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Biochemie und Pathobiochemie: Biopterin-Stoffwechsel



Allgemeines

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Pteridin, bestehend aus einem Pyrazin-Ring (rechts) und einem Pyrimidin-Ring (links).

Biopterin ist ein nicht-essentieller Co-Faktor. Das Molekül enthält wie die Folsäure und das Flavin ein stickstoffhaltiges Pteridin-Ringsystem. Alle drei werden aus dem Purin GTP gebildet, davon jedoch nur das Biopterin auch im Menschen.

Das Dihydrobiopterin/Tetrahydrobiopterin-System bildet neben dem NAD- und FAD-System ein weiteres wichtiges Redox-System. Eine besondere Rolle spielt es bei der Oxidation (Hydroxylierung) aromatischer Ringe, wobei es molekularen Sauerstoff verwendet.

Vorkommen:


Vom Biopterin-Syntheseweg zweigt auch die Bildung von Molybdopterin ab, einem Molybdän-bindenden Cofaktor.

Biosynthese von Biopterin aus GTP

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⇓ Subst. (⇑) Co. Enzym EC EG Erkr.
  Guanosin-5'-triphosphat (GTP)
H2O


  GTP-Cyclohydrolase 3.5.4.16 Hyd HPABH4B, DOPA- responsive Dystonie
  Formamidopyrimidin-nucleosid-triphosphat
H2O

Formiat

  GTP-Cyclohydrolase 3.5.4.16 Hyd HPABH4B, DOPA- responsive Dystonie
  2,5-Diaminopyrimidin-nucleosid-triphosphat
  GTP-Cyclohydrolase 3.5.4.16 Hyd HPABH4B, DOPA- responsive Dystonie
  2,5-Diamino-6-(5'-triphosphoryl-3',4'-trihydroxy-2'-oxopentyl)-amino-4-oxopyrimidin


H2O

  GTP-Cyclohydrolase 3.5.4.16 Hyd HPABH4B, DOPA- responsive Dystonie
  2-Amino-4-hydroxy-6-(erythro-1,2,3-trihydroxypropyl)- dihydropteridin-triphosphat


PPPi

  Mg 6-Pyruvoyltetra-hydropterin-Synthase 4.2.3.12 Ly HPABH4A
  6-Pyruvoyl-5,6,7,8-tetrahydropterin
NADPH/H+

NADP+

  Sepiapterin-Reduktase 1.1.1.153 Ox L-Dopa- responsive Dystonie
  6-Lactoyl-5,6,7,8-tetrahydropterin
NADPH/H+

NADP+

  Sepiapterin-Reduktase 1.1.1.153 Ox L-Dopa- responsive Dystonie
  5,6,7,8-Tetrahydrobiopterin (BH4)
NAD(P)+

NAD(P)H/H+

  NAD(P)+

NAD(P)H/H+

6,7-Dihydropteridin-Reduktase 1.5.1.34 Ox HPABH4C
  6,7-Dihydrobiopterin

Funktionsweise des Dihydrobiopterin/Tetrahydrobiopterin-Systems

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⇓ Subst. (⇑) Co. Enzym EC EG Erkr.
  5,6,7,8-Tetrahydrobiopterin (BH4)
O2, Aromat

Hydroxy-Aromat

  Fe Monooxygenase (Hydroxylase) 1.14.16.1 1.14.16.2 1.14.16.4 Ox
  4a-Hydroxy- tetrahydrobiopterin


H2O

  4a-Hydroxytetrahydrobiopterin- Dehydratase 4.2.1.96 Ly HPABH4D
  6,7-Dihydrobiopterin
NAD(P)H/H+

NAD(P)+

  NAD(P)H/H+

NAD(P)+

6,7-Dihydropteridin-Reduktase 1.5.1.34 Ox HPABH4C
  5,6,7,8-Tetrahydrobiopterin (BH4)

Die Hydroxylase überträgt vom molekularen Sauerstoff ein Sauerstoff-Atom auf den Aromaten und ein Sauerstoff-Atom auf BH4, dass dadurch zum 4a-Hydroxytetrahydrobiopterin oxidiert wird. Dieses gibt den aufgenommen Sauerstoff in Form von Wasser wieder ab. Der verlorene Wasserstoff wird durch die nachfolgende Reduktion wieder ersetzt.

Biosynthese von Molybdopterin

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⇓ Subst. (⇑) Co. Enzym EC EG Erkr.
  Guanosintriphosphat (GTP)
S-Adenosylmethionin, H2O

L-Methionin, Deoxyadenosin, PPi

  MOCS1 ? Cyc MoCo-Defizienz Typ A
  Precursor Z (cPMP)
2 L-Cystein, Cu

2 L-Alanin, H+

  Molybdopterin-Synthase (MOCS2) 2.8.1.- Tr MoCo-Defizienz Typ B
  Molybdopterin-Cu
Molybdat, ATP, H2O

Cu, AMP, PPi

  Gephyrin 2.-.-.- Tr MoCo-Defizienz Typ C
  Molybdän-Cofaktor (desulfuriert)
L-Cystein

L-Alanin

  MOCOS 2.8.1.- Tr Xanthinurie II
  Molybdän-Cofaktor (sulfuriert)

Molybdopterin bindet mit seinen zwei Thio-Gruppen ein Molybdän-Atom (mit zwei Sauerstoffatomen, also eigentlich MoO2) und dient in dieser Form als Cofaktor der Sulfit-Oxidase. Um die Enzyme Xanthin-Oxidase (XOD) und Aldehyd-Oxidase zu aktivieren, wird noch ein weiterer Schritt, der Austausch eines der o.g. Sauerstoffatome gegen Schwefel benötigt. Es exisieren also zwei verschiedene Molybdän-Cofaktoren im Menschen.

Der Molybdän-Cofaktor wird zu Urothion abgebaut.

Literatur

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Tetrahydrobiopterin: PMID 10727395

Molybdopterin: PMID 19675644 PMID 19623604 PMID 18092812 PMID 17351249 PMID 16261263 PMID 2522104

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Allgemeine Hintergrundfarbe für Substrate Hintergrundfarbe Reaktionspfeile „Schlüsselenzyme“
Energiereiche Phosphate Reduktionsäquivalente CO2 / HCO3− C1-Reste Stickstoff

Abk.: Tr.: Transkriptionelle Regulation, Tl.: Regulation der Translation, Lok.: Regulation über die Enzymlokalisation, Kov.: Regulation durch kovalente Modifikation, All.: Allosterische Regulation, Koop.: Kooperativer Effekt, Co.: Cofaktoren, EC: Enzymklassifikation, EG: Enzymgruppe (Oxidoreductase, Transferase, Hydrolase, Lyase, Isomerase, Ligase), Erkr.: Assoziierte Erkrankungen.



 

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