sign in sign up
<<
Home , Urate oxidase, Xanthine oxidase

รัชนีกร กัลล์ประวิทธ์ 2552 Metabolic functions of

1. หน่วยย่อยของ nucleic acid (DNA, RNA) 2. เกียวข้องกับการนําพลังงานเคมีจากการสลายสารอาหารไปใช้ ในขบวนการต่างๆ เช่น ATP, GTP 3. เป็น physiological mediators เช่น cAMP, cGMP – เป็น 2nd messenger ของฮอร์โมนหลายชนิด ADP - การเกาะกลุ่มของเกล็ดเลือด 4. สารตังต้นของการสังเคราะห์ เช่น GTP ใช้สังเคราะห์ tetrahydrobiopterin

2 Metabolic functions of nucleotides

5. ส่วนประกอบของ coenzyme เช่น NAD, NADP, FAD, coenzyme A 6. ช่วยนํา intermediates ใน reaction เช่น UDP-glucose in Glycogen synthesis, CDP-choline, CDP-diacylglycerol in phospholipid synthesis 7. allosteric effectors ทีควบคุมการทํางานของ หลายชนิด

3 4 BIOSYNTHESIS OF NUCLEOTIDES

1. Salvage pathway การสังเคราะห์จาก base หรือ nucleoside ทีได้จากอาหาร หรือการสลาย nucleic acid, ในร่างกาย 2. De novo synthesis การสังเคราะห์จากสารอณูเล็กอืนๆ ได้แก่

Amino acid, one- carbon fragment, CO2 การสังเคราะห์ทังสองแบบมีความสําคัญไม่เท่ากัน ขึนอยู่กับชนิดของ เนือเยือ เช่น ตับใช้วิธี De novo synthesis 5 O O - - - - O P O O P O

O O ATP AMP CH CH2 2 ++ O Mg O H H O- O- HH HH H OH + - H O P O P Pi nucleotide OH OH OH OH O O R-5-P PRPP synthetase PRPP ribose phosphate phosphoribosyl pyrophosphokinase PPP R-1-P pyrophosphate pentose phosphate pathway nucleotide , nucleic acid degradation

ปฏิกิริยานีเป็นขันตอนสําคัญในการควบคุมปริมาณของนิวคลีโอไทด์ทุกชนิด6 SALVAGE PATHWAY

nucleoside + Pi NMP , dNMP + Pi (ATP) NDP , dNDP + Pi (ATP) NTP , dNTP

nucleoside phosphorylase + R-1-P nucleoside + Pi Base + R-5-P (PRPP) NMP + PPi phosphoribosyl 7 Pure As Gold

CUT the Py

8 SALVAGE PATHWAY OF Adenine + R-1-P adenosine + Pi ATP AMP ATP ADP ATP ATP

Guanine + R-1-P guanosine + Pi GMP GDP GTP

Hypoxanthine + R-1-P inosine + Pi

IMP 9 SALVAGE PATHWAY OF PURINE

APRT Adenine + PRPP AMP + PPi

HGPRT Guanine + PRPP GMP + PPi

HGPRT + PRPP IMP + PPi

APRT - adenine phosphoribosyl transferase

HGPRT - hypoxanthine guanine phosphoribosyl transferase 10 APRT deficiency

adenine

8-hydroxyadenine

2,8 hydroxyadenine ตกตะกอน เกิดเป็นนิวในไต

การขาด APRT ทําให้ adenine ไม่ถูกนํากลับไปใช้ใหม่ เกิดการคังของสารจึงมี การสลายต่อโดย xanthine oxidase ได้เป็น 8-hydroxyadenine และเปลียนต่อเป็น 2, 8 dihydroxyadenine ซึงตกตะกอนเป็นนิวในทางเดินปัสสาวะได้ 11 HGPRT deficiency - Lesch-Nyhan Syndrome

การขาด HGPRT ทําให้เกิดโรคทางพันธุกรรมทีเรียกว่า Lesch-Nyhan syndrome (X-linked, recessive inherited disorder)12 DE NOVO SYNTHESIS OF PURINE

13 REGULATION OF PURINE SYNTHESIS

R-5-P + ATP ribose phosphate - Pu or Py nucleotides pyrophosphokinase + Pi amidophospho- PRPP ribosyltranferase - Pu nucleotides 5-phosphoribosylamine

IMP 14 aspartate IMP IMP-DH adenylosuccinate synthetase + XMP adenylosuccinate glutamine + GMP AMP

GDP ADP

GTP ATP

15 SOURCES OF PYRIMIDINE NUCLEUS

amide N of 4 glutamine C 3 N C 5 aspartic acid 2 C C 6 N 1 CO2

16 SALVAGE PATHWAY OF PYRIMIDINE NUCLEOTIDE

uridine kinase uridine + ATP UMP + ADP + ATP UDP + ADP + ATP UTP + ADP

uracil phosphoribosyl transferase PRPP UMP + PPi uracil + uridine phosphorylase ribose-1-P uridine + Pi

+ ATP UMP + ADP 17 nucleoside monophosphate kinase

UMP + ATP UDP + ADP

nucleoside diphosphate kinase UDP UTP + ADP + ATP

CTP synthetase UTP + glutamine CTP + glutamic acid + ATP

+ ADP + Pi + H2O

O NH2

HN N UTP CTP O N O N

P P P ribose P P P ribose 18 DE NOVO SYNTHESIS OF PYRIMIDINE

CO2 + glutamine + 2ATP CTP CPS II glu 2ADP+Pi O O ATP gln glu + - H N C O P O UTP 3 2ADP Asp - O Pi aspartate transcarbamoylase 2ATP COO- UMP OMP *decarboxylase CO2 NH2 CH2 - OMP C CH COO PPi* O N oratate phosphoribosyl H PRPP transferase O H2O O C C

NH2 CH2 DH NH C H - - C CH COO C C COO O N O N 19 H H orotate OROTIC ACIDURIA

การขาดเอนไซม์ orotate phosphoribosyl transferase และ/หรือ OMP decarboxylase ทําให้เกิดโรค orotic aciduria มี orotic acid ถูกขับออกมาในปัสสาวะมาก, เด็กจะไม่เจริญเติบโตเท่าทีควร และมีภาวะเลือดจางแบบ megaloblastic anemia

การรักษา :ให้ uridine และ cytidine อาการจะดีขึน uridine และ cytidine จะถูกเปลียนไปเป็น UTP และ CTP เพือใช้สําหรับเซลล์ทีกําลังเจริญเติบโต เช่นerythropoietic cells

20 REGULATION OF PYRIMIDINE SYNTHESIS

R-5-P Gln + CO2 + 2 ATP Pu - - UTP Py CPS II + PRPP nucleotides ATP PRPP carbamoyl phosphate ATCase - CTP OMP

UMP

CTP synthetase - CTP

CTP 21 BIOSYNTHESIS

P P + - P P ATP dATP

CH2 Base ribonucleotide CH2 Base O reductase O NDP dNDP OH OH OH H SH S thioredoxin thioredoxin SH S

thioredoxin reductase + + NADP NADPH + H 22 dUDP dTTP dCDP NH2 dUTP ADP H2O N PPi ATP dUMP O N dCMP + deoxyribose-5- P H2O dCTP + - NH dTTP O 4 dUMP HN 5 10 N ,N methylene THF (FH4)

O N DHF (FH2) deoxyribose-5- P O dTMP CH HN 3 ATP ADP dTDP O N ATP ADP 23 deoxyribose-5- P dTTP 24 CATABOLISM OF PURINE

NH2 N Adenosine N H O 2 OH NH3 Hypoxanthine OH * N N N N adenosine ribose N N Pi R-1-P deaminase N N N N * nucleoside O2 Inosine phosphorylase xanthine oxidase ribose H2O2 O OH

N H2O NH3 N NH N

N guanase HO N N Xanthine H2 N N H O2 xanthine oxidase H O Guanine 2 2 OH N N urine OH HO N N Uricase 25 ( ยกเว้นคน และลิง) (H2O soluble) (treatment of )

X.O. เป็น flavoprotein มี Fe++ และ Mo ในคนมีปริมาณสูงที และ small intestinal mucosa no activity in RBC , leukocytes 26 ENZYME IN PURINE CATABOLISM DEFICIENCY มีผลต่อ ribonucleoside diphosphate reductase ซึงทําหน้าทีสังเคราะห์สารต้น ของ DNA ทําให้มีผลต่อระบบภูมิคุ้มกัน ดังนี 1. การขาด purine nucleoside phosphorylase purine nucleoside (I , dI , G , dG) kinase

purine base dGMP

dGDP CDP - dCDP dGTP UDP dUDP

imbalance of dNTP มีผลต่อ T-lymphocyte

27 2. การขาด

adenosine + d-adenosine NH4 inosine d- inosine

IMP AMP d AMP

ADP d ADP

ATP d ATP - NDP d NDP มีผลทัง T-cell B-cell

severe combined immunodeficiency (SCID) 28 CATABOLISM OF PYRIMIDINE cytosine uracil thymine dihydropyrimidine dehydrogenase dihydrouracil dihydrothymine

β-ureidopropionic acid β-ureidobutyric acid

β-ureidopropionase β-alanine β-aminoisobutyric acid CH3 NH2 CH2 CH2 COOH NH2 CH2 CH COOH

anserine, carnosine succinyl CoA 29 Lead-induced erythrocyte pyrimidine- nucleotidase deficiency

ภาวะพิษจากตะกัวทําให้เกิด hemolytic anemia เข้าใจว่าเกิด จากมีการคังของ pyrimidine nucleotides เนืองจากตะกัวออกฤทธิ ยับยัง pyrimidine nucleotidase ในเม็ดเลือดแดง

30 สารยับยัง nucleic acid synthesis นํามาใช้รักษาโรคมะเร็ง 1. Glutamine analogs มีฤทธิขัดขวางปฏิกิริยาทีจําเป็นต้องใช้ glutamine

+ + N N CH (CH2) 2 CH COOH DON (6-diazo, 5-oxo-L- norleucine) O NH2 purine, pyrimidine synthesis IMP GMP 31 UTP CTP สารยับยัง nucleic acid synthesis นํามาใช้รักษาโรคมะเร็ง 2. Folic acid analogs (antifolates) aminopterin , amethopterin (methotrexate) ยับยังdihydrofolate reductase ซึงเปลียน dihydrofolate เป็น tetrahydrofolate ทําให้การสังเคราะห์ purine แบบ de novo ลดลง ยับยังการสังเคราะห์ IMP ยับยังการสังเคราะห์ dTMP จาก dUMP

32 สารยับยัง nucleic acid synthesis นํามาใช้รักษาโรคมะเร็ง 3. Purine and Pyrimidine analogs Purine analogs SH SH N N N N

N N N N H 6 -(6-MP) 6 -thioguanine

Pyrimidine analogs

O O O

F F N N N N

O N O N O N COOH H H H

5 –fluorouracil (5-FU) 5 –azauracil 5 –fluoroorotate 33 Antitumor drug in human

6 Mercaptopurine (6MP) HGPRT 6 mercaptopurine 6 MP + PRPP ribonucleoside 5' monophosphate

- Negative effector ของ aminophosphoribosyl transferase - ยับยัง IMP GMP (IMP-DH) IMP AMP (adenylosuccinate synthetase) X.O. 6 MP 6 - thiouric acid

 Allopurinol ซึงเป็น X.O. inhibitor จะ potentiate antitumor property ของ 6MP ( ‘.’ inhibit degradation ของ 6 MP โดย X.O.) 34 5 Fluorouracil (5 FU) PRPP 2 Pi F-UMP ATP ADP F-UDP F-dUDP F-UTP

Pi dUMP F-dUMP dTMP

X thymidylate synthase N5 N10 methylene Dihydrofolate H4 folate NADPH+H+ dihydrofolate methotrexate glycine X reductase aminopterin PLP + H4 folate NADP serine 35 สารยับยังการเจริญเติบโตของเซลล์

1. Hydroxyurea (HU) O - specific inhibition of DNA synthesis H2N C NHOH - little or no inhibition of RNA or protein synthesis - inhibitor of - clinical use : limited 2. Tiazofurin

tiazofurin adenine dinucleotide

X IMP dehydrogenase (rate limiting enzyme in GTP synthesis)

36 Purine and Pyrimidine analogs as Antiviral agents (control treatment)

1. Purine analog : Acyclovir (acycloguanosine) Herpes virus (HSV) HSV TK acycloguanosine acyclo GMP

acyclo GTP

Substrate for HSV-specific DNA polymerase

DNA chain termination 37 O 2. Pyrimidine analog HN CH3 O

CH O N HN 3 P P O P O O N De novo O HO TK dTMP thymidine dTMP dTDP dTTP DNA kinase OH O

HN CH3 chain termination upon incorporation into DNA O N

TK dTMP O HO AZT AZT-MP AZT-DP AZT-TP kinase (azidothymidine)) X ddI HIV DNA polymerase N 38 ddC 3 ddNTP – ขัดขวางการสังเคราะห์ phosphodiester bond ของ DNA Purine SYNTHESIS incorporates Ribose 5-phosphate atoms from PRPP Precursor molecules 5Phosphoribosyl glycinamine Glutamine Glycine N10-Formyl-THF Glutamine CO2 Aspartate N10-Formyl-THF

Inosine ATP ADP AMP 5monophosphate GMP GDP GTP (IMP) 39 A G DEGRADATION AMP GMP

Guanosine Adenosine Guanine Inosine Hypoxanthine Xanthine Uric acid (blood)

Uric acid (urine) 40 Purine synthesis as drug target Sulfonamides Trimethoprim Methotrexate () (humans) have have Antimicrobial Anticancer action action because because Inhibition of synthesis of THF leads to Inhibition of purine and thymine synthesis leads to Lack of DNA synthesis leads to Inhibition of cell division 41 Purine salvage pathways

Hypoxanthine PRPP PP IMP i Guanine PRPP PP GMP i Adenine Inherited deficiency PRPP in hypoxanthine guanine PPi phosphoribosyl transferase AMP leads to Lesch-Nyhan syndrome symptoms include Mental retardation Self-mutilation 42 Pyrimidine synthesis

2 ATP + CO2 + Glutamine Carbamoyl aspartate aspartate Carbamoyl aspartate Dihydroorotate orotate

Orotidine 5-monophosphate (OMP)

Uridine 5-monophosphate (UMP) Inherited deficiency in UMP synthesis UDP dUMP leads to dTMP

Orotic aciduria UTP CTP 43 most often caused by less often caused by Urate excretion Urate synthesis AMP GMP AMP GMP Guanosine Guanosine Guanine Adenosine Adenosine Guanine Inosine Inosine

Hypoxanthine Hypoxanthine Xanthine Allopurinol  Xanthine Uric acid (blood) Allopurinol  Uric acid (blood) Uric acid (urine) Uric acid (urine) 44