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Von Hidaya Aliouche, B.Sc.Bewertet von Kate Anderton, B.Sc . (Herausgeber)
Kontextualisierung von Purinen
Purine sind heterocyclische Basen. Einfach ausgedrückt sind dies geschlossene Ringstrukturen, die aus mindestens zwei verschiedenen Arten von Atomen bestehen. Purine sind eine von drei Komponenten von Nukleotiden; Phosphatester eines Pentosezuckers (entweder Ribose oder Desoxyribose), in dem eine Purin- oder Pyrimidinbase an C1 des Zuckers gebunden ist.
Das Präfix Mono- di- oder Tri- bezeichnet die Anzahl der auf dem Nukleotid vorhandenen Phosphatgruppen. Es ist wichtig, das Nukleosid zu unterscheiden; Dies ist die nicht phosphorylierte Form eines Nukleotids. Es ist
Nukleosidtriphosphate sind die monomeren Einheiten, die als Vorläufer von Nukleinsäuren wirken. Diese erfüllen eine Vielzahl biochemischer Funktionen, darunter
- Das Antreiben thermodynamisch ungünstiger Reaktionen
- Die Bildung der zentralen Kofaktoren des Stoffwechsels (wie NAD + und FAD +)
- Die Bildung der Bausteine unseres genetischen Bauplans DNA.
Abbildung 1. Die Struktur von Nukleotiden zeigt, wie die Base und der Pentosezucker (Nukleosid, in gelb, blau und grün) entweder an eine, zwei oder drei Phosphatgruppen gebunden sein können. Ein Nukleosid, das an ein Phosphat (rot) gebunden ist, ist ein Nukleosidmonophosphat.Die Zugabe einer zweiten Phosphatgruppe (rot) bildet ein Nukleosiddiphosphat, und schließlich bildet die Zugabe eines dritten Phosphats ein Nukleosidtriphosphat. Wobei die Phosphatgruppe proximal zum Nukleosid die Stelle der Phosphatesterbindung ist.Struktur der Purine
Die Purinbiosynthese ist komplex. Das Puringerüst ist ein 6-gliedriger Pyrimidinring, der mit einem 5-gliedrigen Imidazolring fusioniert ist (siehe Abbildung 1). Jeder Ring enthält zwei Stickstoffatome (N), wobei die verbleibenden 5 Positionen in jedem Ring von Kohlenstoff (C) besetzt sind, der an Wasserstoff (H) gebunden ist.
Wasserstoff kann durch verschiedene Atome oder Gruppen ersetzt werden, um unterschiedliche Purine zu bilden. Die 4 Ns stammen von verschiedenen Aminosäuren und die restlichen 5 Cs stammen von ein-Kohlenstoff-haltigen Gruppen.
Dies wurde 1948 von John Buchanan entdeckt, der Tauben mit isotopisch markierten Verbindungen fütterte, um die Positionen der markierten Atome in der von ihnen sekretierten Harnsäure zu bestimmen. Der Name der Verbindung, die jedes der C- und N-Atome liefert, ist in Abbildung 1 gekennzeichnet.
Abbildung 2 Die Ergebnisse von John Buchanans Studien zeigten, dass N1 von Purinen aus der Aminogruppe von Aspartat stammt; C2 und C8 stammen von einer C1-haltigen Verbindung namens Formiat; N3 und N9 werden von der Amid (NH2) -Gruppe von Glutamin beigesteuert; C4, C5 und N7 stammen von Glycin ab und C6 kommt von HCO3–.Synthese von Purinribonukleotiden
Die Purinbiosynthese findet im Zytosol aller Zellen statt. Der Purinring wird in einer Reihe von 11 enzymkatalysierten Schritten aufgebaut. Jedes Enzym ist oligomere, was bedeutet, dass es mehrere Monomere enthält. Zwischenprodukte, die während der Reaktion entstehen, werden nicht freigesetzt. Stattdessen werden sie entlang des Weges zum nachfolgenden Enzym transportiert.
Schritt eins dieses Weges erzeugt eine wichtige Verbindung, 5-Phosphoribosyl-alpha-pyrophosphat (PRPP). Diese Verbindung ist auch ein Vorläufer bei der Biosynthese von Pyrimidinnukleotiden. Es liefert die Phospho-Ribose-Einheiten dieser Ribonukleotide.
PRPP leitet sich von Ribose-5-Phosphat (R5P) ab, einem Produkt des Pentosephosphatweges. Daher werden Purine aus einer Reihe von Additionsreaktionen an einen Zucker aufgebaut.
Purinsynthese ergibt Inosinmonophosphat
Im ersten Schritt der Purinbiosynthese aktiviert die Ribosephosphatpyrophosphokinase die Ribose, indem sie sie mit ATP zu 5-Phosphoribosyl-alpha-pyrophosphat (PRPP) umsetzt.
Schritt 2 ist der erste Schritt der Purinbiosynthese. Bei dieser Reaktion katalysiert Amidophosphoribosyltransferase die Verdrängung der Pyrophosphatgruppe von PRPP durch den Amidstickstoff von Glutamin. Diese Reaktion ist der Flusskontrollschritt des Weges, dh die Geschwindigkeit, mit der der Biosyntheseweg Produkt ausgibt. Es ist in Abbildung 3 dargestellt.
Abbildung 3 (A) Schritt 1 – Aktivierung von Ribose-5-Phosphat. Das Ausgangsmaterial für die Purinbiosynthese ist Ribose-5-Phosphat, ein Produkt des Pentosephosphatweges. Im ersten Schritt der Purinbiosynthese aktiviert die Ribosephosphatpyrophosphokinase die Ribose durch Reaktion mit ATP, das die Reaktion antreibt, unter Bildung von 5-Phosphoribosyl-alpha-pyrophosphat (PRPP). (B) Schritt 2 – Flux-Controlling-Schritt. Die Amidophosphoribosyltransferase katalysiert die Verdrängung der Pyrophosphatgruppe von PRPP durch den Amidstickstoff von Glutamin unter Bildung von Beta-5-Phosphoribosylamin. Dieser Schritt wird auch von ATP angetrieben.Nach den verbleibenden 9 Schritten wird als erstes Purinderivat Inosinmonophosphat (IMP) synthetisiert. Dies ist in Abbildung 4 zu sehen.
Abbildung 4. Der Stoffwechselweg für die De-Novo-Biosynthese von IMP. Hier wird der Purinrest in 11 enzymkatalysierten Reaktionen an einem Ribosering aufgebaut.
IMP ist der Vorläufer für das Purinnukleotid, Adenosin und Guanosinmonophosphat (AMP und GMP). Beide werden in einem Zwei-Reaktionsweg mit Gabelungen auf der Ebene von IMP synthetisiert:
Weitere Phosphatzusätze zur Erzeugung von Diphosphat- und Triphosphat-Nukleosiden können nach Abschluss der Monophosphatsynthese erfolgen. Diese Reaktionen werden durch Kinasen durchgeführt.
Kinasen werden aufgrund ihrer Eigenschaft, Phosphatgruppen von einem hochenergetischen Phosphatmolekül auf bestimmte Substrate zu übertragen, so genannt. Die vollständigen Nukleotidtriphosphatformen Adenosin und Guanosintriphosphat (ATP und GTP) sind die erkennbaren Einheiten von RNA und DNA. Daher werden Purine zunächst als Ribonukleotide und nicht als freie Basen gebildet.
Die Purinnukleotidbiosynthese wird in mehreren Schritten reguliert
Die Wege zur Synthese von IMP, ATP und GTP werden individuell reguliert. Dies ist entscheidend, um die Verschwendung von (1) Energie und Stickstoff zu verhindern, (2) die Gesamtmengen an Purinnukleotiden zu kontrollieren, die für die Nukleinsäuresynthese verfügbar sind, und (3) das Purinabfallprodukt Harnsäure ist schädlich für Zellen. Übermäßige Harnsäureproduktion führt zu seiner Ablagerung in Gelenken, die Schmerzen und Rötungen verursachen; Dies ist die pathophysiologische Grundlage der Gicht.
Die IMP-Synthese wird durch den Gehalt an Adenin- und Guaninnukleotiden gesteuert. Zusätzliche Kontrolle wird durch Feedforward-Aktivierung ausgeübt, die die Stimulation eines nachfolgenden Enzyms durch das vorhergehende Substrat ist. In dieser Situation wird die Amidophosphoribosyltransferase I Schritt 2 allosterisch durch PRPP, das Produkt von Schritt 1, stimuliert.
Die zweite Ebene der Regulierung findet am Verzweigungspunkt unterhalb von IMP statt und führt entweder zu AMP oder GMP. Diese Endprodukte sind jeweils kompetitive Inhibitoren von IMP und so wird deren übermäßiger Aufbau verhindert.
Der metabolische Bedarf an Purin kann durch Biosynthese im menschlichen Körper gedeckt werden. Ohne ausreichende Produktion von Purinen oder aufgrund abnormaler Biosynthesewege können schmerzhafte klinische Manifestationen auftreten.
Weiterführende Literatur
- Alle biochemischen Inhalte
- Eine Einführung in die Enzymkinetik
- Chiralität in der Biochemie
- L- und D-Isomere
- Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplungsreaktion
Geschrieben von
Hidaya Aliouche
Hidaya ist ein Enthusiast der Wissenschaftskommunikation, der kürzlich seinen Abschluss gemacht hat und eine Karriere in der Wissenschaft und im medizinischen Copywriting beginnt. Sie hat eine B.Sc . in Biochemie von der Universität von Manchester. Sie schreibt leidenschaftlich gern und interessiert sich besonders für Mikrobiologie, Immunologie und Biochemie.
Zuletzt aktualisiert 25. Januar 2019Zitate