====== Pirimidin nukleotidok anyagcseréje, Biotranszformáció ======
  * 2012. 12. 04.
  * Előadó: Sasvári Márta

De novo szintézis, mentőreakciók, lebomlás alkotják a citozin és az uracil anyagcseréjének ciklusát [KoA szintézis az előadáson nem kerül feldolgozásra, de szükséges az ismerete!].

==== Bioszintézis (de novo) ====

**Kiindulási anyagok:** Asp, Gln, CO<sub>2</sub> + aktivált ribóz-foszfát - dihidro-orotsav keletkezik Asp, Gln (dezaminálódva), CO<sub>2</sub> reakciójából, majd mitokondriumban orotsav keletkezik. Mentő reakciók nukleozid szinten lépnek be - foszforilálás szükséges. 

  - CO<sub>2</sub> + Glu (ATP hasítása mellett) - //karbamil-foszfát// keletkezik (ornitinciklushoz hasonlít, de nem szabad ammónia felhasználása történik!). Enzime **karbamil-foszfát-szintetáz (citoplazmatikus)**, pyrimidin I-es tag, az elsőként működő komplex Py I-III-ig tartalmazza az elemeket. 
  - **Aszpartát-transzkarbamiláz** segítségével (Py II.) //karbamil-aszpartát// keletkezik (itt felhasználódik az aszpartát szénlánca is!).
  - **Dihidroorotáz enzimmel** (Py III.) vízkilépés, gyűrű bezáródik: //dihidroorotát// (H<sub>2</sub>OS) keletkezik - oxocsoportok kettős kötései a gyűrűbe léphetnek enol-oxo tautomériával.
  - Mitokondriumba lépve NAD<sup>+</sup> redukciója mellett //orotát// keletkezik **dihodroorotát dehidrogenáz** (Py IV.) enzim segítségével, NADH+H<sup>+</sup> termelés mellett. Szabad pirimidinbázis (és purinbázis) nincs a sejtben - ez is pirimidinsav! Először ribózfoszfát ráhelyezése:
  - PRPP - PP lehasad, **orotát-foszforiboziltranszferáz** (Py V.) segítségével //orotidilát (OMP)// keletkezik. 
  - **OMP dekarboxiláz** (Py VI.) dekarboxilálja az orotidilátot, savas jelleg megszűnik, //UMP// termék - Py V. és VI. egy komplexet alkot.
  - **UMP kinázzal** UMP - //UDP// (ATP hasítás!)
  - **Pirimidin-difoszfát kináz** UDP - //UTP// (CDP-it is átalakít!) (ATP hasítás!)
  - **CTP szintetáz**: UTP - //CTP// átalakulás - 2,4-dioxo-ból //2-oxo-4-amino// átalakulás glutamin (aszparaginsav lehetne még, de itt nem szerepel) segítségével ATP hasítása mellett. (ATP - ADP + P<sub>i</sub>) 

==== Bioszintézis szabályozása ====

  * __CAD komplex__: egyetlen polipeptidlánc, Py I-III. enzimeket tartalmazza, három aktív centrummal és számtalan allosztérikus hellyel rendelkezik. UTP gtolja (CTP nagyon kis koncentrációban fordul elő, általában nem szabályozó szerepű), PRPP és ATP aktivál. Szintén gátol a monofoszfát (mentő reakciókkal pirimidin lesz belőle!)
  * UMP az __UMP szintáz komlexet__ (Py V. VI.) gátolja.

=== Karbamil-foszfát-szintetáz izoenzimek összehasonlítása (CPSI és CPSII) ===
Táblázat az előadásból - ornitinciklus és pirimidinszintézis enzimei
 
==== Orotsavuria okai ====

Vízben jól oldódó intermedier - anyagcsere zavarát mutatja, ha szintje megnő. 
  * //UMP-szintáz hiány// (ekkor a mentőreakciók biztosítják az UMP szintet - uridint kell adni a betegnek)
  * //UMP-szintáz gátlása// - allopurinol kezelés (köszvény kezelésére - előző előadás) mellékhatásaként gátolja az UMP-szintázt, ezért uridin adása mellett kell alkalmazni a terápiát. 6-azauridin-kezelés (tumorellenes terápia) szintén gátolja az UMP szintézist - sejtosztódás gátlása. 
  * //Ornitin-transzkarbamiláz hiány:// karbamil-foszfát felszaporodása a mitokondriumban (orniticiklus!) - citoplazmába kicsorogva a pirimidinszintézist (CAD-komplex felhasználja) serkenti. Fő probléma: hiperammonaemia (idegrendszert károsítja!). Ezt okozhatja a karbamil-foszfátot készítő enzim hiánya is, de ha orotsavuria is jelen van, diagnosztikai segítség az enzimdefektus identifikálásában - ornitin-transzkarbaminláz hiány. 

==== Lebontás ====

Főként a //májban// zajlik le. 
  * UMP (TMP) és CMP-ből defoszforilálás (//5'nukleotidáz// nem specifikus) és nukleozid keletkezik (uridin [timidin] és citidin), ezek tovább bomolhatnak (vagy véráramba kerülnek). 
  * //Citidin-dezamináz// aminocsoportot hidrolítikusan lehasít - oxocsoport és NH3 keletkezik. 
  * Ribóz lehasítása: foszfát beépítésével történik, //uridin/timidin foszforilázzal// ribóz-1-foszfát keletkezik, mivel az 1. szénatom van glikozidos kötésben. 
  * //Dihidropirimidin dehidrogenáz// keletkezik NADH+H oxidációja mellett, dihidrouracil (dihidrotimidin) keletkezik - klinikai jelentőség: 5-ös szénatomon fluort tart. uracil kemoterápiás szer - DHP-DH hiány esetén az 5-fluoro-uracil metabolizmusa nem történik meg, túlságosan nagy dózist jelent a beteg szervezetének az átlagos dózis.
  * Gyűrű hasítása: dihidropirimidináz enzimmel, defektusa: H<sub>2</sub>-timin/H<sub>2</sub>-uracil uria (epilepszia mellett előfordulhat!) N-karbamil-béta-alanin keletkezik: 
  * Ureidopropionáz enzimmel béta-alanin, CO<sub>2</sub>, NH<sub>3</sub> keletkezik - béta-alanin KoA szintézis felé megy el. 

==== Mentőreakciók ====

Uridin és citidin foszforilálása szükséges - ATP hasítása mellett **uridin-citidin-kináz** //CMP//-t és //UMP-t// hoz létre. CMP //UMP//-vé alakul dezaminálással (CTP csak UTP-ből képződhet az aminocsoport áthelyezéssel) **citidilát-dezamináz** enzim segítségével, //ammónia// keletkezik. 

**Kemoterápiás szerek** a mentőreakciókon keresztül jutnak be a sejtekbe foszforilált formában és tudják gátolni a sejtosztódást a nukleinsavszintézis gátlása mellett. Uridin-citidin-kináz széles specifitású enzim, fontos a gyógyszerfejlesztés során, hogy az alkalmazni kívánt analógot is bevigye!
 
pl. **6-aza-uridin** - 6-aza UMP-vé alakul a mentőreakciók segítségével. UMP analóg, UMP-szintáz (**target**) gátlása, UTP/CTP hiányában DNS szintézist gátol - sejtosztódás gátlása. 

**Dezoxinukleozidok mentőreakciói:** dezoxicitidin-kináz (dCK), limfocitákban található - dezoxicitidin foszforilálása miatt kapta a nevet, de általánosan foszforilál, igen széles specifitás (dAde, dGua, dCit felhasználása, lényeg a dezoxi cukor). Monofoszfátok keletkezése - dAMP, dGMP, dCMP - belőle dUMP is keletkezhet, ez trifoszfáttá alakulva dTMP-t is hozhat létre, azaz a dCK enzim mindegyik nukleotid metabolizmusában szerepet játszik. 

//2-klór-dezoxi-adenozin, arabinozil-citozin// kemoterápiás szerek is szubsztrátjai a dCK enzimnek, 2-klór-dAMP (hajas sejtes leukémia gyógyszerének, a cladribinnek a hatóanyaga) és ara-CMP keletkezik. Hasonló kemoterápiás szer: //2', 3'-didezoxi-citidin// (kissejtes tüdőkarcinómában, DNS polimeráz is beépíti, de mivel nincs a harmadik szénatomon OH, nem épül tovább a lánc), //2'-dezoxi-2',2'-difluorcitidin//. 

**Antivirális nukleozid-analógok:** mentőreakciók nem alakítják át, így a vírusok nem kapnak nukleotidokat. Pl. Acyclovir, stavudine, Gancyclovir.
Timidin-kináz csak timidinnel működik és csak S fázisban van jelen - herpes simplex vírus dTK-ja kevésbé szubsztrátspecifikus, így a bevitt analógokat csak a vírusfertőzött sejtek használják és pusztulnak el. Génterápia: öngyilkos gén beépítése (vírus dTK gén), majd analóggal való kezelés - AIDS prevenciós lehetőségek, HIV vektorként, öngyilkos génnel ellátva, való alkalmazása (legyengített, elpusztított!) - fertőzés előtt kell kezelni!

====== Biotranszformáció I. ======
  * 2012. 12. 05.
  * Előadó: Csala Miklós

Szervezet a legtöbb metabolitot szintetizálni tudja, lebontani szintén - egyes intermedierek, termékek nem lebonthatók szintézisüket követően - nem esszenciálisak, nem lebonthatók, pl. koleszterin (epesavakként eliminálhatók a tápcsatornán keresztül), porfirinváz - hem

**Endobiotikumok:** szervezetben szintetizálódott (endogén) vegyületek, amely az intermedier anyagcserében nem lebonthatók, rendszerint hidrofób vegyületek, membránban és lipidcseppekben fel tudnak halmozódni. Felhalmozódva mérgezővé válhatnak! Pl. koleszterinek, hem, eikozanoidok, katekolaminok, szteroid hormonok

**Xenobiotikumok:** kívülről felvett (exogén, táplálékkal), hasonló sajátosságú vegyületek. Pl. növényi eredetű táplálék-összetevők, vegyszerek, tartósítószerek, gyógyszerek, környezetszennyező anyagok

**Biotranszformáció:** azon biokémiai reakciók és transzportfolyamatok összessége, amelyek az endo- és xenobiotikumok inaktiválásában, eliminálásában, kiürítésében szerepet játszanak. 

==== Biotranszformáció fázisai ====

  - endobiotikum (E-H), biológiailag aktív vegyület lehet, ált. alacsony polaritás (kevés heteroatom, funkciós csoport), alacsony vízoldékonyság - funkciós csoportot tartalmazó intermedier keletkezik az //előkészítő fázisban//, pl. E-OH
  - //konjugáció fázisa//: a funkciós csoportra valamilyen vegyület (Y) kapcsolódik, termék E-O-Y rendszerint inaktív, ez a konjugált végtermék a 
  - //kiürítés fázisában// az epébe, vizeletbe (emellett faggyúmirigyek váladékába, elhalt hámsejtekbe...) kerülve elhagyja a szervezetet

Endobiotikum általában nem ligand vagy hormon - előkészítő fázisban keletkező intermedier általában hormon hatású, vagy receptor ligand, magas vízoldékonyságú - aktívabb lehet, mint az eredeti endobiotikum, mérgezőbb hatású lehet a felhalmozódása!  
Xenobiotikumok magukban nem feltétlenül toxikusak, ált lipidoldékony vegyület, gyakran a funkciós csoporttal válik mérgezővé az anyag, a kopnjugált forma már általában nem mérgező és vízoldékony, eltávolítható

**Biotranszformáció:** átmenet a biológiai hatás kiváltása (jelátviteli utak a szabályozás számára, hormonok, neurotranszmitterek) és a biológiai hatás inaktiválása között (szintén a szabályozás fontos része). Jelmolekulák viszont nem csak saját szabályozási - védekezési funkcióval is keletkeznek (evolúciós hajtóerő - táplálékláncban kialakult endo- és xenobiotikumok kifejlesztése, eliminálása). 

==== Előkészítés - I. fázis ====

cél: funkciós csoportok (-OH, -NH<sub>2</sub>, -SH, -COO<sup>-</sup>
Főként redoxreakciók, oxidáció:
  - hidroxiláció
  - dezalkiláció (metil, etilcsoport lehasítása)
  - dezamináció
Redukció: azo-, nitro-, diszulfid redukció
Hidrolízis: konjugációra alkalmas funkciós csoportok felszabadítása (majd újrakonjugálása!): észterek (alkohol+karboxi), amidok (amino+karboxi)
//Enzimek:// monooxigenázok, dioxigenázok, dehidrogenázok (reduktáz funkcióval), hidrolázok - ált. O atom beépítése, nem H elvonás!

=== Példák az első fázis reakcióira, kevésbé jelentősek mennyiségi szempontból (képleteket NEM kell tudni!:) ===
  * Azo-redukció: pl. prontosil (gyógyszer), belőle szulfonamid keletkezik, ez lesz biológiailag aktív
  * Nitro-redukció: nitrobenzol (vegyipari intermedier) - anilin (rákkeltő, hólyagrákot okozhat) átalakulás, klóramfenikol (antibiotikum) átalakulás. Lényegük: NO<sub>2</sub> csoport NH<sub>2</sub> csoporttá alakul
  * Diszulfid redukció: Disulfiram (gyógyszer) - diszulfid híd mentén való kettéhasítással aktív molekulák
  * Egyéb redukciók: kettős kötés telítése, oxocsoport-hidroxilcsoport
  * Észterek hidrolízise: acetil-szalicilsavból acetát és szalicilsav keletkezik, mindkettő ciklooxigenáz gátlószer
  * Amidok hidrolízise: penicillinek két amidkötésének hidrolízise, ez inaktiválja a penicillinmolekulát (emberi szervezetben lebontás, antibiotikum-rezisztencia)

==== Monooxigenálás ====

Biotranszformáció első fázisa, legjelentősebb átalakulás
**Citokróm P450 enzimcsalád**
  * Pirosas-barna színű enzimek (fényelnyelési maximum 450 nm-nél) 
  * Hem prosztetikus csoport
  * Nem mindegyik monooxigenáz
  * Simafelszínű endoplazmás retikulumban lokalizált
  * NADPH-t használnak a monooxigenáláshoz
  * Széles szubsztrátskála (csekély specificitás), egy adott molekularészletre, funkciós csoportra és környékére specifikus enzimek, viszonylag "nyitott" aktív centrum - rengeteg xeno- és endobiotikum, nem alakulhatott ki mindegyikre specifikus enzim
  * Jelentős polimorfizmus: egyszerű genetikai eltérések egyének között (érzékeny pont)
  * Indukálhatóság - nem a már meglévő enzim aktivitását, hanem a mennyiségét szabályozó lépések, pl. transzkripció szintű szabályozás, degradáció szabályozás. Nagyobb mennyiségű xenobiotikum bejutása során mennyiségük nagyságrendekkel megemelkedhet. 

**P450 reduktáz működése: **
Simafelszínű endoplazmatikus retikulum membránjában is található egy rövid mikroszomális (ER lokalizált) légzési lánc - hasonlít a mitokondriálishoz

NADPH elektront ad a láncnak, flavoproteinekre kerül: FAD - FMN - hem (ez már a P450 reduktáz-ban), majd az elektronok oxigénre kerülnek. Mitokondriumban molekuláris oxigénre kerülnek az elektronok, cél a víz létrehozása - mikroszomális légzési láncban csak az egyik O atom redukálódik vízzé, a másik egy szerves vegyületbe köt! R-H - R-OH átalakulás O<sub>2</sub> - H<sub>2</sub>O átalakulás mellett, ez a citokróm P450 monooxigenáz által zajlik le (CypP450) - hem prosztetikus csoport köti az oxigént, majd adja tovább
Endoplazmás retikulum felszínén történik, citoplazmatikus NADPH felhasználása, szubsztrátok általában a membránban lokalizált (nem eléggé hidrofil a citoplazmai megjelenéshez), termék már lehet citoplazmában "oldott".

** Monooxigenálás az endo- és xenobiotikumokban:** 
  * Benzol - fenol átalakulás (hidroxilcsoport, leggyakoribb)
  * Benzpirén (koromban) - benzpirén-7,8-epoxid (epoxidcsoport - rákkeltő)
  * Fenacetin (gyógyszer), monooxigenálással félacetál keletkezik - acetaminofen (hatóanyag) + acetaldehid (dezalkilálás monooxigenáláson keresztül)