Purinsynthese

Zuletzt aktualisiert am 4. Februar 2021 von Sagar Aryal

Es gibt zwei Wege zur Synthese von Purinnukleotiden:

1. De Novo Syntheseweg und
2. Bergungsweg.

Die De novo Synthese von Purin

Die De-Novo-Synthese von Purinnukleotid bedeutet, Phosphoribose , Aminosäuren, Ein-Kohlenstoff-Einheiten und CO2 als Rohstoffe zu verwenden, um Purinnukleotid von Anfang an zu synthetisieren. Es ist der Hauptsyntheseweg von Nukleotiden.

Lage

Purinsynthese tritt in allen Geweben auf. Die Hauptstelle der Purinsynthese befindet sich in der Leber und in begrenztem Maße im Gehirn.

• Substrate: Ribose-5-Phosphat; Glycin; Glutamin; H2O; ATP; CO2; Aspartat.
• Produkte: GMP; AMPERE; Glutamat; Fumarat; H2O.

Überblick über den Weg

• Ribose-5-Phosphat (wie durch den Pentose-Phosphat-Weg bereitgestellt) wird durch PRPP-Synthetase in einem Schritt, der ein ATP erfordert, in PRPP (Phosphoribosylpyrophosphat) umgewandelt.
• Im ersten Schritt des Verfahrens wird dann eine α-Aminogruppe aus Glutamin zu PRPP addiert, um 5-Phosphoribosylamin zu bilden. Diese Reaktion wird durch Glutamin-PRPP-Amidinotransferase katalysiert.
• Eine Reihe von neun Reaktionen führt zur Bildung von IMP (Inosin-5′-monophosphat).
• IMP kann dann entweder durch IMP-Dehydrogenase in GMP oder durch Adenylosuccinatsynthetase in AMP umgewandelt werden.

Reaktionen des Signalwegs

(1) Die Purinbase wird am Riboseteil synthetisiert.

(a) 5′-Phosphoribosyl-1′-pyrophosphat (PRPP), das den Ribose-Teil liefert, reagiert mit Glutamin unter Bildung von Phosphoribosylamin. Dieser erste Schritt in der Purinbiosynthese produziert N9 des Purinrings und wird durch AMP und GMP gehemmt.

(b) Dem wachsenden Purinvorläufer wird das gesamte Glycinmolekül zugesetzt. Dann wird C8 durch Formyl-FH4, N3 durch Glutamin, C6 durch CO2, N1 durch Aspartat und C2 durch Formyl-FH4 zugegeben.

(c) IMP, das die Base Hypoxanthin enthält, wird erzeugt. IMP wird in der Leber gespalten. Seine freie Base oder Nukleosid wandert zu verschiedenen Geweben, wo es wieder in das Nukleotid umgewandelt wird.

(2) IMP ist der Vorläufer von AMP und GMP.

(a) Jedes Produkt reguliert durch Rückkopplungshemmung seine eigene Synthese vom IMP-Verzweigungspunkt aus und hemmt den ersten Schritt auf dem Weg.

(b) AMP und GMP können auf Triphosphatniveau phosphoryliert werden.

(c) Die Nukleotidtriphosphate (ATP und GTP) können für energieintensive Prozesse oder für die RNA-Synthese verwendet werden.

(3) Die Reduktion der Riboseeinheit zu Desoxyribose erfolgt auf Diphosphatebene und wird durch Ribonukleotidreduktase katalysiert, die das Protein Thioredoxin benötigt.

(a) Nach der Phosphorylierung der Diphosphate können dATP und dGTP für die DNA-Synthese verwendet werden.

(4) Purinbasen können durch eine Reihe von Reaktionen gewonnen und zwischen freien Basen, Nukleotiden und Nukleosiden umgewandelt werden.

Wichtige Enzyme und Regulation

• PRPP-Synthetase: Gehemmt durch AMP, IMP und GMP.
• Glutamin-PRPP-Amidinotransferase: Gehemmt durch AMP, IMP und GMP.
• IMP-Dehydrogenase: Gehemmt durch GMP.
• Adenylosuccinatsynthetase: Gehemmt durch AMP.

Pharmakologische Inhibitoren

Obwohl nicht gezeigt, ist Tetrahydrofolat an zwei Reaktionen der De-Novo-Purinsynthese beteiligt. Folsäureanaloga wie Methotrexat hemmen die Bildung von Tetrahydrofolat und stören so die Purinsynthese.

Purinrettungsweg

Ein Bergungsweg ist ein Weg, in dem Nukleotide aus Zwischenprodukten im Abbauweg für Nukleotide synthetisiert werden.

Ort

Die Purinsynthese über die Bergungswege erfolgt in allen Geweben. Es ist besonders wichtig im Gehirn und im Knochenmark.

• Substrate: Hypoxanthin; PRPP; Guanin; Adenin.
• Produkte: GMP; AMPERE; KOBOLD.

Überblick über den Weg

• Basen aus abgebauten Nukleinsäuren können über die Salvage-Wege wieder in Purinnukleotide umgewandelt werden.
• Hypoxanthin kann mit PRPP (das als Donor von Ribose-5-Phosphat fungiert) kombiniert werden, um IMP in einer durch Hypoxanthin-Guanin-Phosphoribosyltransferase (HGPRT) katalysierten Reaktion zu bilden.
• IMP kann anschließend über die letzten Schritte des Weges der De-Novo-Purinsynthese in AMP oder GMP umgewandelt werden.
• HGPRT katalysiert auch die Reaktion, die PRPP mit Guanin kombiniert, um GMP zu bilden.
• Adeninphosphoribosyltransferase wandelt Adenin und PRPP in AMP um.

Wichtige Enzyme und Regulation

• HGPRT: Gehemmt durch IMP und GMP.
• Adeninphosphoribosyltransferase: Gehemmt durch AMP.

Assoziierte Erkrankung

Ein Mangel an HGPRT führt zum Lesch-Nyhan-Syndrom, das durch Selbstverstümmelung und ZNS-Verschlechterung gekennzeichnet ist.

Bedeutung der Purinsynthese

1. Purine dienen als Bausteine von Nukleinsäuren.
2. ATP spielt eine wichtige Rolle bei der Energieumwandlung.
3. ATP, ADP und AMP können als allosterische Regulatoren fungieren und an der Regulation vieler Stoffwechselwege beteiligt sein.
4. ATP beteiligt sich an der kovalenten Modifikation von Enzymen. glichkeiten.
5. cGMP sind sekundäre Botenstoffe.
6. Bergungswege werden verwendet, um Basen und Nukleoside wiederzugewinnen, die beim Abbau von RNA und DNA gebildet werden.
7. Im Vergleich zu de novo pathway ist salvage pathway energiesparend.
8. In Gehirn- und Knochenmarkgeweben ist der Bergungsweg der einzige Weg der Nukleotidsynthese.

1. Schmied, C. M., Markierungen, A. D., Lieberman, M. A., Markierungen, D. B., & Markierungen, D. B. (2005). Marks ‚grundlegende medizinische Biochemie: Ein klinischer Ansatz. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins.
2. https://www.slideshare.net/hirapure/de-novo-and-salvage-pathway-of-purines
3. Rodwell, V. W., Botham, K. M., Kennelly, P. J., Weil, P. A., & Bender, D. A. (2015). Harper’s illustrated biochemistry (30. Aufl.). New York, NY: McGraw-Hill Bildung LLC.
4. John W. Pelley, Edward F. Goljan (2011). Biochemie. Dritte Auflage. Philadelphia: Vereinigte Staaten.