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Bausteine der Nucleinsäuren

Die Biosynthese des Purinsystems

Abb.1
Der Aufbau der Purinbase

Die Biosynthese der Purinbasen setzt an der aktivierten Zuckerkomponente 5-Phosphoriboyl-α-pyrophosphat (PRPP) an. An die C1-Position des Zuckers wird, durch Kombination verschiedener Bausteine, die Base Hypoxanthin geknüpft. Die entstehende Einheit von Hypoxanthin und Zuckerrest wird als Inosin-monophosphat (IMP) bezeichnet

Zwei weitere Biosyntheseschritte umfassen die Umwandlung des IMP zu den Endprodukten Adenin bzw. Guanin. Einleitend vermittelt das Enzym Amidophosphoribosyl-Transferase die Substitution der Pyrophosphat-Gruppe durch eine von Glutamin übertragene Amino-Gruppe. Unter Inversion der Ribose-Konfiguration am C1 entsteht β-5-Phosphoribosylamin. Die Hydrolyse des hier freiwerdenden Pyrophosphats liefert die nötige Energie.

Der dritte Reaktionsschritt beschreibt die unter ATP-Verbrauch ablaufende Anbindung von Glycin an die nun am C1 befindliche Amino-Gruppe. Das zur Bildung von Glycinamidribotid (GAR) notwendige Enzym heißt GAR-Synthetase.

In der folgenden Reaktion bewirkt der Formyl-Donor N10-Formyl-tetrahydrofolat unter katalytischer Hilfe der GAR-Transformase die Formylierung der α-Amino-Gruppe, wobei Formylglycinamidinribotid (FGAR) entsteht.

Im fünften Reaktionsschritt wird FGAR zu Formylglycerinamidribotid (FGAM) umgesetzt. Unter ATP-Verbrauch treibt das Enzym FGAM-Synthetase das Ersetzen des Carboxamid-Sauerstoffs durch eine Imino-Gruppe an, welche durch ein weiteres Glutamin-Molekül angeliefert wird.

Der Ringschluss des Purin-Imidazol-Rings und somit die Bildung von 5-Aminoimidazolribotid (AIR) benötigt ATP und erfolgt mithilfe der AIR-Synthetase über eine intramolekulare Kondensation. Jetzt findet die Carboxylierung des Imidazol-Rings unter CO2-Verbrauch statt. Diese endergonische Reaktion wird durch die AIR-Carboxylase katalysiert. Noch wichtiger für den Ablauf ist aber, dass das Produkt Carboxyaminoimidazolribotid in der Folgereaktion umgesetzt und somit das Gleichgewicht zugunsten des Produkts verschoben wird. Im achten Reaktionsschritt findet eine amidbildende Kondensation statt. Hier wird unter ATP-Verbrauch der Amino-Gruppen-Donor Aspartat durch die so genannte SACAIR-Synthetase an die zuvor angeknüpfte Carboxy-Gruppe gebunden.

Die Abkürzung SACAIR entstammt dem Produkt 5-Aminoimidazol-4-(N-succinylcarboxamid)-ribotid. Von diesem wird im Folgeschritt die Verbindung Furamat durch die Adenylsuccinat-Lyase eliminiert. Es entsteht 5-Aminoimidazol-4-carboxamidribotid (AICAR). Im nächsten Biosyntheseschritt wird das letzte Atom des Rings eingebaut, wobei die ACAIR-Transformylase die Reaktion katalysiert und das N10-Formyl-tetrahydrofolat als Formaldehyd-Donor fungiert. Vom Produkt 5-Formaminoimidazol-4-carboxamid-ribotid (FACAIR) wird durch die IMP-Cyclohydrolase Wasser abgespalten. Unter gleichzeitigem Schluss des Purin-Rings entsteht das Zwischenprodukt Inosin-monophosphat.

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