Grundlagen
(Beschädigte) DNA benötigt Nukleotide: Synthese im Zytosol
(Baufälliges) Rathaus benötigt Bausteine: Synthese vor Rathaus
Die DNA benötigt immer wieder frische Nukleotide, um z.B. Schäden zu reparieren.
1/36
Grundlagen
Pyrimidinbasen: Cytosin & Thymin
Pyramidenförmige Bausteine: rote & thymianblaue Pyramiden
Vgl. Purinsynthese für die Purinbasen.
2/36
Grundlagen
De-novo-Synthese vs. Wiederverwertung
Wegweiser mit "De Novo" u. "Recyclinghof"
Da die Synthese sehr energieaufwändig ist, werden Pyrimidine möglichst rezykliert.
3/36
Nukleinbase-Synthese > Reaktion 1
Carbamoylphosphatsynthetase 2: drei katalytischen Zentren
Kabel-Maul-Hase mit 2 auf Jacke: drei Arme
Erst wird die Pyrimidin-Nukleinbase synthetisiert (6-Ring mit Kohlen- und Stickstoff). Synthetasen verbrauchen immer ATP (grüne Jacke).
4/36
Nukleinbase-Synthese > Reaktion 1
Schlüsselenzym: Carbamoylphosphatsynthetase 2
Schlüssel auf Kochtopf
An diesem Schlüsselenzym findet die Regulation der Pyrimidinsynthese statt.
5/36
Nukleinbase-Synthese > Reaktion 1
Substrat 1: Glutamin gibt Aminogruppe ab (Glutamat wird frei)
Glut-Armin neben dem Kochtopf (Glut auf Matte)
6/36
Nukleinbase-Synthese > Reaktion 1
Substrat 2: Bikarbonat
Synthetase-Hase schüttet Backpulver in Topf
7/36
Nukleinbase-Synthese > Reaktion 1
Hydrolyse von Glutamin
Tropfendes Wasser nach Zugabe von Glut
8/36
Nukleinbase-Synthese > Reaktion 1
Verbrauch von zwei ATP
Zwei ATP-Batterien (mit 2 von 3 Strichen)
9/36
Nukleinbase-Synthese > Reaktion 1
Produkt: Carbamoylphosphat (N + C) enthält Säureanhydridbindung
Kabel-Maul-Pfirsich (Strickmütze + Kohle)
Carbamoylphosphat steuert ein Stickstoff- und ein Kohlenstoffatom des Pyrimidinringes bei.
10/36
Nukleinbase-Synthese > Reaktion 1
Phosphatrest an Carbamoylphosphat: energiereiche Säureanhydridbindung
Bei Pfirsich: Kleber mit Säure-Warnsymbol
Der Phosphatrest von Carbamoylphosphat hängt an einer sehr energiereichen Säureanhydridbindung.
11/36
Nukleinbase-Synthese > Reaktion 1
Carbamoylphosphatsynthetase 2: Hemmung durch UTP
Synthetase-Hase Erinnerung: Unfall m. Uhr-Pyramide
12/36
Nukleinbase-Synthese > Reaktion 1
Carbamoylphosphatsynthetase 2: Aktivierung durch PRPP
Erinnerung: feurige Pfirsiche mit Geripphosenzuckerwürfel
13/36
Nukleinbase-Synthese > Reaktion 2
Carbamoylphosphat + Aspartat → Carbamoylaspartat
Kabel-Maul-Pfirsich gibt Kabel weiter → Kabel-Maul-Kasperle
Die energiereiche Säurenanhydridbindung des Phosphatrests von Carbamoylphosphat wird nun ausgenutzt, um Aspartat aufzunehmen. Phosphat wird dabei frei.
14/36
Nukleinbase-Synthese > Reaktion 2
Aspartat steuert 3 C-Atome + 1 N-Atom des Pyrimidinringes bei
3 Kohlestückchen + 1 Strickstoffmütze
Aspartat steuert also mehr Atome als Hydrogencarbonat und Glutamin zusammen bei.
15/36
Nukleinbase-Synthese > Reaktion 3
Dihydroorotat: Ring bildet Pyrimidingrundgerüst
2-Haar-Helferlein u. Rot-Ohr-Hase: Halskette u. Pyramidengerüst
Als Nächstes wird der Ring geschlossen: aus Carbamoylaspartat entsteht Dihydroorotat. Dihydroorotat bildet das Pyrimidingrundgerüst.
16/36
Nukleinbase-Synthese > Reaktion 3
Dihydroorotat: entsteht durch Dehydratisierung
Kleiner Hase mit roten Ohren und 2-Haar-Helferlein: spuckt
17/36
Umwandlung zu Nukleotid > Reaktion 4
Dihydroorotat-Dehydrogenase
Dehydrator
Nach Synthese der ersten Pyrimidin-Nukleinbase wird nun ein Nukleotid daraus gemacht: Das nächste Enzym ist die Dihydroorotat-Dehydrogenase.
18/36
Umwandlung zu Nukleotid > Reaktion 4
Dihydroorotat-Dehydrogenase: innere Mitochondrienmembran
Dehydrator: auf doppeltem Maschendrahtzaun des Kraftwerkviertels
Die Dihydroorotat-Dehydrogenase befindet sich als einziges Enzym der Pyrimidinnukleotid-Synthese in der inneren Mitochondrienmembran. Alle anderen befinden sich im Zytosol.
19/36
Umwandlung zu Nukleotid > Reaktion 4
Dihydroorotat-Dehydrogenase ist Flavoprotein mit FMN
Gelber Dehydrator („flavo“ lat. für gelb)
20/36
Umwandlung zu Nukleotid > Reaktion 4
Teriflunomid hemmt Dihydroorotat-Dehydrogenase
Terrier mit Flummi zerrt an Dehydrator
Therapeutischen Nutzen hat dies in der Immuntherapie: führt zu geringerer T-Zell-Proliferation.
21/36
Umwandlung zu Nukleotid > Reaktion 4
Dehydrierung: Dihydroorotat → Orotat
Dehydrator: kl. Hasen m. roten Ohren → Haar-Helferlein wird geangelt
Ein H-Atom wird von Orotat-Ring abgespalten, aus Dihydroorotat entsteht Orotat.
22/36
Umwandlung zu Nukleotid > Reaktion 4
Orotat hat Doppelbindung
Übriges Haar-Helferlein hält Pyramide m. 2 Händen
23/36
Umwandlung zu Nukleotid > Reaktion 5
Orotat + PRPP (Ribose)
Pyramide m. roten Ohren + 5 Zuckerwürfel in Gerippehosen (Ribose)
PRPP und Orotat verbinden sich im nächsten Schritt.
24/36
Umwandlung zu Nukleotid > Reaktion 5
Orotat + PRPP → Orotidin-5'-monophosphat + Pyrophosphat
→ Zuckerwürfelkreis m. 1 Pfirsich + 2 brennende Pfirsiche rollen weg
PRPP überträgt unter Freisetzung von Pyrophosphat einen Phosphatrest auf Orotat. Es entsteht OMP.
25/36
Umwandlung zu Nukleotid > Reaktion 6
Decarboxylierung: OMP → Uridin-5'-monophosphat
CO₂-Rauch: Pyramide m. Zuckerwürfelkreise → zu Uhrenmast
Als Nächstes wird OMP ein CO₂ abgespalten. Dabei entsteht das Zwischenprodukt UMP.
26/36
Umwandlung zu Nukleotid > Reaktion 6
2 Wege: Synthese von Cytidin-Triphosphat o. Thymidin-Monophosphat
Zwei getrennte Wege hinter Marktplatzuhr
Ausgehend von UMP kann entweder Cytidin-Triphosphat (CTP) synthetisiert werden o. es entsteht Thymidin-Monophosphat (TMP).
27/36
Umwandlung zu Nukleotid > Synthese von CTP
(1) UMP → UDP → UTP
Zuckerkreis mit brennendem Doppelpfirsich
Bei der CTP-Synthese wird unter ATP-Verbrauch Uridinmonophosphat zu Uridindiphosphat und schließlich zu Uridintriphosphat gemacht.
28/36
Umwandlung zu Nukleotid > Synthese von CTP
(2) CTP → mittels Glutamin-abhängiger Aminierung: UTP → CTP
Glut-Armin gibt Ami-Zeitung
Die CTP-Synthetase katalysiert schließlich ATP-abhängig aus UTP die Synthese von Cytidintriphosphat. CTP entsteht durch Aminierung, also Übertragung einer Aminogruppe. Als Donor dafür dient Glutamin.
29/36
Umwandlung zu Nukleotid > Synthese von dTMP
(1) Synthese von dTMP: Reduktion von UMP → dUMP
Zuckerwürfel trägt Sicherheitshelm → mit Ochsenhörnern
Die TTP-Synthese beginnt mit der Reduktion von UDP zu dUDP durch die Ribonukleotidreduktase. Nach Hydrolyse zu dUMP wird dieses durch Thymidylat-Synthase zu dTMP methyliert.
30/36
Umwandlung zu Nukleotid > Synthese von dTMP
(2) Thymidilat-Synthase methyliert dUMP → dTMP
Thymian-Dealer-Hase gibt Meth an Uhrenpyramide → blau
Der einzige Unterschied zwischen Uracil und Thymin ist eine Methylen-Gruppe: Die Thymidilat-Synthase überträgt die Methylen auf dUMP. Dadurch entsteht dTMP (Desoxythymidin-Monophosphat).
31/36
Umwandlung zu Nukleotid > Synthese von dTMP
Methylengruppendonor: Methylen-Tetrahydrofolat
Vier-Hydra-Fohlen übergibt Meth
32/36
Umwandlung zu Nukleotid > Synthese von dTMP
Dihydrofolat-Reduktase regeneriert Tetrahydrofolat
Reh-Hase gibt Fohlen zwei Hydraköpfe
Das Enzym Dihydrofolat-Reduktase regeneriert aus dem inaktiven Dihydrofolat wieder ein Molekül Tetrahydrofolat. Somit ist die Dihydrofolat-Reduktase indirekt an der Pyrimidinsynthese beteiligt.
33/36
Umwandlung zu Nukleotid > Synthese von dTMP
Methotrexat hemmt Dihydrofolat-Reduktase
T-Rex bedroht Reh-Hasen
Methotrexat hemmt die Pyrimidinnukleotid-Synthese, indem es die Dihydrofolat-Reduktase hemmt.
34/36
Umwandlung zu Nukleotid > Synthese von dTMP
5-Fluorouracil hemmt Thymidilat-Synthase
5-Flur-Pyramide fällt Thymian-Dealer-Hasen auf Kopf
5-Fluorouracil ist ein Pyrimidin-Analogon und hemmt die Thymidilat-Synthase.
35/36
Umwandlung zu Nukleotid > Synthese von dTMP
Kinasen u. ATP-Verbrauch: Recycling von Pyrimidin-Nukleosiden zu Pyrimidin-Nukleotiden
Kinn-Nase-Dame: wartet mit Pfirsichen neben Recyclingschild
Pyrimidinnukleoside (= Nukleotid ohne Phosphatreste) können durch Kinasen unter ATP-Verbrauch wieder zu Pyrimidinnukleotiden recycelt werden.
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/
Quint
Basis
Expert
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Das Bild zeigt die Strukturformel von Pyrimidin.
Das Bild zeigt die Pyrimidinsynthese mit den wichtigsten Zwischenschritten.
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Was ist Ankizin?
Ankizin ist ein Projekt der AG Medizinische-Ausbildung bvmd e.V.
Es ist das größte non-profit, studentisch organisierte Anki-Projekt im deutschsprachigen Raum.
Ziel ist die Umsetzung des gesamten notwendigen Wissens für alle medizinischen Staatsexamina.
In freundlicher Kooperation bieten wir im Ankizin-Deck passgenau unsere Merkhilfen in den jeweiligen Anki-Karten an. Die so verknüpften Fragen kannst Du mit freundlicher Genehmigung der bvmd auch hier als Quiz ansehen.
Du findest alle Inhalte auch im Ankizin-Deck in Anki.
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1
Grundlagen
(Baufälliges) Rathaus benötigt Bausteine: Synthese vor Rathaus
Die DNA benötigt immer wieder frische Nukleotide, um z.B. Schäden zu reparieren.
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2
Grundlagen
Pyramidenförmige Bausteine: rote & thymianblaue Pyramiden
Vgl. Purinsynthese für die Purinbasen.
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3
Grundlagen
Wegweiser mit "De Novo" u. "Recyclinghof"
Da die Synthese sehr energieaufwändig ist, werden Pyrimidine möglichst rezykliert.
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4
Nukleinbase-Synthese > Reaktion 1
Kabel-Maul-Hase mit 2 auf Jacke: drei Arme
Erst wird die Pyrimidin-Nukleinbase synthetisiert (6-Ring mit Kohlen- und Stickstoff). Synthetasen verbrauchen immer ATP (grüne Jacke).
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5
Nukleinbase-Synthese > Reaktion 1
Schlüssel auf Kochtopf
An diesem Schlüsselenzym findet die Regulation der Pyrimidinsynthese statt.
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6
Nukleinbase-Synthese > Reaktion 1
Glut-Armin neben dem Kochtopf (Glut auf Matte)
Basiswissen
7
Nukleinbase-Synthese > Reaktion 1
Synthetase-Hase schüttet Backpulver in Topf
8
Nukleinbase-Synthese > Reaktion 1
Tropfendes Wasser nach Zugabe von Glut
9
Nukleinbase-Synthese > Reaktion 1
Zwei ATP-Batterien (mit 2 von 3 Strichen)
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Nukleinbase-Synthese > Reaktion 1
Kabel-Maul-Pfirsich (Strickmütze + Kohle)
Carbamoylphosphat steuert ein Stickstoff- und ein Kohlenstoffatom des Pyrimidinringes bei.
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11
Nukleinbase-Synthese > Reaktion 1
Bei Pfirsich: Kleber mit Säure-Warnsymbol
Der Phosphatrest von Carbamoylphosphat hängt an einer sehr energiereichen Säureanhydridbindung.
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12
Nukleinbase-Synthese > Reaktion 1
Synthetase-Hase Erinnerung: Unfall m. Uhr-Pyramide
13
Nukleinbase-Synthese > Reaktion 1
Erinnerung: feurige Pfirsiche mit Geripphosenzuckerwürfel
14
Nukleinbase-Synthese > Reaktion 2
Kabel-Maul-Pfirsich gibt Kabel weiter → Kabel-Maul-Kasperle
Die energiereiche Säurenanhydridbindung des Phosphatrests von Carbamoylphosphat wird nun ausgenutzt, um Aspartat aufzunehmen. Phosphat wird dabei frei.
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Nukleinbase-Synthese > Reaktion 2
3 Kohlestückchen + 1 Strickstoffmütze
Aspartat steuert also mehr Atome als Hydrogencarbonat und Glutamin zusammen bei.
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16
Nukleinbase-Synthese > Reaktion 3
2-Haar-Helferlein u. Rot-Ohr-Hase: Halskette u. Pyramidengerüst
Als Nächstes wird der Ring geschlossen: aus Carbamoylaspartat entsteht Dihydroorotat. Dihydroorotat bildet das Pyrimidingrundgerüst.
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17
Nukleinbase-Synthese > Reaktion 3
Kleiner Hase mit roten Ohren und 2-Haar-Helferlein: spuckt
18
Umwandlung zu Nukleotid > Reaktion 4
Dehydrator
Nach Synthese der ersten Pyrimidin-Nukleinbase wird nun ein Nukleotid daraus gemacht: Das nächste Enzym ist die Dihydroorotat-Dehydrogenase.
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19
Umwandlung zu Nukleotid > Reaktion 4
Dehydrator: auf doppeltem Maschendrahtzaun des Kraftwerkviertels
Die Dihydroorotat-Dehydrogenase befindet sich als einziges Enzym der Pyrimidinnukleotid-Synthese in der inneren Mitochondrienmembran. Alle anderen befinden sich im Zytosol.
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20
Umwandlung zu Nukleotid > Reaktion 4
Gelber Dehydrator („flavo“ lat. für gelb)
21
Umwandlung zu Nukleotid > Reaktion 4
Terrier mit Flummi zerrt an Dehydrator
Therapeutischen Nutzen hat dies in der Immuntherapie: führt zu geringerer T-Zell-Proliferation.
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Umwandlung zu Nukleotid > Reaktion 4
Dehydrator: kl. Hasen m. roten Ohren → Haar-Helferlein wird geangelt
Ein H-Atom wird von Orotat-Ring abgespalten, aus Dihydroorotat entsteht Orotat.
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23
Umwandlung zu Nukleotid > Reaktion 4
Übriges Haar-Helferlein hält Pyramide m. 2 Händen
24
Umwandlung zu Nukleotid > Reaktion 5
Pyramide m. roten Ohren + 5 Zuckerwürfel in Gerippehosen (Ribose)
PRPP und Orotat verbinden sich im nächsten Schritt.
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Umwandlung zu Nukleotid > Reaktion 5
→ Zuckerwürfelkreis m. 1 Pfirsich + 2 brennende Pfirsiche rollen weg
PRPP überträgt unter Freisetzung von Pyrophosphat einen Phosphatrest auf Orotat. Es entsteht OMP.
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Umwandlung zu Nukleotid > Reaktion 6
CO₂-Rauch: Pyramide m. Zuckerwürfelkreise → zu Uhrenmast
Als Nächstes wird OMP ein CO₂ abgespalten. Dabei entsteht das Zwischenprodukt UMP.
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27
Umwandlung zu Nukleotid > Reaktion 6
Zwei getrennte Wege hinter Marktplatzuhr
Ausgehend von UMP kann entweder Cytidin-Triphosphat (CTP) synthetisiert werden o. es entsteht Thymidin-Monophosphat (TMP).
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28
Umwandlung zu Nukleotid > Synthese von CTP
Zuckerkreis mit brennendem Doppelpfirsich
Bei der CTP-Synthese wird unter ATP-Verbrauch Uridinmonophosphat zu Uridindiphosphat und schließlich zu Uridintriphosphat gemacht.
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29
Umwandlung zu Nukleotid > Synthese von CTP
Glut-Armin gibt Ami-Zeitung
Die CTP-Synthetase katalysiert schließlich ATP-abhängig aus UTP die Synthese von Cytidintriphosphat. CTP entsteht durch Aminierung, also Übertragung einer Aminogruppe. Als Donor dafür dient Glutamin.
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30
Umwandlung zu Nukleotid > Synthese von dTMP
Zuckerwürfel trägt Sicherheitshelm → mit Ochsenhörnern
Die TTP-Synthese beginnt mit der Reduktion von UDP zu dUDP durch die Ribonukleotidreduktase. Nach Hydrolyse zu dUMP wird dieses durch Thymidylat-Synthase zu dTMP methyliert.
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31
Umwandlung zu Nukleotid > Synthese von dTMP
Thymian-Dealer-Hase gibt Meth an Uhrenpyramide → blau
Der einzige Unterschied zwischen Uracil und Thymin ist eine Methylen-Gruppe: Die Thymidilat-Synthase überträgt die Methylen auf dUMP. Dadurch entsteht dTMP (Desoxythymidin-Monophosphat).
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Vier-Hydra-Fohlen übergibt Meth
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Umwandlung zu Nukleotid > Synthese von dTMP
Reh-Hase gibt Fohlen zwei Hydraköpfe
Das Enzym Dihydrofolat-Reduktase regeneriert aus dem inaktiven Dihydrofolat wieder ein Molekül Tetrahydrofolat. Somit ist die Dihydrofolat-Reduktase indirekt an der Pyrimidinsynthese beteiligt.
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34
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T-Rex bedroht Reh-Hasen
Methotrexat hemmt die Pyrimidinnukleotid-Synthese, indem es die Dihydrofolat-Reduktase hemmt.
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