Metabolizm puryn: 7 faktów dotyczących fizjologii człowieka

Spis treści

• Cykl nukleotydów purynowych
• Degradacja puryn
• Aminokwas purynowy
• Stół Purine
• Mutacja puryny do puryny
• Zaburzenia metabolizmu puryn
• Purynowe DNA
• wnioski
• Najczęściej zadawane pytania

Przeczytaj szczegóły na temat Struktura purynowa a także Przeczytaj więcej o Przykłady puryn

Cykl nukleotydów purynowych

Jest to szlak metaboliczny, który wykorzystuje (IMP) monofosforan inozyny i asparaginian do produkcji fumaranu i amoniaku. puryna cykl nukleotydowy reguluje adeninę poziom nukleotydów i promuje uwalnianie aminokwasów i amoniaku. Cykl nukleotydów purynowych został po raz pierwszy wyjaśniony przez Johna Lowensteina ze względu na jego rolę w glikolizie, cyklu Kreba i katabolizmie aminokwasów.

Połączenia cykl nukleotydów purynowych ma trzy podstawowe etapy katalizowane enzymatycznie.

Krok 1: Nukleotyd purynowy (np. AMP; monofosforan adenozyny) podlega reakcji deaminacji z wytworzeniem (IMP) monofosforanu inozyny. Ta reakcja zachodzi w obecności enzymu zwanego deaminazą AMP.

AMP + H2O -> IMP + NH4⁺

Krok 2: IMP (monofosforan inozyny) utworzony w poprzednim etapie łączy się z asparaginianem, tworząc adenylobursztynian. Ten krok odbywa się kosztem energii (GTP). Etap ten katalizuje enzym syntaza adenylobursztynianu.

Asparaginian + IMP + GTP -> Adenylobursztynian + GDP + Pi (nieorganiczny fosforan)

Krok 3: Adenylobursztynian utworzony w etapie 2 rozpada się, tworząc monofosforan adenozyny (AMP; substrat etapu 1) i fumaran. Ten krok jest katalizowany przez enzym znany jako liaza adenylobursztynianowa.

Ważna uwaga: Połączenia fumaran utworzone na tym etapie jest często wykorzystywane przez guz / rak komórki zamiast tlenu jako terminalny akceptor elektronów.

Adenylosuccinate -> Fumaran + AMP

Degradacja puryn

W naszych ciałach puryny są stale syntetyzowane i degradowane na różnych szlakach biochemicznych. Degradacja puryn występuje w procesie wieloetapowym:

Krok 1: Kwasy nukleinowe są trawione w celu wytworzenia mononukleotydów (monomerycznych puryn). Enzymy katalizujące tego typu reakcje nazywane są nukleazami. 

DNA / RNA (zawierające związane puryny) -> Mononukleotydy (pojedyncza i monomeryczna forma puryny

Krok 2: mononukleotydy są przekształcane w nukleotydy, takie jak AMP (monofosforan adenozyny). Ta reakcja zachodzi w enzymie znanym jako 5 'nukleotydaza. 

Mononukleotydy -> Nukleotydy

Krok 3: Nukleotydy są następnie przekształcane w wolne zasady azotowe w obecności enzymu fosforylazy nukleozydów.

Nukleotydy -> Wolne zasady azotowe.

Aminokwas purynowy

Wolne zasady azotowe powstałe na etapie degradacji puryny są następnie poddawane procesowi deaminacji z wytworzeniem ksantyny i hipoksantyny w szeregu reakcji biochemicznych. Te ksantyna i hipoksantyna są ogólnie znane jako aminokwasy purynowe. Później te aminokwasy purynowe są przekształcane w kwas moczowy i dalej przekształcane w mocznik. Pełna ścieżka degradacji puryn składa się z następujących etapów:

Krok 1: Konwersja AMP (monofosforan adenozyny) w inozynę

Ta konwersja może zostać zakończona dwoma możliwymi ścieżkami wewnątrz ciała.

Ścieżka 1: AMP jest przekształcany w IMP (monofosforan inozyny) przez enzym aminohydrolazę AMP. Później ten IMP jest przekształcany w inozynę przez enzym 5'-nukleozydazę.

AMP–> IMP -> inozyna

Ścieżka 2: AMP jest przekształcany w adenozynę przez enzym 5'-nukleotydazę. Adenozyna jest następnie przekształcana w inozynę przez działanie enzymu deaminazy adenozyny.

AMP -> Adenozyna -> Inozyna

Krok 2: konwersja inozyny do hipoksantyny. Enzym fosforylaza nukleozydów katalizuje tę reakcję. 

Inozyna -> Hipoksantyna

Krok 3: Konwersja hipoksantyny w ksantynę. Ta reakcja jest katalizowana przez enzym oksydazę ksantynową.

Hipoksantyna -> Ksantyna

Krok 4: Konwersja ksantyny do kwasu moczowego. Ta reakcja jest również katalizowana przez enzym oksydazę ksantynową. Ten enzym jest obecny w większości zwierząt tkanek, ale w największej ilości występuje w wątrobie.

Ksantyna -> Kwas moczowy

Krok 5: Konwersja kwasu moczowego w alantoinę. Ta reakcja jest katalizowana przez enzym Urykaza. Urykaza nie występuje w każdej tkance ciała.

Kwas moczowy -> Alantoina

Tę alantoinę można dalej przekształcić w mocznik w następującym procesie:

Alantoina -> Kwas alantoinowy -> Kwas glioksalowy -> Mocznik

Stół Purine

Tabela puryn zawiera informacje o sumie zawartość puryn w substancji spożywczej. Całkowita zawartość puryn jest ogólnie podawana w mg kwasu moczowego wyprodukowanego na 100 gramów substancji spożywczej.

Mutacja puryny do puryny

Kiedy nukleotyd purynowy jest przemieszczany lub zastępowany innym nukleotydem purynowym w nici DNA, powiedzmy, na przykład, gdy adeninę zastąpiono guaniną (A -> G) lub guaninę zastąpiono adeniną (G -> A). Zjawisko to będzie znane jako puryna do puryny mutacja. O wiele dokładniej będzie powiedzieć, że jest to puryna do puryny przejście. Chociaż takie przejścia występują również w pirymidynach, gdy tymina jest zastępowana cytozyną (T -> C) lub cytozyna jest zastępowana przez tyminę (C -> T), zjawisko to będzie znane jako mutacja / przejście pirymidyny do pirymidyny. Ogólnie 2/3 wszystkich (SNP) polimorfizmów pojedynczego nukleotydu to przejścia.

Głównymi przyczynami takich przemian są tautomeryzacja i deaminacja oksydacyjna. Na przykład możliwość przejścia do 5-metylocytozyny jest większa niż w przypadku niemetylowanej cytozyny, ponieważ istnieje większe prawdopodobieństwo, że 5-metylocytozyna ulegnie spontanicznej deaminacji oksydacyjnej. 

Inne zjawisko znane jako transwersja odbywa się w DNA. W tym zjawisku purynę można zastąpić pirymidyną i odwrotnie. Na przykład an adeninę można zastąpić tyminą lub cytozyną. Przejścia są częstsze w genomie w porównaniu z transwersją.

Zaburzenia metabolizmu puryn

Jak wspomnieliśmy w artykule, puryny i ich pochodne odgrywają kluczową rolę w różnych szlakach i procesach biochemicznych, takich jak sygnalizacja komórkowa, oddychania komórkowego, synteza białek i produkcja DNA/RNA. Upośledzenie i niedobór produkcji puryn skutkuje różnymi zaburzeniami metabolicznymi, takimi jak:

Niedobór deaminazy adenozyny: Deaminaza adenozyny jest enzymem biorącym udział w przekształcaniu adenozyny w inozynę i deoksyadenozyny w deoksyinozynę. Niedobór deaminazy adenozynowej powoduje retencję adenozyny w organizmie w większych ilościach. W rezultacie kinazy obecne wewnątrz komórki przekształcają ten nadmiar adenozyny w dezoksyrybonukleotyd (dATP) i rybonukleotyd (ATP). Zwiększone poziomy dATP hamują enzym reduktazę rybonukleotydową, co ostatecznie skutkuje mniejszą produkcją dezoksyrybonukleotydów, a tym samym spowalnia Proces replikacji DNA. Komórki odpornościowe są bardziej podatne na niedobór deaminazy adenozynowej, a tym samym osłabia odporność naszego organizmu i powoduje niedobór odporności.

Niedobór fosforylazy nukleozydów purynowych: Jest to niezwykle niezwykły stan autosomalny recesywny dla genu kodującego enzym fosforylazę nukleozydów purynowych. Niedobór tego enzymu powoduje dysfunkcje limfocytów T, niekorzystne stany neurologiczne i niedobór odporności. U większości osób rozwija się również ataksja i opóźnienie rozwoju.

Niedobór deaminazy mioadenylanowej: konwersja AMP do inozyny i amoniaku zachodzi w obecności enzymu znanego jako deaminaza mioadenylanowa. Niedobór ten nie ma żadnych specyficznych objawów, ale jest rozpoznawany i diagnozowany poprzez częste skurcze mięśni podczas ćwiczeń. Częstość skurczów różni się w zależności od osoby ze względu na różnice w fenotypach mięśni u różnych osób. 

Purynowe DNA

W uniwersalnym systemie genetycznym puryna zawsze łączy się w pary zasad z pirymidyną. Mimo to, w wyjątkowych warunkach, naukowcy odkryli również kilka pochodnych puryn sparowanych ze sobą, tworząc krótkie helisy DNA. Na przykład guanina i 2,6-diaminopuryna mogą łączyć się z izoguaniną i ksantyną. 

wnioski

W tym artykule o metabolizmie puryn omówiliśmy ważne aspekty metabolizmu puryn, ich prekursorów i produktów degradacji. Więcej informacji na temat puryn kliknij tutaj

Najczęściej zadawane pytania

Q1. w jaki sposób nukleotydy purynowe są degradowane

Odpowiedź: Puryny są rozkładane na szlaku biochemicznym obejmującym następujące podstawowe etapy:

Krok 1: 

AMP (monofosforan adenozyny) -> adenozyna

GMP (monofosforan guanozyny) -> guanozyna

Krok 2: 

Adenozyna -> Hipoksantyna (forma ketonowa)

Guanozyna -> Guanina

Krok 3: 

Hipoksantyna -> Ksantyna

Guanina -> Ksantyna

Teraz wszystkie kroki są wspólne.

Krok 4:

Ksantyna -> Kwas moczowy

Krok 5:

Kwas moczowy -> Mocznik / Alantoina / Mocznik / Jony amonowe

Q2. Czy proszek białka sojowego jest bogaty w purynę?

Odpowiedź: Białko sojowe (otrzymywane z nasion soi, nazwa botaniczna: Glicyna max) jest uważane za kompletne źródło białka, ponieważ zawiera wszystkie niezbędne aminokwasy w znaczących ilościach. Niezbędne aminokwasy są potrzebne do prawidłowego wzrostu i rozwoju dzieci i niemowląt. Proszek białka sojowego zawiera składniki odżywcze dość podobne do składników odżywczych mleka.

Białka sojowe są wolne od cholesterolu i tłuszczów nasyconych, a całkowita zawartość tłuszczu jest bardzo mniejsza. Białka sojowe są zwykle przyjmowane jako suplementy diety w celu zwiększenia gęstości składników odżywczych w diecie.

Białka sojowe należą do kategorii żywności o umiarkowanej zawartości puryn. Zawiera 190 mg kwasu moczowego / 100 g substancji spożywczej (standardowa jednostka do pomiaru zawartości puryny).

Q3. Przykład żywności bogatej w purynę –

Odpowiedź: Produkty bogate w puryny to soczewica, fasola, kalafior, zielony groszek, szpinak, grzyby, szparagi, sardynki, jagnięcina, wieprzowina, wołowina, dal, fasola itp. 

P4. Dlaczego hydroksymocznik jest wymieniony jako hamujący zarówno syntezę pirymidyny, jak i puryny?

Odpowiedź: Hydroksymocznik hamuje ograniczający szybkość etap biosyntezy puryny i pirymidyny de novo poprzez hamowanie kluczowego enzymu znanego jako reduktaza rybonukleotydowa. 

Pytanie 5. Jak są numerowane atomy w purynach i pirymidynach?

Odpowiedź: Atomy w purynach i pirymidynach są numerowane w ten sposób.

Przeczytaj także:

• Czy eubakterie mają ścianę komórkową?
• Czy ludzie mają komórki zwierzęce?
• Czy ludzie mają komórki roślinne?
• Przykłady bakterii rozkładających
• Charakterystyka meduzozoi
• Rodzaje pająków morskich
• Przykłady grzybów symbiotycznych
• Nienasycony kwas tłuszczowy
• Superskręcenie DNA, kluczowy mechanizm pakowania DNA
• Przykład wielu alleli

Dr Abdullah Arsalan

Nazywam się Abdullah Arsalan i ukończyłem doktorat z biotechnologii. Mam 7 lat doświadczenia badawczego. Opublikowałem dotychczas 6 artykułów w czasopismach o międzynarodowej renomie ze średnim współczynnikiem wpływu 4.5, a kilka kolejnych jest branych pod uwagę. Prezentowałem artykuły naukowe na różnych konferencjach krajowych i międzynarodowych. Moim obszarem zainteresowań jest biotechnologia i biochemia ze szczególnym uwzględnieniem chemii białek, enzymologii, immunologii, technik biofizycznych i biologii molekularnej.