Hvordan produceres nukleotider: Detaljeret indsigt

Nukleotider er enhedsmonomererne af nukleinsyrer.

In vivo, dvs. inde i en celle, er der præcis to metoder til nukleotidsyntese - redning og de novo. Bjærgning er at nedbryde gamle nukleinsyrer, hvorimod vi ved de novo-metoden syntetiserer nye nukleotidmolekyler.

Så hvordan produceres nukleotider? Den anabolske proces med biokemisk at kombinere en fosfatgruppe, et pentosesukker (ribose eller deoxyribose) og en nitrogenholdig base kaldes de novo nukleotidsyntese. På den anden side er nukleinsyredestruktion en katabolisk proces, hvorfra dele kan reddes af redningsvejen for også at producere nye nukleotider.

Hvordan dannes et nukleotid i DNA?

Nukleotider er opbygget af trimere monomerer kaldet nukleotider. Lange kæder af disse nukleotider udgør nukleinsyrepolymerer som DNA og RNA.

 DNA-nukleotid består af 3 hovedkomponenter - et pentosesukker (deoxyribose), en fosfatgruppe og en nitrogenholdig base. I alt fire forskellige nitrogenholdige baser kan findes i DNA, herunder Adenin, Guanin, Thymin og Cytosin.

hvordan-produceres-nukleotider
DNA-nukleotid med adenin-nukleobase
Billede: Wikipedia

Alle nukleotider er opbygget af tre separate kemiske underenheder: et sukkermolekyle med fem kulstof, en nukleobase (tilsammen kaldet et nukleosid) og en fosfatgruppe. Afhængigt af sukker og nitrogenbase kan vi adskille nukleotidet af de 2 forskellige nukleinsyrer.

Hvor kommer nukleotider fra?

Nukleotider kan produceres in vitro (uden for en levende organisme) eller in vivo (inde i en levende organisme).

 Forskere bruger ofte grupper som phosphoramidit i laboratoriet til at lave nukleotider in vitro. Nukleotider kan produceres fra bunden (de novo mekanisme) i kroppen (in vivo) eller genbruges gennem redningsmekanismer.

Bjærgningsvejen er en, hvor et biologisk produkt fremstilles af reaktionsmellemprodukter, der produceres, mens man slipper af med et biomolekyle. Nukleotidredning, hvor nukleotider (purin og pyrimidin) fremstilles af mellemprodukter, der er ved at blive kataboliseret eller nedbrudt.

885px nukleotider 1.svg
Nukleinsyresammensætning
Billede: Wikipedia

Baser og nukleosider, der dannes under nedbrydningen af ​​RNA og DNA, genvindes via nukleotid-redningsprocesser. Dette er signifikant i nogle organer, da nogle væv ikke kan syntetiseres fra bunden. Nukleotiderne kan derefter fremstilles af de genvundne varer. Lægemiddelforskning fokuserer på redningsveje, hvoraf den ene er kendt som antifolater.

I stedet for genanvendelse eller delvis nedbrydning af biprodukter de novo vej refererer til produktionen af ​​nye komplekse molekylære forbindelser fra simple molekyler som sukkerarter eller aminosyrer. Nukleotider er for eksempel ikke påkrævet i kosten, da de kan være lavet af små prækursormolekyler som formiat og aspartat. Methionin er en essentiel aminosyre, da kroppen ikke kan syntetisere den fra bunden. Derfor er den eneste måde at input på via vores kost.

Nukleotidsyntesevej:

Som diskuteret ovenfor sker nukleotidsyntese hovedsageligt ved 2 metoder:

Her vil vi diskutere de 2 processer i detaljer.

DE NOVO NUKLEOTIDSYNTESE:

 De novo er et latinsk ord, der oversættes til "fra begyndelsen." Det kan også betyde "på ny", "fra bunden" eller "fra starten." De novo pathway-enzymer bruger 5-phosphoribosyl-1-pyrophosphat (PRPP) til at producere nye purin- og pyrimidinnukleotider fra "bunden" ved at gøre brug af simple biomolekyler som aminosyrer og tetrahydrofolat.

 I sammenligning med bjærgningsprocessen har denne mekanisme for nukleotidsyntese et højt energibehov. Fem af de 12 stadier af de novo purinsyntese, for eksempel, har brug for ATP- eller GTP-hydrolyse, selvom kun én redningscyklus-proces gør det.

Nukleotider syn2
UMP syntese
Billede: Wikipedia

Begge disse biosynteseveje har noget til fælles - tilstedeværelsen af ​​nogle proteiner karakteriseret som "husholdningsenzymer". Men eftersom de er ret essentielle for cellulære reguleringer, menes de at være til stede i små mængder i alle levende celler. Mens de novo-vejenzymer antages at findes i plastider, kan redningscyklusenzymer findes i flere rum.

Frie nitrogenholdige baser som Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C), Thymin (T) og Uracil (U) anvendes ikke i de novo nukleotidvej. Gennem hele processen er purinringen konstrueret enten et atom eller nogle få atomer ad gangen og forbundet med ribose. Pyrimidinringen dannes ved at binde orotat til ribosephosphat og derefter omdanne det til almindelige pyrimidinnukleotider.

BÆRDINGSVEJ:

Baser og nukleosider udvindes fra RNA og DNA nedbrydning eller eksterne kilder og omdannet tilbage til nukleotider via nukleotid-redningsprocesser. Dette er signifikant i nogle organer, da nogle væv ikke kan syntetiseres fra bunden. Det nukleotider kan derefter fremstilles af det genvundne gods. Lægemiddelforskning fokuserer på redningsveje, hvoraf den ene er kendt som antifolater.

1024px nukleotider syn1.svg
IMP-syntesevej
Billede: Wikipedia

En række nukleaser nedbryder nukleinsyrer til deres konstituerende nukleotider. Nukleosider nedbrydes yderligere af flere nukleobaser og fosfataser. Komponentbaserne frigives i det tredje trin af hydrolyse af nukleosidaser og nukleosidphosphorylaser.

Trinnene til purin- og pyrimidinsyntese er lidt forskellige. Her vil vi diskutere nogle af dem:

  • Pyrimidin-bjærgningsvej

I tilfælde af Uracil: Pyrimidin-nukleosid-phosphorylase eller blot uridin-phosphorylase erstatter blot fri uracil på det anomere-carbon-bundne fosfat af ribose-1-phosphat med uridin.

 Uridinkinase (også kendt som uridin-cytidinkinase) kan derefter fosforylere nukleosidets 5'-carbon for at producere uridinmonophosphat (UMP). UMP/CMP-kinase omdanner UMP til uridin-diphosphat, hvilket nukleosid-diphosphat-kinase omdanner til uridin-triphosphat.

I tilfælde af Cytidin: Både nukleosid cytidin og deoxycytidin reddes sædvanligvis af enzymet cytidin deaminase og omdannes til henholdsvis uridin og deoxyuridin. Alternativt kan de phosphoryleres af uridin-cytidin kinase til cytidin monophosphat (CMP) eller deoxycytidin monophosphat (DMP) af uridin-cytidin kinase (d-CMP).

 Enzymet UM Pkinase eller CMP kinase omdanner dCMP til cytidin diphosphat eller deoxycytidin diphosphat. Dette cytidin-diphosphat omdannes til cytidin-triphosphat eller deoxycytidin-triphosphat af nukleosid-diphosphat-kinase-enzym.

I tilfældet med thymin: Thymidin genbruges for at producere dTMP af en enzym kaldet thymidinkinase. Thymidinphosphorylase eller pyrimidin-nukleosidphosphorylase tilføjer en 2-deoxy-alpha-D-ribose 1-phosphatgruppe til thymin, hvilket skaber deoxynukleosid thymidin, som opstår, når thymin binder til 5'C af deoxyribose. Thymidinkinase phosphorylerer derefter denne forbindelses 5'-carbon for at producere thymidinmonophosphat (TMP). TMP kan phosphoryleres af thymidylatkinase til thymidindiphosphat, som derefter kan phosphoryleres af nukleosid-diphosphatkinase til thymidintriphosphat.

  • Purin redningsvej

I tilfælde af guanin: En guanosinkinase genbruger guanosin til fremstilling af GMP. En guanosinphosphorylase kan omdanne den til guanin, som derefter kan omdannes til GMP af en guaninphosphoribosyltransferase.

I tilfælde af Adenin: En adenosinkinase kan bruge adenosin direkte i produktionen af ​​AMP, eller en adenosin-nukleosidase og en adenin-phosphoribosyltransferase kunne bruge adenin.

 I biosyntesen af ​​IMP kan adenin genanvendes gennem en række processer medieret af fire enzymer:

  1. en adenosin-phosphorylase, der giver adenosin,
  2. en adenosindeaminase, der producerer inosin,
  3. en inosinphosphorylase, der giver hypoxanthin og
  4. en IMP syntetiseret af hypoxanthin-phosphoribosyltransferase.

Læs også: