• 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!].

Kiindulási anyagok: Asp, Gln, CO₂ + aktivált ribóz-foszfát - dihidro-orotsav keletkezik Asp, Gln (dezaminálódva), CO₂ reakciójából, majd mitokondriumban orotsav keletkezik. Mentő reakciók nukleozid szinten lépnek be - foszforilálás szükséges.

1. CO₂ + 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.
2. Aszpartát-transzkarbamiláz segítségével (Py II.) karbamil-aszpartát keletkezik (itt felhasználódik az aszpartát szénlánca is!).
3. Dihidroorotáz enzimmel (Py III.) vízkilépés, gyűrű bezáródik: dihidroorotát (H₂OS) keletkezik - oxocsoportok kettős kötései a gyűrűbe léphetnek enol-oxo tautomériával.
4. Mitokondriumba lépve NAD⁺ redukciója mellett orotát keletkezik dihodroorotát dehidrogenáz (Py IV.) enzim segítségével, NADH+H⁺ termelés mellett. Szabad pirimidinbázis (és purinbázis) nincs a sejtben - ez is pirimidinsav! Először ribózfoszfát ráhelyezése:
5. PRPP - PP lehasad, orotát-foszforiboziltranszferáz (Py V.) segítségével orotidilát (OMP) keletkezik.
6. OMP dekarboxiláz (Py VI.) dekarboxilálja az orotidilátot, savas jelleg megszűnik, UMP termék - Py V. és VI. egy komplexet alkot.
7. UMP kinázzal UMP - UDP (ATP hasítás!)
8. Pirimidin-difoszfát kináz UDP - UTP (CDP-it is átalakít!) (ATP hasítás!)
9. 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_i)

• 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.

Táblázat az előadásból - ornitinciklus és pirimidinszintézis enzimei

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.

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: H₂-timin/H₂-uracil uria (epilepszia mellett előfordulhat!) N-karbamil-béta-alanin keletkezik:
• Ureidopropionáz enzimmel béta-alanin, CO₂, NH₃ keletkezik - béta-alanin KoA szintézis felé megy el.

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!

• 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.

1. 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
2. konjugáció fázisa: a funkciós csoportra valamilyen vegyület (Y) kapcsolódik, termék E-O-Y rendszerint inaktív, ez a konjugált végtermék a
3. 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).

cél: funkciós csoportok (-OH, -NH₂, -SH, -COO^- Főként redoxreakciók, oxidáció:

1. hidroxiláció
2. dezalkiláció (metil, etilcsoport lehasítása)
3. 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!

• 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: NO₂ csoport NH₂ 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)

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 O₂ - H₂O 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)