid diphosphater (NDP) syntetiseres ud fra deres tilsvarende nukleosid monophosphater (NMP) ved hjælp af en basespecifik enzym såsom nukleosidmonophosphatkinaser. Men disse kinaser skelner ikke mellem ribose og deoxyriboser i substraterne. Generelt er ATP hovedkilden til overført fosfat, da det er tilgængeligt i højere koncentrationer inde i cellerne sammenlignet med de andre nukleosidtrifosfater.

For eksempel: 

Adenylat kinase

AMP + ATP -> 2 ADP

Guanylat Kinase

GMP + ATP -> BNP + ADP

Nukleosiddiphosphater (NDP) omdannes til nukleosidtriphosphater (NTP) ved virkningen af ​​nukleosiddiphosphatkinase, dette enzym har bred specificitet. I modsætning til nukleosidmonophosphatkinase (som har en snæver specificitet). 

nukleosiddiphosphatkinase hjælper med at katalysere begge følgende reaktioner:

BNP + ATP -> GTP + ATP

CDP + ATP -> CTP + ADP

Salvage pathways til biosyntese af puriner

Puriner, der produceres som en konsekvens af nedbrydningen af ​​nukleinsyrer inde i cellen, eller som opnås fra den normale diæt, men disse puriner kan igen omdannes til (NTP) nukleosidtrifosfater til genbrug af kroppen. Denne proces er kendt som bjærgningsvej til purinsyntese. Denne vej involverer to hovedenzymer: (APRT) adeninphosphoribosyltransferase og (HGPRT) hypoxanthin-guaninphosphoribosyltransferase. Begge enzymer anvender PRPP (som fungerer som deres primære kilde til ribose-5-phosphat).

APRT katalyserer reaktionen, der involverer dannelsen af ​​adenylat:

Adenin + PRPP -> Adenylat + PPi

HGPRT katalyserer reaktionen, der involverer dannelsen af ​​inosinat (inosinmonophosphat, IMP). Det er et forløbermolekyle til syntese af guanylat og adenylat.

Guanin + PRPP -> Guanylat + PPi

Hypoxanthin + PRPP -> inosinat + PPi

Lignende bjærgningsveje findes for pyrimidiner. Pyrimidinphosphoribosyltransferase vil genoprette forbindelse til uracil, men det forbinder ikke cytosin med PRPP.

konklusioner

Nukleotidbiosyntese, som normalt involverer både biosyntese af puriner og pyrimidiner, finder sted inde i cellen som diskuteret i artiklen.

Hvis du vil vide mere om biosyntese og bioteknologi Klik her

Ofte Stillede Spørgsmål

Q1. Purin vs pyrimidin (markér nogle forskelle mellem puriner og pyrimidiner)

Svar: Kvælstofbaser klassificeres bredt i to familier; nemlig puriner og pyrimidiner. De er byggestenene eller de monomere enheder af deoxyribonukleinsyre (DNA) og ribonukleinsyre (RNA).

  • Puriner er dobbeltringede strukturer, mens pyrimidiner indeholder en enkelt ring. Både puriner og pyrimidiner er heterocykliske strukturer (Ring indeholder mere end en type bestanddele).
  • Puriner er af to basistyper, nemlig adenin og guanin. Mens pyrimidiner er af tre basistyper: Thymin, Cytosin og Uracil (det findes kun i RNA i stedet for Thymin).
  • Purin nedbrydes til dannelse af urinsyre, mens pyrimidiner nedbrydes for at producere carbondioxid, ammoniak og beta-aminosyrer.

Q2. Hvorfor baserer Purine altid par med pyrimidin

Svar: På grund af de strukturelle egenskaber af de nitrogenholdige baser parres puriner og pyrimidiner med specificitet. Adenin (A) parres altid med thymin (T), mens Guanin (G) altid parres med cytosin (C).

Disse kombinationer af nitrogenholdige baser har tendens til at danne hydrogenbindinger blandt dem.

(A) Adenin danner to hydrogenbindinger med (T) thymin. (G) Guanin danner tre hydrogenbindinger med (C) Cytosin.

Læs også: