1. Purines and Pyrimidines
נוקלאוטידים: פורינים, פירימידינים, הגדרות, מבנה ותפקידים
מסלולים ביוסינטטיים
מסלולים קטבוליים
de-novo
salvage
מתחיל מהפרקורסורים המטבוליים: ח. אמינו, ריבוז 5-פוספט, CO2 ו- NH3
מיחזור בסיסים חופשיים ונוקלאוטידים ששוחררו מחומצות גרעין
מחלת Gout
Lesch-Nyhan Syndrome
חומצה פולית
כימותרפיה

2. כללי: הנוקלאוטידים והמולקולות שנגזרות מהם משתתפים במגוון תהליכים בתא.
הפולימרים שלהם- חומצות הגרעין, מספקות את המידע לכל התהליכים שמתרחשים בתא.
תרכובות עתירות אנרגיה שמניעות תהליכים מטבוליים (בעיקר ביוסינטזה) בכל סוגי התאים.
קופקטורים של אנזימים שונים.
המידע הצפון ברצף הנוקלאוטידים והמצוי בחומצות הגרעין, קובע את המבנה של כל החלבונים והמרכיבים התאיים.

3. המבנה הבסיסי של נוקלאוטיד - 1:
פנטוז: סוכר בעל 5 פחמנים הממוספרים מספור אטומי הפחמן בטבעת הסוכר כולל סימן תג (‘) כדי להבדילם ממספור אטומי טבעות הבסיסים ב-DNA הסוכר Deoxyriboseוב- RNA הסוכר Ribose
בסיס חנקני: מבנה טבעתי המכיל אטומי פחמן וחנקן. מספור האטומים בטבעת אינו כולל (').
פוספט: שייר חומצי, אחראי לחומציות של חומצות הגרעין.

4. המבנה הבסיסי של נוקלאוטיד - 2:1 2 3

5. המבנה הבסיסי של נוקלאוטיד - 3:
H or OH
Deoxyribose (DNA)
Ribose (RNA)

6. הרכב הבסיסים:

7. מינוח: בסיסים, נוקלאוזידים, נוקלאוטידים וחומצות גרעין

8. שמות - היסטוריה . . .
בחלק מהמקרים השמות הנהוגים משקפים את נסיבות גילוי הבסיסים:
THYMINE
GUANINE
בודד לראשונה מרקמת תימוס.
בודד לראשונה מ- Guano - הפרשת עופות ים

9. מבנה השרשרת הפולינוקלאוטידית והשלד הקוולנטי:
הנוקלאוטידים העוקבים ברצף ה- DNA או ה RNA -קשורים קוולנטית על-ידי “גשרים” של קבוצות פוספט :
קבוצת ההידרוקסיל בקצה ‘5 של נוקלאוטיד אחד נקשרת לקבוצת ההידרוקסיל בקצה ‘3 של הנוקלאוטיד הבא בקשר פוספודיאסטרי.
השלד הקוולנטי של חומצות הגרעין מורכב מקישור של שיירי פוספט ופנטוז והבסיסים נחשבים לקבוצות צדדיות הקשורות לשרשרת השלד במרווחים קבועים.

10. Phosphodiester bridge:

11. . . . בנוסף לתפקידם של הנוקלאוטידים כאבני הבניין של חומצות הגרעין, הם ממלאים מגוון של תפקידים נוספים:
מטבעות אנרגטיים
קופקטורים אנזימתיים
שליחים כימיים

12. מטבעות אנרגטיים:
הנוקלאוטידים עשויים להכיל 1, 2, קבוצות פוספט הקשורות קוולנטית לקבוצת ההידרוקסיל בקצה ‘5 של הריבוז
המבנה בעל 3 קבוצות הפוספט מהווה מקור לאנרגיה כימית הנחוצה להפעלה של מגוון ריאקציות ביוכימיות
האנרגיה מושגת מהידרוליזה של הקשרים בין יחידות הפוספט.

13. General structure of nucleotide 5’-mono-, 5’-di- and 5’-triphosphates

14. ביקוע קשרי פוספט עתירי אנרגיה ב ATP-g b a
30 kJ/mol
14 kJ/mol
30 kJ/mol

15. קופקטורים אנזימתיים:
קופקטורים אנזימתיים רבים הממלאים תפקיד במגוון רחב של פעילויות ביוכימיות כוללים אדנוזין כחלק מהמבנה שלהם.
בכל המקרים, האדנוזין אינו נוטל חלק במילוי התפקיד הקטליטי.
אולם, הרחקת האדוניזין גורמת לירידה משמעותית בפעילות הקטליטית.
יתכן והאדנוזין תורם לחיזוק הקשר שבין האנזים והסובסטרט.

16. קופקטור אנזימתי המכיל Adenosine
3’ Phosphoadenosine diphosphate
הרחקת הנוקלאוטיד
b-ketoacyl-CoA transferase
משפיעה על פעילות האנזים:
הפעיל במטבוליזם של ליפידים

17. סכמת הפעולה של נוקלאוטיד כשליח משני:
הורמון, שליח ראשוני
נוקלאוטיד, שליח משני
גרעין
שינוי תפקודי
קולטן תא

18. נוקלאוטידים המשמשים כשליחים משניים:

19. תאור מקרה: ממצאים בבדיקה: החשד: מחלת Gout גבר כבן 61 שנים.
חבר בכיר בפקולטה לרפואה.
כ- 4 ימים לפני האשפוז - הוענק תואר כבוד.
לאחר הענקת התואר - בילוי במסיבה (הרבה אוכל ושתייה).
למחרת בבוקר: כאב בכתף שמאל. הכאב החמיר במהלך טיסת עסקים. לאחר הנחיתה - הכאב החריף.
אשפוז
הכאב נמשך
חזר לביתו
ביטול התחייבויות
ממצאים בבדיקה:
לא נראו סימני מחלה גלויים
[לפני האירוע הנדון - החולה חי חיים נורמליים ובריאים לחלוטין]
חום: 39 מ”צ
דופק: 90 /דקה
צילומי רנטגן: בטן + אגן - תקינים
דגימת שתן: PH=4.5, חיובית לחלבון
מיקרוסקופיה של המשקע :נוכחות גבישים עדינים בצורת מחטים
[ mg/24 hr]
איסוף שתן (24 שעות): 115 מ”ג חלבון, גר’ Uric acid
7.0 mg/dL
גבול עליון:
סרום: Uric acid mg/dL
החשד: מחלת Gout

20. נגרמת עקב עליה בריכוז Uric acid בדם וברקמות
מחלת Gout - רקע כללי:
מחלת מפרקים
מופיעה בעיקר בגברים
נגרמת עקב עליה בריכוז Uric acid בדם וברקמות
המפרקים נעשים: מודלקים, רגישים, נפוחים
Acute Arthritis
זאת עקב השקיעה הבלתי נורמלית של גבישי Sodium urate
בשתן, ב- PH נמוך שוקעת uric acid
ברקמות, ב- PH פיזיולוגי שוקע Sodium urate
פגיעה בכליות: עקב הצטברות עודפי Uric acid בטובולים של הכליה
כנראה שיש רקע גנטי
הגורם המדויק למחלה אינו ידוע
חסר של אחד מאנזימי המטבוליזם של פורינים
שכיחות באוכלוסייה: 0.3%

21. הגדרות: Hyperuricemia: ריכוז גבוה של Uric acid בסרום.
יש להבדיל מצב זה ממחלת Gout
מיעוט האנשים בעלי רמות גבוהות של Uric acid יפתחו Gout
כל חולי ה- Gout סובלים מ- Hyperuricemia
Hyperuricemia סימפטומטית:
Acute Gouty Arthritis
סיבוכים של Hyperuricemia הנובעים משקיעת גבישי Uric acid
Chronic Gout
Renal Disease
הסיבוך הנפוץ ביותר של Hyperuricemia
:Gouty Arthritis
קיימים 3 שלבים:
1. Hyperuricemia אסימפטומטית
2. Acute Gouty Arthritis: שקיעת גבישי Sodium urate במפרקים
התנעת תגובה דלקתית
3. Chronic Gout: פגיעה בלתי הפיכה במפרקים

22. סוגי Gout: מחלת Gout ראשונית: (Primary Gout)
מחלה גנטית (מספר צורות מופע). שייכת לקבוצת מחלות המוגדרות כ-
“Inborn Errors of Metabolism”
נראית לראשונה: גברים: מעל גיל 40
נשים: לאחר גיל המעבר
מחלת Gout משנית: (Secondary Gout)
נגרמת בהמשך להפרעה קיימת,
(לדוגמה: בחולי לוקמיה)
מופיעה בשני המינים בגיל צעיר יותר מ- Primary Gout

23. Acute Gout - סימנים קליניים:
כאב קיצוני בחריפותו
בתחילה: פגיעה במפרק בודד ( אחוז מהמקרים)
בהמשך: כאבים במספר מפרקים באותו הזמן
ההתקפים נמשכים מספר ימים (משתנה) וחולפים מעצמם
בין ההתקפים: היעדר מוחלט של הסימפטומים
עם הזמן :תדירות ההתקפים עולה והסימפטומים אינם נעלמים
הופעה ראשונה של הסימפטומים: בין העשור הרביעי לחמישי
עפי”ר בגברים, רוב המקרים לראשונה בגיל 50
אצל רוב החולים: ההתקף הראשון במצב של בריאות כללית תקינה
90 אחוז מהמקרים: התקפים חריפים בבוהן הרגל
בתוך מספר שעות מתחילת ההתקף: המפרק הנגוע - מתחמם, מאדים, רגיש למגע
תופעות סיסטמיות: עליית חום, עלייה במספר לאוקוציטים

24. הקשר בין מחלת Gout ותזונה:
רקע היסטורי:
המחלה יוחסה לאנשים מפורסמים ועשירים.
נקשרה לתזונה עשירה וחיי מותרות.
[חולים מפורסמים: אייזיק ניוטון, צ’רלס דרווין, מרטין לותר קינג]
נמצא כי דיאטה עשירה ורמת חיים גבוהה כנראה ומסייעות לביטוי המחלה אצל אנשים בעלי רקע גנטי מתאים
כיום, חלק ניכר מהאוכלוסייה ניזון מדיאטה עשירה בחלבון וחומצות גרעין
התזונה אינה מהווה גורם כפי שהייתה בעבר
הגורם העיקרי למחלה:
פגם במטבוליזם של נוקלאוטידים פורינים

25. מטבוליזם של פורינים סדרה מורכבת של מסלולים ביוכימיים: ביוסינתזה
קטבוליזם
“Degradative pathway”
מסלול “Salvage” (מיחזור)
סינתזה “de-novo”
תוצר סופי: Uric acid
הפרשה דרך הכליות
שתן

26. מסלולי הביוסינתזה של נוקלאוטידים פורינים:
סינתזה de-novo:
תהליך זהה במרבית האורגניזמים החיים
חומצות אמינו
CO2
NH3
סוכר
התחלת התהליך מחומרי המוצא :
חומרי מוצא שאינם פורינים
התהליך רב שלבי:
חומר המוצא:
5-Phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PRPP)
תרומת קבוצות אמינו (מחומצות אמינו)
בניית הטבעת הפורינית
התוצרים הסופיים:
Guanosine 5’ monophosphate - GMP
Adenosine 5’ monophosphate - AMP

27. 5’-Phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PRPP)
מולקולה הדרושה ליצירת נוקלאוטידים פורינים ופירימידינים
מקור: Ribose 5- phosphate ו- ATP
Ribose 5-phosphate + ATP
PRPP + AMP
PRPP Synthetase
מגיע מ- מטבוליזם של גלוקוז ותהליכי פירוק של נוקלאוטידים
עיכוב ע"י AMP ו- GMP
PRPP משתתף בתהליכים הבאים:
סינטזה de-novo של נוקלאוטידים פורינים ופירימידינים
מסלולי המיחזור של נוקלאוטידים פורינים
ביוסינטזה של קואנזימים המכילים נוקלאוטידים

28. מקור אטומי הפחמן והחנקן בטבעת הפורין
מקור ה- Formate הוא: N10-Formyltetrahydrofolate

29. הפיקוח על תהליך הסינתזה de-novo:
ע”י מספר מנגנוני היזון - חוזר
למשל: הריאקציה הראשונה בתהליך
העברת קבוצת אמינו מגלוטמין לפחמן מס’ 1 של PRPP
האנזים: Glutamine-PRPP amidotransferase
AMP
מעוכב ע”י התוצרים הסופיים
GMP

30. מנגנוני הפיקוח בתהליך היצירה של Adenine ו- Guanine (פורינים)
יצירת PRPP
עיכוב ע"י תוצר
שלב ייחודי לפורינים: העברת קבוצת אמין מגלוטמין ל- PRPP
(התהליך המתואר מתקיים בחיידקי E. Coli. מנגנוני הפיקוח באורגניזמים אחרים, שונים)

31. מסלול Salvage (מיחזור):
מיחזור הבסיסים החופשיים והנוקלאוזידים (בסיס + סוכר)
Lesch - Nyhan Syndrome:
מחלה זו מדגישה את החשיבות של מסלול ה- Salvage
תאור:
מחלה שמאופיינת בייצור מוגבר של פורינים
מחלה גנטית
סימנים נוירולוגיים קשים עקב פגיעה במערכת העצבים המרכזית (פיגור, חוסר קואורדינציה)
נראית בעיקר בתינוקות - זכרים
סימנים ראשונים - בגיל שנתיים
התנהגות אלימה ביותר שמובילה לפגיעה עצמית (קטיעת אצבעות, קטיעת בהונות הרגליים, פציעת שפתיים)
הפגם: חסר באנזים -
Hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase [HGPRT]

32. ניצול מחדש של Guanine: + + PPi
בסיסים חופשיים מצטברים בתא באופן קבוע כתוצאה מתהליכי פירוק
במצב נורמלי - בסיסים אלו ינוצלו מחדש ליצירת נוקלאוטידים (מיחזור)
למשל - ניצול מחדש של Guanine ע”י HGPRT ליצירת GMP:
Guanosine 5’ monophosphate (GMP)
Free Guanine
5-Phosphoribosyl-1-pyrophosphate (PPRP) +
+ PPi
HGPRT
Hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase
בהיעדר HGPRT:
Guanine - תוצר פירוק של חומצות גרעין יצטבר בתא
עלייה ברמת PRPP (חומר המוצא לסינתזה de-novo). אין עיכוב ע"י תוצר (GMP)
עלייה ברמת סינתזה de-novo של בסיסים פוריניים
עלייה ברמת Uric acid (תוצר סופי של תהליכי הפירוק)

33. Purine Nucleotide Catabolism
GMP
AMP
[Guanosine 5’ monophosphate]
[Adenosine 5’ monophosphate]
H2O
H2O
5’-Nucleotidase
5’-Nucleotidase Pi Pi
Guanosine
Adenosine
H2O
H2O
Nucleotidase
Adenosine deaminase
NH3
Ribose
Inosine
Guanine
H2O
Nucleotidase
Ribose
Hypoxanthine
H2O
NH3
H2O + O2
H2O2
Xanthine oxidase
Guanine deaminase
Xanthine
H2O + O2
H2O2
Xanthine oxidase
Uric acid
מאפיין של מחלת Gout
עלייה ברמת Uric acid בדם ושתן
אולם: הפרשה מוגברת של Uric acid תתכן גם באנשים שהם-
בעלי שטח פנים גדול
נמצאים במצבי לחץ קיצוניים

34. דיאטה: מומלצת כלכלה דלת חלבון, חומצות גרעין ונוקלאוטידים
הטיפול במחלת Gout:
שילוב של דיאטה ותרופות
דיאטה: מומלצת כלכלה דלת חלבון, חומצות גרעין ונוקלאוטידים
כלכלה עשירה בחלבון תורמת להגברת יצור הפורינים מאחר ואלו דורשים לצורך בנייתם חומצות אמינו
יש להימנע מ:
דהידרציה
השמנה
יצירת גבישי Uric acid תלויה בריכוזה בדם
כמות רבה של מזון (חלבון, ח. גרעין) נצרך לשם שמירת משקל הגוף
תכשירים: הטיפול משתנה בהתאם למצב המחלה
כרוני
חריף
1. תכשירים מגבירי הפרשת Uric acid
Non-steroidal anti-inflammatory drugs
2. מעכבי Xanthine oxidase
3. קולכיצין
Indomethacin, Naproxan Ibuprofen

35. קולכיצין: מאוד יעיל ומביא לשיפור קליני
אינו גורם לירידה ברמת האוראטים בסרום
מנגנון פעולה לא ברור
קולכיצין:
יתכן כי:
נקשר למיקרוטובולים של הלויקוציטים הפולימורפונוקליאריים
פירוק המבנה המרחבי של המיקרוטובולים
פגיעה ביכולת התנועה, הצמדות ופגוציטוזה של התאים
צמצום התגובה הדלקתית
תכשירים שמעלים את רמת הפינוי של Uric acid ע”י הכליות (עיכוב תהליך הספיגה החוזרת)
Uricosuric drugs:
Probencid
Sulfinpyrazone

36. Allopurinol: מניעת יצירת Uric acid
Allopurinol = מעכב תחרותי של האנזים Xanthine oxidase
מנגנון הפעולה:
Nucleic acids
GMP
AMP
הפרשה
Guanine
Hypoxanthine
Xanthine oxidase
הפרשה
Xanthine
Xanthine oxidase
Uric acid O O N NH NH N NH N NH N
Hypoxanthine
Allopurinol
אנלוג מבני
ירידה בכמות Uric acid
מופרשים בזמן הטיפול
Hypoxanthine ו- Xanthine יותר מסיסים מ- Uric acid

37. ביוסינטזה של נוקלאוטידים פירימידינים
CMP
UMP
Cytidine 5’-monophosphate
Uridine 5’-monophosphate
השוני מסינטזת פורינים:
הטבעת הפירימידינית המשושה נבנית בשלב הראשון
בשלב השני, חיבור הטבעת המושלמת ל- Ribose 5- phosphate של PRPP

38. סינתזה של נוקלאוטידים פורינים ופירימידינים – סיכום:
פירימידינים:
פורינים:
בניית הטבעת הפירימידינית
Ribose 5-phosphate
חיבור ל- Ribose 5-phosphate של PRPP
PRPP
בניית הטבעת הפורינית ע"ג PRPP
נוקלאוטיד
נוקלאוטיד
עיכוב ע"י תוצר
עיכוב ע"י תוצר

39. מסלולי מיחזור של נוקלאוטידים פירימידינים קיימים במיקרואורגניזמים
ביונקים – רמת המיחזור של הנוקלאוטידים הפירימידינים אינה משמעותית

40. RNA
Ribonucleotides הם חומרי המוצא ל- Deoxyribonucleotides
DNA
הריאקציה:
חיזור
Ribonucleotide diphosphate
Deoxynucleotide diphosphate
Ribonucleotide reductase
2’ C : OH

41. המקור ל- :dUMP יצירת dTMP מ- dUMP ה- DNA מכיל Thymine ולא Uracil
דאמינציה של dCTP
פוספורילציה של dUDP

42. יצירת dTMP דאמינציה תוצר ביניים משותף: פוספורילציה
הפיכת ריבונוקלאוטיד לדאוקסי ריבונוקלאוטיד

44. Folic acid / Folate Structure and terminology
שמות כלליים למשפחה של תרכובות הנגזרות מ-
Folic acid ו Folate-
Pteroic acid
המורכבת מ -
שייר של Aminobenzoic acid
טבעת Pteridine
אליה נקשרת חומצה גלוטמית
Pteridine
Aminobenzoic Acid
Glutamic acid
Pteroic acid
Folic acid
7,8 Dihydrofolate
נגזרות פעילות:
5,6,7,8 Tetrahydrofolate

45. קליטת Folic acid Folic acid מהמזון: הופכת ל Tetrahydrofolate – THF :
ע”י האנזיםDihydrofolate reductase -
הריאקציה:
Folate
Dihydrofolate reductase
NADPH+H+
NADP+
Dihydrofolate (DHF)
Tetrahydrofolate (THF)
NADPH+H+
NADP+
האנזים - Dihydrofolate reductase רגיש ביותר לאנלוגים מבניים של Folic acid (אנטי מטבוליטים) שמשמשים בכימותרפיה של סרטן
Aminopterin
Methotrexate

46. פונקציות ביולוגיות:
הנגזרות השונות של Folate הן קואנזימים שמשתתפים במגוון תהליכים ביוכימיים הכוללים העברה של יחידות חד פחמניות
לדוגמה:
פירימידינים
פורינים
מתיונין
ביוסינתזה של:
היסטידין
פורינים
דגרדציה של:

47. תכשירים מעכבי סינתזת נוקלאוטידים [אנלוגים מבניים של[Folate
תאים סרטניים גדלים מהר יותר מתאים נורמליים
דרישה מוגברת לנוקלאוטידים כחומרי גלם ליצור DNA/RNA
רגישים יותר למעכבי סינתזת נוקלאוטידים בהשוואה לתאים נורמליים
לכן:
מאחר ו - Folate חשובה לייצור פרקורסורים של חומצות גרעין, הרי שהאנלוגים המבניים (אנטי מטבוליטים) יאטו את קצב ייצור חומצות הגרעין בתאים שמתחלקים מהר (סרטן)
Dihydrofolate reductase
אנזים המטרה:
התכשירים:
Methotrexate
אנטי מטבוליטים = מעכבים
Aminopterin

48. אתר הפעולה של המעכבים Methotrexate ו- Aminopterin