BİY 315 Nükleik asitlerin Metabolizması Yrd. Doç. Dr. Ebru SAATÇİ 2008-2009 Güz Yarı Dönemi
Nükleotidler
Pürin ve pirimidinlerin vücuda alınımı Besinlerde nükleik asitlerin yapı taşları olarak nükleotidler bulunur. Hücre içeren besinlerle nükleik asitler alınır. Nükleik asitler, mide enzimlerinden etkilenirler ve duodenumda pankreas nükleazlarının etkisiyle parçalanırlar. Pankreas ribonükleazı, RNA yı, pirimidin mononükleotidleri ve pirimidin 3 I -fosfat kalıntısı ile son bulan oligonükleotidleri serbestleştirmek suretiyle hidroliz eder. Deoksiribonükleaz, Mg 2+ ve Mn 2+ iyonları varlığında etki gösterir ve spesifik olarak DNA yı oligonükleotidlere hidroliz eder.
İnce bağırsak mukozasında oluşan diesterazların oligonükleotidleri mononükleotidlere hidroliz ettiğine inanılmaktadır İnce bağırsakta serbestleşen mononükleotidler, bağırsak fosfatazları veya nükleotidazları tarafından hidroliz edilirler; nükleozid ve fosfat a ayrılırlar. Nükleozidler, olasılıkla bağırsakta hidroliz edilmeden emilirler. Nükleozidlerin N-glikozid bağı, dalak, karaciğer, böbrek, kemik iliği gibi çeşitli dokularda spesifik nükleozid fosforilazlar tarafından katalize edilen bir reaksiyonda koparılır. Vücutta serbest bazlar ve nükleozidlerden nükleotidlerin kurtarılma yolunda yeniden nükleotid oluşturulabilir. Ayrıca prekürsör amino asitler, riboz-5-fosfat, CO2 ve NH3 tan de novo olarak pürin ve pirimidin nükleotidleri sentezlenebilir
Serbest pürin bazları adenin, hipoksantin ve guaninden pürin nükleotidleri olan AMP, IMP ve GMP oluşumu için PRPP gereklidir. AMP oluşumu adenin-fosforibozil transferaz (APRT) etkisiyle katalizlenir; IMP ve GMP oluşumu hipoksantin-guanin fosforibozil transferaz (HGPRT) etkisiyle katalizlenir
Nükleotidlerin fonksiyonları 1) nükleik asitlerin alt üniteleridirler 2) hücrede kimyasal enerjiyi taşırlar 3) birçok enzim kofaktörlerinin komponentleridirler 4) sellüler haberleşmede aracıdırlar
Pürin nükleotidlerinin biyosentezi Prekürsör amino asitler, riboz-5-fosfat, CO 2 ve NH 3 tan de novo olarak pürin nükleotidleri sentezlenebilir Pürin nükleotidleri, insan ve diğer memelilerde nükleik asitlere yapı taşı sağlamak amacıyla ve glukoz, amino asit, fosforil kolin, sülfat gibi bazı grupları bağlayarak başka moleküllere taşıma gibi özel görevleri için sentez edilirler. Pürin nükleotidlerinin de novo sentezi üç basamakta incelenir: 1) 5-fosforibozil-1-pirofosfat (PRPP) oluşması. 2) PRPP tan inozin monofosfat (IMP) oluşması. 3) IMP tan adenozin monofosfat (AMP) ve guanozin monofosfat (GMP) oluşması.
PRPP, pirofosfat transfer eden riboz-5-fosfat pirofosfokinaz (PRPP sentaz) adı verilen bir enzimin katalizlediği bir reaksiyonda riboz- 5-fosfat ve ATP den oluşur.
PRPP tan IMP oluşması: 1) PRPP ve glutaminden glutamin-prpp amidotransferaz etkisiyle 5- fosfo-β-ribozilamin oluşur 2) 5-fosfo-β-ribozilamine ATP den sağlanan enerji ve GAR sentetaz etkisiyle glisin eklenmesi suretiyle glisinamid ribonükleotid (GAR) oluşur 3) GAR, N10-formil H4-folat gerektiren GAR transformilaz etkisiyle formillendirilir ve formilglisinamid ribonükleotid (FGAR) oluşur 4) ATP den sağlanan enerji ve FGAR amidotransferaz etkisiyle glutaminin amid grubu FGAR üzerine taşınır ve formilglisinamidin ribonükleotid (FGAM) oluşur 5) ATP ve FGAM siklaz (AIR sentaz) etkisiyle halka kapanması olur ve 5- aminoimidazol ribonükleotid (AIR) oluşur 6) Ürik imidazol halkasına bir dizi enzimatik reaksiyonla sırasıyla biotinle taşınan CO2, aspartat ve N10-formil H4-folat ile taşınan formil katılması ve pirimidin halkasının da kapanmasıyla inozinat (inozin monofosfat, IMP) oluşur; etkili enzimler, AIR karboksilaz, SAICAR sentetaz, SAICAR liyaz, AICAR transformilaz ve IMP sentazdır
1. Reaksiyon Bir streptomices türünden izole edilen antibiyotik ve glutamin analoğu olan azaserin, 5- fosfo-β-ribozilamin oluşması için glutamin kullanılmasını önleyerek bu basamakta de novo pürin sentezini inhibe eder.
2. Reaksiyon
3. Reaksiyon
4. Reaksiyon Glutamin analoğu azaserin bu reaksiyonu inhibe eder.
5. Reaksiyon
6. Reaksiyon
Pürin halkasındaki atomlar, glutamin, glisin, N10-formil H4-folat, CO 2 ve aspartattan sağlanmaktadır
IMP tan AMP ve GMP oluşması IMP tan AMP sentezi, GTP tan sağlanan enerji ile adenilosüksinat üzerinden adenilosüksinat sentetaz ve adenilosüksinat liyaz enzimlerinin etkisiyle iki basamakta gerçekleşir; birinci basamakta aspartat kullanılır, ikinci basamakta fumarat ayrılır. IMP tan GMP sentezi, ATP den sağlanan enerji ile ksantin monofosfat (XMP) üzerinden NAD + gerektiren IMP dehidrojenaz ve XMP-glutamin amidotransferaz enzimlerinin etkisiyle iki basamakta gerçekleşir; birinci ve ikinci basamakta su kullanılır; ikinci basamakta ayrıca glutamin amino grubu vericisi olarak kullanılır
Riboz -5-fosfattan AMP sentezinde toplam 7, GMP sentezinde ise 8 yüksek enerjili fosfat bağı tüketilmektedir.
Pürin nükleotidlerinin de novo sentezinin düzenlenmesi Pürin nükleotidlerinin de novo sentezi, feedback kontrol vasıtasıyla düzenlenir; intrasellüler PRPP konsantrasyonu en önemli düzenleyicidir PRPP oluşumu AMP, GMP, IMP ile inhibe olur. XMP oluşumu GMP ile ve adenilosüksin at oluşumu AMP ile inhibe olur
Pürin nükleotidlerinin kurtarılma yolları Serbest pürin bazları adenin, hipoksantin ve guaninden pürin nükleotidleri olan AMP, IMP ve GMP oluşumu için PRPP gereklidir; AMP oluşumu adeninfosforibozil transferaz etkisiyle katalizlenir; IMP ve GMP oluşumu hipoksantin-guanin fosforibozil transferaz etkisiyle katalizlenir
Nükleozid monofosfatların nükleozid difosfat ve nükleozid trifosfatlara dönüşümü Nükleozid monofosfat kinazlar, nükleozid monofosfatları nükleozid difosfatlara dönüştürür. Oluşan nükleozid difosfatlar da nükleozid difosfat kinaz etkisiyle nükleozid trifosfatlara dönüşür. Nükleozid monofosfat kinazlar, baza özgünlük gösterirler, fosfat kaynağı olarak ATP kullanırlar ve bazlarına göre isimlendirilirler.
Pürin deoksiribonükleotidlerinin sentezi Deoksiribonükleotidlerin sentezinde önce ribonükleotidler oluşmakta ve daha sonra ribonükleozid difosfatlar, ribonükleotid redüktaz etkisiyle deoksiribonükleozid difosfatlara indirgenmektedir. Ribonükleozid difosfatların deoksiribonükleozid difosfatlara dönüşmesi sırasında NADH kullanılır.
Deoksiribonükleozid difosfatların sentezi, karmaşık bir allosterik regülasyon mekanizması ile düzenlenir.
Pürin nükleotidlerinin yıkılımı Pürin nükleotidlerinin yıkılımı, 5 - nükleotidaz etkisiyle fosfat grubunun ayrılmasıyla başlar; Pürin nükleozid fosforilaz etkisiyle sürdürülür; Son olarak ksantin oksidaz etkisiyle ürik asit oluşur
Allopurinol, hipoksantin analoğudur; ksantin oksidazı inhibe eder. Pürin nükleotidleri başlıca karaciğerde yıkılırlar
Ksantin oksidaz etkisiyle hipoksantinin ksantine ve ksantinin ürik aside dönüştüğü reaksiyonların mekanizması tam olarak anlaşılmamıştır. Molibden elektron akseptörü olarak rol alır. Ksantin oksidaz, aynı zamanda süperoksit radikali (O 2- ) oluşturur. Superoksit radikali de superoksit dismutaz etkisiyle hidrojen perokside dönüştürülür. 2O 2- + 2H + H 2 O 2 + O 2 Süperoksit radikali ve hidrojen peroksit, hidroperoksi radikali (HO 2), hidroksil radikali (OH ), hipoklorit (OCl - ) gibi reaktif ürünler oluştururlar.
Pirimidin nükleotidlerinin de novo sentezi Pirimidin nükleotidlerinin de novo sentezi, iki devreye ayrılarak incelenebilir: 1) Üridin monofosfatın (UMP) oluşması 2) UMP ın diğer pirimidin nükleotidlerine dönüşmesi UMP, sitidin fosfatlar, deoksisitidin fosfatlar ve timidin nükleotidlerinin sentezinde ana bileşiktir.
UMP ınoluşması Hücrenin sitozolünde bulunan karbamoil fosfat sentetaz II tarafından katalizlenen bir reaksiyonda glutaminden kaynaklanan NH 3 ile bikarbonat halindeki CO 2 in ATP den sağlanan enerji yardımıyla karbamoil fosfat oluşturmasıyla başlar. Riboz-5-fosfat, pirimidin bazı oluştuktan sonra, PRPP tan transfer edilerek baza eklenir.
Karbamoil fosfat, aspartat transkarbomilaz katalizörlüğünde aspartat ile birleşir ve N-karbamoil aspartat oluşturur.
N-karbamoil aspartattan dihidroorotaz etkisiyle H 2 O kaybı olur ve halka yapılı dihidroorotik asit oluşur.
Dihidroorotik asitten, NAD + gerektiren dihidroorotat dehidrojenaz etkisiyle orotik asit oluşur. Pirimidin halkasının atomları, aspartat, CO 2 ve glutaminden sağlanır
Orotik aside orotat fosforibozil transferaz etkisiyle PRPP tan bir riboz-5-fosfat kökü eklenir ve orotidilat (orotat monofosfat, OMP) oluşur.
Orotidilat (orotat monofosfat, OMP), orotidilat dekarboksilaz etkisiyle dekarboksile olur ve üridin mono fosfat (UMP) oluşur.
UMP oluşmasında rol alan enzimlerden dididrooratat dehidrojenaz mitokondride, diğerleri ise sitoplazmada bulunur.
UMP ındiğer pirimidin nükleotidlerine dönüşümü UMP, sentezlendikten sonra UTP a fosforillenir, reaksiyonu kinazlar katalizler; Reaksiyonda ATP, fosfat vericisi olarak rol oynar.
CTP, sitidilat sentetaz (sitidin trifosfat sentetaz) etkisiyle UTP, ATP ve glutaminden oluşur.
dump, CDP ve UDP üzerinden sentezlenir. Ribonükleotid redüktazın etkisi, pürin deoksiribonükleotidlerinin sentezindeki gibidir.
dtmp, timidilat sentaz etkisiyle dump tan oluşur; metil grubu, N 5,N 10 - Metilentetrahidrofol attan aktarılır. N 5,N 10 - Metilentetrahidrofol at oluşmasında dihidrofolat redüktaz ve serin hidroksimetil transferaz önemli enzimlerdir.
Pirimidin nükleotidlerinin de novo sentezi feedback inhibisyon vasıtasıyla düzenlenir. Karbamoil fosfat sentetaz II (CPS II) ve aspartat transkarbamoilaz enzimleri allosterik olarak düzenlenebilen enzimlerdir. Aspartat transkarbamoilaz, CTP tarafından inhibe edilir
Pirimidin nükleotidlerinin kurtarma yolunda sentezi Fosforilazlar ve kinazlar etkisiyle serbest pirimidin bazlarından pirimidin nükleotidleri sentez edilebilmektedir. UMP, urasil fosforibozil transferaz etkisiyle urasil ve PRPP tan da sentez edilebilir.
Pirimidin nükleotidleri, 5 -nükleotidaz etkisiyle defosforile olarak nükleozidlere dönüşürler. Nükleozidler, pirimidin nükleozid fosforilaz etkisiyle riboz-1-fosfat ve serbest pirimidin bazlarına yıkılırlar.
Sitozin, katabolik yolda önce sitozin deaminaz etkisiyle urasile dönüştürülür. Urasil ve timin, aynı enzimlerin katalizlediği üç aşamada yıkılırlar. Urasil, β-alanine, timin ise β- aminoizobütirata çevrilmektedir.
β-alanin, CO 2, NH 3 ve β-aminoizobutirat, pirimidin katabolizmasının son ürünleridir. Pirimidin bazlarının yıkılım ürünü olan β- alanin, asetil CoA ya; β-aminoizobutirat ise süksinil CoA ya dönüşebilmektedir. Pirimidin azotunun atılımı, üre şeklinde olur.
Oksijen radikalleri Radikal: Tek sayıda ortaklanmamış elektron içeren moleküldür. Radikaller, oksijen içerip içermedigine göre, serbest oksijen radikalleri (SOR) ve oksijen içermeyen radikaller olarak ikiye ayrılırlar.
Antioksidanlar