Hoofdstuk_IX.pdf

# Structuur en naamgeving van nucleotiden, nucleosiden en basen Nucleïnezuren bestaan uit nucleotiden, die op hun beurt zijn opgebouwd uit basen, een suiker (ribose of deoxyribose) en een of meer fosfaatgroepen. Dit gedeelte behandelt de structuur en naamgeving van deze componenten [2](#page=2) [3](#page=3). ## 1\. Structuur en naamgeving van nucleotiden, nucleosiden en basen ### 1.1 De bouwstenen van nucleïnezuren #### 1.1.1 Basen Basen vormen de stikstofhoudende componenten van nucleotiden. Ze worden ingedeeld in twee hoofdgroepen op basis van hun chemische structuur: purines en pyrimidines [13](#page=13). * **Purines:** Deze basen bestaan uit een zesring die is gefuseerd met een vijfring (imidazol). De twee belangrijkste purines die in nucleïnezuren voorkomen zijn adenine (A) en guanine (G) [13](#page=13) [14](#page=14). * Adenine (A) [14](#page=14). * Guanine (G) [14](#page=14). * **Pyrimidines:** Deze basen hebben een enkele zesringstructuur. De belangrijkste pyrimidines zijn cytosine (C), uracil (U) en thymine (T). Uracil wordt voornamelijk in RNA aangetroffen, terwijl thymine kenmerkend is voor DNA [13](#page=13) [14](#page=14). * Cytosine (C) [14](#page=14). * Uracil (U) [14](#page=14). * Thymine (T) (enkel in deoxyribose-vorm) [14](#page=14). #### 1.1.2 Suikers De suikercomponent van nucleotiden is óf ribose (in ribonucleotiden, de bouwstenen van RNA) óf deoxyribose (in deoxyribonucleotiden, de bouwstenen van DNA). Het verschil zit in de aanwezigheid van een hydroxylgroep op het 2'-koolstofatoom in ribose, terwijl dit bij deoxyribose een waterstofatoom is [10](#page=10) [8](#page=8). #### 1.1.3 Nucleosiden Een nucleoside is een verbinding die bestaat uit een base die covalent gebonden is aan een suiker (ribose of deoxyribose). De binding vindt plaats tussen het N1-atoom van de pyrimidine of het N9-atoom van de purine en het C1'-atoom van de suiker [4](#page=4). * **Ribonucleosiden:** Bevatten ribose als suiker [9](#page=9). * **Deoxyribonucleosiden:** Bevatten deoxyribose als suiker [9](#page=9). #### 1.1.4 Nucleotiden Een nucleotide is een nucleoside waaraan één of meer fosfaatgroepen zijn gekoppeld. Deze fosfaatgroepen worden gebonden aan het 5'-koolstofatoom van de suiker. Nucleotiden kunnen mon-, di- of trifosfaten zijn, wat aangeeft hoeveel fosfaatgroepen er gebonden zijn [3](#page=3) [5](#page=5). * **Ribonucleotiden:** Bevatten ribose en een of meer fosfaatgroepen. Ze zijn ingebouwd in RNA (ribonucleïnezuur) [10](#page=10) [9](#page=9). * **Deoxyribonucleotiden:** Bevatten deoxyribose en een of meer fosfaatgroepen. Ze zijn ingebouwd in DNA (deoxyribonucleïnezuur) [10](#page=10) [9](#page=9). > **Tip:** Onthoud dat een nucleoside de combinatie is van een suiker en een base, terwijl een nucleotide een nucleoside is met toegevoegde fosfaatgroep(en). ### 1.2 Naamgeving De naamgeving van basen, nucleosiden en nucleotiden volgt specifieke regels, waarbij onderscheid wordt gemaakt tussen ribonucleosiden/-nucleotiden en deoxyribonucleosiden/-nucleotiden [15](#page=15). #### 1.2.1 Naamgeving van basen De namen van de basen zijn specifiek: adenine (A), guanine (G), cytosine (C), uracil (U) en thymine (T) [14](#page=14). #### 1.2.2 Naamgeving van ribonucleosiden en ribonucleotiden * **Ribonucleosiden:** De naam van een ribonucleoside wordt gevormd door de naam van de base te nemen en deze aan te passen met een uitgang die aangeeft dat het om een ribose-bevattend molecuul gaat. * Adenine (A) wordt Adenosine [15](#page=15). * Guanine (G) wordt Guanosine [15](#page=15). * Cytosine (C) wordt Cytidine [15](#page=15). * Uracil (U) wordt Uridine [15](#page=15). * **Ribonucleotiden (5'-monofosfaat):** De naam van een ribonucleotide (meestal de monofosfaatvorm) wordt afgeleid van de naam van het corresponderende nucleoside. De uitgang "-ine" of "-osine" verandert naar "-ylaat" [15](#page=15). * Adenosine-monofosfaat wordt Adenylaat, ook wel aangeduid als AMP [15](#page=15) [3](#page=3) [5](#page=5). * Guanosine-monofosfaat wordt Guanylaat (GMP) [15](#page=15). * Cytidine-monofosfaat wordt Cytidylaat (CMP) [15](#page=15). * Uridine-monofosfaat wordt Uridylaat (UMP) [15](#page=15). #### 1.2.3 Naamgeving van deoxyribonucleosiden en deoxyribonucleotiden * **Deoxyribonucleosiden:** De naamgeving volgt grotendeels die van ribonucleosiden, maar met de toevoeging "Deoxy-" aan het begin om aan te geven dat het deoxyribose bevat. * Adenine (A) wordt Deoxyadenosine [15](#page=15). * Guanine (G) wordt Deoxyguanosine [15](#page=15). * Cytosine (C) wordt Deoxycytidine [15](#page=15). * Thymine (T) wordt Deoxythymidine. (Let op: uracil komt niet voor als deoxyribonucleoside in DNA) [15](#page=15). * **Deoxyribonucleotiden (5'-monofosfaat):** Net als bij ribonucleotiden, wordt de naam afgeleid met de uitgang "-ylaat", en de toevoeging "Deoxy-". * Deoxyadenosine-monofosfaat wordt Deoxyadenylaat (dAMP) [15](#page=15) [8](#page=8) [9](#page=9). * Deoxyguanosine-monofosfaat wordt Deoxyguanylaat (dGMP) [15](#page=15). * Deoxycytidine-monofosfaat wordt Deoxycytidylaat (dCMP) [15](#page=15). * Deoxythymidine-monofosfaat wordt Deoxythymidylaat (dTMP) [15](#page=15). > **Tip:** De afkortingen voor nucleotiden worden vaak gebruikt, zoals AMP, ADP, ATP voor adenosine mono-, di-, en trifosfaat. Voor deoxyribonucleotiden wordt vaak een "d" voor de afkorting geplaatst, zoals dAMP, dGMP, etc. [15](#page=15) [3](#page=3) [6](#page=6) [7](#page=7). #### 1.2.4 Fosfaatgroepen De fosfaatgroepen worden benoemd op basis van het aantal: mono-, di- en trifosfaat [3](#page=3) [5](#page=5). * Adenosinemonofosfaat (AMP) [2](#page=2) [3](#page=3). * Adenosinedifosfaat (ADP) [6](#page=6). * Adenosinetrifosfaat (ATP) [7](#page=7). Voor deoxyribose-varianten geldt dezelfde naamgeving met de toevoeging "deoxy-", zoals Deoxyadenosinemonofosfaat [8](#page=8) [9](#page=9). * * * # Biosynthese en modificatie van purine- en pyrimidinenucleotiden De synthese van purine- en pyrimidinenucleotiden is een essentieel proces voor het leven, waarbij de bouwstenen voor DNA en RNA worden gevormd. ### 2.1 De novo biosynthese van purinering De \_de novo synthese van de purinering is een complex proces dat uit meerdere stappen bestaat en resulteert in de vorming van inosinemonofosfaat (IMP), de voorloper van zowel adenosine- als guanosinemonofosfaat \[17-24\](#page=17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24). Dit proces vindt plaats in de cel, waarbij de purinering stap voor stap wordt opgebouwd op een bestaand ribose-5-fosfaat molecuul [17](#page=17). #### 2.1.1 Vorming van fosforibosyl-1-pyrofosfaat (PRPP) De synthese begint met de vorming van fosforibosyl-1-pyrofosfaat (PRPP) uit ribose-5-fosfaat en ATP [17](#page=17). #### 2.1.2 Opbouw van de purinering op PRPP Vervolgens worden verschillende moleculen toegevoegd om de purinering op te bouwen: * **Stap 1 & 2: Vorming van 5-fosforibosylamine** De pyrofosfaatgroep van PRPP wordt vervangen door een aminegroep afkomstig van glutamine, wat leidt tot de vorming van 5-fosforibosylamine [19](#page=19). * **Stap 3: Aanhechten van glycine** Glycine wordt aan 5-fosforibosylamine gekoppeld, met behulp van ATP, om glycinamide-ribonucleotide te vormen [19](#page=19). * **Stap 4: Formylering** Een formylgroep, afkomstig van N10-formyltetrahydrofolaat (een derivaat van foliumzuur), wordt aangehecht aan glycinamide-ribonucleotide om formylglycinamide-ribonucleotide te vormen (#page=20, 21). De formylgroep fungeert als een aldehyde dat reageert met amines [20](#page=20) [21](#page=21). * **Stap 5: Vorming van formylglycinamidine-ribonucleotide** Een tweede formylgroep wordt overgedragen van N10-formyltetrahydrofolaat aan formylglycinamide-ribonucleotide, wat resulteert in de vorming van formylglycinamidine-ribonucleotide [21](#page=21). * **Stap 6: Ringsluiting tot aminoimidazol ribonucleotide** Met behulp van ATP wordt de purinering gesloten, wat leidt tot de vorming van aminoimidazol ribonucleotide (AIR) [21](#page=21). * **Stap 7: Carboxylering** Koolstofdioxide (CO2) en ATP worden gebruikt om een carboxylgroep toe te voegen aan AIR, wat resulteert in carboxyaminoimidazol ribonucleotide [22](#page=22). * **Stap 8: Vorming van amino-imidazol succinylcarboxamide ribonucleotide** Aspartaat levert een succinylgroep die wordt gekoppeld aan carboxyaminoimidazol ribonucleotide, met behulp van ATP, om amino-imidazol succinylcarboxamide ribonucleotide te vormen. Fumaraat wordt hierbij als bijproduct afgesplitst [22](#page=22). * **Stap 9: Verwijdering van fumaraat** Fumaraat wordt verwijderd uit amino-imidazol succinylcarboxamide ribonucleotide, wat leidt tot aminoimidazol-carboxamide ribonucleotide [22](#page=22). * **Stap 10: Tweede ringsluiting** Een tweede ringsluiting vindt plaats, waarbij de reeds gevormde ringen worden verbonden, resulterend in formamidoimidazolcarboxamide ribonucleotide (#page=22, 23) [22](#page=22) [23](#page=23). * **Stap 11: Vorming van IMP** Ten slotte wordt door cyclohydrolase de laatste ring gevormd en water afgesplitst, wat resulteert in inosinemonofosfaat (IMP) (#page=22, 23). IMP is de directe voorloper van AMP en GMP [22](#page=22) [23](#page=23). > **Tip:** De \_de novo purinesynthese is een energie-intensief proces dat veel ATP verbruikt. ### 2.2 Modificatie van IMP tot AMP en GMP Inosine monophosphate (IMP) dient als een centraal intermediair voor de synthese van zowel adenosine monophosphate (AMP) als guanosine monophosphate (GMP) [25](#page=25). #### 2.2.1 Synthese van AMP uit IMP De omzetting van IMP naar AMP vereist een stikstofbron en energie [25](#page=25). * **Stap 1 (AMP synthese): Koppeling met aspartaat** IMP reageert met aspartaat in een reactie die wordt gekatalyseerd door adenylosuccinaat synthetase. Dit proces vereist ATP en produceert adenylosuccinaat [25](#page=25). * **Stap 2 (AMP synthese): Afsplitsing van fumaraat** Adenylosuccinaat wordt vervolgens door adenylosuccinaatlyase gesplitst, waarbij fumaraat wordt verwijderd en AMP wordt gevormd [25](#page=25). > **Voorbeeld:** De omzetting van IMP naar AMP illustreert de flexibiliteit van de purinesynthese, waarbij de basisstructuur verder wordt gemodificeerd. #### 2.2.2 Synthese van GMP uit IMP De omzetting van IMP naar GMP verloopt via xantosinemonofosfaat [25](#page=25). * **Stap 1 (GMP synthese): Oxidatie tot xantosinemonofosfaat** IMP wordt geoxideerd door IMP-dehydrogenase, met behulp van NAD+, om xantosinemonofosfaat te vormen [25](#page=25). * **Stap 2 (GMP synthese): Aminering met glutamine** Xantosinemonofosfaat wordt vervolgens geamineerd met glutamine, met behulp van GTP als energiebron, om GMP te vormen. Dit proces wordt gekatalyseerd door GMP-synthetase [25](#page=25). > **Tip:** De productie van AMP en GMP uit IMP toont de cruciale rol van IMP als een sleutelmolecuul dat kan worden omgezet in beide belangrijke purinenucleotiden. ### 2.3 De novo biosynthese van pyrimidinering De \_de novo synthese van de pyrimidinering is een proces dat begint met de vorming van een pyrimidinering die vervolgens wordt gekoppeld aan ribose-5-fosfaat \[46-50\](#page=46, 47, 48, 49, 50). #### 2.3.1 Vorming van carbamoyl fosfaat De synthese begint met de vorming van carbamoyl fosfaat, wat de snelheidsbepalende en gereguleerde stap is. Carbamoyl fosfaat synthetase II (CPS-II) katalyseert deze reactie en wordt gereguleerd door feedbackremming door UDP en UTP [47](#page=47). #### 2.3.2 Synthese van N-carbamoyl aspartaat Carbamoyl fosfaat reageert met aspartaat, met behulp van ATP, om N-carbamoyl aspartaat te vormen [48](#page=48). #### 2.3.3 Ringsluiting tot dihydroörotate N-carbamoyl aspartaat ondergaat vervolgens ringsluiting met afsplitsing van water, wat leidt tot dihydroörotate [49](#page=49). #### 2.3.4 Oxidatie tot orotaat Dihydroörotate wordt geoxideerd door dihydroörotate dehydrogenase, waarbij FMN als cofactor fungeert, tot orotaat [49](#page=49). #### 2.3.5 Koppeling aan PRPP en decarboxylatie tot UMP Orotaat wordt vervolgens gekoppeld aan fosforibosyl-1-pyrofosfaat (PRPP), waarna decarboxylatie optreedt om uridinemonofosfaat (UMP) te vormen. UMP is het primaire pyrimidinemonofosfaat en de voorloper van andere pyrimidinenucleotiden zoals CTP en TTP [50](#page=50). > **Voorbeeld:** De synthese van de pyrimidinering laat zien hoe eenvoudige componenten zoals CO2, glutamine en aspartaat worden geassembleerd tot een complexe heterocyclische ring. * * * # Regulatie, salvage pathways en toepassingen van nucleotiden Nucleotiden spelen een cruciale rol in cellulaire processen, van hun synthese en regulatie tot hun hergebruik via salvage pathways en hun therapeutische toepassingen. Dit deel behandelt deze aspecten, inclusief de mechanismen die de nucleotide homeostase handhaven en hoe deze kennis wordt benut in de geneeskunde. ## 3 Regulatie, salvage pathways en toepassingen van nucleotiden Nucleotiden zijn essentieel voor het leven als bouwstenen van DNA en RNA, energiedragers zoals ATP en GTP, geactiveerde intermediairen in biosyntheseprocessen, en als onderdelen van co-enzymen zoals CoA, NADH+, FADH2 en S-adenosylmethionine. Daarnaast fungeren ze als signaalmoleculen, waarbij cAMP bijvoorbeeld kinaseactiviteit reguleert en ATP betrokken is bij eiwitfosforylering. De studie van nucleotide-analogen en nucleotide-synthese is van groot belang voor de behandeling van kanker en virale infecties [11](#page=11). ### 3.1 Regulatie van nucleotide synthese De regulatie van nucleotide synthese is cruciaal om te zorgen voor een adequate aanvoer zonder overmatige accumulatie, wat schadelijk kan zijn. #### 3.1.1 Regulatie van purine nucleoside- en nucleotide-synthese De \_de novo synthese van purinen is een energie-intensief proces. Een belangrijk mechanisme voor het handhaven van de purinevoorraad en het verminderen van de energiebehoefte is het salvage systeem [42](#page=42). * **Salvage pathway voor purines:** Dit systeem maakt gebruik van vrije purinebasen, die ontstaan uit de afbraak van nucleotiden, om nieuwe nucleotiden te synthetiseren. Het belangrijkste substraat voor deze reacties is fosforibosyl-1-pyrofosfaat (PRPP) [42](#page=42) [43](#page=43). * **Enzymen:** * Adenine-fosforibosyl-transferase (APRT) katalyseert de reactie tussen adenine en PRPP tot adenylaat en pyrofosfaat (PPi) [43](#page=43). $ \\text{adenine} + \\text{PRPP} \\xrightarrow{\\text{APRT}} \\text{Adenylaat} + \\text{PPi} $ * Hypoxanthine-guanine-fosforibosyl-transferase (HGPRT) katalyseert de reactie tussen hypoxanthine en PRPP tot inosinaat en PPi, en tussen guanine en PRPP tot guanylaat en PPi [43](#page=43). $ \\text{hypoxanthine} + \\text{PRPP} \\xrightarrow{\\text{HGPRT}} \\text{inosinaat} + \\text{PPi} $$ \\text{guanine} + \\text{PRPP} \\xrightarrow{\\text{HGPRT}} \\text{guanylaat} + \\text{PPi} $ * **Regulatie door PRPP concentratie:** De concentratie van PRPP is een sleutelregulator. * Bij voldoende vrije basen en een actieve salvage pathway, daalt de behoefte aan \_de novo synthese, wat leidt tot een lagere concentratie van PRPP en daardoor een vermindering van de \_de novo purine synthese [45](#page=45). * In situaties met veel vrije purinebasen kan de salvage pathway deze basen efficiënt omzetten, waardoor de noodzaak voor \_de novo synthese afneemt [45](#page=45). * **Ziekte van Lesch-Nyhan:** Een ernstige aangeboren aandoening veroorzaakt door een defect in het HGPRT-gen. Dit leidt tot een verminderde salvage van hypoxanthine en guanine [44](#page=44). * **Gevolgen:** * Accumulatie van PRPP: Omdat PRPP niet efficiënt wordt gebruikt in de salvage pathway, stijgt de concentratie ervan [44](#page=44). * Stimulatie van \_de novo purine synthese: De verhoogde PRPP-concentratie stimuleert de \_de novo synthese van purinen sterk [44](#page=44). * Verhoogde purine afbraak: Dit leidt tot een verhoogde productie van urinezuur, wat jicht-achtige symptomen kan veroorzaken [44](#page=44). * Symptomen: Zelfverminking, spasticiteit, zware mentale achterstand en impulsiviteit [44](#page=44). #### 3.1.2 Regulatie van pyrimidine nucleoside- en nucleotide-synthese Pyrimidine salvage pathways bestaan ook, maar worden minder extensief gebruikt dan bij purines. Dit komt doordat de synthese van pyrimidines minder energie vereist. Bovendien leveren de afbraakproducten van pyrimidines nuttige intermediairen op, wat de noodzaak voor een uitgebreide salvage route vermindert in vergelijking met purines, waar de afbraak leidt tot urinezuur [51](#page=51). #### 3.1.3 Kinase-gemedieerde fosforylering van nucleotiden Nucleosidemonofosfaten (NMP's) kunnen worden omgezet in nucleosidedifosfaten (NDP's) en vervolgens in nucleosidetrifosfaten (NTP's) door specifieke kinases [52](#page=52). * **Nucleosidemonofosfaat kinases:** Omzetten NMP's naar NDP's [52](#page=52). * **Adenylaatkinase:** Katalyseert de reversibele reactie tussen AMP en ATP om 2 ADP te vormen [52](#page=52). $ \\text{AMP} + \\text{ATP} \\xrightarrow{\\text{adenylaatkinase}} 2\\text{ADP} $ * **Nucleosidedifosfaat kinase:** Zet NDP's om in NTP's, waarbij de fosfaatgroep meestal afkomstig is van ATP [52](#page=52). $ \\text{XDP} + \\text{YTP} \\rightleftharpoons \\text{XTP} + \\text{YDP} $ * Voorbeeld: $ \\text{GDP} + \\text{ATP} \\rightleftharpoons \\text{GTP} + \\text{ADP} $ [52](#page=52). #### 3.1.4 Synthese van deoxyribonucleotiden Deoxyribonucleotiden, essentieel voor DNA-synthese, worden gevormd uit ribonucleosidedifosfaten (NDP's) door het enzym ribonucleotide reductase [54](#page=54). $ \\text{NDP} \\xrightarrow{\\text{Ribonucleotide reductasen, NADPH}} \\text{dNDP} $ * **Synthese van deoxythymidylaat (dTMP):** Dit is een cruciale stap in de DNA-synthese en kan worden geïnhibeerd. De synthese gaat van dUMP naar dTMP [55](#page=55) [56](#page=56). ### 3.2 Het Salvage-systeem Het salvage-systeem voor nucleotiden, zowel purines als pyrimidines, is een efficiënte manier om nucleotiden te recyclen en de cellulaire energiehuishouding te ondersteunen. #### 3.2.1 Salvage van purines Zoals eerder besproken, maakt het purine salvage systeem gebruik van vrije purinebasen en PRPP om nucleotiden te regenereren, wat de energiebehoefte van \_de novo synthese vermindert (#page=42, 43). Het HGPRT-enzym speelt hierin een centrale rol [42](#page=42) [43](#page=43). #### 3.2.2 Salvage van pyrimidines Hoewel pyrimidine salvage pathways bestaan, zijn ze minder prominent dan die voor purines. Dit komt door de lagere energiekosten voor pyrimidinesynthese en het feit dat pyrimidine-afbraakproducten nuttig zijn voor andere metabole routes [51](#page=51). ### 3.3 Therapeutische toepassingen van nucleotide analogen Nucleotide analogen zijn van groot belang in de behandeling van kanker en virale infecties, omdat ze de nucleïnezuur synthese of functie kunnen verstoren. #### 3.3.1 Anti-tumor drugs Vele anti-tumor drugs werken door de nucleotiden synthese te inhiberen [57](#page=57). * **Inhibitoren van thymidylaat synthese:** * **Directe inhibitie:** * **5-fluorouracil (5-FU):** Dit is een prodrug die wordt omgezet in 5-fluoro-UMP, 5-fluoro-dUDP, 5-fluoro-dUTP en uiteindelijk 5-fluoro-dUMP (#page=58, 59). 5-fluoro-dUMP is een krachtige, covalente inhibitor van thymidylaat synthase, een enzym dat essentieel is voor de synthese van thymidylaat. Deze "zelfmoord"-inhibitie blokkeert het katalytische intermediair. Het kan ook negatieve effecten hebben op RNA functie en stabiliteit, en leiden tot DNA instabiliteit [58](#page=58) [59](#page=59) [60](#page=60). $ \\text{dUMP} + \\text{N}^5, \\text{N}^10\\text{-methyleen-tetrahydrofolaat} \\xrightarrow{\\text{thymidylaat synthase}} \\text{dTMP} + \\text{dihydrofolaat} $ 5-FU interfereert met deze reactie door de vorming van een stabiel complex met het enzym en het tetrahydrofolaat derivaat (#page=59, 60) [59](#page=59) [60](#page=60). * **Indirecte inhibitie:** Dit gebeurt door inhibitie van enzymen die nodig zijn voor de aanmaak van de cofactor N5,N10-methyleentetrahydrofolaat. * **Inhibitoren van dihydrofolaat reductase (DHFR):** Enzymen zoals methotrexaat en aminopterine zijn analogen van dihydrofolaat en remmen DHFR (#page=61, 62). DHFR is nodig om dihydrofolaat te reduceren tot tetrahydrofolaat, wat essentieel is voor de methylgroepoverdracht naar dUMP. Door DHFR te remmen, wordt de beschikbaarheid van N5,N10-methyleentetrahydrofolaat verlaagd, wat de synthese van dTMP indirect remt [61](#page=61) [62](#page=62). * **Inhibitoren van DNA polymerisatie via nucleotide analogen:** * **Azidothymidine (AZT) / Zidovudine:** Oorspronkelijk ontwikkeld als antikankermiddel, maar later succesvol als HIV-remmer. AZT is een thymidine-analoog. Na incorporatie in het virale DNA kan ketenverlenging niet meer plaatsvinden omdat de 3'-OH groep ontbreekt [63](#page=63). #### 3.3.2 Antivirale middelen Verschillende nucleotide analogen worden ingezet als antivirale middelen, waaronder AZT en aciclovir. Er bestaat een uitgebreide lijst van dergelijke analogen [63](#page=63) [64](#page=64) [65](#page=65). ### 3.4 Rol van nucleotiden in cellulaire signalering Nucleotiden, met name cyclisch AMP (cAMP) en cyclisch GMP (cGMP), spelen een cruciale rol als secundaire boodschappers in signaaltransductiepaden (#page=11, 78) [11](#page=11) [78](#page=78). * **cAMP:** Wordt gesynthetiseerd uit ATP door adenylaat cyclase. cAMP activeert Proteïne Kinase A (PKA), wat een cascade van fosforyleringsreacties initieert die verschillende cellulaire processen reguleren (#page=82, 83). Glucagon kan bijvoorbeeld de plasmamembraanreceptor activeren, wat leidt tot de synthese van cAMP [82](#page=82) [83](#page=83). * **cGMP:** Wordt gesynthetiseerd uit GTP door guanylaat cyclase. NO (stikstofmonoxide) kan de productie van cGMP stimuleren, wat leidt tot relaxatie van gladde spiercellen en vaatverwijding (#page=79, 80) [79](#page=79) [80](#page=80). * **Toepassingen:** Fosfodiësterase inhibitoren die cGMP afbraak remmen, worden gebruikt bij de behandeling van erectiestoornissen (bijv. Sildenafil, Tadalafil). Deze medicijnen verhogen de cGMP-concentratie, wat resulteert in verbeterde vaatverwijding [81](#page=81). ### 3.5 Afbraak van nucleotiden #### 3.5.1 Afbraak van purine nucleotiden De afbraak van purine nucleotiden eindigt met de vorming van urinezuur, dat door de nieren wordt uitgescheiden [66](#page=66). * **Stappen:** Purine nucleotiden worden gedemineraliseerd tot de vrije basen, die verder worden gemetaboliseerd via intermediairen zoals inosine, adenosine, guanosine, hypoxanthine en xanthine. Xanthine oxidase katalyseert de omzetting van hypoxanthine en xanthine naar urinezuur (#page=66, 67) [66](#page=66) [67](#page=67). * **Urinezuuraccumulatie (Jicht):** Overmatige productie of verminderde uitscheiding van urinezuur kan leiden tot jicht, een inflammatoire gewrichtsaandoening [67](#page=67). * **Werking van allopurinol:** Allopurinol is een inhibitor van xanthine dehydrogenase (ook bekend als xanthine oxidase) (#page=67, 68). Het wordt door xanthine dehydrogenase omgezet in alloxanthine, dat zich stevig bindt aan het enzym, waardoor de afbraak van hypoxanthine en xanthine tot urinezuur wordt geremd [67](#page=67) [68](#page=68). * **Effect op PRPP en de novo synthese:** De verminderde afbraak van hypoxanthine en xanthine leidt tot hun accumulatie. Deze worden via de salvage pathway gekoppeld aan PRPP, waardoor de PRPP-concentratie daalt. Dit resulteert op zijn beurt in een vermindering van de \_de novo purine synthese (#page=68, 69). Dit mechanisme helpt bij het verlichten van jicht (#page=68, 69) [68](#page=68) [69](#page=69). #### 3.5.2 Afbraak van pyrimidine nucleotiden De afbraak van pyrimidine nucleotiden begint met nucleotidases [71](#page=71). * **Stappen:** De pyrimidine ring wordt geopend na reductie van dubbele bindingen door hydrolyse. Het lineaire product wordt afgebroken tot intermediairen zoals malonyl-CoA of succinyl-CoA, die kunnen worden ingevoerd in andere metabole routes. Uracil kan worden afgebroken tot ribose-1-fosfaat en een pyrimidine-afbraakproduct na aminering [71](#page=71) [72](#page=72) [73](#page=73). ### 3.6 Nucleotiden als componenten van co-enzymen Nucleotiden vormen een essentieel onderdeel van belangrijke co-enzymen die betrokken zijn bij diverse metabole reacties [11](#page=11). * **NAD+ en NADP+:** Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+) en zijn gefosforyleerde vorm NADP+ bevatten een adenosine-monofosfaat (AMP) eenheid. Ze zijn cruciaal voor redoxreacties. * **FAD:** Flavine adenine dinucleotide (FAD) bevat ook een AMP-eenheid en is een belangrijke cofactor in redoxreacties. * **Co-enzym A (CoA):** Bevat een AMP-gedeelte en is essentieel voor vetzuurmetabolisme en acetylgroepoverdrachten. ### 3.7 Overige toepassingen en functies * **GTP bij signaaltransductie:** GTP-hydrolyse is belangrijk bij signaaltransductieprocessen [11](#page=11). * **Cyclisch AMP (cAMP) en Cyclisch GMP (cGMP):** Deze cyclische nucleotiden fungeren als secundaire boodschappers in signaaltransductiewegen. cAMP activeert proteïne kinase A (#page=82, 83), terwijl cGMP betrokken is bij vaatverwijding en andere fysiologische processen (#page=79, 80, 81) [78](#page=78) [79](#page=79) [80](#page=80) [81](#page=81) [82](#page=82) [83](#page=83). > **Tip:** Onthoud de sleutelenzymen (APRT, HGPRT, ribonucleotide reductase, thymidylaat synthase, DHFR, xanthine oxidase) en de belangrijkste nucleotide-analogen (5-FU, AZT, aciclovir, allopurinol) en hun specifieke toepassingen en werkingsmechanismen. Begrijp de connectie tussen PRPP-niveaus en zowel \_de novo als salvage-synthese. * * * ## Veelgemaakte fouten om te vermijden * Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens * Let op formules en belangrijke definities * Oefen met de voorbeelden in elke sectie * Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Nucleotiden | Nucleotiden zijn de monomere eenheden waaruit nucleïnezuren zoals DNA en RNA zijn opgebouwd. Elke nucleotide bestaat uit drie componenten: een stikstofbase (adenine, guanine, cytosine, thymine of uracil), een pentosesuiker (deoxyribose in DNA, ribose in RNA) en één of meer fosfaatgroepen. | | Nucleosiden | Een nucleoside is een verbinding die bestaat uit een stikstofbase die covalent gebonden is aan een suiker (ribose of deoxyribose). Het is een bouwsteen voor nucleotiden, waarbij de fosfaatgroep nog ontbreekt. | | Stikstofbasen | Stikstofbasen zijn organische verbindingen die stikstofatomen bevatten en een belangrijke rol spelen in de structuur van nucleïnezuren. Ze worden onderverdeeld in purines (adenine, guanine) en pyrimidines (cytosine, thymine, uracil). | | Purines | Purines zijn een klasse van stikstofbasen bestaande uit twee met elkaar versmolten ringen (een zesring en een vijfring). De belangrijkste purines in nucleïnezuren zijn adenine (A) en guanine (G). | | Pyrimidines | Pyrimidines zijn een klasse van stikstofbasen bestaande uit een enkele zesring. De belangrijkste pyrimidines in nucleïnezuren zijn cytosine (C), thymine (T) (in DNA) en uracil (U) (in RNA). | | Deoxyribose | Deoxyribose is een vijf-koolstofsuiker die een essentieel onderdeel vormt van desoxyribonucleïnezuur (DNA). Het verschilt van ribose doordat het een zuurstofatoom mist op de 2'-koolstofpositie. | | Ribose | Ribose is een vijf-koolstofsuiker die een essentieel onderdeel vormt van ribonucleïnezuur (RNA). Het heeft een hydroxylgroep (-OH) op de 2'-koolstofpositie, in tegenstelling tot deoxyribose. | | Fosfaatgroep | Een fosfaatgroep is een chemische groep met de formule $PO_4^{3-}$. In nucleotiden is deze groep via een fosfodiësterbinding aan de 5'-koolstof van de suiker gebonden en vormt deze de ruggengraat van DNA en RNA. | | De novo synthese | De *de novo* synthese is het biologische proces waarbij complexe moleculen, zoals purine- en pyrimidinenucleotiden, *vanaf nul* worden opgebouwd uit eenvoudiger voorlopers in het lichaam. | | Salvage pathway | Een salvage pathway is een biochemische route die recyclage van moleculen mogelijk maakt. In de context van nucleotiden verwijst dit naar het hergebruiken van reeds bestaande basen of nucleosiden om nieuwe nucleotiden te vormen, wat energie bespaart ten opzichte van de *de novo* synthese. | | IMP | IMP staat voor inosinemonofosfaat. Dit is een cruciaal intermediair in de biosynthese van zowel adenine (AMP) als guanine (GMP), en fungeert als een voorloper voor de aanmaak van andere purinenucleotiden. | | PRPP | PRPP staat voor fosforibosyl-1-pyrofosfaat. Dit molecuul is een belangrijke cosubstraat in zowel de *de novo* synthese als de salvage pathways van purine- en pyrimidinenucleotiden, omdat het de ribosylfosfaatgroep levert. | | Adenine-fosforibosyl-transferase (APRT) | Adenine-fosforibosyl-transferase (APRT) is een enzym dat een sleutelrol speelt in de salvage pathway van purines. Het katalyseert de reactie tussen adenine en PRPP om adenylaat (AMP) en pyrofosfaat te vormen. | | Hypoxanthine-guanine-fosforibosyl-transferase (HGPRT) | Hypoxanthine-guanine-fosforibosyl-transferase (HGPRT) is een enzym dat essentieel is voor de salvage pathway van purines. Het katalyseert de omzetting van hypoxanthine en guanine naar inosinaat (IMP) en guanylaat (GMP) respectievelijk, door deze te koppelen aan PRPP. Een deficiëntie van dit enzym leidt tot de ziekte van Lesch-Nyhan. | | Urinezuur | Urinezuur is een eindproduct van het metabolisme van purines. Het wordt gevormd door de afbraak van hypoxanthine en xanthine. Verhoogde concentraties urinezuur in het bloed kunnen leiden tot jicht. | | Jicht | Jicht is een metabole aandoening die wordt gekenmerkt door een teveel aan urinezuur in het bloed (hyperuricemie) en de neerslag van urinezuurkristallen in gewrichten, wat leidt tot ontstekingen en pijn. | | Allopurinol | Allopurinol is een medicijn dat wordt gebruikt voor de behandeling van jicht en hyperuricemie. Het is een structuur-analoog van hypoxanthine en werkt als een inhibitor van xanthine oxidase, het enzym dat hypoxanthine en xanthine omzet in urinezuur. | | cAMP | cAMP staat voor cyclisch adenosinemonofosfaat. Dit is een cyclische nucleotidemessenger die een cruciale rol speelt in cellulaire signaaltransductie, met name in reactie op hormonen zoals glucagon en adrenaline. | | cGMP | cGMP staat voor cyclisch guanosinemonofosfaat. Dit is een cyclische nucleotidemessenger die betrokken is bij diverse cellulaire processen, waaronder de relaxatie van glad spierweefsel door stikstofmonoxide (NO) en de werking van fosfodiësterase-inhibitoren. | | Adenylaatcyclase | Adenylaatcyclase is een enzym dat de synthese van cyclisch AMP (cAMP) uit ATP katalyseert. Het is een sleutelcomponent in veel signaaltransductieroutes. | | Guanylaatcyclase | Guanylaatcyclase is een enzym dat de synthese van cyclisch GMP (cGMP) uit GTP katalyseert. Het wordt geactiveerd door stikstofmonoxide (NO) en speelt een rol bij de relaxatie van gladde spieren. | | Fosfodiësterase | Fosfodiësterase is een enzymfamilie die cyclische nucleotiden zoals cAMP en cGMP afbreekt door fosfodiësterbindingen te hydrolyseren. Inhibitoren van fosfodiësterase worden gebruikt als medicijnen, bijvoorbeeld voor erectiestoornissen. | | Thymidylaat synthase | Thymidylaat synthase is een enzym dat essentieel is voor de synthese van thymidylaat (dTMP), een van de vier basen in DNA. Het katalyseert de methylering van deoxyuridinemonofosfaat (dUMP) met behulp van N5,N10-methyleentetrahydrofolaat. Medicijnen zoals 5-fluorouracil inhiberen dit enzym. |