Nukleoziddifosfát

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
Nukleoziddifosfáty sa skladajú z dusíkatej báze, ribózy a dvoch fosfátových skupín. Deoxynukleoziddifosfáty vyzerajú podobne, alebo namiesto ribózy obsahujú deoxyribózu.

Nukleoziddifosfáty[1][2] alebo NDP[3] sú dôležitými biochemickými látkami. Skladajú sa z dusíkatej báze, sacharidu ribózy a dvoch fosforečnanových aniónov naviazaných na 5' uhlík ribózy. Spolu s nukleozidmonofosfátmi (NMP) a nukleozidtrifosfátmi (NTP) tvoria nukleotidy.[4] Ak je sacharidovou zložkou deoxyribóza (ribóza bez 2'-OH skupiny), označujú sa ako deoxynukleoziddifosfáty (dNDP), ktoré patria medzi deoxyribonukleotidy (deoxynukleotidy).

Báza[upraviť | upraviť zdroj]

NDP môžu obsahovať rôzne báze, ktoré potom určujú biochemický význam daného NDP.

Báza Nukleoziddifosfát Deoxyukleoziddifosfát
purínová adenín adenozíndifosfát (ADP) deoxyadenozíndifosfát (dADP)
guanín guanozíndifosfát (GDP) deoxyguanozíndifosfát (dGDP)
hypoxantín inozíndifosfát (IDP) deoxyinozíndifosfát (dIDP)
xantín xantozíndifosfát (XDP) deoxyxantozíndifosfát (dXDP)
pyrimidínová uracil uridíndifosfát (UDP) deoxyuridíndifosfát (dUDP)
cytozín cytidíndifosfát (CDP) deoxycytidíndifosfát (dCDP)
tymín 5-metyluridíndifosfát (m5UDP) tymidíndifosfát (dTDP)

Vznik[upraviť | upraviť zdroj]

NDP zvyčajne vznikajú zvyčajne ako produkty hydrolýzy NTP. V procese vzniká anorganický fosfát (Pi). Tento proces sa uplatňuje v mnohých reakciách, kde NTP fungujú ako zdroj energie alebo fosfátovej skupiny, rovako i pri syntéze nukleových kyselín. NTP je z NDP nich možné regenerovať niekoľkými spôsobmi (pozri nižšie).

NDP takisto vznikajú fosforyláciou NMP pôsobením nukloeozidfosfátkináz (nuklezidmonofosfátkináz, NMPK):[5][6]

NMP + ATP → NDP + ADP

Mnohé (deoxy)nukleotidy môžu byť v tejto reakcii substrátom i donorom fosfátovej skupiny.[5] Existujú i kinázy s rôznou špecificitou fosforylujúce konkrétne NMP.[6] Medzi tieto enzýmy patrí i adenylátkináza (ktorá katalyzuje premenu ATP a AMP na dve molekuly ADP) a nukleozidtrifosfát-adenylátkináza (ktorá katalyzuje premenu NTP a AMP na NDP a ADP).

Biochemický význam[upraviť | upraviť zdroj]

I keď NDP pôsobia ako odpadné produkty po použití NTP, takisto majú mnoho využití a veľký význam.

Kofaktory[upraviť | upraviť zdroj]

ADP je dôležitou podzložkou niektorých kofaktorov, konkrétne napríklad NAD+, NADP+, FAD a takisto koenzýmu A. Vo všetkých prípadoch však jedna fosfátová skupina pochádza z ATP a druhá z inej prekurzorovej molekuly (dochádza teda len k prenosu AMP, nie ADP).[7][8][9]

Prenos sacharidov[upraviť | upraviť zdroj]

Nukleoziddifosfáty majú svoje uplatnenie napríklad v prenose sacharidov. Spolu so sacharidmi tvoria nukleotidsacharidy. Významnou biomolekulou je v tomto smere hlavne UDP-glukóza, ktorá sa účastní Leloirovej dráhy a umožňuje spracovanie galaktózy, syntézy trehalózy u kvasiniek a syntézy sacharózy v rastlinách.[10]

Syntéza oligo- a polysacharidov[upraviť | upraviť zdroj]

Okrem prenosu sacharidov a syntézy disacharidov vystupuje UDP-glukóza i v syntéze glykogénu u cicavcov. U baktérií sa glykogén syntetizuje z ADP-glukózy, ktorá sa tiež účastní syntézy škrobu v rastlinách.[10]

Regenerácia NTP[upraviť | upraviť zdroj]

NTP sú dôležitými substrátmi mnohých enzýmov, takže ich bunky často regenerujú z NDP. Na to existuje niekoľko mechanizmov. Niektoré tieto reakcie sú vyhradené pre ADP/ATP, ktorý funguje ako hlavný zdroj energie v bunke, iné môžu podstupovať niekoľké NDP.

Nukleoziddifosfátkináza[upraviť | upraviť zdroj]

Nukleoziddifosfátkinázy (NDK) katalyzujú reakciu prenosu fosfátovej skupiny z jedného NTP na iný NDP, napríklad:[2][3]

ATP + GDP ↔ ADP + GTP

Sledovanie aktivity tohto enzýmu je možné pomocou luciferázy, ktorá spotrebováva práve vzniknuté ATP a tvorí svetlo.[11]

Substrátová fosforylácia[upraviť | upraviť zdroj]

Bližšie informácie v hlavnom článku: Substrátová fosforylácia

Počas substrátovej fosforylácie dochádza k prenosu fosfátovej skupiny zo substrátu na NDP, čím vzniká NTP.[12] Aby táto reakcia prebehla, musí hydrolýza Pi (anorganického fosfátu) zo substrátu uvoľniť dostatočné množstvo energie, aby sa Pi naviazal na ADP, čo zvyčajne znamená energiu vyššiu než je energia hydrolýzy ATP (asi 35 kJ/mol). To znamená, že len niekoľko substrátov je schopných podstúpiť túto reakciu, napríklad fosfoenolpyruvát pri premene na pyruvát v poslednom kroku glykolýzy:[12]

PEP + ADP → pyruvát + ATP

Zvyčajne ide o fosforyláciu ADP na ATP, fosforylované však môžu byť aj iné NDP (napr. GDP v reakcii sukcinyl-CoA syntetázy v Krebsovom cykle[2]).

Oxidatívna fosforylácia a fotofosforylácia[upraviť | upraviť zdroj]

Bližšie informácie v článkoch: Oxidatívna fosforylácia a Fotofosforylácia

Oxidatívna fosforylácia spája dýchací reťazec s fosforyláciou ADP, z ktorého vzniká ATP pomocou ATP syntázy. V dýchacom reťazci dochádza k oxidácii látok, vďaka čomu sa vytvára gradient vodíkových katiónov na rôznych stranách membrány, čím vzniká protónmotívna sila. ATP syntáza potom umožňuje chemiosmózu vodíkovým katiónom z jednej strany membrány na druhú, čím sa gradient znižuje. Sila, ktorú tento gradient vytvára, sa využíva na fosforyláciu ADP za vzniku ATP.[12]

Fotofosforylácia funguje podobne ako oxidatívna fosforylácia, ale na tvorbu gradientu sa využíva redukcia látok elektromagentickým žiarením.[12]

Referencie[upraviť | upraviť zdroj]

  1. SPC Gemcitabin STADA 1 g [online]. ADC.sk, [cit. 2022-07-31]. Dostupné online.
  2. a b c JANCURA, Daniel; SEDLÁK, Erik. Bioenergetika [online]. [Cit. 2022-07-31]. Dostupné online.
  3. a b JANIN, Joël; DEVILLE-BONNE, Dominique. 7 - Nucleoside-Diphosphate Kinase: Structural and Kinetic Analysis of Reaction Pathway and Phosphohistidine Intermediate. Zväzok 354. [s.l.] : Academic Press, 2002-01-01. (Enzyme Kinetics and Mechanism.) DOI: 10.1016/S0076-6879(02)54009-X. Dostupné online. DOI:10.1016/s0076-6879(02)54009-x S. 118–134. (po anglicky)
  4. ŠKÁRKA, Bohumil; FERENČÍK, Miroslav. Biochémia. 3. vyd. [s.l.] : [s.n.], 1992. ISBN 80-05-01076-1. S. 109, 114, 374.
  5. a b ENZYME - 2.7.4.6 Nucleoside-diphosphate kinase [online]. enzyme.expasy.org, [cit. 2022-07-31]. Dostupné online.
  6. a b VAN ROMPAY, An R.; JOHANSSON, Magnus; KARLSSON, Anna. Phosphorylation of nucleosides and nucleoside analogs by mammalian nucleoside monophosphate kinases. Pharmacology & Therapeutics, 2000-08, roč. 87, čís. 2-3, s. 189–198. Dostupné online [cit. 2022-07-31]. DOI10.1016/S0163-7258(00)00048-6. (po anglicky)
  7. JOHNSON, Sean; IMAI, Shin–ichiro. NAD+ biosynthesis, aging, and disease. F1000Research, 2018-02-01, roč. 7, s. 132. Dostupné online [cit. 2022-07-31]. ISSN 2046-1402. DOI10.12688/f1000research.12120.1. (po anglicky)
  8. FLETCHER, Sabine; LUCANTONI, Leonardo; SYKES, Melissa L.. Biological characterization of chemically diverse compounds targeting the Plasmodium falciparum coenzyme A synthesis pathway. Parasites & Vectors, 2016-11-17, roč. 9, čís. 1, s. 589. Dostupné online [cit. 2022-07-31]. ISSN 1756-3305. DOI10.1186/s13071-016-1860-3.
  9. GIANCASPERO, Teresa A.; COLELLA, Matilde; BRIZIO, Carmen. Remaining challenges in cellular flavin cofactor homeostasis and flavoprotein biogenesis. Frontiers in Chemistry, 2015-04-22, roč. 3. Dostupné online [cit. 2022-07-31]. ISSN 2296-2646. DOI10.3389/fchem.2015.00030.
  10. a b HILL, Benjamin L. On the stability of nucleoside diphosphate glucose metabolites: implications for studies of plant carbohydrate metabolism [online]. Journal of Experimental Botany, [cit. 2022-07-31]. Dostupné online. DOI:10.1093/jxb/erx190
  11. KARAMOHAMED, Samer; NORDSTRÖM, Tommy; NYRÉN, Pål. Real-Time Bioluminometric Method for Detection of Nucleoside Diphosphate Kinase Activity. BioTechniques, 1999-04, roč. 26, čís. 4, s. 728–734. Dostupné online [cit. 2022-07-31]. ISSN 0736-6205. DOI10.2144/99264rr02. (po anglicky)
  12. a b c d MCKINLAY, James B.; COOK, Gregory M.; HARDS, Kiel. Chapter Four - Microbial energy management—A product of three broad tradeoffs. Zväzok 77. [s.l.] : Academic Press, 2020-01-01. DOI: 10.1016/bs.ampbs.2020.09.001. Dostupné online. DOI:10.1016/bs.ampbs.2020.09.001 S. 139–185. (po anglicky)