Nukleotide - Biochemie

Was erwartet dich in diesem Kurs?

Der Kurs „Nukleotidstoffwechsel“ vermittelt Dir ein tiefgreifendes Verständnis der Synthese, Regulation und des Abbaus von Purin- und Pyrimidinnukleotiden – essenziell für die DNA- und RNA-Biosynthese. Du lernst die de novo Synthesewege, den Salvage Pathway sowie die Funktion der Ribonukleotidreduktase kennen. Zudem werden klinisch relevante Themen wie der Einfluss von Folsäure im C1-Stoffwechsel, genetische Defekte wie das Lesch-Nyhan-Syndrom und die Pathophysiologie von Gicht behandelt. Dieses Wissen ist unverzichtbar, um biochemische Grundlagen zu verstehen und deren Bedeutung für Diagnostik und Therapie in der Medizin zu erkennen.

Kursinhalte

Einführung: Bedeutung der Nukleotide

  • Struktur und Funktion von Purin- und Pyrimidinnukleotiden
  • Rolle der Nukleotide in DNA-/RNA-Synthese, Energiestoffwechsel (ATP, GTP) und Signaltransduktion (cAMP, cGMP)
  • Übersicht der Stoffwechselwege: de novo Synthese, Salvage Pathway und Nukleotidabbau

2. Chemische Grundlagen

  • Aufbau von Ribose und Desoxyribose
  • Eigenschaften von Phosphorsäureestern und -anhydriden
  • Homo- und Heteroaromaten als Grundlage der Nukleotidchemie

3. de novo Synthese der Purine

  • Schrittweise Bildung des Purinringsystems an PRPP (Phosphoribosylpyrophosphat)
  • Rolle von Aminosäuren (Glutamin, Glycin, Aspartat) und C1-Donatoren (THF-Derivate)
  • Regulation der Purinsynthese: Feedback-Hemmung und klinische Relevanz

4. AMP- und GMP-Synthese

  • GTP-abhängige Synthese von AMP und ATP-abhängige Synthese von GMP
  • Enzymatische Mechanismen (Adenylosuccinat-Synthetase/-Lyase und GMP-Synthetase)
  • Regulation und therapeutische Hemmstoffe wie Mycophenolat

5. Salvage Pathway der Purine

  • Wiederverwertung freier Purinbasen durch HGPRT und APRT
  • Lesch-Nyhan-Syndrom: Pathophysiologie und klinische Symptome (Hyperurikämie, neurologische Störungen)
  • Bedeutung des Salvage Pathways für Zellen mit hoher Teilungsrate

6. de novo Synthese der Pyrimidine

  • Funktion des multifunktionalen CAD-Proteins bei den initialen Schritten der Pyrimidinsynthese
  • Synthese von UTP und CTP: Enzyme, Reaktionen und Regulation
  • Klinische Relevanz: Oratacidurie und Therapie mit Uridin

7. Ribonukleotidreduktase: Bildung der Desoxyribonukleotide

  • Reduktion von NDPs zu dNDPs durch Ribonukleotidreduktase
  • Funktion von Thioredoxin und FAD im Reduktionszyklus
  • Regulation durch ATP und dATP sowie klinische Bedeutung bei SCID

8. Die Rolle der Tetrahydrofolsäure (THF) im C1-Stoffwechsel

  • Funktion von THF bei der Übertragung von C1-Gruppen in multiple Oxidationsstufen
  • Bedeutung von N5-N10-Methylen-THF und N10-Formyl-THF in der DNA-Synthese und Purinbiosynthese
  • Klinische Relevanz: Folsäuremangel, Spina bifida und Methotrexat als Hemmstoff der DHFR

9. Abbau von Purin- und Pyrimidinnukleotiden

  • Mechanismen des Purinabbaus: Bildung von Harnsäure durch Xanthinoxidase
  • Hyperurikämie und Gicht: Pathophysiologie und Behandlung mit Allopurinol
  • Abbau von Pyrimidinen zu wasserlöslichen Metaboliten wie Malonyl-CoA

10. Klinisch relevante Störungen des Nukleotidstoffwechsels

  • Adenosin-Desaminase-Mangel (SCID): Ursachen, Symptome und Therapieoptionen
  • Lesch-Nyhan-Syndrom und Hyperurikämie: Diagnostik und therapeutische Ansätze
  • Oratacidurie und die Rolle der UMP-Synthase

11. Therapeutische Ansätze und Pharmaka

  • Einsatz von Nukleotidanaloga in der Krebstherapie und antiviralen Therapie
  • Hemmstoffe wie Methotrexat, Leflunomid und Mycophenolat: Wirkmechanismen und klinische Anwendung
  • Bedeutung der Xanthinoxidase-Hemmer bei Gicht

12. Zusammenfassung und klinische Relevanz

  • Vernetzung des Nukleotidstoffwechsels mit anderen Stoffwechselwegen
  • Bedeutung für Zellproliferation, Immunantwort und DNA-Reparatur
  • Translation des biochemischen Wissens in die klinische Praxis

Lernzieltaxonomie

Nach Beendigung dieses Kurses solltest du in der Lage sein:

  • die grundlegende Bedeutung von Purin- und Pyrimidinnukleotiden für DNA-, RNA- und Energiestoffwechsel zu erklären.
  • die Unterschiede zwischen der de novo Synthese und dem Salvage Pathway von Nukleotiden zu beschreiben.
  • die enzymatischen Schritte der de novo Purinsynthese darzustellen, einschließlich der Rolle von PRPP und THF.
  • die Synthese von AMP und GMP aus IMP zu erläutern und die beteiligten Enzyme zu benennen.
  • die Funktion der HGPRT und APRT im Salvage Pathway zu erklären.
  • die Pathophysiologie und klinischen Symptome des Lesch-Nyhan-Syndroms zu beschreiben.
  • die Synthese der Pyrimidinnukleotide und die Rolle des multifunktionalen CAD-Proteins zu erklären.
  • die Bildung von UTP und CTP ausgehend von UMP darzustellen und die Regulation zu erläutern.
  • die Funktion und Regulation der Ribonukleotidreduktase bei der Bildung von Desoxyribonukleotiden zu erklären.
  • die Rolle von Tetrahydrofolsäure (THF) im C1-Stoffwechsel zu beschreiben.
  • die Bedeutung von Folsäure- und Vitamin-B12-Mangel für den Nukleotidstoffwechsel und die DNA-Synthese zu bewerten.
  • die enzymatischen Schritte des Purinabbaus, einschließlich der Funktion der Xanthinoxidase, zu erklären.
  • die Pathophysiologie von Gicht und die Wirkung von Allopurinol als Xanthinoxidase-Hemmer zu erläutern.
  • die Abbauwege der Pyrimidinnukleotide und deren Endprodukte darzustellen.
  • die klinische Relevanz von Nukleotidstoffwechselstörungen wie SCID, Oratacidurie und Hyperurikämie zu bewerten.
  • die Wirkmechanismen von pharmakologischen Hemmstoffen wie Methotrexat, Leflunomid und Mycophenolat zu erklären.