Deoxyribonucleotide Synthesis and Ribonucleotide Reductase

00:00 Nun möchte ich mich den Desoxyribonukleotiden zuwenden und wie sie hergestellt werden, denn wir haben jetzt alle de novo und Bergungs-Synthesewege für die Ribonukleotide und auch die katabolen Prozesse, die sie abbauen, durchlaufen. Die Desoxyribonukleotide werden aus Ribonukleosid-Diphosphate hergestellt. Diese sind ADP, CDP, GDP und UDP. Und das verantwortliche Enzym katalysiert die Umwandlung aller dieser Enzyme. Dieses Enzym ist die Ribonukleotid-Reduktase und wir werden gleich sehen, wie das funktioniert. Die schematische Darstellung der Reaktion, die von der Ribonukleotidreduktase katalysiert wird, ist hier dargestellt. Bei der Reaktion NDP steht das N für eine der beliebigen Basen A, G, C oder U. NDP wird in das Desoxyäquivalent dieser Basen (dGDP, dADP, dCDP, und dUDP) durch dieses Enzym umgewandelt. Dies beinhaltet den Verlust von Wasser. Wir werden nun sehen, wie das mechanistisch gesehen geschieht. Wie ich gerade sagte, gibt es das Enzym, das es katalysiert. Also, zum Beispiel, wenn wir uns CDP ansehen. So wird bei der Katalyse durch dieses Enzym dCDP gebildet und das Hydroxyl an Position 2 des Zuckers entfernt. Wir sehen das es im Molekül auf der rechten Seite verschwunden ist. Das ist der Desoxyteil der Desoxyribonukleotide. Der Sauerstoff ist weg. Die Ribonukleotid-Reduktase wird in diesem Prozess verändert. Sie startet aus einem reduzierten Zustand und wird schließlich oxydiert. Nun, wir wissen, wenn ein Enzym verändert ist, dass es irgendwie zurück geändert werden muss. Denn wenn wir es nicht zurück ändern, geraten wir in eine Sackgasse, in der wir ein totes Enzym haben, das nicht tot sein darf, weil es für die Herstellung anderer Desoxyribonukleotide notwendig ist. Nun, es wird durch eine Aktion in die reduzierte Form in ein Molekül namens Thioredoxin zurückverwandelt. Thioredoxin kann Ribonukleotid-Reduktase reduzieren und oxydieren und wird dabei oxydiert. Nun, man könnte denken, muss das recycelt werden? Die Antwort lautet: Ja, das sollte es. Um das Thioredoxin in reduzierter Form wiederherzustellen, werden Elektronen letztlich von jedem DPH 'gespendet'. Sie gelangen über mehrere Schritte zum Thioredoxin, und auch hier gilt, dass diese Schritte nicht wichtig sind, sondern es darauf an kommt, dass das Thioredoxin regeneriert wird, so dass es die Ribonukleotid-Reduktase regenerieren kann, wie Sie hier sehen. Ribonukleotid-Reduktase ist ein faszinierendes Enzym in Bezug auf die Anzahl der Dinge, die es macht, obwohl es ein relativ kleines Protein ist.

02:45 Es hat 2 Untereinheiten, eine große Untereinheit und eine kleine Untereinheit. Die große Untereinheit wird R1 genannt und hat 2 allosterische Stellen. Die allosterischen Stellen sind natürlich Stellen, die andere Moleküle binden. Diese Moleküle beeinflussen die Aktivität des Enzyms. Das aktive Zentrum befindet sich zumindest teilweise in den großen Untereinheiten.

03:05 Es ist ein bischen geteilt zwischen der großen und der kleinen Untereinheit. Die Hauptfunktion der kleinen Untereinheit ist, dass es eine Tyrosin-Aminosäure enthält, die radikalisiert wird und diese Radikalisierung des Tyrosins ist für den Reaktionsmechanismus notwendig, der die Desoxyribonukleotide produziert. RNR, die Ribonukleotid-Reduktase, wie sie genannt wird, kontrolliert das Gleichgewicht aller Desoxyribonukleotide und zwar, wie wir noch sehen werden, mit einer komplexen allosterischen Steuerung. Der Reaktionsmechanismus für Ribonukleotid Reduktase ist auf diesem Bildschirm abgebildet. Es ist ein komplizierter Prozess, aber es ist wichtig, damit Sie verstehen, wie das Enzym seine Aufgabe erfüllt. Wir erinnern uns, dass, wie hier gezeigt, die Ribonukleotid-Reduktase zu Beginn in reduzierter Form vorliegt und am Ende der Reaktion in einer oxydierten Form vorliegt. Erinnern Sie sich, dass ich sagte, dass die Ribonukleotid-Reduktase in der oxydierten Form wieder in die reduzierte Form umgewandelt werden muss. Das geschieht durch die Wirkung von Thioredoxin. Nun, wie kommt es zu all diesen Dingen? Erinnern Sie sich, dass ich auch gesagt habe, dass der Prozess mit dem Tyrosylradikal in der kleinen Untereinheit des Ribonukleotids beginnt.

04:16 Wir können das Radikal hier sehen. Dieses Radikal zieht tatsächlich Protonen aus dem Ring von Kohlenstoff Nummer 3 der Ribose. Wie du auch an dem Pfeil sehen kannst, der sich nach oben bewegt. Also, Tyrosin zieht den Wasserstoff ab, nimmt dabei das Elektron mit und hinterlässt ein Radikal, das sich im Ring befindet. Dieses Radikal im Ring ist in der nächsten Abbildung an dem Molekül mit einem kleinen Punkt über dem Kohlenstoff Nummer 3 zu sehen. Nun, das schafft eine gewisse Instabilität auf der Ribose. Diese Instabilität der Ribose bewirkt, dass die Hydroxylposition 2 einen Wasserstoff von der Sulfhydryl der Ribonukleotidreduktase nimmt. Sie werden feststellen, dass an dieser Stelle H2O entsteht, wie es im 3. Molekül zu sehen ist. Wir können sehen, dass dieser Prozess stattfindet und dass H2O instabil ist.

05:06 Das H2O geht verloren, so dass der Verlust des H2O nun zu einer Ribose führt, die das Radikal auf eine andere Position überträgt, die unter der von Position 2 liegt. Nun, dieses Radikal ist auf der Suche nach Wasserstoff und wir können sehen, dass dieser Wasserstoff hier von dem Schwefel des Sulfhydryl an der Ribonukleotidreduktase genommen wurde, um den Gesamtzucker zu stabilisieren. Nun, an diesem Punkt, haben wir jetzt den Desoxyribosezucker hergestellt. Das Radikal muss regeneriert werden. Und dieses Radikal wird regeneriert, indem der andere Teil des Radikals an den Desoxyribosezucker gebunden wird, was hier geschieht.

05:44 Dadurch wird das Enzym Ribonukleotid-Reduktase vollständig in die Radikalzustand versetzt und muss einfach durch Thioredoxin reduziert werden.