Nucleotide Metabolism and Thymidine Metabolism

00:00 Nun, da wir den Mechanismus mit dem die Ribonukleotid-Reduktase die Reaktion katalysiert kennengelernt haben, sollten wir Zeit damit verbringen, darüber zu sprechen, wie es ist, dass das Enzym die relativen Mengen an Desoxyribonukleotiden ausgleicht, die es herstellt. Es vollbringt dieses Wunder sozusagen als Ergebnis der Wirkung von 2 verschiedenen Stellen auf dem Enzym zusätzlich zur katalytischen Stelle. Die 2 Stellen der allosterischen Stellen können Sie auf der linken Seite der Abbildung hier sehen. Die erste von ihnen, die wir betrachten werden, ist die Aktivitätsstelle. Die Aktivitätsstelle ist durch 2 verschiedene Moleküle, dATP oder ATP, gebunden. Wenn sich dATP an die Aktivitätsstelle bindet wird das Enzym inaktiviert. Auf der anderen Seite, wird das Enzym aktiviert, wenn ATP an die Aktivitätsstelle bindet. Dies ist also der Ein/Aus-Schalter für das Enzym. Dieser Ein/Aus-Schalter ist wichtig, denn wenn die Zelle nicht will, dass Desoxyribonukleotide hergestellt werden, wenn es zum Beispiel genügend Desoxyribonukleotide hat, ist dATP das Maß dafür.

01:04 Wenn dATP im Überfluss vorhanden ist, bindet es an die Aktivitätsstelle und schaltet das Enzym aus. Auf der anderen Seite, wenn ATP im Überfluß vorhanden ist, bedeutet das, daß die Zelle viel Energie hat. Und wenn die Zelle viel Energie hat, will es Dinge tun, wie zum Beispiel sich teilen, wofür es Desoxyribonukleotide braucht. Also, die Entscheidung, ob Desoxyribonukleotide gebildet werden oder nicht, wird genau hier am Ort der Aktivität getroffen.

01:32 Die andere allosterische Stelle, die zu berücksichtigen ist, ist die der Substratspezifität.

01:37 Die Substratspezifitätsstelle kann durch mehrere der verschiedenen Nukleotide und Desoxyribonukleotide gebunden werden und wie Sie sehen können, ist seine Regulierung komplex. Es gibt aber einige Muster wie sie die hergestellten Moleküle kontrollieren. Also, lassen Sie mich Ihnen den Prozess erklären Betrachten wir zunächst die Bindung von dATP an die Substratspezifitätsstelle. Ich habe Farben verwendet, um die Moleküle anzuzeigen, die bei der Bindung am aktiven Ort betroffen sind.

02:08 Die aktive Stelle, ist der Ort, an dem die Reaktion katalysiert wird. Die Bindung von dATP begünstigt die Bindung von CDP an der aktiven Stelle. Nun, denken Sie daran, dass die aktive Stelle CDP in dCDP umwandeln wird.

02:25 und das dATP ein Purin ist. CDP ist ein Pyrimidin. Erinnern Sie sich an die Paarung von Purinen und Pyrimidinen. Wenn also mehr Purine in der Zelle sin und an die Substratspezifitätsstelle binden, begünstigen sie die Produktion von Pyrimidin-Desoxyribonukleotiden durch das aktive Zentrum. Wir sehen, dass das andere Nukleotid, dessen Synthese am aktiven Ort begünstigt wird, UDP ist, das andere Pyrimidin.

02:59 Außerdem ist zu beachten, dass die Bindung von ATP an der Substratspezifitätsstelle genau die gleiche Wirkung hat. Es ist ein Indikator für den Purinreichtum, der die Bildung Desoxyribonukleotide begünstigt. Ähnlich verhält es sich mit der Bindung von dTTP an der allosterischen Stelle. Das begünstigt die Produktion von GDP an der aktiven Stelle. Nun, der Vergleich ist nicht perfekt und das Enzym hat einige komplexe Kontrollen, einschließlich einiger Hemmungen, auf die ich hier nicht eingehen werde, aber Sie können sehen, dass die Bindung von dGTP die Bindung von ADP an der aktiven Stelle begünstigt. Ich werde zu diesem Zeitpunkt nicht auf die Regulierung dieses Prozesses eingehen. Der letzte Desoxyribonukleotid-Stoffwechsel, auf den wir eingehen müssen, ist der von Thymidin. Wir haben bisher noch nicht darüber gesprochen. Denken Sie daran, dass die dNDPs durch das Enzym NDPK in dNTPs umgewandelt werden. Es macht alle Nukleosiddiphosphate und die Triphosphate und auch die Desoxyribonukleosiddiphosphate. Thymidin-Nukleotide werden auf eine etwas andere Art und Weise hergestellt und zwar aus den Uridin-Nukleotiden, d.h. wir haben darüber nachzudenken und werden getrennt von den anderen darüber sprechen. DUTP wird tatsächlich bei der Synthese von Thymidin hergestellt. Und das ist ein Problem bei der Synthese von Thymidin, denn dUTP kann tatsächlich von der DNA-Polymerase zur Herstellung von DNA verwendet werden. Die Zelle muss also einen kleinen zweistufigen Schritt machen, um von zu viel DUTP und gleichzeitig genügend Thymidin-Nukleotiden sie herzustellen.

04:35 Schauen wir mal, wie das geht. Die Synthese von Thymidin-Nukleotiden beginnt mit UDP. UDP wird umgewandelt zu dUDP in der Ribonukleotid-Reduktase. DUDP wird durch das Enzym NDPK in dUTP umgewandelt. Jetzt sind wir wieder im Spiel. Nun, dUTP wird letztendlich nicht in der DNA landen und es ist wichtig, dass die Zelle das nicht in die DNA bekommt, da es letztendlich Probleme mit der Stabilität der DNA verursachen kann.

05:07 Möglicherweise auch Mutationen. Was also die Zelle also mit dem DUTP macht, ist das erste was sie macht, sobald es hergestellt ist, folgendes. Es verwendet ein Enzym namens dUTPase, um die dUTP und bilden das Monophosphat-Derivat von dUTP, das als dUMP oder dUMP bekannt ist. DUMPs können nicht von der DNA-Polymerase verwendet werden. dUMP wird zur Herstellung von dTMP verwendet. Wir könnten uns fragen, warum in der Welt wird dUTP hergestellt, um es dann abzubauen. Nun, die Antwort auf diese Frage ist, daß die NDPK alles aufnimmt. Es schnappt sich alle Diphosphate und so erscheint automatisch dUTP durch die weit verbreitetet Wirkung von NDPK. Aus diesem Grund ist es notwendig, dass die Zelle über reichliche Mengen an dUTPase verfügt. Die gute Produktion von dTMP aus dUMP ist das Ergebnis der Katalyse eines Enzyms, das als Thymidylat-Synthase bekannt ist. Thymidylat-Synthase ist ein interessantes Enzym, über dessen Regulierung und Aktivität wir gleich sprechen werden. Der Übergang von dTMP zu dTDP benötigt Energie aus ATP und benötigt eine Kinase, die als dTMP-Kinase bekannt ist. Und ich bin sicher, Sie können die nächste Reaktion beim Übergang von dTDP zu dTTP erraten, für die unser Freund NDPK benötigt wird.