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Lec. 6 Pyrimidine Metabolism

 

 

Pyrimidine biosynthetic pathway

 

 

de Novo Synthesis of Pyrimidines

 

  The  ring  is  assembled  from  bicarbonate,  aspartate  and 

glutamate. 

  The ring is synthesized first and then added to the ribose. 

 

1)  Step 1: Carbamoyl Phosphate synthesis  

  Carbamoyl phosphate for pyrimidine synthesis is made by 

carbamoyl phosphate synthetase II (CPS II) 

  Substrates are HCO

3

-

, glutamine ,2 ATP 

  CPS-II can be viewed as the committed step in pyrimidine 

synthesis  

2)  Step 2Aspartate transcarbamoylase (ATCase)  

catalyzes the condensation of carbamoyl phosphate with 
aspartate to form carbamoyl-aspartate

 

3)  Step 3dihydrootase 

ring closure and dehydration via condensation  Produce 
dihydroorotate

 

4)  Step 4dihydroorotate dehydrogenase 

Synthesis of a pyrimidine (orotate) 

 

5)  Step 5orotate phosphoribosyltransferase  

Orotate is joined with a ribose-P to form orotidine-5’-
phosphate (OMP)

 

6)  Step 6OMP decarboxylase  

OMP decarboxylase makes UMP (uridine-5’-
monophposphate) 

 

Synthesis of uridine and cytidine triphosphate

 

  Nucleoside monophosphate kinase 

 

UMP + ATP → UDP + ADP 

  Nucleoside diphosphate kinase 

 

UDP + ATP → UTP + ADP 

  CTP sythetase forms CTP from UTP and ATP 

 

Synthesis of dTMP

 

  Methylation of d-UMP by N

5

,N

10

-methylene THF 

  Nucleotide mono-, di-, and triphospahtes are 

  interconvertible 

  Nucleoside monophosphate kinases 

  UMP is converted to UTP before going on to produce CTP  

  CTP is formed by amination of UTP. 

Regulation of pyrimidine nucleotide biosynthesis

 

UTP and CTP are feeback inhibitors of CPS II

 

 

Orotic aciduria

 

  An inherited human disease caused by a deficiency in the 

multifunctional enzyme that catalyzes the last 2 steps in the 
pyrimidine synthesis 

  large amounts of orotic acid in urine 

  retarded growth and severe anemia 

  treat by administration of uridine and/or cytidine 


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Novo versus salvage pathways

 

de

 

 

Regulation of pyrimidine biosynthesis

 

  UDP and UTP are feedback inhibitors of CPS II 

  PRPP and ATP are activators 

Salvage of pyrimidine

 

  Pyrimidine nucleosides can be salvaged by  

  Nucleoside kinase that use atp in the phosphorylation of the 

nucleoside to nucleotide. 

How Are Pyrimidines Degraded?

 

  Pyrimindine rings can be fully degraded to soluble structures 

(Compare to purines that make uric acid) 

  pyrimidines ring is opened and degraded to highly soluble 

products as B-alanine, 

-aminoisobutyric acid, ammonium, 

and CO

2

 

  Degradation pathways are quite distinct for purines and  

pyrimidines, but salvage pathways are quite similar 

  CMP and UMP degraded to bases similarly to purines   

  Dephosphorylation 
  Deamination 
  Glycosidic bond cleavage 

  Uracil reduced in liver, forming b-alanine  

  Converted to malonyl-CoA  fatty acid synthesis for 

energy metabolism 

  What are the major differences between purine and 

pyrimidine pathways? What are the similarities?  

  similarities: 

o  both start with R-5-P 
o  PRPP synthetase catalyzes rate limiting step, most active 

during DNA replication 

  differences:  

o  pyrimidines use carbomoyl phosphate synthetase II 

(CPSII) for the first committed step whereas purines use 
glutamine-PRPP-amidotransferase, 

o  pyrimidine pathway is 4 steps whereas purines is 11 

  What enzyme catalyzes the rate limiting step and the first 

committed step in pyrimidine synthesis?  

  PRPP synthetase is rate limiting, 
  carbamoyl phosphate synthetase II (CPSII) is 1

st

 committed  

  What is the first pyrimidine and first pyrimidine 

nucleotide formed in pyrimidine synthesis?  

orotate is first pyrimidine, OMP is first pyrimidine nucleotide 

 

  How is CPS II regulated?  

Positive effectors: PRPP, ATP

 

negative  effector: UTP 

 

  From OMP, what is the process that leads to the formation 

of UTP, CTP?  
OMP → UMP (Orodylate decarboxylase) → UDP → UTP 
(CTP synthetase) → CTP 

 

  What percentage of pyrimidines are recycled, and how 

does this compare to purines?  

30% of pyrimidines are recycled compared to 90% in purines 

 

  At what level are pyrimidines recycled and how does this 

differ from purines?  
pyrimidines are recycled at the level of nucleosides while 
purines are recycled as free bases 

 

  Do pyrimidine degradation products cause any 

pathologies? Why?  
No, pyrimidine degradation products are highly water soluble 
and excreted in urine 

 

  Which nucleotide is an important target in cancer 

treatment?  
Thymidine (it is only found in DNA, its inhibition will inhibit 
replication) 

 

  Purine/Pyrimidine 

degradation 

are 

the 

same 

for  

ribonucleotides and deoxyribonucleotides 

  Biosynthetic pathways are only for ribonucleotide production  

  Deoxyribonucleotides are synthesized from corresponding 

ribonucleotides  

 

Synthesis of deoxyribonucleotides from 
ribonucleotides

 

  The nucleotides synthesized all contain 

ribose(ribonucleotides) 

   to synthesize DNA we need nucleotides that contain 

deoxyribose 

   ribonucleotide reductase reduce ribonucleotides to 

deoxyribonucleotides.(by reduction of  ribose sugar ) 

  As UDP to dUDP,GDP to dGDP 

Regulation of Nucleotide Biosynthesis

 

 


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Anticancer Drugs

 

Inhibition of the synthesis of dexoyribonucleotides or 
thymidylate will selectively inhibit fast growing cells.

 

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Mostafa Altae
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