Purinemetabolisme: 7 feiten voor menselijke fysiologie

Inhoud

• Purine-nucleotidecyclus
• Afbraak van purine
• Purine aminozuur
• Purine tafel
• Purine naar purinemutatie
• Stoornis van het purinemetabolisme
• Purine-DNA
• Conclusies
• Veelgestelde vragen

Lees details over Purine structuur en ook Lees meer over Purine Voorbeelden

Purine-nucleotidecyclus

Het is een metabolische route die (IMP) inosinemonofosfaat en aspartaat gebruikt om fumaraat en ammoniak te produceren. de purine nucleotidecyclus reguleert adenine nucleotide niveaus en bevordert de afgifte van aminozuren en ammoniak. De purine-nucleotidecyclus werd voor het eerst verklaard door John Lowenstein vanwege zijn rol in glycolyse, de cyclus van Kreb en aminozuurkatabolisme.

De purine nucleotide cyclus heeft drie door enzymen gekatalyseerde basistrappen.

Stap 1: Het purinenucleotide (bijv. AMP; adenosinemonofosfaat) ondergaat een deamineringsreactie om (IMP) inosinemonofosfaat te produceren. Deze reactie vindt plaats in aanwezigheid van een enzym genaamd AMP-deaminase.

AMP + H2O -> IMP + NH4⁺

Stap 2: Het IMP (inosine monofosfaat) gevormd in de vorige stap combineert met aspartaat om adenylosuccinaat te vormen. Deze stap gaat ten koste van energie (GTP). Het enzym adenylosuccinaatsynthase katalyseert deze stap.

Aspartaat + IMP + GTP -> Adenylosuccinaat + GDP + Pi (anorganisch fosfaat)

Stap 3: Het in stap 2 gevormde adenylosuccinaat wordt afgebroken tot adenosinemonofosfaat (AMP; het substraat van stap 1) en fumaraat. Deze stap wordt gekatalyseerd door de enzym bekend als adenylosuccinaatlyase.

Belangrijke opmerking: De fumaraat gevormd in deze stap wordt vaak gebruikt door tumor / kanker cellen in plaats van zuurstof als terminale elektronenacceptor.

Adenylosuccinaat -> Fumaraat + AMP

Afbraak van purine

In ons lichaam worden purines continu gesynthetiseerd en afgebroken via de verschillende biochemische routes. Afbraak van purine vindt plaats in een meerstappenproces:

Stap 1: Nucleïnezuren worden verteerd om mononucleotiden (monomere purines) te produceren. De enzymen die dit type reactie katalyseren, staan ​​bekend als nucleasen. 

DNA / RNA (met gebonden purines) -> Mononucleotiden (een eenzame en monomere vorm van purine

Stap 2: mononucleotiden worden omgezet in nucleotiden zoals AMP (Adenosine monofosfaat). Deze reactie vindt plaats in een enzym dat bekend staat als 5 ′ nucleotidase. 

Mononucleotiden -> Nucleotiden

Stap 3: Nucleotiden worden vervolgens omgezet in vrije stikstofbasen in aanwezigheid van enzym nucleoside fosforylase.

Nucleotiden -> Gratis stikstofbasen.

Purine aminozuur

De vrije stikstofhoudende basen die tijdens de afbraakstap van purine worden gevormd, ondergaan vervolgens het deamineringsproces om xanthine en hypoxanthine te vormen in een reeks biochemische reacties. Deze xanthine en hypoxanthine zijn algemeen bekend als purine aminozuren​ Later worden deze purine-aminozuren omgezet in urinezuur en verder omgezet in ureum. De volledige afbraakroute van purine bestaat uit de volgende stappen:

Stap 1: Omzetting van AMP (adenosinemonofosfaat) in inosine

Deze conversie kan worden voltooid met twee mogelijke paden in het lichaam.

Traject 1: AMP wordt omgezet in IMP (Inosine monofosfaat) door het enzym AMP aminohydrolase. Later wordt dit IMP omgezet in Inosine door het 5'-nucleosidase-enzym.

AMP–> IMP -> Inosine

Traject 2: AMP wordt omgezet in adenosine door enzym 5'-nucleotidase. Adenosine wordt vervolgens omgezet in Inosine door de werking van het enzym Adenosine deaminase.

AMP -> Adenosine -> Inosine

Stap 2: omzetting van Inosine in Hypoxanthine. Het enzym nucleoside fosforylase katalyseert deze reactie. 

Inosine -> Hypoxanthine

Stap 3: Omzetting van hypoxanthine in xanthine. Deze reactie wordt gekatalyseerd door het enzym Xanthine Oxidase.

Hypoxanthine -> Xanthine

Stap 4: Omzetting van xanthine in urinezuur. Deze reactie wordt ook gekatalyseerd door het enzym Xanthine Oxidase. Deze enzym is aanwezig in de meeste dieren weefsels, maar het is in de hoogste hoeveelheid aanwezig in de lever.

Xanthine -> Urinezuur

Stap 5: Omzetting van urinezuur in allantoïne. Deze reactie wordt gekatalyseerd door het enzym Uricase. Uricase is niet in elk weefsel van het lichaam aanwezig.

Urinezuur -> Allantoïne

Dit allantoïne kan verder worden omgezet in ureum door het volgende proces:

Allantoïne -> Allantoïszuur -> Glyoxylzuur -> Ureum

Purine tafel

De purinetabel geeft informatie over het totaal purine inhoud in een voedselsubstantie. Het totale purinegehalte wordt over het algemeen vermeld in mg geproduceerde urinezuur per 100 gram voedingsstof.

Purine naar purinemutatie

Wanneer een purinenucleotide wordt verdrongen of vervangen door een ander purinenucleotide in een DNA-streng, bijvoorbeeld als adenine wordt vervangen door guanine (A -> G) of guanine wordt vervangen door adenine (G -> A). Dit fenomeen wordt purine tot purine genoemd mutatie​ Het zal veel nauwkeuriger zijn om te zeggen dat het een purine is voor purine overgang​ Hoewel dergelijke overgangen ook voorkomen in pyrimidines, zal dit fenomeen bekend staan ​​als pyrimidine naar pyrimidine mutatie / overgang wanneer thymine wordt vervangen door cytosine (T -> C) of een cytosine wordt vervangen door thymine (C -> T). Over het algemeen zijn 2/3 van alle (SNP's) enkelvoudige nucleotidepolymorfismen overgangen.

De belangrijkste oorzaken van dergelijke overgangen zijn tautomerisatie en oxidatieve deaminering. De mogelijkheid van overgang in 5-methylcytosine is bijvoorbeeld meer dan in het ongemethyleerde cytosine, omdat de kans groter is dat 5-methylcytosine spontane oxidatieve deaminering ondergaat. 

Een ander fenomeen dat bekend staat als transversie vindt plaats in het DNA. Bij dit fenomeen kan een purine worden vervangen door pyrimidine en vice versa. Bijvoorbeeld, een adenine kan worden vervangen door thymine of cytosine. Overgangen komen vaker voor in het genoom in vergelijking met transversie.

Stoornis van het purinemetabolisme

Zoals we in het artikel hebben besproken dat de purines en hun derivaten een sleutelrol spelen in verschillende biochemische routes en processen zoals celsignalering, cellulaire ademhaling, eiwitsynthese en DNA/RNA-productie. Stoornissen en tekorten in de purineproductie leiden tot verschillende stofwisselingsstoornissen zoals:

Adenosine-deaminasedeficiëntie: Adenosinedeaminase is het enzym dat betrokken is bij het omzetten van adenosine in inosine en deoxyadenosine in deoxyinosine. Het tekort aan adenosinedeaminase veroorzaakt adenosineretentie in het lichaam in grotere hoeveelheden. Als gevolg hiervan zetten de kinasen die in de cel aanwezig zijn deze overtollige adenosine om in deoxyribonucleotide (dATP) en ribonucleotide (ATP). Verhoogde dATP-spiegels remmen het enzym ribonucleotide-reductase, wat uiteindelijk resulteert in een lagere productie van deoxyribonucleotiden en daardoor de DNA-replicatieproces. Immuuncellen hebben meer kans om aangetast te worden door adenosinedeaminasedeficiëntie, en daarom compromitteert het de immuniteit van ons lichaam en maakt het individu immuundeficiënt.

Purine nucleoside fosforylasedeficiëntie: Het is een uiterst ongebruikelijke autosomaal recessieve aandoening voor het gen dat codeert voor het enzym purine nucleoside fosforylase. De deficiëntie van dit enzym veroorzaakt T-celdisfuncties, ongunstige neurologische aandoeningen en immunodeficiëntie. Een meerderheid van de individuen ontwikkelt ook ataxie en ontwikkelingsachterstand.

Myoadenylaat-deaminasedeficiëntie: de omzetting van AMP in inosine en ammoniak vindt plaats in aanwezigheid van een enzym dat bekend staat als myoadenylaat-deaminase. Dit tekort heeft geen specifieke symptomen, maar wordt herkend en gediagnosticeerd door frequente spierkrampen tijdens inspanning. De frequentie van krampen verschilt van persoon tot persoon vanwege variaties in de spierfenotypes van verschillende individuen. 

Purine-DNA

In het universele genetische systeem is een purine altijd basenparen met pyrimidine. Toch hebben wetenschappers onder uitzonderlijke omstandigheden ook verschillende derivaten van purines gevonden die met elkaar zijn gepaard om korte DNA-helices te vormen. Guanine en 2,6-diaminopurine kunnen bijvoorbeeld paren met isoguanine en xanthine. 

Conclusies

In dit artikel over het purinemetabolisme hebben we gesproken over de belangrijke aspecten van het metabolisme van purines, hun voorlopers en afbraakproducten. Voor meer informatie over purines klik hier

Veelgestelde vragen

V1. hoe purinenucleotiden worden afgebroken

Antwoord: Purines worden afgebroken in een biochemische route die de volgende basisstappen bevat:

Stap 1: 

AMP (Adenosine monofosfaat) -> Adenosine

GMP (Guanosinemonofosfaat) -> Guanosine

Stap 2: 

Adenosine -> Hypoxanthine (keto-vorm)

Guanosine -> Guanine

Stap 3: 

Hypoxanthine -> Xanthine

Guanine -> Xanthine

Nu daarna zijn alle stappen gebruikelijk.

Stap 4:

Xanthine -> Urinezuur

Stap 5:

Urinezuur -> Ureum / Allantoïne / Ureum / Ammoniumionen

Q2. Is soja-eiwitpoeder rijk aan purine?

Antwoord: Soja-eiwit (verkregen uit sojabonen, botanische naam: Glycinemax) wordt beschouwd als een complete eiwitbron omdat het elk essentieel aminozuur in aanzienlijke hoeveelheden bevat. Essentiële aminozuren zijn nodig voor de normale groei en ontwikkeling van kinderen en zuigelingen. Het soja-eiwitpoeder heeft voedingsstoffen die sterk lijken op de voedingsstoffen van melk.

Soja-eiwitten zijn vrij van cholesterol, verzadigde vetten en het totale vetgehalte is veel lager. Soja-eiwitten worden meestal ingenomen als voedingssupplementen om de nutriëntendichtheid van het dieet te verhogen.

Soja-eiwitten vallen onder de categorie voedingsmiddelen die matig purine bevatten. Het bevat 190 mg urinezuur / 100 g voedingsstof (standaardeenheid om het purinegehalte te meten).

Q3. Voorbeeld van purinerijk voedsel -

Antwoord: Purines-rijk voedsel is zoals linzen, bonen, bloemkool, groene erwten, spinazie, champignons, asperges, sardines, lamsvlees, varkensvlees, rundvlees, dal, bonen, enz. 

V4. Waarom wordt hydroxyurea vermeld als remmend voor zowel pyrimidine- als purinesynthese?

Antwoord: Hydroxyurea remt de snelheidsbeperkende stap van de de novo purine- en pyrimidinebiosynthese door een sleutelenzym te remmen dat bekend staat als ribonucleotidereductase. 

V5. Hoe worden de atomen genummerd in purine en pyrimidine?

Antwoord: Atomen in purine en pyrimidine zijn op deze manier genummerd.

Lees ook:

• Hebben eubacteriën een celwand?
• Hebben mensen dierlijke cellen?
• Hebben mensen plantencellen?
• Voorbeelden van ontbindende bacteriën
• Medusozoa-kenmerken
• Soorten zeespinnen
• Voorbeelden van symbiotische schimmels
• Onverzadigd vetzuur
• DNA-supercoiling essentieel mechanisme voor DNA-verpakking
• Meerdere allelen voorbeeld

Dr Abdullah Arsalan

Ik ben Abdullah Arsalan, heb mijn doctoraat in de biotechnologie afgerond. Ik heb 7 jaar onderzoekservaring. Ik heb tot nu toe zes artikelen gepubliceerd in tijdschriften met een internationale reputatie met een gemiddelde impactfactor van 6, en er zijn er nog een paar in behandeling. Ik heb onderzoekspapers gepresenteerd op verschillende nationale en internationale conferenties. Mijn interessegebied is biotechnologie en biochemie met speciale nadruk op eiwitchemie, enzymologie, immunologie, biofysische technieken en moleculaire biologie.