Nukleotidy jsou jednotkové monomery nukleových kyselin.
In vivo, tj. uvnitř buňky, existují přesně dvě metody syntézy nukleotidů – záchrana a de novo. Záchranou je rozložit staré nukleové kyseliny, zatímco metodou de novo syntetizujeme nové molekuly nukleotidů.
Jak tedy vznikají nukleotidy? Anabolický proces biochemické kombinace fosfátové skupiny, pentózového cukru (ribózy nebo deoxyribózy) a dusíkaté báze se nazývá de novo syntéza nukleotidů. Na druhé straně je destrukce nukleových kyselin katabolický proces, ze kterého mohou být části zachráněny záchrannou cestou, aby se vytvořily také nové nukleotidy.
Jak vzniká nukleotid v DNA?
Nukleotidy se skládají z trimerních monomerů nazývaných nukleotidy. Dlouhé řetězce těchto nukleotidů tvoří polymery nukleových kyselin, jako je DNA a RNA.
DNA nukleotid se skládá ze 3 hlavních složek – pentózového cukru (deoxyribózy), fosfátové skupiny a dusíkaté báze. V DNA lze nalézt celkem čtyři různé dusíkaté báze včetně - adeninu, guaninu, thyminu a cytosinu.
Obrázek: Wikipedia
Všechny nukleotidy se skládají ze tří samostatných chemických podjednotek: pětiuhlíková molekula cukru, nukleobáze (společně nazývaná nukleosid) a jedna fosfátová skupina. Záleží na cukr a dusíkaté báze můžeme odlišit nukleotid 2 různých nukleových kyselin.
Odkud pocházejí nukleotidy?
Nukleotidy mohou být produkovány in vitro (mimo živý organismus) nebo in vivo (uvnitř živého organismu).
Vědci často používají skupiny jako fosforamidit v laboratoři k výrobě nukleotidů in vitro. Nukleotidy mohou být vyrobeny od nuly (mechanismus de novo) v těle (in vivo) nebo recyklovány pomocí záchranných mechanismů.
Cesta záchrany je cesta, ve které je biologický produkt vyroben z reakčních meziproduktů produkovaných při odstraňování biomolekuly. Nukleotidová záchrana, ve které jsou nukleotidy (purinu a pyrimidin) jsou vyráběny z meziproduktů, které jsou katabolizovány nebo degradovány.
Obrázek: Wikipedia
Báze a nukleosidy, které vznikají během rozkladu RNA a DNA, se získávají pomocí procesů záchrany nukleotidů. To je u některých orgánů významné, protože některé tkáně nelze syntetizovat od začátku. Nukleotidy pak mohou být vyrobeny ze získaného zboží. Výzkum léčiv se zaměřuje na záchranné cesty, z nichž jedna je známá jako antifoláty.
Namísto recyklace nebo částečného rozkladu vedlejších produktů, de novo cesta se týká výroby nových komplexních molekulárních sloučenin z jednoduchých molekul, jako jsou cukry nebo aminokyseliny. Nukleotidy, například, nejsou vyžadovány ve stravě, protože mohou být vyrobeny z malých prekurzorových molekul, jako je formiát a aspartát. Methionin je esenciální aminokyselina, protože tělo ji nedokáže syntetizovat od nuly. Jediným způsobem příjmu je tedy naše strava.
Cesta syntézy nukleotidů:
Jak bylo diskutováno výše, k syntéze nukleotidů dochází hlavně dvěma způsoby:
Zde podrobně probereme 2 procesy.
DE NOVO SYNTÉZA NUKLEOTIDŮ:
De novo je latinské slovo, které se překládá jako „od začátku“. Může to také znamenat „znovu“, „od nuly“ nebo „od začátku“. Enzymy de novo dráhy využívají 5-fosforibosyl-1-pyrofosfát (PRPP) k produkci nových purinových a pyrimidinových nukleotidů „od začátku“ pomocí jednoduchých biomolekul, jako jsou aminokyseliny a tetrahydrofolát.
Ve srovnání se záchranným procesem má tento mechanismus syntézy nukleotidů vysokou energetickou potřebu. Například pět z 12 fází de novo syntézy purinů vyžaduje hydrolýzu ATP nebo GTP, i když pouze jeden proces záchranného cyklu ano.
Obrázek: Wikipedia
Obě tyto biosyntetické dráhy mají něco společného – přítomnost některých proteinů charakterizovaných jako „domácí enzymy“. Nicméně vzhledem k tomu, že jsou zcela zásadní pro buněčnou regulaci, předpokládá se, že jsou přítomny v nepatrných množstvích ve všech živých buňkách. Zatímco se předpokládá, že enzymy de novo cesty se nacházejí v plastidech, enzymy záchranného cyklu lze nalézt v několika kompartmentech.
Volné dusíkaté báze jako adenin (A), guanin (G), cytosin (C), thymin (T) a uracil (U) se v de novo nukleotidová dráha. Během tohoto procesu je purinový kruh konstruován buď jeden atom nebo několik atomů najednou a připojen k ribóze. Pyrimidinový kruh vzniká připojením orotátu k ribosafosfátu a jeho následnou konverzí na běžné pyrimidinové nukleotidy.
ZÁCHRANNÁ CESTA:
Báze a nukleosidy se získávají z RNA a degradace DNA nebo externích zdrojů a přeměněny zpět na nukleotidy pomocí procesů záchrany nukleotidů. To je u některých orgánů významné, protože některé tkáně nelze syntetizovat od začátku. The nukleotidy lze pak vyrobit ze zpětně získaného zboží. Výzkum léčiv se zaměřuje na záchranné cesty, z nichž jedna je známá jako antifoláty.
Obrázek: Wikipedia
Různé nukleázy štěpí nukleové kyseliny na jejich základní nukleotidy. Nukleosidy jsou dále štěpeny několika nukleobázemi a fosfatázami. Složkové báze se uvolňují ve třetím stupni hydrolýzy nukleosidázami a nukleosidovými fosforylázami.
Kroky pro syntézu purinů a pyrimidinů jsou mírně odlišné. Zde budeme diskutovat o některých z nich:
- Pyrimidinová záchranná cesta
V případě Uracilu: Pyrimidin-nukleosid fosforyláza nebo jednoduše uridin fosforyláza pouze substituuje volný uracil na anomerním uhlíkově vázaném fosfátu ribosa-1-fosfátu za uridin.
Uridinkináza (také známá jako uridin-cytidinkináza) pak může fosforylovat 5′-uhlík nukleosidu za vzniku uridinmonofosfátu (UMP). UMP/CMP kináza převádí UMP na uridin difosfát, který nukleosid difosfát kináza převádí na uridin trifosfát.
V případě Cytidinu: Jak nukleosid cytidin, tak deoxycytidin jsou obvykle zachráněny enzymem cytidindeaminázou a přeměněny na uridin, respektive deoxyuridin. Alternativně mohou být fosforylovány uridin-cytidinkinázou na cytidinmonofosfát (CMP) nebo deoxycytidinmonofosfát (DMP) pomocí uridin-cytidinkinázy (d-CMP).
Enzym UM Pkináza nebo CMP kináza převádí dCMP na cytidindifosfát nebo deoxycytidindifosfát. Tento cytidindifosfát je přeměněn na cytidintrifosfát nebo deoxycytidintrifosfát enzymem nukleosid difosfátkinázou.
V případě tyminu: Thymidin je recyklován na výrobu dTMP společností an enzym zvaný thymidinkináza. Thymidin fosforyláza nebo pyrimidin-nukleosid fosforyláza přidává k thyminu 2-deoxy-alfa-D-ribóza-1-fosfátovou skupinu, čímž vzniká deoxynukleosid thymidin, ke kterému dochází, když se thymin naváže na 5'C deoxyribózy. Thymidinkináza pak fosforyluje 5'-uhlík této sloučeniny za vzniku thymidinmonofosfátu (TMP). TMP může být fosforylován thymidylátkinázou na thymidindifosfát, který pak může být fosforylován nukleosiddifosfátkinázou na thymidintrifosfát.
- Purinová záchranná cesta
V případě guaninu: Guanosinkináza recykluje guanosin za vzniku GMP. Guanosin fosforyláza jej může převést na guanin, který by pak mohl být převeden na GMP pomocí guanin fosforibosyltransferázy.
V případě Adeninu: Adenosinkináza může využívat adenosin přímo při produkci AMP, nebo adenosinnukleosidáza a adeninfosforibosyltransferáza mohou využívat adenin.
Při biosyntéze IMP může být adenin recyklován řadou procesů zprostředkovaných čtyřmi enzymy:
- adenosinfosforylázu poskytující adenosin,
- adenosindeaminázu produkující inosin,
- inosin fosforyláza, která poskytuje hypoxanthin a
- IMP syntetizovaný hypoxanthin fosforibosyltransferázou.
Také čtení:
- Dochází ke glykolýze v mitochondriích
- Příklady královských hub
- Je DNA polymeráza enzym
- Je jádro buněčná organela
- Buňka bez cytoplazmy
- Genetická diverzita v meióze
- Jaká je funkce ribozomů
- Světle nezávislá reakce ve fotosyntéze
- Jak vzniká atp během fotosyntézy 2
- Je cytoplazma organela
Jsem Trisha Dey, postgraduální studium bioinformatiky. Vystudoval jsem biochemii. Miluji čtení. Také mám vášeň pro učení se novým jazykům.
Pojďme se připojit přes linked in: