Poruchy metabolismu purinů a pyrimidinů i Puriny a pyrimidiny PURINES H Pyrimidine Cytosine Uracil Thymine RNA DNA Nukleosidy, N-glykosidová vazba báze + ribóza (deoxyribóza) HO OH RNA: adenosin, guanosin, cytidin^uridin DNA: deoxyadenosin, deoxyguanosin, deoxycytidin, thymidin 3 Základní struktura N K o o o HO—P—O-P-O-P-0 I I I OH OH OH OH R - Nukleosid glykosidische Bindung Pentose R=OH: Ribose R=H: Desoxyribose Nukleosidmo/iophosphat - Nukleosidd/phosphat L-Nukleosidŕr/phosphat Nukleotid File:Nucleotide nucleoside general.svg. [online]. 5.9.2013 [cit. 2014-07-23]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.Org/wiki/File:Nucleotide_nucleoside_general.svg 4 4 Nukleotidy báze + ribóza (deoxyribóza) + k. fosforečná adenosin-5'-trifosfát HO OH 5'-ATP 5'-nukleotid - nejčastější deoxyguanosin-3'-monofosfát o 3-dGMP 3'- nukleotid Nukleotid = nukleosid spojený esterovou vazbou s fosfátovými skupinami 5 Adenosin-5'-trifosfát (ATP) 5'-ATP trifosfát připojený k cukru na C5' adenosin připojený k cukru na Cl' 6 Ribonukleotidy * N-glykosidová vazba * esterová vazba * anhydridové vazby Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0-471-15451-2 I HO OH Uridine 5-monrjphosphate(UMP) o I - N a I I -o— p— o — p— o HO OH Uridine 5'^diphosphate (UDP) -o -- o y o k o I II II o 0 o -0. HO OH Uridine 5'-triphosphate (UTP) Copyright © 1997 Wiley-Liss, Inc. Rozdílné cukry v RNA a DNA RNA HO Ribose DNA Deoxyríbose 8 Purinové a pyrimidinové nukleotidy • nezbytné pro všechny buňky • hlavně 5-nukleosiddi a trifosfáty • ribonukleotidy: celková koncentrace poměrně konstantní (mM), mění se jen jejich poměr (nejvíce: ATP) • deoxyribonukleotidy: hladina závisí na buněčném cyklu (jl/M) Rozdělení nukleotidu • purinové: obsahují adenm, guanin, hypoxanhin nebo xanthin • pyrimidínové: obsahují cytozín, uracil nebo thymin • ribonukleotidy (obsahují ribózu) • deoxyribonukleotídy (obsahují deoxyribózu) > vznikají redukcí ribonukleosid difosfatů (NAĎPH) Vlastnosti nukleotidů silná absorpce UV záření (260 nm) puriny méně stabilní v kyselém prostředí pyrimidiny polární koncové fosfátové skupiny > názvy: adenylát nebo kyselina adenylová,... Struktura DNA a RNA 3'-to-5'fosfodiesterová vazba RNA Struktura DNA řetězce C 5' G 3' OH 5' 5'-konec, připojení fosfátu 3'-konec, volná hydroxylová skupina 13 Párování bazí Nukleotidy v metabolismu 1) energetický metabolismus ATP - hlavní biologický přenašeč volné energie - „energetická konzerva" (30 kj/mol / odštěpení fosfátu) > fosfotransf erasové reakce (kinasy) > svalová kontrakce, aktivní transport 2) monomerní jednotky RNA a DNA > substráty pro syntézu: nukleosidtrifosfáty Analoga bazí a nukleosidů se používají jako cytostatika 5-lodo-2 -deoxyuridine ^Fluorouracil 6~Azauridine 8-Azaguanine 6- Herc aptopur i ne G-Thiecjuanine Fig Uťe 33-12, Sel ected sy nth eti c py ri m id i ne a nd pu ri n e ana log s. Obrázek převzat z knihy Harper's Illustrated Biochemistry 26th ed./R.K.Murray; McGraw-Hill Companies, 2003, ISBN 0-07- 138901-6. 3) mediatory metabolických procesu, druhý posel cAMP, cGMP („druhý posel") O 0-P=0 Cyklický adenosinmonofosfát (cAMP) Obrázek převzat z http://www.benbest.com/health/cvcAMP.aif (leden 2008) 4) soucQsti koenzymu > NAD\ NADP+, FAD, CoA nh Reactive group o- Pintothenate unrl elliylamine unit Obrazky prevzaty z http://lxvana.mvweb.uaa.edu/bcmb8010/pic/NAD+.gif a http://oreaonstate.edu/instruct/bb450/strver/chl4/Slide26.ipg (leden 2008) 5) aktivace intermediatu > UĎP-Glc, GDP-Man, CMP-NANA > CDP-cholin, ethanolamin, diacylglycerol > SAM -» methylace > PAPS sulfatace OH OH 6) allosterické efektory - regulace klíčových enzymů metabolických drah Role nukleotidů 1. 2. 3. 4. 5. 6. Součást makroergních sloua 30 kJ/mol,GTP) Součást NK Součást druhých poslů (cAM Součást kofaktorů (NAĎ, FA NAĎP, CoA...) aktivace intermediátů allosterické efektory TEST 0-P=0 http://www.benbest.com/heolth/cycAMP.qif 20 Biosyntéza purinů/pyrimidinů Nejsou esenciální Zdroje: syntéza de novo (energeticky náročná) nebo Šetřící způsob- syntéza z produktů degradace - „salvage reactions" v játrech (cytoplazma), koenzym: tetrahydrofolát je třeba cukr (ribózq), AK (glycin, glutamin, aspartát), pentóza (z pentózového cyklu; biosyntéza je koordinována Trávení: potrava (trávení pomocí pankreatických endonukleáz: ribonukleázy, deoxyribonukleázy)řnuKleosjdy+ fosfáty, hydrolýza nuokleosidázami na dusíkaté báze+pentpzy, většina těchto purinů je vyloučena z těla ve formě urátů, aniž by se zabudovala do bb. struktur 21 Cell cycle and P/P synthesis Salvage pathway De novo biosynthesis 22 PRDP = 5-fosforibozyl-l-difosfát PRPP = f osf orybozy I - pyrof osf át 5-Phosphoribosy] 1-pyrophosphate (PRPP) ! společný substrát pro syntézu ! purinů i pyrimidinů Obrázek převzat z http://ead.univ-anaers.fr/~iasDard/Paae2/COURS/2N2NH3aaetUree/2Fiaures/9AAaromatiaues/8PRPP.aif (leden 2008) TEST PRDP = 5-fosforibozyl-l-difosfát • jeho syntéza je klíčovou reakcí pro biosyntézu nukleotidu • PRDP-syntetáza je cílem zpětnovazebně inhibice nukleosid di- a trifosfáty • prekurzor: * ribóza-5-fosfát (pentózový c.) * ribóza-1 -fosfát (fosforolýza nukleosidu) využití: > regulace syntézy nukleotidů > substrát pro syntézu nukleotidů PRDP-syntetáza je cílem zpětnovazebně inhibice nukleosiddi- a tri fosfáty -o OH ATP AMP Mg2+ Ribose 5-phosphate 5-Phosphoribosyl-1 -pyrophosphate (PRPP) Copyright© 1997 Wiley-Liss, Inc. PRPP = PROP Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0-471-15451-2 TEST Rozdíly v syntéze purinu a pyrimidinu Syntéza purinu a pyrimidinu probíhá jako puzzle- do molekuly výsledné báze jsou postupně přidávány kousky z jiných molekul, aby nakonec vytvořily požadovanou strukturu. Rozdíl v syntéze purinu a pyrimidinu je již v začátku. Při syntéze purinu je nejprve nasyntetizováno PRPP, na které se následně napojí různé skupiny, které dají základ budoucí bázi, u syntézy pyrimidinu je nejprve vytvořena báze, na kterou se poté naváže ribosa-5-P z PRPP. Puriny Pyrimidiny Základem PRPP, na něj se postupně navazují další skupiny Nejprve syntéza heterocyklu po té navázání ribosa-P z PRPP o OH OH zzzz 26 26 NOVAK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 2009, s. 268. TEST Srovnání metabolismu purinů a pyrímidinů puriny pyrimidiny PRPP první krok poslední krok produkt IMP UMP lokalizace cytoplazma cytoplazma degradační produkty k. močová, amoniak C02> NH3, ß — alanin, ß — aminoisobutyrát 27 Syntéza pu r i nových nukleotidů de novo (nová výstavba purinového kruhu) šetřící reakce (syntéza z bází a nukleosidů) > mnohem méně energeticky náročné než de novo syntéza > snižují syntézu de novo > substráty: a) báze (adenin, guanin, hypoxanthin) PRĎP b) ribonukleosidv ATP Biosyntéza purinových nukleotidů (multienzymový komplex) asma INOSIN-5-FOSFAT (IMP) ASPARTAT 7 H N 6 HC°3 O FORMYL-Hjl 8 N 5 3 GLYCIN •N % a 4 ÖRVP/L-i; . N / 2 GLUTAMIN GLUTAMIN RIBOSA-5-FOSFÁT l{ PRPP 29 NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 200929. 272. Biosyntéza purinů Syntetizují se přímo nukleotidy Začíná z pentózy (ribóza-5'- fosfát), fosforylace na PRPP (5'-fosforibosyl-l'-difosfát) n ■ ■ ' -5-P + ATP PRPP + AMP o PRPP syntetázy O— P-O- CH2 O OH OH O" Q" 5 -fosforibosyl-1 -difosfat Pozn. PRPP je nezbytný i pro syntézu pyrimidinů, NAD+, NADP+ 30 Zvýšená aktivita PRPP syntázy X-vázaná dědičnost Zvýšená tvorba PRPP vede ke zvýšené tvorbě purinů de novo a také k jejich zvýšené degradaci cestou kyseliny močové Kyselina močová je v plazmě špatně rozpustná, zvyšování její koncentrace v plazmě vede/ k jeií krystalizaci a následnému usazování ve měkkých tKáních ve formě urátu sodného (Artritis uratica) Ložiská se nazývají dnavé tofy, vyvolávají zánětlivou reakci, jsou bolestivé Arthritis uratica můžebýt akutní nebochronická, přítomna urátová lithiáza, možné ledvinné selhání Neurologické příznaky u kojenců Léčba: alopurinol(analog purinu) inhibuje xanthinoxidázu, čím blokuje tvorbu kyseliny močové a hromadíce hypoxanthin a xanthin^, které jsou rozpustnější; dieta Sf nízkým obsahem purinu (zvýšeně v mase, luštěninách, kávě, Černém Čaii); alkalizace vnitřního[prostředí'podáním sodného biKarbonátu; zvýšený příjem tekutin n 1. Zvýšená aktivita PRPP syntázy • Premena ribóza-5' - fosfátu na PRPP • Její zvýšená aktivita vede k hyperurikémii až dně • Geneticky kódovaná, vázaná na X-chromozom • Neurologické obtíže, hluchota, autistické chování TEST 32 PPRP synthase superactivity Hvpounthlnc putnlne phojphorioojyi HjO.POCH; 0 o V /0 —P —D —P OH William N Nyhan, Bruce A Barshcp. Pinar T Grand (eds). Atlas edition. London: Hodder Arnold, 2005 Figure 67 1 WPP synthetase. The role of the product PRPP is central in the interrelation of purines and their nucleotides. PPRP synthase superactivity • X-linked diseases • Increased activity (activating mutation) • Hyperuricemia, gout • Neurological impairment (unclear) • Deafness hluchota • PMR, autismic-like behaviour 33 William N Nyhan, Bruce A Barshop, Pinar TOzand (eds). AC as of metabolic diseases, 2nd edition. London: Hodder Arnold, 2005 figure 677 S.M,03 (WoldmtnonobmrmniPRPI'wforltm £M.oM4ytan-of-ngr Tnr aU grimBCf <«75 rfvyartti ftitp'inlri mttt prrmiuian from the Journal of FWi*Jr« {Si). Syntéza purinových nukleotidu de novo (d velká spotřeba energie (ATP) cytoplazma buněk rôznych tkání, hlavně játra substráty: * 5-fosforibozyl-l-difosfát (= PRDP = PRPP) * aminokyseliny (6ln, &\y, Asp) * deriváty tetrahydrofolátu, COz koenzymy: * tetrahydrofolát (= kys.listová) * NAD+ Folát je vitamin - člověk ho nedokáže syntetizovat Zdroje: listová zelenina, játra, celozrnné potraviny, kvasnice HoN N HN H N H H Tetrahydrofolate (THF) CH H H 1 J HN o -c coo n— c— c— c— coo- Ho Ho pteridine p-ami nob enz o ate glutamate Bakterie folát syntetizují: sulfonamidy jsou analoga PABA —► antibakteriální účinek Obrázek převzat z http://www. dentistry, leeds.ac. uk/biochem/MBWeb/mb2/partl/aacarbon.htm (leden 2008) TEST Aktivace fofátu (redukce) H Dihydrofolate reductase NADPH + H+ NADP+ Dihydrofolate reductase NADPH + H+ NADP+ Folate Dihydrofolate T etrahy dr ofolat e Dihydrof olát-reduktáza je inhibována Methotrexátem Obrázek převzat z http://www. dentistry, leeds. ac. uk/biochem/postarad/fol-red. aif (leden 2008) 3. Inhibitory d i hyd r of o I át r edu kt ázy Methotrexat (antimetabolite terapie leukémie) NK CH3 -CK—N- KN' Thimethoprim (bakteriostatikum) o coo II I C-NH-C-H I CK I 2 CK I 2 COO KN N OCH- OCH3 OCH3 37 Antimetabolity Azaserin . . , ATr, C-O-CH-CH-COOH ■ cytostaticke ATB i i 1 CH NH2 ■ analog serinu ^ ii N 6-thioguanin, 6-merkaptopurin ■ syntetická analoga ■ zásah do metabolismu NK, protinádorová léčba, imunosuprese (6-merkaptopurin) 38 Deriváty tetrahydrofolátu Obrázek převzat z http://www.dentistry.leeds. ac. uk/biochem/postarad/thftypes.aif (leden 2008) Serin je donorem methylenové skupiny Obrázek převzat z http://www.med. u nibs. it/~marchesi/alycine synth. aif (leden 2008) Folát v metabolismu cps, Cysteine 5-nneíhyl-THF Homocysteins MS\B12 SAM 2L Mcth nni ne DHF reductase ■ DHF Purina synthesis . Pyrimidine synthesis Obrázek převzat z http://www.prema-eu. ora/folatepathwav/fial.gif (leden 2008) Syntéza purinových nukleotidu de novo (id • významné meziprodukty: > 5' -fosforibozylamin > inozinmonofosfát (IMP) • produkty: nukleosidmonofosfáty (AMP, 6MP) • mezipřeměna purinových nukleotidu: > přes IMP = „taťka-mamka" purinových nukleotidů (inosinmonofosfát: báze = hypoxanthin) Syntéza purinových nukleotidu ® glutamine I cjlutamato (^form'yl-fHF]> THF glutamine f u m a r ate 5ôrmyl-THF) A n 7 •> p. H N N hiO S. \ IMP A= glutamine-PRPP amidotransferase RÍM>se-S-Ht- i I • B= adenylosuccinate lyase copyright 2003 M.W.King Obrázek převzat z http://webJndstate.edu/thcme/mwkina/nucleotide-metabolism (leden 2007) Tarka-mamka" IMP o GAAP HOOH Inosine 5-monophosphate (IMP) v aspartate"] AAAP / iiAru GTP-^i adenylosuccinate synthetase IMP dehydrogenase /-NAL> A A. GDP + Pi \ / NADH+H+ -OOCCHCH2COO- -0 Xanthosine S'-monophosphaie (XMP) HOOH Adenylosuccinate I ! Copyright © 1997 Wiley-Liss, Inc. Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0-471-15451-2 glutamine glutamate-*- ATP GMP-synthetase AMP+ PPj adenylosuccinase HOOH Guano sine 5-monophosphate (CMP) fumarate NH2 0-y o- Adenosine 5'-monophosphate (AMP) Copyright © 1997 Wiley-Liss, Inc. Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0-471-15451-2 IMP O HCO, 3 glycin aspartate 7 c formyl-H4F formyl-H4F N N glutamin riboza-5-P 1 PRPP Inosin-5-P (IMP) 46 IMP Synthesis „u Ii — nh—C 20,P-0-CH2 h>—wf oh On OH OH a-t>Ribose-5-pho8phate l-^0-->—o-p-o" OH OH r> Phosphonbosyl a pyrophosphate (PRPP) Glutamine + H20 —-J amidophoaphoriboayl Glutamat* + \J^*m ~*0,P-0-CH2 n NH, HV-f H OH OH ß-5-Phosphoribosylamine I..U. ■»• ATP—J ADP + P, *-j CH, COO" WjN' 'N I CH RiboM-5-phoRphate 5-Aminoimidazol*-4-°\J Kh Hy)i h >—T h oh oh Glycinamide ribotide (GAR) Ar,0.Formvl-THF THF -^1 GAR transformyla I! ,c • HaN"" H,N -cr\ "N I / CH ^' o HN NH I Kihoae fvphoaphate Formylglyc inamidinr ribotide (FGAM) ATP Riho«e-S-phi>KphaU> 5-Aminoimidazole-4-carboxamide ribotide (AICAR) \' -Formyl-THF 10 AI)p + p, — AIR xynthetajte H,N o—CH thf 0 1 C AICAR transfnrmylaae -N. / CH r^N ■N i / CII W ^N H I RiboKe !> phosphate .Vr\>rmHminoimidazole-4-carboxamide ribotide (FAJCAR) Rllxwi- :"> plwx*ph;it«' 5-Aminoimidazole ribotide MR ATP ♦ hco,-J AIR carboxylaae AOP + P, -ooc- HjO "J" IMP cyclohydmlaxe _,,,-»-N\ $4 \ HjN' CH o II HN I HC^ c, N CH -N UbOM 5-phosphate Carboxyaminoimidazole ribotide 1 < \IK Aspartat* + ATP —J 5 J03P-0-CH2 ADP -r P, SAICAR synthetase ^"2 (J h^-^" OH OH Inosine monophosphate (IMP) 47 47 StudyBlue: Biochemistry 153b. [online], [cit. 2014-07-27]. Dostupne z: http://www.studyblue.eom/notes/note/n/handout-01/deck/7221742 Kroky biosyntézy purinů 1. tvorba PRPP 2. reakce s glutaminem (dárce N) 3. reakce s glycinem 4. reakce s tetrahydrofolátem (nese formyl) 5. reakce s glutaminem (další N, uzavření imidazolového kruhu) 6. připojení C02 , reakce s aspartátem (dárce N), reakce s tetrahydrofolátem 7. Uzavření heterocyklu -> vznik inosinmonofosfátu (IMP), obsahuje oxoderivát hypoxanthin Reakce je endergonní, nutno ATP Organismus často využívá energeticky výhodnější šetřící reakci, kdy jsou odbourané baze purinů převáděny přímo na monofosfáty až trifosfáty. Biosyntesis of IMP 0 "o—ŕ—O—CH 1 C" Schéma biosyntézy Gill Glu c -ŕ-O" : PRPP pho sphoribo syl amin ATP. glycin ADP NH-CHO CH. t I O-P-O-CK, NH —Ci-CH í"- C^O Formyl-THF H, O Inosin-5-P (IMP) O J—3-CH 'd 1. glutamine phosphoribosylpyrophosphate amidotransferase (GPAT activity of the PPAT gene) 2. glycinamide ribonucleotide synthetase (GARS activity of the GART gene) 3. glycinamide ribonucleotide formyltransferase fonnviiJ¥ART activity of the GART gene) 4. phosphoribosylformylglycinamide synthase (PFAS activity of the PFAS gene) -3 5. aminoimidazole ribonucleotide synthetase (AIRS activity of the GART gene) 6. aminoimidazole ribonucleotide carboxylase (AIRC activity of the PAICS gene) 7. succinylaminoimidazolecarboxamide ribonucleotide synthetase (SAICAR activity of the PAICS gene) 8. adenylosuccinate lyase (ADSL activity of the ADSL gene) 9. 5-aminoimidazole-4-carboxamide ribonucleotide formyltransferase (AICARFT activity of the ATlCgene) 10. IMP cyclohydrolase (IMPCH activity of the ATIC gene) 49 2. Deficit ADSL (adenylosukcinátlyáza) ADSL = adenylosukcinátlyáza, enzym účastnící se dvou kroků v syntéze purinů Její nedostatek vede k hromadění sukcinylpurinů a dalších látek (SAICAR a S-Ado, meziproduktů této metabolické dráhy) v likvoru a v moči Dědičné autozomálně recesivní onemocnění • Typ I - psychomotorická retardace, epilepsie, někdy svalová atrof ie • Typ II - svalová hypotonie, mírné opoždění psychomotorického vývoje, hypotonie, křeče, autismus Léčba: s cílem doplnit deficit adeninů v tkáních podávaní adeninu a alopurinolu, který blokuje xgnthinoxidázu a tím i degradaci purinů Facial dysmorfia in ADSL deficiency HolderEspinasse M et al. J Med Genet 2002:39:440-442 brachycephaly. prominent metopic sutures, small nose with anteverted nostrils, long, smooth philtrum. and thin upper lip. TEST 50 Adenylosuccinate lyase deficiency (ADSL) Facial dysmorfia in ADSL deficiency KMP PRPP I I + SAICAR © © - ) SAICA-rifcoside AICAR IMP irosine I ® hypoxanthine I © xanthine uric acid i-AMP © ^ •'■CI : Ado AMP © I adenosine j (V) Holdet-Espinasse M et al. J Med Genet 2002:39:440-442 © brachycephaly. prominent metopic sutures, small nose with anteverted nostrils, long, smooth philtrum. and thin upper lip. 'PRPP adenine ADSL deficiency AR inheritance SAICAR toxic for neurons (impaired utilization of glucose), S-Ado may be protective Uncertain role of purine depletion (not confirmed) Variable neurological findings (neonatal epilepsy,encephalopathy, stereotypic movement, ataxia, PMR, seizures, hypotonia) Autistic like behaviour Facial dysmorphy in some patients Treatment unknown Přeměna IMP na další puhnové nukleotidy • IMP je přeměňován na GMP nebo AMP, z nich se tvoří GTP a ATP • Jako dárci dusíku slouží aspartát a glutamin • Pro regulace přeměny je důležitá dostupnost PRPP. • Zpětnovazebný mechanismus AMP a GMP ■ dostatek GMP -> rychlejší přeměna IMP na AMP ■ dostatek ATP -> rychlejší přeměna IMP na GMP Klinická porucha Defekt ní enzym Povaha defektu Popis klinické poruchy dědičnost 1. Dna/hyperurikémie PRPP-synthetasa Superaktivní Nadprodukce Pu, zvýšená exkrece X-vázaná, recesivní 2. Resis. na zpětnou vazbu 3. Nízká Km pro rib-5-P 4. Onemocnění: Typ 1 -psychomotorická retardace, epilepsie, někdv svalová atrofie. Typ II - svalová hypotonie, mírné opoždění psychomotorického vývoje, hypotonie, křeče, autismus ADSL (adenylosukc inátlyáza) deficit AR TEST 53 Šetřící způsob, salvage reactions Při zániku bb. jsou uvolňovány puriny a nukleosidy, ty jsou poté „recyklovány" Puriny jsou přímo převáděny na monof osf áty až trif osf áty Energeticky méně náročné než syntéza de novo Enzymy f osf oribosyltransf erasy ■ adeninf osf oribosyltransf erasa (mění aderim na AMP) ■ hygoxanthin-guaninf osf oribosyltransf erasa (mení hypoxanthin/guanin na IMP/GMP) 54 Salvage reactions 4. Nedostatek Adeninfosforybosyltransferdzy APRT Adenine phosphor bos/' t/srsf erase AMP APRT deficiency Production of 2,8-dihydroxyadeninu Very low solubility: 3 mg/L (vs. uric acid 150 mg/L) Crystalluria (spots on diaper); renal colic, dysuria, acute renal failure Treatment: allopurinol, dietary restriction, high fluid intake William N Nyhan, Bruce A Barshop, PinarTOzand |eds). Atlas of metabolic diseases, 2nd edition. London: Hodder Arnold, 2005 http://wvw.herringlab.eom/prwtos/2/5 5-2,8^ 5. Lesch-Nyhan syndrom • Genetická porucha, X-vázaná • chybí enzym hypoxanthin-guaninfosforibosyltransferasa (HGPRT) • Vyskytuje se především u malých chlapců • Projevy (asi od 2 let): ■ mentální retardace ■ silná hyperurikémie (vysoká koncentrace guaninu a hypoxanthinu), dna ■ nepřátelské až agresivní chování ■ sklon k sebepoškozování (okousávání rtů, prstů) adenine phosphorbcs/ transferase Adernne OH OH hypoxanthin Hypoxanthne guanine phosphoribosyl transferase PR=>P PP, O n HN I > N or II cr—p—o I o or r.r.p ".II iH VFV OH OH Bavnes & Domlniciafc: Meci;al Biocliemiitrv, 3rd Edition. Copyrtqht <£> 2009 by Mosoy, an irnpnnt of Elsevier, Ltd Ail nqnts reservea. HGPRT deficiency X-linked disease Various forms: Lesch-Nyhan syndrome, partial deficiency (Kelly-Seegmiller syndrome) Hyperuricemia (the only treatable feature of disease) Neurological abnormalities: automutilation, aggresivity, PMR, seizures, gait disturbances Various theories for neurological anormalities incl. purines depletion, possibly secondary dopamin synthesis defect (decreased DOPA-decarboxylase) HGPRT deficiency 1 Figure 6S 4 MJ The itegree of the mutiiot.'on of the hp arriotivety mild. ri|»i m JJ.o U-veot tudbo af imtihOo* tyouffd roe '«r 58 Klinická porucha Defektní enzym Povaha defektu Popis klinické poruchy dědičnost 5. Renální lithiasa Adenin-fosforibosyl transferasa Úplný deficit 2,8-dihydroxy-adeninové ledvinové kameny AR 6. Dna HtSPRTasa hypoxanthin-guaninfosforibosylt ransferasa Částečný deficit Naprodukce Pu, zvýšená exkrece X-vázaná, recesivní 7. Lesch-NyhanSv syndrom HtSPRTasa hypoxanthin-guaninfosforibosylt ransferasa Úplný deficit Naprodukce Pu, zvýšená exkrece, automutilace X-vázaná, recesivní 8. Imunodeficience SCID Adenosindeaminasa (ADA) Těžký deficit Kombinovaná imunodefic. T i B buněk, deoxyadenosinuri e AR 9. Imunodeficience Purin-nukleosid-fosforylasa Těžký deficit Deficit T-buněk, deoxyinosinurie, guanosinurie, deoxyguanosinuri e, hypourikemie 10. Xanthinurie Xanthinoxidasa Úplný deficit Xanthinové ledvinové kameny, hypourikemie AR 59 Disorder Defect Nature of Defect Comments Gout PRPP synthetase increased enzyme activity hyperuricemia Gout HGPRTa enzyme deficiency hyperuricemia Gout glucose-6-phosphatase enzyme deficiency hyperuricemia Lesen-Nyhan syndrome HGPRT lack of enzyme see above SCID ADAb lack of enzyme see above Immunodeficiency PNPC lack of enzyme see above Renal lithiasis APRTd lack of enzyme 2,8-dihydroxyadenine, renal lithiasis Xanthinuria Xanthine oxidase lack of enzyme hypouricemia and xanthine renal lithiasis von Gierke disease Glucose-6-phosphatase enzyme deficiency see above a hypoxanthine-guanine p h osp h o ri bosy transferase b adenosine deaminase c purine nucleotide Phosphorylase 1. Zvýšená aktivita PRPP syntézy 2. Deficit ADSL (adenylosukcinátlyáza) d adenosine phosphoribosyltransferase 60 3. Deficit Adenine phosphoryl transferase (APRT) Syntéza deoxyribonukleotidu • Tvorba z ribonukleotidů redukcí D-ribózy pomocí ribonukleotidreduktázy • Redukční reakce za přítomností NA DPH • Důležitý je thioredoxin (-SH skupiny) a enzym thioredoxinreduktáza. (P>^0-CH2 base 61 Odbourávání purinu a pyrimidinů • z potravy: málo využívané k resyntéze • endogenní: > enzymy * nukleózy (štěpí nukleové kyseliny) * nukleotidázy (štěpí nukleotidy) * nukleosidfosforylazy (š. nukleosidy) * deamináza (adenosin) * xanthinoxidáza / (hypoxanthin, xanthin) r inhibována allopurinolem (lék Milurit) Odbourávání pur i nu TEST deaminase AMP -IMP deaminase XMP -^ GMP nucleotidase nucleotidase nucleotidase nucleotidase f deaminase t Adenosine ->- Inosine purine nucleotide Phosphorylase T deaminase t Xanthosine -> Guanosine pume nucleotide Phosphorylase NH„ "67 Adenine deaminase -^^^N Hypoxanthine xanthine oxidase o, .li o ý H,0 o o JL m deaminase II u XX>«—IX> HN Xanthine Guanine 2U2 xanthine oxidase 02+H20 H202 Obrázek převzat z http://wvJkM.med. u nibs. it/~marchesi/purine degradation, gif (leden 2008) kyselina močová Uric acid Kyselina močová keto a enol forma • soli kyseliny močové = uráty (moČany) • při pH krve existuje ve formě mononatrium-urátu HyperurikeľnÍ6 = zvýšená koncentrace kyseliny močové (KM) v krvi ■ Príčiny: AMP IMP (T) Porucha vylučovaní KM (2) ) Zvýšená tvorba KM a) nevyvážená strava b) porucha recyklace purinových bazí Xanthine M- Hypo-xanthiné -^Síh Allopurinol Recycling reactions Allopurinol Obrázek převzat z knihy: Color Atlas of Biochemistry /J. Koolman, K.H.Róhm. Thieme 1996. ISBN 0-86577-584-2 TEST APRT Dědičné príčiny hyperurikémie ribóza-5-fosfát 5-f osf oribozyl-1 -pyrof osf át © PRPP - am idotransf eráza AMP hypoxanthin ♦ SMP guanozm A guanm Leschuv- Nyhanuv syndrom xanthin XO kyselina močová Snímek převzat z přednášky prof. J. Racka / Kyselina močová - významný metabolit a antioxidant; Novinky v klinické biochemii, Nové Hrady 13.-15.10.2006 Degradace purinů Z klinického hlediska ✓ I v • významný dej Rozdílné odbourávání nukleotidů z potravy, které jsou štěpeny v GIT, a nukleotidů v buňkách Toke a, look c\\ fke ľnoe-up \*)L\cl\ ovse. is \Le ^owf? Gout most commonly affects the big toe, but it can also affect various other joints. Learn more at GoutEducation.org. Supported by the Gout & Uric Acid Education Society. Illustrated by Bol's Eye Comics. 67 Degradace požitých purinu • Z nukleoproteinů je odštěpena bílkovina • NK nejsou degradovány v žaludku, ale až v pankreatu hydrolytickými ribonukleázami a deoxyr ibonukleázami. • Uvolnění mononukleotidů, rozklad na nukleosidy • Fosforylace a uvolnění bazí do moci • Exogénni puriny nejsou tak významné v metabolismu purinu jako endogenní puriny Endogenní puriny • 1. Štěpení RNA a DNA nukleázami, vznik 3' -nukleotidu v • 2. Štěpení nukleotidazami na nukleosidy • 3. Štěpení nukleosidf osf orylázanm na volné purinové báze a ribóza-5 -fosfát DNA, RNA nukleotid -> nukleosid -> volná purinová báze • Salvage pathway - Některé purinové báze jsou za pomoci PRPP reutilizovány a využity jako AAAP a GAAP Degradace purinu • AĎENOSIN - pomocí adenosindeaminázy ie převeden na inosin a ten je metabolízovan na hypoxanthin, dále se metabolízuje na xanthin • GUANOSIN - pomocí nukleosídf osf orylázy je převeden na guanin a ten je metabolízovan na xanthin • Xanthin je metabolízovan na kyselinu močovou Odbourání purinových nukleotidů AMP,GMP, IMP,XMP odštěpení fosfátu 5-nukleotidasa guanosin, ínosin, xantosin + R 71 71 Odbourání purinových nukleotidů a deoxynukleotidů AMP,GMP, IMP,XMP guanin, hypoxantin, xantin + ribosa-l-P 5-nukleotidasa guanosin, ínosin, xantosin + R Adenosin + Pi9 nukleosidfosforylasa adeáo sindeaminas a nukleosidfosforylasa inosin 72 72 I i=li Ota ^— "hJ4 ^^r-j„.&(ňi I Ckk to go to Nutrie AckU Degradation of Purine Nucleotides A Dietary and cellular nucleic acids are constantly being degraded. Many of the resultant purines are catabolized and excreted as Uric acid. Note the first step i adenosine degradation is deamination. This is significant due to certain pathologies. Unlike for adenosine, the first step in guanosine degradation is deribosylation. The end product of purine degradation is Uric Acid, which is excreted in urine. NH, rihpse Adenosine H.,0 Adenosine (kam inasc (ADA) riboae purine nucleoside phosphorylase IRpox^inlhint xanthine oxidase JIN 0 ribose -1 "*-N ribose purine nuelecwide Phosphorylase UN Guanine deaminase H \ anIhi ne Guanine 1xanthine oxidase Uric Acid can build up and cause problems in some individuals. Click to find out more. UN 0 Uric acid h -N H 73 Deficit adenosindeaminasy (A Ď A) •Dědičnost AR, X-vázaná •Hromadění adenosinu a deoxyadenosinu v tělesných tekutinách. Tyto metabolity jsou velmi špatně rozpustné a vytváří močové konkrementy •Typické je velké množství adeninu v plazmě a výrazná lymf openie •V lymfocytech se hromadí deoxyadenosin a dATP, které inhibuje enzym ribonukleotidreduktázu nutný pro syntézu ĎNA (díky této skutečnosti patří deficit ADA do imunodef iciencí jako jeden z podtypů SCIĎ), aktivita ADA je snížena také v erytrocytech •Hypoplázie až absence lymfatické tkáně •Variantní kostní a neurologické odchylky •Rozvíjí se 5 Cl D (severe combined imunodef iciency disease) s lymf operní s častými infekcemi hlavně kůže, respiračního a gastrointestinálního traktu •Na vzniku SCIĎ se deficit ADA podílí pouze v 15 %, v ostatních případech se rozvíjí jinými mechanismy •Postižení bez léčby umírají do dvou let života, ale v pozdějším věku má onemocnění mírnější průběh •Mezi klinické příznaky patří hlavně plicní záněty, kandidóza, chronické vodnaté průjmy a neurologické symptomy (poruchy hybnosti a spasticita) •Léčba: transplantace kostní dřeně, transf uze ozařovaných erytrocytu, podáváním ADA modifikované polyetylenglykolem (zvýšení poločasu, snížení imunogenicity), úspěšná genová léčba avšak s komplikací leukémie 74 74 Zvýšená aktivita AĎA •Zvýšený metabolismus ATP a adeninových nukleotidů v erytrocytech vede ke zvýšení hladiny AĎA •Přibližně 50násobné zvýšení AĎA způsobuje nesférocytární hemolytickou anémii Deficit purinnukleosidfosforylázy Porucha buněčné imunity způsobena hromaděním d6TP v T-lymfocytech Anémie, neurologické poruchy Výrazně snížená tvorba kyseliny močové Léčba: transplantace kostní dřeně, transf uze ozařovaných erytrocytu Deficit xanthinoxidázy AR dědičnost vyskytuje se ve dvou podtypech přičemž tato popisovaná je deficit xanthinoxidázy/dehydrogenázy Kyselina močová jako konečný produkt metabolismu purinů je nahrazena hypoxanthinem a xanthinem Tento defekt způsobuje xanthinurii z které vznikají xanthinové kameny Izolovaný deficit xanthinoxidázy je benigní, doporučuje se snížený příjem purinů ve stravě (nachází se zejména v mase, luštěninách, kávě a čaji) a zvýšený pitný režim Odbourání purinů Xanthinoxidáza nhibice allopurinolem °2 H20 O H202 WW XANTHINOXIDASA O N H xantin ■ N > NH o2 H:0 C) H202 HN H N XANTHINOXIDASA H O kyselina močová G U AN AS A O H-,N HN N" -N > NH Konečný metabolit u primátů, obojživelníků, ptáků a plazů (400-600 mg /den) guar in 76 NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 200976 276. Xanthinoxidáza (Xanthindehydrogenáza) Málo specifický jaterní enzym Metaloprotein, obsahuje FAD, molybdenu a železa Převádí hypoxanthin na xanthin a následně xanthin na kyselinu močovou Transport elektronů, akceptorem je 02, ze kterého vzniká H202 Hereditdrní xanthinurie • Deficit xanthinoxidázy, v 50 % asymptomatický • Autosomálně recesivní onemocnění - chybí xanthioxidáza, je blokována tvorba k. močové, hromadí se xanthin a hypoxanthin • Typ II - deficit xanthinoxidázy a aldehydeoxidázy, je blokována tvorba k. močové a oxypurinolu • Zvýšené množství xanthinu v moči —► tvorba kamenů ve lecívinách, příp. ukládání ve svalech a kloubech • Hypourikémie • Léčba: - dostatek tekutin, alkalizace moči, omezení purinů v potravě 78 Hereditární xanthinurie Hypoxanthlne Allopurinol Xanthinuria type I Xanthine Xanthinuria type II Uric acid Oxypurinol Anky ants N. et ai. Pediatr Nephro! 2007 In type I, the isolated XO deficiency leads to a block in UA production and accumulation of xanthine and hypoxanthine whereas the conversion of allopurinol to oxypurinol is unaffected. In type II the combined deficiency of the XO and AO complex impairs the production of UA and oxypurinol. 79 Konečné produkty katabolismu purinu • Konečný produkt katabolismu purinu u člověka je kyselina močová (také vyšší primáti) • U téměř všech savců je k. močová štěpena urikázou (urátoxidázou) na allantoin (vyšší rozpustnost) • Ryby umí přeměnit allantoin na močovinu 80 Konečne produkty katabolismu purinu močovina 81 Kyselina močová (Acidum uricum) Slabd kyselina, špatně rozpustná ve vode, tvorba solí její rozpustnost zvyšuje V plazme ve formě urátu sodného, při sníženém pH se zvyšuje riziko tvorby konkrementů Hodnoty: - u mužů 0,18-0,53 mmol/l - u žen 0,15-0,45 mmol/l Denně se vytvoří asi 0,5 gramu vAvw.calcull.ii 5 TiBiľi Kcnsttcvi 82 Exkrece kyseliny močové • Přechází do glomerulárního filtrátu, ale je téměř zcela resorbována zpět • Většina k. močové se do moč i dostává aktivní sekrecí v distálních kanálcích - Je-li zvýšena sekrece laktátu, acetoacetátu, 3-hydroxybutyrátu nebo jsou-li používána thiazidová diuretika čij<. acetylosalicylová, dochází ke kompetitivnímu snížení sekrece k. močové • i k. močové v moči má původ v purinech z potravy, Částečně i z xanthinů např. kofein, theobromin (káva, kakao, čaj) • V distálních částech nef ronu dochází k postsekreční resorpci (inhibice urikosuriky např. probenecid) • Clearence urátu je nízká, CL = 0,1-0,2 ml/s 83 Hypourikemie deficit xantinoxidasy (vylučování hypoxantinu a xantinu) Hyperurikémie • Zvýšena hladina kyseliny močové v krvi - muži více než 420 umol/l - ženy více než 360 umol/l • Latentní bezpříznakova forma u 4 až 10 % populace Poruchy metabolismu pur inu Dna ^ zvýšená produkce nebo snížené vylučování kys. močové > porucha v šetřícím procesu -► (deficit hypoxantin-guaninfosforibosyltransferasy) (HOPRT) _^ hypoxantin + PRPP ® IMP + PP > snížená clearance v ledvir^h ukládání krystalu kyseliny močové ve tkáních 85 85 Dedične podmíněná hyperurikémie Primární dna Deficit HGPRT - Lesch-Nyhanův syndrom - kompletní, děti - Kelly-Seegmillerův syndrom - neúplná, dospělí Zvýšená aktivita PRPP-syntetázy Familiární juvenilní hyperurikémická nefropatie - renální porucha exkrece urátů, má progredující charakter Při hyperurikémii muže dojít k vypadávání krystalů urátu a k jejich následnému ukládání do tkání 86 Sekundární hyperurikémie, sekundární dna • Zvýšený rozpad bb. - myelo/lymfoprolif erativní onemocnění, hemolytické, makrocytární anémie • Léč iva - blokace tubulární sekrece (thiazidová diuretika) - Kortikoidy ve vysokých dávkách • Renální poruchy se sníženou glomerulární filtrací • Katabolické stavy (dlouhodobé hladovění) • Chronický alkoholismus • Chronické otravy olovem • Metabolický syndrom, některé dyslipoproteinémie 87 Dna (artritis uratica) • Synonyma: podagra, pakostnice, nemoc králů, gout (angl.) • Častější u mužů (90 %), projevuje se ve veku kolem 40 let • Může být genetická predispozice • Předpokladem je hyperurikémie, mechanismus je ale multifaktoriální • V 10 % se jedná o dnu sekundární, kdy je znám pravděpodobný mechanismus vzniku While gout has historically been referred to as a rich man's disease, it can affect anyone at any time. Goutfiducation.org. Illustration by Sol's Eye Comics. 88 Průběh dny • 4 stádia: - Období symptomatické hyperurikémie - Akutní dnavý záchvat - Interkritické období - Chronická tof ózní dna • Vypadávání a ukládání krystalů urátu sodného do kloubů, šlach, kloubní chrupavky, ušního boltce: - zejména chladnější místa, menší klouby, typicky palec u nohy Akutní dnavá artritída • Různé příčiny: - přidružené onemocnění, chirurgický zákrok, stres, trauma, dietní exces, bez priciny • Krutá bolest kloubu, otok, teplota - Zánětlivá reakce ie vyvolána pomocí krystalů otálených Ig(5 —► aktivace proteinenzymovych systémů, uvolnění zánětlivých mediátorů, fagocytóza polymorfonukíeárními leukocyty • Menší záchvaty končí do 2 dnů, někdy záchvat trvá až 6 týdnů Gout it the moit common type of inflammatory arthritis, but 7 in 10 adults don't know that gout is a form of arthritis. Supposed by tne Gout & Uric Acid Education Society. Illustrated by Bol's Eye Comics. 90 Tofózní dna Tof us - nahromadení krystalů urátu společně s lipidy, glykosaminoglykany a imunoglobuhny Ohraničený zánětliyými bb.; f ibrózou a abnormálně velkými bb. V kloubní chrupavce, subchondrální kosti, synoviální membráně, Šlachách Vzniká po první dnavé artritíde (3 až 40 let) Bolest, ranní ztuhlost až vznik deformit Léčba • Dietní opatření, hodně pít (2 litry), redukce hmotnosti • Akutní dnavý záchvat - Kolchicin (Cplchicium aufu/nnale), inhibuje f agocytózu krystalů urátu, velké nežádoucí GIT účinky - Indometacin, diklofenak sodný (nikdy ne k. acetylosalicylovou) - Kortikoidy intraarteriálně • Interkritická a chronická dna - Urikosurika (zvýšené vylučování kyseliny močí) např. benzbromaron, probenecid - Urikostatika (inhibice xanthinoxidázy): alopurinol, febuxostat 92 Alopurino N Alopurinol a jeho metabolit oxipurino ínhíbují xantninoxidázu, čímž dochází ke snížení kyseliny močové v séru i moči Obchodní názvy: - Milurit, Purinol Objeven Gertrude El iónovou a Georgem Hitchingsem AíropurirtOl ~ ^ HMnúN Allopurinol - kompetitivní inhibitor xantinoxidasy N N N H Allopurinol N NOVAK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 2009, s. 276. Léčba dny: allopurinol inhibuje oxidaci hypoxantinu na xantin hypoxantin je rozpustnější a je snadněji vylučován 94 94 Febuxostat • Nový inhibitor xanthinoxidázy • Výraznější účinek, vyšší selektivita • Obchodní název — Adenuric, Uloric ______— onemocnění pncina Povaha defektu Popis klinické poruchy Dědičnost/ léčba Hyperuri-kémie 1 Dna Poruchy enzymů, nevhodná strava, onemocnění ledvin HGPRTasa hypoxanthin-guaninfosforibosyltransferasa Částečný deficit Naprodukce Pu, zvýšená exkrece, Hromadění urátových krystalů, chronický artritída X-vázaná, recesivní, dieta, alopurinol,protiz ánětlivé léky 2 Lesen-Nyhanöv syndrom HGPRTasa hypoxanthin-guaninfosforibosyltransferasa (záchranná dráha purinu) Úplný deficit Naprodukce Pu, zvýšená exkrece, Autoagrese, neurologické poruchy, výrazná hyperurikémie X-vázaná, recesivní, alopurinol,podp O / I / VI urna leeba 3 Syndrom tumorové lýzy rychlé odbourávání nukleových kyselin po chemoterapii podávání urátoxidázy 4 Imunodefici ence SCID Porucha adenosindeaminázy Těžký deficit Kombinovaná imunodefic. T i B buněk, deoxyadenosinurie AR Léčba:substituce ADA 5 Xanthinurie Poruchy xanthinoxidázy Úplný deficit Xanthinové ledvinové kameny, hypourikemie AR TEST 96 biosynteza pyrimiďinu původ atomů v pyrimidinových derivátech OROTIDINMONOFOSFAT GLUTAMIN HCO, HN KARDAMOVLFOSFAT 2 ASPARTAT N coo- Orotidinmonofosfát RIBOSA 5 FOSFÁT 3 t PRPP NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 2009, s. 268. Dekarboxylací vzniká uridinmonofosfát 97 97 Syntéza karbamoylfosfátu CYTOPLASMA V cytoplasmě vznikne karbamoylfosfát z glutaminu (zdroj dusíku) a HC03-. Reakce je energeticky náročná - pro její průběh je potřeba dodat 2 ATP. Reakci katalyzuje enzym karbamoylfosfátsynthetasa 111, která je inhibována pomocí UTP („inhibice produktem") a aktivována pomocí ATP. karbamoylfosfátsynhetasa 1 Glutamin + 2 ATP + HC03--> karbamoylfosfát + glutamát + 2ADP + P| o o" H2N" Ox / o NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 2009, s. 75. Srovnejte se syntézou močoviny - mitochondrie o C—CH;,—CH y—CH— COOH + HCO-* HjN glirtamri N H- KARBAMOYLFOSFÁTSYNTHETASA II Glu -2 ATP J 2ADP + 1P, NH; o kaljajTByl fosfát o o -p=o + Vo coo I CH;, I HC COO NHZ aspartát NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 2009, s. 269. 98 Biosyntéza pyrimidinů Probíhá v cytosolu Tvorba z karbamoylfosfátu a Q aspartátu 1. Tvorba karbamoylfosfátu — endergonní rce glutaminu a oxidu uhličitého NH2 o c-o-p O glutamin + 2 ATP + HCO,karbamoyl-P + glutamát + 2 ADP + P, Biosyntéza pyrimidinů • 2. Karbamoyl-P reaguje s asparátem za tvorby orotátu • 3. Napojení PRPP a vznik nukloetidu orotidin-5'-fosfátu • 4. Dekarboxylací vzniká uridin-5'-monofosfát (UMP), po fosforylaci zapojení do syntézy RNA • 5. Dalšími reakcemi vznikají UTP, CTP, TTP Další kroky biosyntézy pyrimidinu - podrobněji CO, UTP - HCO 2ATP CTP UMPS(E2) \ X 0 A H3N OPO Cafbamayl-P O HN UMP synthesis CAD(E2) ^ COO R OMP PP. -i-^\^UMPS(E1) O O o '::R-=v. HO OH Ri bot jd e 5 mono phosph ate COO Ss'~ O PRPP CAD(E3) Caifoamoyl-Asp COO" h^O DiJrydro o rotate 101 WikiSkripta: Poruchy metabolismu pyrimidinu. [online]. [ciL 2Q14-07-27]. Dostupné z: http://www.wikiskripta.eu/index.php/Poruchy_metabolismu_pyrimidinu Schéma biosyntézy karbamoylP H,N / _O-P=0 ^ coo- I NH CH II O N H,0 □ II H N XH3 C^ CH—COO' CH—COO CH, coo- H karb amoylasp artate dihydroorotate aspartate □ □ □ II -C, HN I r "O-P-O-CH. O" Orotirtinmono-P HN I C. 1_ -coo- orotate -COO' 0 II O—P —O —CH 1 0" o o 0-p—0-P-O" i- Ir co; HN I C , □ II PRPP 1 o o' II 0-P -O-CH,. O" Uridinmono-P (UMP) 102 Tvorba UTC a CTP Tvorba thymidinových nukleotidů UDP -> dUDP -> dUMP TMP (závislá na folátu) 32 104 Vznik dTMP (methylace) deoxythymidintrifosfát deoxythym id irr n onof osľät NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 2009, s. 270. Na methylaci je potřebný H4F Methylenová skupina vázaná na H4F je během svého přenosu na dUMP redukována na methylovou 105 105 SERIN GLYCIN H4F TETIÍŮHVOROFOIAT METHYLEN-H4F UDP dUDP dUMP Thymidylátsynthasa (enzym závislý na folátu) NAD H+H* Po odštěpení methylenu se H4F mění na H2F dTMP o-p-o -1 i- hn ueoxytnyri id inrn onof ostát Cíle protinádorové léčby NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni, 2009, s. 270. 106 106 Dihydrofolátreduktasa - cíl protinádorové terapie. Ďihydrofolát reduktasa byla prvním enzymem, na nějž se zaměřila protinádorová terapie. První používaný inhibitor byl aminopterin. Váže se k enzymu lQOQx pevněji než f o lát, působí jako kompetitivní inhibitor. V současné době užíván methotrexát a podobné deriváty. Všechny léky, které ovlivňují syntézu purinů a pyrimidinů, poškozují rychle dělící se buňky - to však nejsou pouze buňky nádorové, ale i buňky kostní dřeně, GI-traktu a např. i buňky vlasových folikulů. 107 107 Také thymidylát synthasa může být inhibována Podávání fluorouracilu HN NH T o Wikipedia: Fluorouracil, [online], [cit. 2014-07-27]. Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/Fluorouracil Thymidylátsynthasa je jím proto blokována jako kompetitivním inhibitorem, což ve výsledku zabrání vzniku dTMP, což se projeví zpomalením (znemožněním) buněčného dělení. v organismu premena na 5-fluorodeoxyuridin monofosfát Kompetitivní inhibice thymidylátsynthasy Cytostatický účinek léčiva 108 108 Cytostatika 5-f luorouraci 5-f luorodeoxyuridin - oba brzdí syntézu dTMP, tzv. sebevražedné substráty Methotrexat -analog kyseliny istové, antifolikum AdniInrjtřoroijL-.lV-.iMJA, ln^.^ti)r/cy| ani Iňiravttii "cular. 50mg Původ atomů v pyrimidinech •i Ribóza-P Orotidinmono-P Dekarboxvlace - uridin mono-P 3. PRPP 2" 110 Salvage pathway 1. nukleosidy Uracil Ribosa-l-P neb0 -^-" nebo cytosin Pj Cytidh Deoxyribosa-l-P Thymin -=V-' Thymidin Pi 111 Salvage pathway 2. Kinázy - fosforylace •thymidin + ATP -> TMP + ADP •cytidin + ATP > CMP + ADP ■deoxycytidin + ATP -> dCMP + ADP ■uridin + ATP -» UMP + ADP Salvage pathway - extra he patál ní tkáň i ^ ----------------------------- - -^------------i---------------------------- - 112 Regulace biosyntézy pyrimidinových nukleotidů □ Allostericky: • Karbamovlfosfátsvnthetasa: inhibice UTP, purinové nukleotidy aktivace PRPP □ Závislost na buněčném cyklu Karbamoylfosfátsynthetasa v S fázi je senzitivnější k aktivaci PRPP (zprostředkováno fosforylací) 113 113 Odbourávaní pyrimidinových nukleotidu Pyrimidinové báze jsme schopni v našem těle odbourat na jednodušší složky, které je možné vyloučit močí. Toho nejsme schopni u purinových bází! Odbourávání pyrimidinu v sobě zahrnuje: a) odštěpení fosfátu b) odštěpení cukerné složky c) štěpení dusíkaté báze Konečné produkty štěpení bází: NH3, C02, p-alanin, (p -aminoisobutyrát) rozpustné metabolity - vyloučeny močí 114114 Odbourávání py rim id inu NH3, C02, ß-alanin, ß-aminoisobutyrát rozpustné metabolity - vyloučeny moč NH. H Ö 0 NH4 H H 0" Cytosi ne H Uracil NADPH + H + NADP+ 0 0 H Excreted Carnosi ne oř Anseri ne Ring reduction 0 H 0 CH H Thymi ne -~ NADPH + H NADP+ 0 Hljř^T-CH 0 H ■1 . Ring oj 2. C02frNH + pleased-► H2N-CH2-CH2-C00H Beta-ala ni ne 0N-CH0-CH-COOH z z I CH -T Beta-ami noisobutyrat Excreted Dědičné metabolické poruchy pyrimidinového metabolismu TEST Gln-íMH3 HC03" Carbamoylphosphate ne ĽPYD Dihydrouracil D i hyd rotným i ne DPYS DPYS Č-Ureidopropionate ß- Ureidoisobutyrat© UF.DP IJRQP ß- Alanine ß- Arninoisobutyrate I. Orotovd acidurie (UMP synthase deficiency) II. Deficit Dihydropyriminidase deficiency III. Thymidine Phosphorylase deficiency MN6IE () 116 Poruchy syntézy pyrimidinů I. Deficit UMP syntázy (OroŤovQ acidurie) Ak dědičnost UMP synŤQza má 2 enzymové aktivity jako orotátfosforibosyltransferáza (OPRT) a orotidindonofodfátekarboxyláza (OĎC) Blok v syntéze pyrimidinů vede ke hromadění orotátu v tělesných tekutinách s jeho zvýšeným vylučováním, může docházet ke krystalurii Současně vzniká deficit pyrimidinů pro syntézu DNA ústící v poruchy dělení buněk a megaloblastovou anémii nereagující na léčbu železem, vitamínem B12 ani kyselinou listovou, jelikož porucha tkví v nedostatečné syntéze ĎNA z nedostatku pyrimidinových bazí Poruchy růstu, psychomotorická retardace, leukopenie, malátnost Léčba: podávání uridinu Je možná i prenatální diagnostika 117 Gln-NH3 HCO_ Carbamoylpľiosphate Orotic acid UMP Hereditární orotová acidurie Nedostatek UMP-syntézy, 2 typy Nadměrná produkce kyseliny orotové, dochází ke krystalurii, mléčné zakalení Je snížená normální produkce pyrimidinů, což vede k nypochromní megaloblastické anémii (je rezistentní ke kys. listové, vit. B12 i železu) Narušení tělesného a duševního vývoje Terapie: uridin kyselina orotová 118 Gin- NH- HCO- CMP -* CPS i Carbarnoylphosphate Thymidine DFSD ne DPYD Dihydrouracil Dihydmthymine DPYS iff- Ureidopropionate IB- Ureidoisobutyrate UMP p- Alanine Aminoisobutyrate This gene encodes a uridine 5'-monophosphate synthase (UMPS). The encoded protein is a bifunctional enzyme that catalyzes the final two steps of the de novo pyrimidine biosynthetic pathway. The first reaction is carried out by the N-terminal enzyme orotate phosphoribosyltransferase which converts orotic acid to orotidine-5'-monophosphate. The terminal reaction is carried out by the C-terminal enzyme OMP decarboxylase which converts orotidine-5'-monophosphate to uridine monophosphate. Defects in this gene are the cause of hereditary orotic aciduria. 119 Orotic aciduria UMP synthase deficiency Overproduction of orotic acid - crystalluria (lithiasis is rare) Decreased production of pyrimidines—abnormal hematopoesis-megaloblastic anemia—PMR, FTT Treatment: uridine (kinase converts to UMP) http //www.prohealthdynam»cs com/images/orotx_and_sulphunc_acid_ojrx.jpg 120 Poruchy degradace pyrimidinu TEST II .Deficit dihydropyrimidindehydrogenázy (ĎPĎ) AR dědičnost Porucha přeměny uracilu a thyminu na dihydrouracil a dihydrothymin vede ke hromadění uracilu a thyminu v tělesných teěkutinách Klinicky se objevuje kompletní deficit b?b u dětí a je provázen epilepsií, mentálni retardací, mikrocefalií Druhou klinickou formou je parciálni deficit, který bývá objeven teprve ve spojitosti s léčbou 5-f luorouracilem (nádory), který není dostatečně degradován (parciální deficit ĎPĎ) a je pro pacienta toxický. Projevuje se to neutropenií, stomatitidou, neurologickými příznaky. V souvislosti s neurologickými symptomy může mít význam snížená tvorba neurotransmiteru [b-alaninu, který je produktem katabolismu pyrimidinů Léčba: u dětské formy není dostupná, při parciálním deficitu v důsledku léčby 5-f luorouracilem změníme chemoterapeutikum I zde je možná prenatální diagnostika Dihydropyrimidinase (DHP) is the second enzyme in the catabolism of 5-f luorouracil (5FU), and it has been suggested that patients with a deficiency of this enzyme are at risk from developing severe 5FU-associated toxicity. CMP Cytidine UMP TMP UMPH Uridine Uracil DP YD DPVZ UMPH Thymidine Thymine DPYD Di iydrDuracil Dihydrothymine DPYS r-Ureidopropionate is- Ureidoisobutyrat URDP j3- Alanine URDP iff- Amino i so b utýrate 121 DPD deficiency (Di hyd ro py ri m id i ne d e hyd roge na se) Neurotrophic keratitits Complete deficiency * Childhood onset * PMR, hypertonus, autism * Mikrocephaly, dysmorphy * No treatment known Partial deficiency * % of common population * Toxicity of 5-fluorouracil (n e utro pe n ia, stom at itis, neurological symptoms) http://www.ijo.inyarticles./20Oa/56./4/1 ma ses/ nd ian. 0 phthalmol_2O0S_5 6_4_336_41422_l.jpg 122 III. Deficit thymidinfosforylázy Objeven u pacientů s MN6IE (mitochondrial neurogastrointestinal encephalomyopathy) Hromadění nukleotidů pravděpodobně vede k poruchám replikace mtĎNA Klinické příznaky a laboratorní nálezy: laktátová acidóza a acidurie, výrazně zvýšené vylučování thymidinu v moči i krvi Thymidine Phosphorylase deficiency Gln-NH3 HCO- CPS'2 Carbarnoylphosphate Orotic acid UMPS OPM I OMP UMP CMP *- IMPS Cytidine UMP / UMPS Uridine Uracil ĽPYD DPYS TMP UMPH Thymidine f. Thymine ĽPYD Dihydrouracil Dihydrothynnine DPYS r-Ureidopropionate ß- Uroidoisobutyrate URDP ÜRDP ß- Alanine ß~ Arninoisobutyrate Deficiency of the cytosolic enzyme thymidine Phosphorylase (TP) causes a multisystem disorder called mitochondrial neurogastrointestinal encephalomyopathy (MNGIE) syndrome. Clinical symptoms are gastrointestinal dysfunction, muscle involvement and neurological deterioration. p-aminoisobutyráturie Zvýšené odbourávání thyminu Může být i sekundárně navozená např. hladověním, popálení nebo nádorech. 124 Klinická porucha Defektní enzym Popis klinické poruchy dědičnost p-aminoisobutyrátová acidurie transaminása Bez příznaků, častá v Orientu Autosomálně recesivní Orotová acidurie 1. Orotátfosforibosyl-transferasa (OPRT) a orotidylát dekarboxyláza (ODC) Orotová krystal u rie, zaostávání ve vývoji, megaloblastická anémie, imunodeficience, úprava po uridinu pre os. Autosomálně recesivní Lečba:podávání uridinu,cytidinu Orotová acidurie II. typu typu orotidylát dekarboxyláza Orotidinurie, orotová acidurie, megaloblastická acidurie, úprava po uridinu pre os. Autosomálně recesivní Deficit ornithin-karbamoyl transferásy TEST Ornithinkarbamoyl transferásy Proteinová intolerance, jaterní encefalopatie a mírná orotová acidurie X-vázana, recesivní 125 TEST SOUHRN: HN IIH NH NH Uricose —o -—— volne radikály NH NH Allantoin > pliriny —> NH3/ kyselina moČOVá - máantioxidačnívlastnosti (částečně vylučována močí; poruchy: hyperurikémie, dna) normální hodnoty: sérum 220 - 420 //mol/l (muži) 140 - 340 A/mol/l (ženy) moč 0,48 - 5,95 mmol/l Gout Bone erosions Urate crystals -V"^ . in a tophus \ \ Synovium > pyrimidiny: C. U -> p-alanin, C02, NH3 T -> p-aminoizobutyrát, COz, NH3 Obrázky převzaty z http://www. uni-koeln. de/med-fak/biochemie/biomed/versuche/v07/abb05. aif a http://www.healerpatch.com/imaaes/aout.ipg (leden 2008) Hlavní rozdíly metabolismu purinu a pyrimidinů puriny pyrimidiny tvorba N-glykosidové vazby v 1. kroku syntézy (syntéza začíná na PkbP) nejprve se syntetizuje pyrimidinový kruh lokalizace biosyntézy cytoplazma cytoplazma + 1 enzym v mitochondrii produkty odbourávání kyselina močová (špatně rozpustná v H20), NH3 C02l NH3, p-AMK (dobře rozpustné v H20) Srovnání metabolismu purinů a pyrimidinů puriny pyrimidiny PRPP první krok pozdní krok produkt IMP UMP lokalizace cytoplazma cytoplazma degradační produkty k. močová, amoniak C02> NH3, /? — alanin, /? — amino izobutyrát 128