Hoofdstuk 10: nucleotidenmetabolisme
1. Homeostase van ribo- en desoxyribonucleotiden
Synthese van RNA en DNA → nood aan optimale verhouding tussen alle bouwstenen (ATP, GTP, CTP,
UTP, dATP, dGTP, dCTP, dTTP). Er is een balans tussen XTPs, XDPs, XMPs en vrije nucleosiden. Om dit
evenwicht te kunnen bereiken is er een netwerk nodig van metabole interrelaties:
- ATP, ADP, AMP → energy charge en regeling van metabole flux
- De ratio van [XTP]/[XDP] en [XDP]/[XMP] wordt bereikt via
o Oxidatieve fosforylering (protonengradiënt over mito membraan).
- Ribonucleotiden XTP, XDP en XMP zijn in grotere concentraties aanwezig dan dXTP, dXDP en
dXMP, want er is een fluxbeperkende stap bij omzetting. (niveau van XDP).
- Interrelaties tussen verschillende soorten nucleotiden zijn mogelijk dankzij nucleoside
kinasen. XMP kinasen en XDP kinasen → basespecifieke kinasen.
o 3 paralogen voor adenine
o 2 paralogen voor cytosine
- Het netwerk is gecompartimenteerd door adenine-nucleotidetranslocator;
o ratio [ATP]/[ADP] is lager in matrix dan cytoplasma
o [dXTP] in kern is lager dan cytoplasma
2. Purinesynthese
a. De novo synthese
Opbouw van purineskelet uit stikstof (aminozuren) en koolstof. Zie figuur. Het wordt aangebouwd
aan ribose-5-fosfaat. Eerst materiaal voor vijfring, dan voor zesring. 4 stikstofatomen zijn afkomstig
van 3 verschillende aminozuren (2x glutamine, glycine en aspartaat, zie figuur).
Synthese gebeurt door purinosoom. Dit is een enzymcomplex van niet-covalente krachten.
a) PRPP dat door PRP-synthetase ontstaat uit ATP en ribose-5-fosfaat
PRPP is geacitveerde vorm van ribose-5-fosfaat uit pentosefosfaatweg).
b) Fluxcontrole: aanbrengen van eerste aminogroep door PPAT waardoor pyrofosfaat vrijkomt
en 5-fosforibosyl-1’-amine ontstaat.
c) Hieraan wordt glycine, een formylgroep en een 2e aminogroep gebonden
d) Ringsluiting → imidazolring
e) Hieraan worden carboxylgroep, een aminogroep (aspartaat) en een formylgroep toegevoegd.
f) 2e ringsluiting voor zesring vorming zodat purinestructuur ontstaat
g) Base = hypoxanthine en vormt IMP inosinemonofosfaat. Vanaf dit punt kan het purine
vertakken in 2 wegen. → IMP is gemeenschappelijke voorloper AMP en GMP.
AMP: fusie van IMP en aspartaat door ADSS + fumaraat wordt afgesplitst door ADSL
GMP: oxidatie van hypoxanthine tot xanthine (door IMPdehydrogenase) + aminosubstitutie
(glutamine wordt glutamaat) door GMPS.
, Voordelen megasynthase (purinosoom):
- Gecoördineerde expressie van enzymen
- Diffusieafstanden zijn kleiner
- Gevaar op ongewenste alternatieve reacties verdwijnt
Het bestaat uit 3 multifunctionele enzymen (2 bifunctionele en 1 trifunctioneel) die zorgen voor 7
van de 10 reacties en slechts 3 genen vereisen. De overige zijn monofunctionele enzymen.
Ontstaan van het purinosoom:
Naburige stappen binnenin eenzelfde enzym → snellere synthese, minder grote afstanden.
- Genen van PRAT en PAICS liggen dicht bijeen (kop aan kop) → bifunctionele promotor
- Alle gecodeerde polypeptideketens die gevormd worden door expressie van 6 genen komen
op de plaats waar ze moeten werken heel dicht bijeen → enzyme-to-enzyme-channeling.
Dit is door niet-covalente krachten.
Mogelijk is het purinosoom nog op weg naar een purinemegasynthase, of misschien is het genetisch
scheiden van enkele enzymen voordelig voor regeling in expressie, want het purinosoom valt uit
elkaar als er een opstapeling is van purinen (regulerende functie).
Metabole flux van de de novo synthese wordt via feedbackinhibitie gecontroleerd. 2 soorten:
1. Homeostase van ribo- en desoxyribonucleotiden
Synthese van RNA en DNA → nood aan optimale verhouding tussen alle bouwstenen (ATP, GTP, CTP,
UTP, dATP, dGTP, dCTP, dTTP). Er is een balans tussen XTPs, XDPs, XMPs en vrije nucleosiden. Om dit
evenwicht te kunnen bereiken is er een netwerk nodig van metabole interrelaties:
- ATP, ADP, AMP → energy charge en regeling van metabole flux
- De ratio van [XTP]/[XDP] en [XDP]/[XMP] wordt bereikt via
o Oxidatieve fosforylering (protonengradiënt over mito membraan).
- Ribonucleotiden XTP, XDP en XMP zijn in grotere concentraties aanwezig dan dXTP, dXDP en
dXMP, want er is een fluxbeperkende stap bij omzetting. (niveau van XDP).
- Interrelaties tussen verschillende soorten nucleotiden zijn mogelijk dankzij nucleoside
kinasen. XMP kinasen en XDP kinasen → basespecifieke kinasen.
o 3 paralogen voor adenine
o 2 paralogen voor cytosine
- Het netwerk is gecompartimenteerd door adenine-nucleotidetranslocator;
o ratio [ATP]/[ADP] is lager in matrix dan cytoplasma
o [dXTP] in kern is lager dan cytoplasma
2. Purinesynthese
a. De novo synthese
Opbouw van purineskelet uit stikstof (aminozuren) en koolstof. Zie figuur. Het wordt aangebouwd
aan ribose-5-fosfaat. Eerst materiaal voor vijfring, dan voor zesring. 4 stikstofatomen zijn afkomstig
van 3 verschillende aminozuren (2x glutamine, glycine en aspartaat, zie figuur).
Synthese gebeurt door purinosoom. Dit is een enzymcomplex van niet-covalente krachten.
a) PRPP dat door PRP-synthetase ontstaat uit ATP en ribose-5-fosfaat
PRPP is geacitveerde vorm van ribose-5-fosfaat uit pentosefosfaatweg).
b) Fluxcontrole: aanbrengen van eerste aminogroep door PPAT waardoor pyrofosfaat vrijkomt
en 5-fosforibosyl-1’-amine ontstaat.
c) Hieraan wordt glycine, een formylgroep en een 2e aminogroep gebonden
d) Ringsluiting → imidazolring
e) Hieraan worden carboxylgroep, een aminogroep (aspartaat) en een formylgroep toegevoegd.
f) 2e ringsluiting voor zesring vorming zodat purinestructuur ontstaat
g) Base = hypoxanthine en vormt IMP inosinemonofosfaat. Vanaf dit punt kan het purine
vertakken in 2 wegen. → IMP is gemeenschappelijke voorloper AMP en GMP.
AMP: fusie van IMP en aspartaat door ADSS + fumaraat wordt afgesplitst door ADSL
GMP: oxidatie van hypoxanthine tot xanthine (door IMPdehydrogenase) + aminosubstitutie
(glutamine wordt glutamaat) door GMPS.
, Voordelen megasynthase (purinosoom):
- Gecoördineerde expressie van enzymen
- Diffusieafstanden zijn kleiner
- Gevaar op ongewenste alternatieve reacties verdwijnt
Het bestaat uit 3 multifunctionele enzymen (2 bifunctionele en 1 trifunctioneel) die zorgen voor 7
van de 10 reacties en slechts 3 genen vereisen. De overige zijn monofunctionele enzymen.
Ontstaan van het purinosoom:
Naburige stappen binnenin eenzelfde enzym → snellere synthese, minder grote afstanden.
- Genen van PRAT en PAICS liggen dicht bijeen (kop aan kop) → bifunctionele promotor
- Alle gecodeerde polypeptideketens die gevormd worden door expressie van 6 genen komen
op de plaats waar ze moeten werken heel dicht bijeen → enzyme-to-enzyme-channeling.
Dit is door niet-covalente krachten.
Mogelijk is het purinosoom nog op weg naar een purinemegasynthase, of misschien is het genetisch
scheiden van enkele enzymen voordelig voor regeling in expressie, want het purinosoom valt uit
elkaar als er een opstapeling is van purinen (regulerende functie).
Metabole flux van de de novo synthese wordt via feedbackinhibitie gecontroleerd. 2 soorten:
