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2024-11-15T15:36:35Z

Genomische Organisation in verschiedenen Spezies: BKS-Link entfernt - keine Entsprechung

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{{Infobox GO-Terminus
| Typ = P
| GO = 0006189
| Eltern = Synthese von [[Inosinmonophosphat|IMP]]
}}
Die '''Purinbiosynthese''' (genauer: '''IMP-''de novo''-Synthese''') ist der [[Stoffwechselweg]], der alle [[Lebewesen]] dazu befähigt, [[Purine]] aus einfachen Ausgangsstoffen herzustellen. Purine haben eine überragende Bedeutung als Bestandteil der [[Erbinformation]], als Energieträger ([[Adenosintriphosphat|ATP]]) und als Basis für die Synthese weiterer wichtiger Stoffe.

[[Datei:Purine-de-novo.svg|miniatur|200px|right|Flussdiagramm der De-novo-Biosynthese der Purine]]
Die Purine werden im Organismus nicht als freie Moleküle [[Synthese (Chemie)|synthetisiert]], sondern stets als [[Nukleotide]]. Ausgangspunkt der Purinsynthese ist das [[Ribose-5-phosphat|α-D-Ribose-5-phosphat]], ein Zwischenprodukt des [[Pentosephosphatzyklus]]. Das Endprodukt nach elf Schritten ist das [[Inosinmonophosphat]] (IMP), das Nukleotid des [[Hypoxanthin]]s, welches in weiteren Schritten zu den Nukleotiden des [[Xanthinosin]]s, [[Adenosin]]s oder [[Guanosin]]s umgebaut wird.

Die Purinsynthese findet beim Menschen in allen [[Zelltyp]]en statt, die einen aktiven [[Zellkern]] haben.

== Übersicht ==
Das Grundgerüst des [[Purin]]s wird schrittweise aufgebaut, wobei verschiedene Moleküle die einzelnen Bestandteile liefern:

:[[Datei:Purin Zusammensetzung.svg|400px|Edukte der De-novo-Biosynthese von Purin]]

== Genomische Organisation in verschiedenen Spezies ==
Der Ablauf und die Gene der ''de novo''-Synthese sind [[Konservierung#Evolution|hochkonserviert]].<ref>Wagner, K. G. & Backer, A. I. (1992). ''Dynamics of nucleotides in plants studied on a cellular basis''. Int. ''Rev. Cytol''. 134, 184</ref> Obwohl die ''de novo''-Synthese quasi ubiquitär ist, gibt es zwischen den Arten doch Unterschiede in der Organisation der Enzyme und der dafür [[genetischer Code|codierenden]] [[Gen]]e. Die Zahl der Gene, welche an den zehn enzymatischen Schritten beteiligt sind, nimmt von [[Prokaryoten]] zu [[Eukaryoten]] ab, jedoch nimmt die Komplexität der Enzyme in gleicher Weise zu. Es bilden sich sogenannte [[Clustergen]]e, die für [[Multifunktionelles Enzym|multifunktionelle Enzyme]] codieren.

Beim Menschen sind die katalytischen Domänen der Einzelschritte (2,5,3), (6,7) und (9,10) jeweils auf einem Protein zu finden (PRPP-Synthese zählt als Schritt Null).

== Einzelschritte und Zwischenprodukte ==
=== PRPP ===
[[Datei:Alpha-D-Ribose-5-phosphat.svg|140px|Ribose-5-phosphat]] + '''ATP'''   <math>\rightleftharpoons</math>   [[Datei:Alpha-D-5-Phosphoribosyl-1-pyrophosphat.svg|200px|PRPP]] + '''AMP'''

α-D-Ribose-5-phosphat wird mittels der ''[[Ribosephosphat-Diphosphokinase]]'' zu [[Phosphoribosylpyrophosphat|α-D-5-Phosphoribosyl-1-pyrophosphat]] (PRPP) umgesetzt.

=== PRA ===
[[Datei:Alpha-D-5-Phosphoribosyl-1-pyrophosphat.svg|175px|PRPP]] + [[Datei:L-Glutamin phys.svg|130px|Glutamin]] + H2O   <math>\rightleftharpoons</math> [[Datei:5-Phosphoribosylamin.svg|130px|PRA]] + [[Datei:L-Glutamins%C3%A4ure phys.svg|125px|Glutamat]] + PPi

Aus PRPP und [[Glutamin]] entsteht 5-[[Phosphoribosylamin]] (PRA) und [[Glutamate|Glutamat]], mithilfe der ''[[Amidophosphoribosyltransferase]]''. Dieser Reaktionsschritt ist festlegend, das heißt, aus den Produkten dieser und der nächsten Reaktionen kann von nun an nur noch IMP hergestellt werden.

Die im Gleichgewicht befindliche Reaktion wird durch [[Hydrolyse]] des [[Diphosphat]]s stark nach rechts verschoben. Als [[Hemmstoff]]e fungieren [[Inosinmonophosphat|IMP]], [[Guanosinmonophosphat|GMP]] und [[Adenosinmonophosphat|AMP]].<ref>Jassal/reactome: [https://reactome.org/content/detail/R-HSA-73815 ''5-phospho-alpha-D-ribose 1-diphosphate (PRPP) + H2O + L-glutamine <=> 5-phosphoribosylamine + L-glutamate + pyrophosphate'']</ref>

=== GAR ===
[[Datei:5-Phosphoribosylamin.svg|130px|PRA]] + [[Datei:Glycin phys.svg|50px|Glycin]] + '''ATP'''  <math>\longrightarrow</math>  [[Datei:Glycinamidribonucleotid.svg|150px|GAR]] + '''ADP''' + Pi

Die ''Phosphoribosylamin-Glycin-Ligase''-[[Proteindomäne|Domäne]] des [[trifunktionelles Purinsyntheseprotein|trifunktionellen Purinsyntheseproteins]] erleichtert die [[Additionsreaktion|Addition]] von [[Glycin]] an 5-Phosphoribosylamin (PRA) zu Glycinamidribonukleotid (GAR).

=== FGAR ===
[[Datei:Glycinamidribonucleotid.svg|150px|GAR]] + 10-Formyl-'''THF'''  <math>\longrightarrow</math>  [[Datei:Formylglycinamidribonucleotid.svg|150px|FGAR]] + '''THF'''

Die ''Phosphoribosylglycinamid-Formyltransferase''-Domäne (GART) des trifunktionellen Purinsyntheseproteins katalysiert die [[Formylierung]] von Glycinamidribonukleotid (GAR) zu Formylglycinamidribonukleotid (FGAR) mittels [[Tetrahydrofolsäure|Formyltetrahydrofolat]].

=== FGAM ===
[[Datei:Formylglycinamidribonucleotid.svg|130px|FGAR]] + [[Datei:L-Glutamin phys.svg|120px|Glutamin]] + '''ATP''' + H2O  <math>\longrightarrow</math>  [[Datei:Formylglycinamidinribonucleotid.svg|140px|FGAM]] + [[Datei:L-Glutamins%C3%A4ure phys.svg|110px|Glutamat]] + '''ADP''' + Pi

Phosphoribosylformylglycinamid (FGAR) und [[Glutamin]] werden zu Phosphoribosylformylglycinamidin (FGAM) und [[Glutaminsäure]] umgesetzt. Katalysierendes Enzym ist die ''[[FGAM-Synthase]]''.

=== AIR ===
[[Datei:Formylglycinamidinribonucleotid.svg|160px|FGAM]] + '''ATP'''  <math>\longrightarrow</math>  [[Datei:5-Aminoimidazolribonucleotid.svg|165px|AIR]] + '''ADP''' + Pi + H2O

Die ''Phosphoribosylformylglycinamidin-Cyclo-Ligase''-Domäne des trifunktionellen Purinsyntheseproteins cyclisiert Formylglycinamidinribonukleotid (FGAM) zu 5-Aminoimidazolribonukleotid (AIR).

=== CAIR ===
[[Datei:5-Aminoimidazolribonucleotid.svg|165px|AIR]] + CO2  <math>\longrightarrow</math>  [[Datei:5-Aminoimidazol-4-carboxylatribonucleotid.svg|170px|CAIR]]

5-Aminoimidazolribonukleotid (AIR) wird mittels der ''Phosphoribosylaminoimidazol-Carboxylase''-Domäne (AIRC) von [[ADE2]] zu 5-Aminoimidazol-4-carboxylatribonucleotid (CAIR) carboxyliert.

=== SAICAR ===
[[Datei:5-Aminoimidazol-4-carboxylatribonucleotid.svg|170px|CAIR]] + [[Datei:L-Asparagins%C3%A4ure phys.svg|100px|Aspartat]] + '''ATP'''  <math>\longrightarrow</math>  [[Datei:5-Aminoimidazol-4-N-succinocarboxamidribonucleotid.svg|225px|SAICAR]] + '''ADP''' + Pi

CAIR und Asparaginsäure werden ligiert, mit Verbrauch von ATP, katalysiert von der ''SAICAR-Synthase''-Domäne von [[ADE2]].

=== AICAR ===
[[Datei:5-Aminoimidazol-4-N-succinocarboxamidribonucleotid.svg|225px|SAICAR]]  <math>\rightleftharpoons</math>  [[Datei:5-Aminoimidazol-4-carboxamidribonucleotid.svg|180px|AICAR]] + [[Datei:Fumarat.svg|120px|Fumarat]]

Von SAICAR wird Fumarat abgespaltet, AICAR entsteht mittels der ''[[Adenylosuccinat-Lyase]]''.

=== FAICAR ===
[[Datei:5-Aminoimidazol-4-carboxamidribonucleotid.svg|180px|AICAR]] + 10-Formyl-'''THF'''  <math>\longrightarrow</math>  [[Datei:5-Formamidoimidazol-4-carboxamidribonucleotid.svg|185px|FAICAR]] + '''THF'''

AICAR wird zu FAICAR formyliert. Katalysator ist die ''AICAR-Formyltransferase''-Domäne des [[Bifunktionelles Purinsyntheseprotein|bifunktionellen Purinsyntheseproteins]].

=== IMP ===
[[Datei:5-Formamidoimidazol-4-carboxamidribonucleotid.svg|185px|FAICAR]]  <math>\rightleftharpoons</math>  [[Datei:Inosinmonophosphat.svg|180px|IMP]] + H2O

FAICAR cyclisiert unter Wasserabspaltung zu IMP mittels der ''IMP-Cyclohydrolase''-Domäne des bifunktionellen Purinsyntheseproteins.

== Pathologie ==
Beim Menschen sind mehrere [[Mutation]]en in Genen bekannt, die für Enzyme der Purinsynthese [[Genetischer Code|codieren]] und zu seltenen erblichen [[Stoffwechselkrankheit]]en führen können:

Mutationen im ''PRPS1''-Gen der Ribosephosphat-Diphosphokinase können zu einer Überaktivität des Enzyms, und diese zu erhöhtem erblichem Risiko für [[Gicht]] führen. Andere ''PRPS1''-Mutationen verringern die Enzymaktivität und sind die Ursache für das so genannte [[Rosenberg-Chutorian-Syndrom]] und eine Form der [[Gehörlosigkeit]] (ARTS).<ref>{{UniProt|P60891}}</ref><ref>{{Orphanet|ID=1187 |Name=Letale Ataxie mit Schwerhörigkeit und Optikusatrophie |Abruf=}}</ref>

Mutationen im ''ADSL''-Gen der Adenylosuccinat-Lyase sind für [[Adenylosuccinat-Lyase-Mangel]] verantwortlich, eine seltene Erbkrankheit.<ref>{{Orphanet |ID=46 |Name=Adenylosuccinat-Lyase-Mangel |Abruf= }}</ref>

Mutationen im ''ATIC''-Gen des bifunktionellen Purinsyntheseproteins können die sehr seltene schwere [[AICA-Ribosidurie]] verursachen.<ref>{{Orphanet|ID=250977 |Name=AICA-Ribosidurie |Abruf=}}</ref>

== Einzelnachweise ==
<references/>

== Weblinks ==
{{Wikibooks|Biochemie und Pathobiochemie: Purin-Stoffwechsel|Purin-Stoffwechsel}}

[[Kategorie:Stoffwechselweg]]

Purinbiosynthese - Versionsgeschichte

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