====== Nukleotid anyagcsere ======
  * 2012.11.27.
  * dr. Sasvári Mária
  * {{:aok:biokemia:eloadasok_egyebek:nukleotid_anyagcsere_purin_nukleotidok_-_dr._sasvari_maria.rar|előadás dia (pdf)}}


===== Szerkezet=====

  * **nukleozid** (adenozin, guanozin) = bázis + ribóz/dezoxiribóz
  * **nukleotid** (NMP, NDP, NTP) = bázis + ribóz/dezoxiribóz + 1 vagy 2 vagy 3 P<sub>i</sub>
  * AMP = adenilát
  * GMP = guanilát

===== Nukleotid anyagcsere: =====

  * bélcsatorna: táplálék -> RNS, DNS -> polinukleotidok -> nukleotidok -> nukleozidok -> bázisok
  * a nukleozidok és a bázisok a véráramba kerülnek, eljutnak az extrahepatikus szövetekhez
  * **máj**: 
    * nukleotidok "de novo" szintézise. nukleotidok -> DNS, RNS
    * nukleotidok lebontása: nukleotidok -> nukleozidok, bázisok -> ezek is a véráramba jutnak
  * **extrahepatikus szövetek (agy, vvt, limfociták)** ↔ vér
    * nukleozidok, bázisok kétirányú transzportja
    * **mentő reakciók**: purin bázisok kerülnek az IMP-re, AMP-re, GMP-re

  * Urát (húgysav): a purinbontás végterméke
  * a pirimidin teljesen lebomlik (CO<sub>2</sub>, H<sub>2</sub>O, NH<sub>4</sub><sup>+</sup>)
  * Nukleozid/bázis analógok: legfontosabb kemoterápiás szerek (a sejtosztódást gátolják: vagy magát a nukleotid anyagcserét, vagy a DNS/RNS szintézist) -> minden osztódó sejtet gátolnak -> az egészségeseket is -> erős mellékhatások

Nukleozidok fontos, hogy nukleotiddá alakuljanak! A mentő reakciók nagyon fontosak!

===== Purin nukleotid szintézis =====

  * adeninben nincs cukor
  * adenozinban van cukor
  * a cukormentes bázisok rögtön AMP-vé alakulnak ill IMP-vé és GMP-vé
  * mentő reakció = egy lépés, cukor foszfátot rárakjuk (mindig ribóz)

==== ribóz-5-P ====
 
  * bázisokat mentünk meg, nem nukleozidokat, mentő reakcióban és de novo szintézisben is
  * aktivált forma (az 1. helyzeten pirofoszfát -> itt kötődik a purinbázishoz/pirimidinhez) = **foszforibozil-PP** (PRPP)
  * lipideknél CDP, glukóznál UDP az aktivált, nukleotidoknál a ribóz-5-P

  * a pentóz-foszfát ciklusból jön a PRPP
  - irreverzibilis reakcióban: glukóz-6-P -> ribóz-5-P + NADPH
  - reverzibilis reakcióban: fruktóz-6-P -> ribóz-5-P (transzaldoláz/transzketoláz hatására)
  
  * ATP-vel képzi
  * pirimidinhez nem kell PRPP, mert van ribóza (általában) nukleozid forma

! Kemoterápia -> dezoxiszármadékot lehet elrontani

==== a purin váz eredete ====

  * C donor: 2 N<sup>10</sup>formil H<sub>4</sub>F -> 1 C atomos intermetiderek száll.
  * CO<sub>2</sub>
  * N donor: 2 glutamin és 1 aszpartát + glicin

===== purin váz de novo szintézise =====

  * 10 lépéses reakció (az előadásban van egy menő animált dia)
  * a 9. N-t adjuk először a ribóz-P-hoz

  - PRPP -> hozzáadjuk a glutaminból az első N-t (közben glutamin -> glutamát)
  - ribóz-5-P-on lógó aminocsoport = foszfo-ribozilamin <- glicin, ATP (már csak egy lépés kell az imidazol gyűrűhöz)
  - glicin-amid-ribozil-5-P (GAR)  <- C1 formilt berakjuk
  - formil-(acil)-GAR (oxocsoport cseréje aminocsoportra) (közben: glutamin->glutamát)
  - formil-glicin-amidin-ribóz-5-P (FGAM)
  - gyűrű bezárása -> imidazol-gyűrű –> H<sub>2</sub>O (ATP kell a gyűrűzáráshoz)
  - AIR (amino-imidazol-ribóz-5-P) <- CO<sub>2</sub> (biotinos reakció)
  - CAIR (karboxil-amino-imidazol-ribóz-5-P) <– Asp(csak a N kell, ennek ellenére az Asp úgy donor, hogy az egész Asp-at beépítjük. gyakorlatilag szukcinát+aminocsoport)
  - SAICAR (szukcinil-amino-imidazol-karboxamid-ribóz-5-P) -> szukcinát lehasítása, de nem adunk hozzá H-eket, ezért kettős kötés alakul ki, szukcinil csoport fumarátként hasítódik le. //ADENILOSZUKCINÁZ (ASA) enzim//
  - AICAR <- N<sup>10</sup>formil H<sub>4</sub>F (-> H<sub>4</sub>F)
  - FAICAR (formil-amino-imidazol-karboxamid-ribóz-5-P) -> H<sub>2</sub>O elmegy, gyűzűzárás
  - IMP (inozit monofoszfát)

=== IMP AMP és GMP közötti különbség ===
  * AMP- 6-aminopurin
  * GMP 2-amino-6-oxopurin
  * IMP 6-oxopurin
  * egymásba alakíthatók (előadásábra)

=== szabályozás ===
  * de novo szintézisen
  * elágazási pontokon (hogy A vagy G nukleotid)

==== purin nukleotid ciklus ====

IMP -> -> AMP -> IMP -> -> -> urát (vizelet) lebontás

** a ciklus jelentősége **
  * reverzibilis reakció: 2 ADP <-> ATP + AMP 
  * eltávolítjuk a végterméket (AMP-t) ezért a reakció előre fog menni (költséges reakció, de még mindig megéri az izomnak, hogy több ATP-je legyen.) => ha kevés az ATP, az AMP-kináz reakció használható  ATP szint-re
  * energiahiányos állapotok: urát túltermelés (húgysav túltermelés. pl: fruktóz intolerancia(=fruktóz-1-P nem tud továbbalakulni -> kevés energia -> húgysav túltermelés)

[AMP] ↑ -> -> húgysav (urát) túltermelés (normális körülmények között ez visszafelé is.)

  * izom: magas AMP deamináz szint
  * erős izommunka: sokfajta tartalék felhasználása
  * AMP -> IMP a felszabaduló ammónia a glikolízis aktivátora (anaerob glikolízis)
  * IMP és ammónia is a májba (a vérben magas szint)
  * IMP-ről a bázist leszedni -> inozin -> májba -> -> urát
  * urát a vérbe -> vizelettel ürül

  * erős munkavégzés : NH3 ↑ urát ↑
  * izom AMP DA defektus: izomgörcs, NH<sub>3</sub>, urát **NEM NŐ**

  * purin-monofoszfát-kináz: GMP -> GDP
  * purin-difoszfát-kináz: GDP -> GTP
  * adenilát-kináz: AMP-> ADP
  * szubsztrát szintű/oxidatív foszforiláció: ADP + P<sub>i</sub> ->ATP

===== purin mentő reakciók =====
előadás!

  * bázis -> nukleotid egy lépésben (rárakjuk a ribóz-5-P-t)
  * adenin -> aMP (PRPP->PP<sub>i</sub>) adenil-foszforibozil-transzferáz enzim (PRT)
  * hipoxantin -> IMP (HPRT enzim)
  * guanin -> GMP(HPRT enzim)

=== HPRT hiány: Lesh-Nyhan sy. ===
  * súlyos neurológiai, pszichiátriai betegség
  * X-hez kötött, ritka
  * a gyerek harapja saját magát, az anyát mindenkit, nagyon agresszív, öncsonkítás, mentális retardáció
  * hyperuricemia: húgysav túltermelés
  * bazális ganglionok nem tudnak GTP-t szint. de novo -> alacsony szint
  * honnan lehet észrevenni? húgysav túltermelés -> kikristályosodik -> **kristályok a pelenkán**
  * húgysav túltermelés -> kikristályosodik -> köszvény (ezek a gyerekek már nem igazán élik meg ezt a kort)
  * génterápiával lehet rajta segíteni

===== szabályozás =====

  * mindig az első lépést, a második lépést is
  * **AMP**-vel és **GMP**-vel (ezek a de novo szint. végtermékei)
  * ha mentőreakcióból -> gátolják a de novo szintézist
  * saját maguk képződését leállítják, másik utat aktiválják (**ATP** akt. a GMP képződést, **GTP** akt. az AMP képződést)

GTP és ATP kell a másik reakcióhoz -> keresztszabályozás és általános szabályozás (mentőreakcióból bejövők gátolják a saját maguk szintézisét)

|de novo út intenzitása (amido-PRT aktivitás) | mentő reakció út intenzitása (HPRT aktivitás) |
| máj – <wrap em>magas</wrap> | alacsony|
|vvs, baz. ggl - alacsony | <wrap em>magas</wrap> |

A de novo út gátlószerei: 
    * Ribavirin(IMP DEH) 
    * Acivicin(Gln analóg) 
    * Vírusfertőzés, tumorok, vvs paraziták ellen

====== Purin nukleotidok lebontása ======
  * 2012. 11. 28. 
  * Előadó: Sasvári Márta

==== Lépései ====
  * Foszfát lehasítása **5'nukleotidáz** hatására - ribóz 5. szénatomjáról, termékek adenozin és guanozin illetve egy foszfát lehet. 
  * Dezaminálás vízzel - aminocsoport felszabadul, helyette oxocsoport lesz. Enzim: **adenozin deamináz (ADA)**. 
  * Cukor lehasítása: foszfát visszahelyezésével kezdődik, ribóz-1-foszfát keletkezik, ez nem fordul elő máshol az intermedier anyagcserében, egy enzim átalakítja. 

Bázis keletkezik. Enzim: **purin nukleozid foszforiláz (PNP)**.

==== Enzim deficienciák ==== 

**ADA és/vagy PNP hiány** - súlyos kórképek, magas adenozin koncentráció a T limfocitákra igen káros, sejtek szinte teljesen hiányoznak - //"non-HIV AIDS"//, súlyos, öröklődő ezért főként gyerekeket érintő immundeficiencia. Az immunrendszer nem tud megerősödni, általában tüdőgyulladás halálos kimenetelű. Mechanizmus: adenozin a vérben - relatív sok dezoxiATP keletkezik, ez a ribonukleotid reduktáz enzimet gátolja - dezoxi-ribonukleotidok nem keletkeznek, így DNS szintetizálódni és a sejtek osztódni nem tudnak. A leírt mechanizmus csak valószínűleg fedi a betegség okát. 

Terápia: PEG-ADA enzimterápia, génterápia - csontvelő őssejtek kezelése

**Hipoxantin (6-oxo)** és **guanin (2-oxo-6-amino)** további eliminálása 
  * Újrafelhasználás a //mentő reakciókban//
  * Maradék kiürítése: **xantin oxidáz** a hipoxantint oxidálja, közös intemedier: //[2,6-dioxo]//. **Xantin-oxidáz** flavin enzim, vízből molekuláris oxigént épít be és H<sub>2</sub>O<sub>2</sub> keletkezik. **Guanáz** H<sub>2</sub>O-t beépít, NH<sub>3</sub> felszabadul a guaninból. 2,6-dioxo-t a xantin oxidáz oxidálja - **2,6,8-trioxopurin**, azaz **húgysav** keletkezik. Rosszul oldódik vízben, túltermelése a vérpályákban való kikristályosodást okoz. 

==== Köszvény ====

Izületekben való húgysavkristályok keletkezése - irritáns, permanens gyulladás, főként a kézen és a lábon. Lesh-Nyan szindróma kísérőbetegsége. 
  * Na-urát kristályok vesekövet okoznak
  * izületi fájdalmak és torzulások
Két formája: akut és krónikus köszvényes artritisz. Akut: időleges magas húgysavszint - //fertőzés// miatt sejtpusztulás, DNS lebontása szükséges, a kiváltó ok megszüntetésével elmúlik. Krónikus formája főleg időskorban. 
Terápia: **allopurinol** - kompetitíven gátolja a hypoxantin átalakulását, hasonlít a szerkezete, //xantin-oxidáz// feleslegben adva inkább ezt oxidálja oxopurinollá. 

Purin bázisok kiürülnek a vizelettel - hipoxantin és xantin jobban oldódik, mint a húgysav. 

==== Hiperuricaemia okai ==== 

  * **PRPP** (aktív ribóz, prekurzor) túltermelés: stimulált de novo szintézis, túl sok purin, így sokat kell lebontani. Oka lehet genetikus: PRPP szintetáz nem gátolható __mutáció__ miatt, vagy __ribóz-5-foszfát túltermelése__ a PRPP felépítését stimulálja. //Glu-6-foszfát// szintet emelő betegségek (Von Gierke kór - glukóz-6-foszfát felhalmozódása foszfatáz-hiány miatt), mert az fru-6-foszfáttá majd __ribóz-5-foszfáttá__ alakul. Von Gierke kór mellett a hipoglikémia mellett hiperuricaemia is tünet. 
  * Purin mentőreakciók hiánya: - //HPRT deficiencia// - újrafelhasználás csökken, szintézisből származó purinok 100%-os lebontásra kerülnek. 
  * Alcsony ATP szint, //ATP metabolizmus zavara//
  - Erős izommunka - nem kóros, időleges hiperuricaemia
  - __Fruktóz intolerancia__ - fru-1-P foszfátcsapdája
  * Másodlagos purin többlet - nem a nulkeotid anyagcserével van probléma - szöveti károsodás, sejttörmelék kiürítése során nagy mennyiségű DNS RNS lebontása miatt sok urát képződik. 

====== Dezoxiribonukleotidok anyagcseréje ======

2'helyzetű oxigént a ribózról el kell távolítani - purin/pirimidin bázis + cukor + 2 foszfát alakú nukleotid a szubsztrátja a **ribonukleotid reduktáz** által katalizált reakcióknak, mind a négy féle dinukleotid szubsztrátja, külön kötő helyeken. 
Két enzim SH csoport átmeneti diszulfid hidat képez, H-t átad a szubsztrátnak, egy vízmolekula kilép. Enzim **tiredoxinnal** (vagy glutationnal) redukálódik, ez egy prosztetikus csoport, az enzim része. Szintén prosztetikus csoport, FADH<sub>2</sub> redukálja a tioredoxint, FAD<sup>+</sup> NADPH+H<sup>+</sup> oxidációja mellett redukálódik. 

RR enzimszerkezet: B1 és B2 alegység - B2 tirozingyökkel rendelkezik, B1-ben két -SH csoport. 3'-n lévő H-t a tirozin gyök köti meg, ennek hatására a 2' szénatomon lévő H taszító elektrosztatikus hatás miatt leszakad, vízkilépés, diszulfidhíd, majd a két szénatom redukálása. 
__Szabályozás:__ bonyolult, mert négy szubsztrátja és négy terméke van. Fontos az arány szabályozás - a DNS polimerizálásához szükséges arányban termeljen nukleotidokat. dATP teljes allosztérikus gátlást hoz létre! Szubsztrát kötő helyek elrendeződése:

  * CDP - dCTP
  * UDP - dTTP
  * GDP - dGTP
  * ADP - dATP

Általánosan: a **dATP** minden keletkezést gátol, a **dGTP** a felette lévőket gátolja, az alatta lévő dATP keletkezését serkenti, a **dTTP** az alatta lévőket serkenti, a felette lévőt gátolja, a legkisebb mennyiségben keletkező **dCTP**-nek nincs szabályozó szerepe. 

=== Timidilát szintáz reakció (TMP S) ===

dUMP-ből metilációval (<sup>5</sup>N<sup>10</sup>N-metilén-tetrahidrofilsav donor!) dTMP keletkezik, dihidrofolsav keletkezik a tetrahidrofolsavból - dihidrofolát reduktázzal tetrahidrofolát keletkezik, NADPH+H<sup>+</sup> oxidációja mellett. Tetrahidrofolsav metiléncsoportot kaphat a szerinnel, glicinnel (+hisztidinnel, triptofánnal) való reakcióban - irreverzibilis lépés! <sup>5</sup>N-metil-tetrahidrofolsavat az enzim felhasználni nem tudja - ezt a homociszteinnek átadva (B12 vitamin!) tetrahidrofolsavvá alakul. Ha nincs B12 vitamin (vagy folsav) - metilcsapda! Vészes vérszegénység, mert nincs sejtosztódás. 

Kemoterápiás szerek támadáspontja: //5-fluoro-dUMP// az enzimet gátolja, mert dTMP analóg - "öngyilkos" gátlószer, az enzimet teljesen bénítja, mert nem disszociál, vastagbélrákban alkalmazott. 

Dihidrofolsav antagonistákkal, pl. //metotrexáttal// dihidrofolát-reduktáz enzim gátlása - DNS szintézis totális gátlása.

//5-fluoro-uracillal//: timin analóg, vastagbélrák kezelésére alkalmas kemoterápiás szer. 5-fluoro-uracilt a foszforiláz cukorfoszfáttal ribózt helyez a bázisra - 5-fluoro-uridin keletkezik. Enzimdeficiencia mellett a kemoterápia súlyosabb mellékahtásokat okoz!
Keletkező 5-F-UDP (TMP szintáz gátlás) és 5-F-UTP a DNS és RNS szintézist is gátol!

Folát-szintézis gátlása: ember számára vitamin, táplálékkal bevitt, de a baktériumok nem tudnak osztódni. Folsav analóg: szulfonamidok (Sumetrolim) - antibakteriális hatás.