Pyrimidine de novo Metabolism: OMP Decarboxylase and Synthesis of UTP & CTP

00:00 Die zweite Reaktion, über die ich bei der Pyrimidin-Synthese sprechen möchte, ist die letzte hier. Diese ist die Umwandlung des ersten Pyrimidin-Zwischenprodukts namens OMP, das ein sehr kleines Zwischenprodukt ist.

00:15 Für unsere Zwecke ist das nicht wirklich wichtig. Wichtig ist nur, dass wir UMP machen. Nun, diese Reaktion, die Sie hier sehen können, war Nummer 6 und wird durch das Enzym OMP-Decarboxylase katalysiert.

00:27 Dieses Enzym ist ein faszinierendes Enzym. Wir können sehen, dass die Reaktion nicht so aufregend ist.

00:33 Auf der rechten Seite des Rings befindet sich eine Carboxylgruppe, die verschwindet, wenn wir zur UMP übergehen. Das ist eine Decarboxylierung, die gerade stattfindet und wir haben den Verlust einer Carboxylgruppe. Es ist also keine aufregende Reaktion, aber dieses Enzym ist eines der am effizientesten bekannten Enzyme, okay. Nun, wir messen die Effizienz eines Enzyms daran, wie schnell die Reaktion katalysiert wird, im Vergleich dazu, wie schnell die Reaktion abläuft, wenn sie nicht katalysiert ist. Wenn wir uns dies also ansehen, die Reaktion von OMP zu UMP ohne das Enzym, die Halbwertszeit, d.h. die Zeit, die es dauern würde, dass die Hälfte dieser Moleküle auf diese Weise reagieren, beträgt etwa 38 Millionen Jahre. Nun, wir können nicht so lange warten, bis eine Zelle die Nukleotide bekommt, die sie braucht. In Anwesenheit dieses Enzyms erfolgt die Reaktion in weniger als einer Sekunde. Das ist ein Geschwindigkeitszuwachs von über 10 hoch 17 im Gegensatz zur nicht katalysierten Reaktion, das ist 100 Billiarden Mal schneller. Enzyme sind magisch.

01:36 Enzyme vollbringen erstaunliche Dinge, und dies ist eines der besten Beispiele dafür, was ein Enzym tatsächlich kann. Die andere bemerkenswerte Sache an diesem Enzym ist, dass es keine Co-Faktoren oder Coenzyme benötigt. Diese Reaktion ist das Ergebnis der Evolution eines Enzyms zu dieser Effizienz; ein absolut bemerkenswerter Prozess. Nun, ich bin ein wenig zu weit gegangen, als ich vorhin über CTP gesprochen habe. Ich musste das tun, um Ihnen die ATCase-Verordnung zu zeigen, aber ich habe Ihnen nicht gezeigt wie CTP gemacht wurde. Genau das möchte ich Ihnen hier zeigen. Erinnern Sie sich, dass UMP das erste der Pyrimidin-Nukleotide ist, die in einer Nukleinsäure vorkommen, die auf diesem synthetischen Verfahrensweg hergestellt wurden.

02:14 UMP wird in einem Prozess in UDP umgewandelt, der Energie aus ATP erfordert, und diese Reaktion wird durch ein Enzym katalysiert, das als UMP-CMP-Kinase bekannt ist. Die Namen legen nahe, dass das Enzym sowohl bei UMP als auch bei CMP arbeitet, und es bei beiden Nukleotiden funktioniert. Wir sehen, dass es bei der Pyrimidin-Synthese in der Regel Enzyme gibt, die mit Uridin-Nukleotiden als auch Cytidin-Nukleotiden arbeiten, und dies ist ein sehr gutes Beispiel dafuer. Wir erinnern uns, dass bei der Reaktion von einem Diphosphat zu einem Triphosphat immer das gleiche Enzym beteiligt ist, und ich hoffe, Sie erinnern sich, dass es sich bei diesem Enzym um NDPK handelt, und wir sehen, dass dieses Enzym hier und im nächsten Schritt des Prozesses beteiligt ist, wo UTP in CTP umgewandelt wird. Dies ist eine Reaktion, die eine Transaminierung beinhaltet, richtig? Wir haben Glutamin, das eine Aminogruppe abgibt und zu Glutamat wird, und bei dem Prozess wird UTP in CTP umgewandelt. Auch für diese Reaktion wird Energie benötigt, und die Energie stammt aus ATP.

03:19 Das Enzym, das diese Reaktion katalysiert, ist als CTP-Synthetase bekannt, und wir können sehen, was hier bei dem Prozess passiert. UTP wird im oberen rechten Teil des Bildschirms angezeigt und CTP ist unten rechts dargestellt. Der Unterschied zwischen diesen 2 Molekülen ist eine Aminogruppe und wir sehen, dass es an dem Sauerstoff des UTP beginnt und das Amin am CTP auftaucht. Das ist die Transaminierungsreaktion, die katalysiert wird. Nun, die CTP-Synthetase erreicht dieses Ziel so, wie Sie es hier auf dem Bildschirm sehen. Es gibt eigentlich 3 Schritte in dem Prozess beginnend auf der linken Seite mit der ETV und endend auf der rechten Seite mit der CTP. Der erste Schritt in dem Prozess beinhaltet eine Phosphorylierung des Sauerstoffs, der sich an der Spitze des UTPs befindet. Wir können sehen, dass dieses Zwischenprodukt das zweite Molekül ist, an das ein Phosphat gebunden wird. Im zweiten Schritt des Prozesses wird ein vom Glutamin stammendes Amin an der zweiten Position an diesen Ring angehaengt, wie Sie es hier sehen können. Im letzten Schritt des Prozesses wird das Phosphat abgespalten und freigesetzt und das Amin bleibt zurück. Nun wird das Enzym CTP-Synthetase durch ein paar Faktoren gehemmt.

04:28 Einer davon ist die Hemmung durch Phosphorylierung. Das ist eine kovalente Modifikation, die an dem Enzym geschieht, und zwar an 2 verschiedenen Stellen des Enzyms. Zusätzlich der kovalenten Modifikation kann die CTP-Synthetase durch GTP aktiviert werden. Nun, das sollte Ihnen etwas sagen. Was ist GTP? GTP ist ein Purin und CTP ist ein Pyrimidin, wir sehen also ein Purin aktiviert die Synthese eines Pyrimidins und außerdem paaren sich die Nukleinsäure G und C. Wenn wir also mehr GTP haben, dann wollen wir dieses Enzym einschalten, um mehr CTP zu produzieren, und wenn wir mehr CTP haben, wollen wir das Enzym abschalten, damit wir nicht zu viel produzieren. Das Gleichgewicht zwischen Purinen und Pyrimidine ist wichtig auf all diese Wege, von denen ich spreche.