2. fehérjék lebontása táplálékfehérjék lebontása
TRANSCRIPT
1. A nitrogén körforgása
2. Fehérjék lebontása
Táplálékfehérjék lebontása aminosavakká
Saját fehérjék lebontása
Féléletidő szabályozása
Ubikvitin konjugáció
Proteaszómális lebontás
3. Aminosavak lebontása
Transzaminálás: aminocsoport eltávolítása glutamátra transzamináz-PLP segítségével
Glutamát oxidatív dezaminálása (glutamát dehidrogenáz)
Ammónia beépítése ureába: karbamoil-foszfát szintézis, urea ciklus
Aminosavak szénláncának lebontása
4. Nitrogénfixáció
5. Ammónia-asszimiláció
Glutamát dehidrogenáz, sztereokémiai kontroll
Glutamin szintetáz
Karbamoil-foszfát szintézis
6. Aminosavak szintézise, esszenciális és nem-esszenciális aminosavak
7. Nukleotid-szintézis: de novo és salvage útvonalak
Pirimidin nukleotidok szintézise
Tetrahidrofólsav koenzim, C1 intermedierek
Purin nukleotidok szintézise
Dezoxiribonukleotidok szintézise
Timidilát szintézis
A nitrogén körforgásaAz aminosavak N-tartalma
ammóniából, ez pedig végső
soron légköri N2-ből
származik.
Aminosavak
felhasználása:
- fehérjeszintézis
- N-forrás nukleotidok,
neurotranszmitterek,
porfirin-vegyületek
számára
(diazotrófok)
N2 fixáció
A pillangósok gyökerén szimbiózisben élő Rhizobium baktériumok a
legfontosabb nitrogénfixálók. Az bioszféra éves produkciója 1011 kg N2
megkötése. (A Nif géncsoport 18 gént tartalmaz.)
N2 + 3H2 -> 2NH3 G0 = -33,5 kJ/mol
Az ammónia képződése termodinamikailag kedvező.
A N2-fixáció során történő ATP-felhasználás az igen magas
kinetikai gát leküzdéséhez szükséges.
„Azote” (Lavoisier): „élettelen” (inert sajátság)
N≡N kötési energia 942 kJ/mol
Haber-Bosch ipari ammónia-szintézis:
500°C, 300 atm, Fe katalizátor
N2-fixáció globális megoszlása
60 % biológiai N2 fixáció
15 % villámlás, UV-sugárzás
25 % ipari folyamatok
A nitrogenáz komplex dinitrogenáz-reduktázból és dinitrogenázból áll
és az alábbi reakciót katalizálja.
N2 + 8 e- + 8 H+ +16 ATP + 16 H2O 2 NH3 + H2 + 16 ADP +16 Pi
O2-szint alacsonyan tartása: leghemoglobin
(fotoszintézis, oxidatív folyamatok)
A dinitrogenáz-reduktáz két azonos
alegységből álló, vas-kén
centrummal összekapcsolt P-loop
NTPáz fehérje.
A dinitrogenáz-reduktáz szerepe az,
hogy az erősen negatív
redoxpotenciálú ferredoxinról
elektronokat szállítson a
dinitrogenáz komponensre.
Az ATP-hidrolízis okozta
konformáció-változás elősegíti az
elektrontranszfert a dinitogenázra.
A dinitrogenáz egység
2 2 tetramer, amely
két FeS és két FeMo
centrumot tartalmaz.
Az elektronok a P
cluster FeS centrumára
érkeznek és tevődnek
át a különleges FeMo
redox centrumra, ahol
a nitrogén fixálása
játszódik le.
Homocitrát
két 4Fe-3S részklaszter
+ 1 központi szulfidion
két M-3Fe-3S részklaszter
+ 3 központi szulfidion
A FeMo centrum köti a nitrogént és fellazítja az N2 molekula
kötésrendszerét.
1. A nitrogén körforgása
2. Fehérjék lebontása
Táplálékfehérjék lebontása aminosavakká
Saját fehérjék lebontása
Féléletidő szabályozása
Ubikvitin konjugáció
Proteaszómális lebontás
3. Aminosavak lebontása
Transzaminálás: aminocsoport eltávolítása glutamátra transzamináz-PLP segítségével
Glutamát oxidatív dezaminálása (glutamát dehidrogenáz)
Ammónia beépítése ureába: karbamoil-foszfát szintézis, urea ciklus
Aminosavak szénláncának lebontása
4. Nitrogénfixáció
5. Ammónia-asszimiláció
Glutamát dehidrogenáz, sztereokémiai kontroll
Glutamin szintetáz
Karbamoil-foszfát szintézis
6. Aminosavak szintézise, esszenciális és nem-esszenciális aminosavak
7. Nukleotid-szintézis: de novo és salvage útvonalak
Pirimidin nukleotidok szintézise
Tetrahidrofólsav koenzim, C1 intermedierek
Purin nukleotidok szintézise
Dezoxiribonukleotidok szintézise
Timidilát szintézis
A glutamát dehidrogenáz baktériumokban és növényekben NADPH
koenzim jelenlétében az -ketoglutarát – glutamát reakcióval hasznosítja
az ammóniát.
A gerincesek májában található enzim nem tesz különbséget NADH és
NADPH között.
Az ammónia asszimilációja
Schiff-bázis királis!
Sztereokémiai kontroll
A glutamát dehidrogenáz aktívhelye sztereospecifikusan az akirális
-ketoglutarátból az L konfigurációjú glutamátot szintetizálja.
A többi aminosav szintézisekor a szereokémiai kontroll (azaz a
megfelelő kiralitású vegyületek szintézisének biztosítása) PLP által
közvetített transzaminációs reakciókban valósul meg.
1. A nitrogén körforgása
2. Fehérjék lebontása
Táplálékfehérjék lebontása aminosavakká
Saját fehérjék lebontása
Féléletidő szabályozása
Ubikvitin konjugáció
Proteaszómális lebontás
3. Aminosavak lebontása
Transzaminálás: aminocsoport eltávolítása glutamátra transzamináz-PLP segítségével
Glutamát oxidatív dezaminálása (glutamát dehidrogenáz)
Ammónia beépítése ureába: karbamoil-foszfát szintézis, urea ciklus
Aminosavak szénláncának lebontása
4. Nitrogénfixáció
5. Ammónia-asszimiláció
Glutamát dehidrogenáz, sztereokémiai kontroll
Glutamin szintetáz
Karbamoil-foszfát szintézis
6. Aminosavak szintézise, esszenciális és nem-esszenciális aminosavak
7. Nukleotid-szintézis: de novo és salvage útvonalak
Pirimidin nukleotidok szintézise
Tetrahidrofólsav koenzim, C1 intermedierek
Purin nukleotidok szintézise
Dezoxiribonukleotidok szintézise
Timidilát szintézis
Az ammónia hasznosításában és
szállításában a glutamin amid
nitrogénnek fontos szerepe van.
A glutaminsavba a glutamin
szintetáz épít be újabb
ammóniumiont acilfoszfát
intermedieren keresztül.
A glutamin szintetáz minden
organizmusban megtalálható.
Baktériumokban és növényekben
primer szerepe az ammónia
asszimilációja.
Heterotróf élőlényekben a
glutamin központi szerepet játszik
a nitrogéntartalmú vegyületek
anyagcseréjében.
A glutamin szintetáz (E. coli) szerkezete
Az enzim 12 azonos alegységből áll, melyek két hexagonális gyűrűbe
rendeződnek. Az enzim többszörös reguláció alatt áll, működését
egyrészt kumulatív allosztérikus visszacsatolás (feedback), másrészt
reverzibilis kovalens módosítás szabályozza.
A glutamin szintetáz kumulatív
alloszterikus feedback regulációja
Az enzimet a gutaminból kiinduló
szintézisek különböző végtermékei
részlegesen gátolják - ezek gátló
hatása összeadódik.
A glicin és az alanin az aminosav-
anyagcsere általános állapotának
indikátoraiként szabályozzák az
ammónia belépését a
nitrogéntartalmú vegyületek
anyagcseréjébe.
A glutamin szintetáz szabályozása reverzibilis kémiai módosítással
Az enzim minden alegységén egy specifikus tirozin oldallánc
reverzibilisen adenilálható. Az adenilált enzim kevésbé aktív, és
fokozott érzékenységet mutat a kumulatív allosztérikus inhibitorokra. Az
adenilálást és deadenilálást ugyanaz az adeniltranszferáz (AT) enzim
végzi a hozzá kapcsolódó P regulátor fehérje állapotától függően.
A regulátor fehérje két alakjának átalakítását az uridiltranszferáz végzi,
melynek működését metabolitok szabályozzák.
(Kaszkád reakció)
1. A nitrogén körforgása
2. Fehérjék lebontása
Táplálékfehérjék lebontása aminosavakká
Saját fehérjék lebontása
Féléletidő szabályozása
Ubikvitin konjugáció
Proteaszómális lebontás
3. Aminosavak lebontása
Transzaminálás: aminocsoport eltávolítása glutamátra transzamináz-PLP segítségével
Glutamát oxidatív dezaminálása (glutamát dehidrogenáz)
Ammónia beépítése ureába: karbamoil-foszfát szintézis, urea ciklus
Aminosavak szénláncának lebontása
4. Nitrogénfixáció
5. Ammónia-asszimiláció
Glutamát dehidrogenáz, sztereokémiai kontroll
Glutamin szintetáz
Karbamoil-foszfát szintézis
6. Aminosavak szintézise, esszenciális és nem-esszenciális aminosavak
7. Nukleotid-szintézis: de novo és salvage útvonalak
Pirimidin nukleotidok szintézise
Tetrahidrofólsav koenzim, C1 intermedierek
Purin nukleotidok szintézise
Dezoxiribonukleotidok szintézise
Timidilát szintézis
Az ammónia asszimilációjának harmadik lehetséges módja a karbamoil-
foszfát szintézise
1. A nitrogén körforgása
2. Fehérjék lebontása
Táplálékfehérjék lebontása aminosavakká
Saját fehérjék lebontása
Féléletidő szabályozása
Ubikvitin konjugáció
Proteaszómális lebontás
3. Aminosavak lebontása
Transzaminálás: aminocsoport eltávolítása glutamátra transzamináz-PLP segítségével
Glutamát oxidatív dezaminálása (glutamát dehidrogenáz)
Ammónia beépítése ureába: karbamoil-foszfát szintézis, urea ciklus
Aminosavak szénláncának lebontása
4. Nitrogénfixáció
5. Ammónia-asszimiláció
Glutamát dehidrogenáz, sztereokémiai kontroll
Glutamin szintetáz
Karbamoil-foszfát szintézis
6. Aminosavak szintézise, esszenciális és nem-esszenciális aminosavak
7. Nukleotid-szintézis: de novo és salvage útvonalak
Pirimidin nukleotidok szintézise
Tetrahidrofólsav koenzim, C1 intermedierek
Purin nukleotidok szintézise
Dezoxiribonukleotidok szintézise
Timidilát szintézis
E. coli mind a 20
aminosavat képes
szintetizálni, az ember
csak 11-et.
A sok szintetikus lépést igénylő aminosavak váltak esszenciálissá, mert
az evolúció során valamelyik szintetikus részlépés kiesett.
Aminosav(ak) deficienciája ->
Negatív nitrogén mérleg: a fehérje-lebontás mértéke meghaladja a
fehérje-szintézisét ->
a nitrogén a táplálékkal elfogyaszottnál nagyobb mennyiségben ürül.
Az aminosav szintézisek a prekurzor alapján családokba rendezhetők.
1 lépés
1 lépés
1 lépés
Az aminosavak széntartalma a
glikolízis, a pentózfoszfát útvonal
és a citromsavciklus
intermediereiből származik.
(vastag betű = esszenciális aminosav)
de novo 10 lépés,
ornitinből 3 lépés
az urea ciklusban
de novo 10 lépés,
fenilalaninból 1 lépés
1. A nitrogén körforgása
2. Fehérjék lebontása
Táplálékfehérjék lebontása aminosavakká
Saját fehérjék lebontása
Féléletidő szabályozása
Ubikvitin konjugáció
Proteaszómális lebontás
3. Aminosavak lebontása
Transzaminálás: aminocsoport eltávolítása glutamátra transzamináz-PLP segítségével
Glutamát oxidatív dezaminálása (glutamát dehidrogenáz)
Ammónia beépítése ureába: karbamoil-foszfát szintézis, urea ciklus
Aminosavak szénláncának lebontása
4. Nitrogénfixáció
5. Ammónia-asszimiláció
Glutamát dehidrogenáz, sztereokémiai kontroll
Glutamin szintetáz
Karbamoil-foszfát szintézis
6. Aminosavak szintézise, esszenciális és nem-esszenciális aminosavak
7. Nukleotid-szintézis: de novo és salvage útvonalak
Pirimidin nukleotidok szintézise
Tetrahidrofólsav koenzim, C1 intermedierek
Purin nukleotidok szintézise
Dezoxiribonukleotidok szintézise
Timidilát szintézis
Nukleotidok biológiai szerepei
• Nukleinsav szintézis (DNS, RNS)
• Energiaforgalom (ATP, GTP, NAD, FAD)
• Bioszintetikus folyamatok (UDP-glükóz, glikogén)
• Jelátvitel (cAMP, cGMP, GTP, ATP/kinázok)
• Nukleotid szintézis enzimek: terápiás célpontok (rák)
Nukleotid szintézis „de novo” és „salvage” útvonalai
De novo: egyszerűbb
vegyületekből
- pirimidin nukleotidok: bázis
szintézise, ezután ribózra
kapcsolás
- purin nukleotidok: ribóz-
alapú szerkezetre
Salvage: kész bázisok ribózra
kapcsolása
(PRPP: 5-foszforibozil-1-pirofoszfát)
A dezoxiribonukleotidok a
ribonukleotidokból
szintetizálódnak.
1. A nitrogén körforgása
2. Fehérjék lebontása
Táplálékfehérjék lebontása aminosavakká
Saját fehérjék lebontása
Féléletidő szabályozása
Ubikvitin konjugáció
Proteaszómális lebontás
3. Aminosavak lebontása
Transzaminálás: aminocsoport eltávolítása glutamátra transzamináz-PLP segítségével
Glutamát oxidatív dezaminálása (glutamát dehidrogenáz)
Ammónia beépítése ureába: karbamoil-foszfát szintézis, urea ciklus
Aminosavak szénláncának lebontása
4. Nitrogénfixáció
5. Ammónia-asszimiláció
Glutamát dehidrogenáz, sztereokémiai kontroll
Glutamin szintetáz
Karbamoil-foszfát szintézis
6. Aminosavak szintézise, esszenciális és nem-esszenciális aminosavak
7. Nukleotid-szintézis: de novo és salvage útvonalak
Pirimidin nukleotidok szintézise
Tetrahidrofólsav koenzim, C1 intermedierek
Purin nukleotidok szintézise
Dezoxiribonukleotidok szintézise
Timidilát szintézis
Pirimidin nukleotidok
de novo szintézise(Gln oldalláncból)
CPS (karbamoil-
foszfát szintetáz)
Pirimidingyűrű szintézise:
Orotát szintézise karbamoil-foszfátból és aszpartátból
aszpartát
transzkarbamoiláz
kondenzáció,
gyűrűképződés
oxidáció
Orotát ribózra kapcsolása
(ribóz-5-foszfát (pentózfoszfát útvonal) + ATP --> )
pirimidin foszforibozil-transzferáz
Orotidilát dekarboxilezése, UMP képződése
Orotidilát dekarboxiláz: 1/78 M év -> 1/s (1017-szeres sebességfokozás)
Nukleozid mono-, di- és trifoszfátok átalakulásai
A specifikus nukleozid monofoszfát kinázok ATP-t használnak
foszfátdonorként:
UMP + ATP = UDP + ADP (UMP kináz)
A széles specificitású nukleozid difoszfát kinázok az NDP-NTP
átalakulást katalizálják:
XDP + YTP = XTP + YDP
A reakció a karbamoil-foszfát szintézishez hasonlóan játszódik le.
CTP keletkezése UTP aminációjával
Pirimidin nukleotidok
szintézisének összefoglalása
1. A nitrogén körforgása
2. Fehérjék lebontása
Táplálékfehérjék lebontása aminosavakká
Saját fehérjék lebontása
Féléletidő szabályozása
Ubikvitin konjugáció
Proteaszómális lebontás
3. Aminosavak lebontása
Transzaminálás: aminocsoport eltávolítása glutamátra transzamináz-PLP segítségével
Glutamát oxidatív dezaminálása (glutamát dehidrogenáz)
Ammónia beépítése ureába: karbamoil-foszfát szintézis, urea ciklus
Aminosavak szénláncának lebontása
4. Nitrogénfixáció
5. Ammónia-asszimiláció
Glutamát dehidrogenáz, sztereokémiai kontroll
Glutamin szintetáz
Karbamoil-foszfát szintézis
6. Aminosavak szintézise, esszenciális és nem-esszenciális aminosavak
7. Nukleotid-szintézis: de novo és salvage útvonalak
Pirimidin nukleotidok szintézise
Tetrahidrofólsav koenzim, C1 intermedierek
Purin nukleotidok szintézise
Dezoxiribonukleotidok szintézise
Timidilát szintézis
Az egyszénatomos, ún. C1 intermedierek transzferében a
tetrahidrofólsav koenzim játszik fontos szerepet
Emlősökben nem szintetizálódik: tápanyagból vagy bélflórából kerül felvételre
A tetrahidrofolsavhoz kapcsolódó C1 intermedierek átalakulásai
=>purin
nukleotidok
=>timin => metionin
1. A nitrogén körforgása
2. Fehérjék lebontása
Táplálékfehérjék lebontása aminosavakká
Saját fehérjék lebontása
Féléletidő szabályozása
Ubikvitin konjugáció
Proteaszómális lebontás
3. Aminosavak lebontása
Transzaminálás: aminocsoport eltávolítása glutamátra transzamináz-PLP segítségével
Glutamát oxidatív dezaminálása (glutamát dehidrogenáz)
Ammónia beépítése ureába: karbamoil-foszfát szintézis, urea ciklus
Aminosavak szénláncának lebontása
4. Nitrogénfixáció
5. Ammónia-asszimiláció
Glutamát dehidrogenáz, sztereokémiai kontroll
Glutamin szintetáz
Karbamoil-foszfát szintézis
6. Aminosavak szintézise, esszenciális és nem-esszenciális aminosavak
7. Nukleotid-szintézis: de novo és salvage útvonalak
Pirimidin nukleotidok szintézise
Tetrahidrofólsav koenzim, C1 intermedierek
Purin nukleotidok szintézise
Dezoxiribonukleotidok szintézise
Timidilát szintézis
A purinváz atomjainak eredete
1
PRPP-ből 5P-
ribozilamin
2
3
N10-formil-THF-ról
4
5
imidazolgyűrű záródása
6-7
karboxil kapcsolódás (hidrogénkarbonátból) és
transzfer (N3-ról C4-re)8
az Asp-nak csak az
aminocsoportja marad a
vázban, fumarát távozik
9
N10-formil-THF-ról
10
gyűrűzáródás, IMP képződés
AMP és GMP keletkezése IMP-ből
1. A nitrogén körforgása
2. Fehérjék lebontása
Táplálékfehérjék lebontása aminosavakká
Saját fehérjék lebontása
Féléletidő szabályozása
Ubikvitin konjugáció
Proteaszómális lebontás
3. Aminosavak lebontása
Transzaminálás: aminocsoport eltávolítása glutamátra transzamináz-PLP segítségével
Glutamát oxidatív dezaminálása (glutamát dehidrogenáz)
Ammónia beépítése ureába: karbamoil-foszfát szintézis, urea ciklus
Aminosavak szénláncának lebontása
4. Nitrogénfixáció
5. Ammónia-asszimiláció
Glutamát dehidrogenáz, sztereokémiai kontroll
Glutamin szintetáz
Karbamoil-foszfát szintézis
6. Aminosavak szintézise, esszenciális és nem-esszenciális aminosavak
7. Nukleotid-szintézis: de novo és salvage útvonalak
Pirimidin nukleotidok szintézise
Tetrahidrofólsav koenzim, C1 intermedierek
Purin nukleotidok szintézise
Dezoxiribonukleotidok szintézise
Timidilát szintézis
A dezoxinukleotidok a ribonukleotidok redukciója során szintetizálódnak.
Ribonukleotid reduktáz:
A ribóz C2 atomját
redukálja (OH csoportot
H-ra cseréli) Szubsztrátok:
NDP-k
Végső redukálószer:
NADPH (több köztes
lépésen keresztül)
A ribonukleotid reduktáz szerkezete, katalitikus és alloszterikus
kötőhelyei
Regulates
overall
activity
Regulates
substrate
specificity
A ribonukleotid reduktáz regulációja
A katalizis általános sebességét meghatározó kötőhely ATP-t (aktivátor)
vagy dATP-t (gátlózer) tud kötni
A szubsztrát-specifitást meghatározó allosztérikus hely biztosítja, hogy a
képződő dezoxinukleotidok megfelelő arányban keletkezzenek.
1. A nitrogén körforgása
2. Fehérjék lebontása
Táplálékfehérjék lebontása aminosavakká
Saját fehérjék lebontása
Féléletidő szabályozása
Ubikvitin konjugáció
Proteaszómális lebontás
3. Aminosavak lebontása
Transzaminálás: aminocsoport eltávolítása glutamátra transzamináz-PLP segítségével
Glutamát oxidatív dezaminálása (glutamát dehidrogenáz)
Ammónia beépítése ureába: karbamoil-foszfát szintézis, urea ciklus
Aminosavak szénláncának lebontása
4. Nitrogénfixáció
5. Ammónia-asszimiláció
Glutamát dehidrogenáz, sztereokémiai kontroll
Glutamin szintetáz
Karbamoil-foszfát szintézis
6. Aminosavak szintézise, esszenciális és nem-esszenciális aminosavak
7. Nukleotid-szintézis: de novo és salvage útvonalak
Pirimidin nukleotidok szintézise
Tetrahidrofólsav koenzim, C1 intermedierek
Purin nukleotidok szintézise
Dezoxiribonukleotidok szintézise
Timidilát szintézis
dTMP szintézise dUMP-ből
Timidilát szintáz
Metildonor: N,N-metilén-tetrahidrofolát
Uracil C5 nem jó nukleofil; enzim tiolát csoportja segíti elő a támadást az N5,N10-metilén
szénatomra
Hidridion transzfer a tetrahidrofolátról -> metiléncsoport metillé alakul
Protonelvonás a C5 atomról -> SH felszabadulás
A timidilát szintézis számos sejtosztódásra ható
kemoterápia célpontja
dihidrofolát analóg
A fluorodezoxiuridilát öngyilkos inhibitor mechanizmusa
Uracil C5 deprotonációt a H-F szubsztitúció megakadályozza
Stabil kovalens enzim-adduktum képződik