2О Б М Е Н Н У К Л Л Е О Т И Д О В
Е.И.Кононов
Лекция Нуклеотидами
называются соединения, состоящие
из азотистого
основания,
углевода-пентозы и фосфорной кислоты.
Примером может
служить
уридиловая кислота:
9C=O
9N CH
9і0 9і
9О=С СН
Н420РО430- О - СН420 N
О і
С 4Н0
4Н0 С
4Н0 С4ДД0 С4 Н
ОН ОН
В
типичном нуклеотиде связь между атомом "N" цикла и первым ато-
мом
углерода пентоза - 9
7b0-N-гликозидная, а связь между остатков
фосфорной
кислоты и пятым атомом углерода пентозы - сложноэфирная.
1. Классификация нуклеотидов 9Нуклеотиды
могут быть разделены на классы по нескольким
9признакам: 9а. По
характеру входящего в них азотистого основания нуклео-
9тиды
могут быть пуринового,
пиримидинового, изоаллоксазинового и
9т.д.
рядов.
.
- 2 - 9б. По
характеру углевода-пентозы они могут быть
рибонуклео-
9тидами
( содержат рибозу ) или же дезоксирибонуклеотидами
( со-
9держат
дезоксирибозу ). В некоторых синтетических нуклеотидах или
9нуклеозидах
встречается также арабиноза,
например, в арабинозил-
9цитозине,
используемом в качестве противоопухолевого или противо-
9вирусного
препарата. 9в. По частоте
встречаемости в составе нуклеиновых
кислот
9нуклеотиды
делятся на главные и минорные. К
минорным нуклеотидам
9относятся
те нуклеотиды, количество которых в составе ДНК не пре-
9вышает
2-3 процентов от их общего числа; на долю минорных нуклео-
9тидов
в РНК может приходится до 15-17%
от их общего количества.
9Минорные
нуклеотиды образуются в клетках в
результате химической
9модификации
главных нуклеотидов ; они
отличаются от главных нук-
9леотидов 9-
или особенностями структуры азотистых оснований ( мети-
9лированные,
гидроксиметилированные, ацетилированные и т.д. произ-
9водные
); 9-
или особенностями структуры углеводного компонента ( как
9правило0,9
это метилированные производные пентоз ); 9-
или аномальной структурой связи
между азотистым основа-
9нием
и пентозой ( так в псевдоуридиловой кислоты присутствует
9связь,
которую можно назвать как7
b9-С550-гликозидную связь).
К
настоящему времени идентифицировано до пяти десятков различных
минорных
нуклеотидов.
.
- 3 -
2.Биологическая роль нуклеотидов Нуклеотиды выполняют
в клетках несколько функций: во-первых,
рибонуклеотиды пуринового или
пиримидинового ря-
дов
(АМФ, ГМФ,УМФ и ЦМФ и их минорные производные) также как и их
дезоксибонуклеотидные
аналоги ( дАМФ, дГМФ, дТМФ и дЦМФ
и их ми-
норные
производные ) выполняют структурную функцию, являясь моно-
мерными
единицами нуклеиновых кислот; во-вторых,
дифосфатные производные мононуклеотидов участвуют
во
многих метаболических процессах в
клетке в качестве активато-
ров
переносчиков различных группировок
( Примерами могут служить
УДФ-глюкоза,
ГДФ-манноза, ЦДФ-холин и др.); в тертьих, АТФ и ГТФ выступают в клетке как акумуляторы и
переносчики
энергии, высвобождающейся при биологическом окислении: в четвертых, НАД5+0 ,
НАДФ5+0 , ФАД, ФМН являются переносчиками
восстановительных
эквивалентов в клетках ( промежуточными пере-
носчиками
протонов и электронов ); в пятых, мононуклеотиды выступают в клетках в
качестве био-
регуляторов.
Достаточно вспомнить роль АТФ
как аллостерического
ингибитора
ключевых ферментов ряда метаболических путей ( фос-
фофруктокиназы
гликолитического метаболона или цитрансинтазы цик-
ла
Кребса): в шестых, такие соединения как цАМФ или цГМФ
выполняют роль
мессенджеров
или вторых вестников в реализации клеткой внеклеточ-
ного
регуляторного сигнала ( при действии глюкагона на гепатоциты
в
ускорении мобилизации гликогена играет существенную роль повы-
шение
концентрации цАМФ в этих клетках)
.
- 4 - 3.Усвоение экзогенных
нуклеиновых кислот и нуклеотидов Человек
практически не нуждается во
внешних источниках нук-
леотидов,
полностью покрывая свои
потребности в этих соединениях
за
счет эндогенного синтеза при условии, что в клетках имеется
необходимое
количество исходных соединений для
синтеза. Естест-
венно,
что проблемы с синтезом таких нуклеотидов как НАД5+0 или ФАД
могут
возникнуть при недостаточности в организме витаминов В450 или
В420.
В дальнейшем мы остановимся лишь
на обмене пуриновых и пири-
мидиновых
нуклеотидов. Нуклеиновые кислоты поступают с пищей в виде нуклеопротеи-
дов,
расщепление белковой части которых начинается уже в желудке
и
завершается в тонком кишечнике. Высвобождающиеся нуклеиновые
кислоты
расщепляются в тонком кишечнике
до мононуклеотидов под
действием
рибонуклеаз и дезоксирибонуклеаз панкреатического сока.
Кроме
того, стенкой кишечника выделяются ферменты полинуклеотида-
зы и
фосфодиэстеразы, которые также
участвуют в расщеплении нук-
леиновых
кислот до мононуклеотидов. Мононуклеотиды в стенку
кишечника не всасываются, а
подвер-
гаются
дальнейшему расщеплению до нуклеоэидов и далее до свобод-
ных
азотистых оснований , пентоз и фосфорной кислоты под действи-
ем
нуклеотидаз и фосфатаз кишечной
стенки. В стенку кишечника
всасываются
нуклеозиды, а также перечисленные продукты полного ра-
сщепления
нуклеотидов; далее они поступают в кровяное русло. В организме человека
большая часть поступивших в кровь пури-
нов и
пиримидинов не используется, а деградирует до конечных про-
дуктов
их обмена и выводится из организма.
Таким образом, экзо-
.
- 5 -
генные
нуклеиновые кислоты практически не
выступают в качестве
поставщиков
непосредственных предшественников нуклеотидов в орга-
низме
человека. В просвете кишечника,
вероятно, под действием его микрофлоры,
часть
пуриновых нуклеотидов превращается в гипоксантин, ксантин и
мочевую
кислоту и в таком виде поступают
во внутреннюю среду ор-
ганизма. 4.
Метаболизм нуклеотидов пиримидинового ряда Бисинтез
нуклеотидов пиримидинового ряда
начинается в цито-
золе,
где при участии цитозольной 1 карбамоилфосфатсинтетазы0 обра-
зуется
карбамоилфосфат1,0
причем источником азота для
его синтеза
является
глутамин: СО420 + Глн +
2АТФ ДДД> NH420Д CO
Д O Д PO430H420 + 2АДФ + Ф + Глу
Далее
карбамоилфосфат взаимодействуя с аспартатом в реакции, ката-
лизируемой1
аспартаттранскарбамоилозай0,
превращается в карбамои-
ласпартат,
а затем при участии1 дигигидрооротазы0 - в дигидроорото-
вую
кислоту:
.
- 6 -
COOH
NH420
COOH
С=О
/ \
CH420
CO CH420
HN CH42
NH420-CO-Ф + і ДДВДДД> і і ДДДВДДД> і і
NH420ДCH NH ДД CH O=C CH
Ф
H420O \ / \COOH
COOH
COOH
NH
4Аспартат 0
4Карбамоил- Дигидрооротовая
4аспартат
кислота Дигидрооротовая кислота при
участии митохондриального ферме-
нта
1дигидрооротатдегидрогеназы0 переходит в оротовую кислоту:
С=О
С=О
/ \
/ \ HN CH420
HN CH і і ДДДДДДДДДДДДДД> і і
O=C CH
НАД5+0ДДДДДї O=C C
\ / \COOH
\ /
\COOH
NH
НАДН+Н5+0 NH
4Оротовая кислота В следующей реакции
принимает участие фосфорибозилпирофос-
фат. Он
образуется из рибозо-5-фосфата с участием АТФ в ходе реа-
кции,
катализируемой ферментом фосфорибозилпирофосфатсинтетазой:
.
- 7 -
РО430Н420-О-СН420
ОН ОН
Рибозо-5-фосфат
+ АТФ ДДВДДД>
О
С
С -О-Р-О-Р=О
АМФ
н\н
н/н О і
С
ДДД С ОН
ОН ОН
4Фосфорибозилпирофосфат
Реакция
синтеза фосфорибозилпирофосфата ( ФРПФ ) не является спе-
цифичной
для синтеза пиримидиновых нуклеотидов, в ходе этой реак-
ции
синтезируется ФРПФ, необходимый для синтеза различных моно-
нуклеотидов. Оротовая кислота при
участии фермента1 оротат-фосфорибозил-
1трансферазы0
переносится на остаток рибозо-5-фосфата с образованием
оротидиловой
кислоты, которая подвергается
декарбоксилированию, в
ходе которого образуется первый
"настоящий" нуклеотид пиримидино-
вого
ряда - уридин-5-монофорная кислота ( уридиловая кислота или
УМФ ).
Последняя реакция катализируется оротидилатдекарбоксилазой.
С=О Ф-Ф
С=О
С=О
С=О / \ ФРПФ / \
CO420
/ \ HN CH АДДДДЩ HN CH HN CH і і ДДДДДДДДДД> і і ДДДДБДДД> і і O=C CH
O=C CH
O=C CH \ /
\COOH
\ / \COOH
\ /
NH
N
N
АД Рибозо-
АД Рибозо-
-5-фосфат
-5-фосфат
4Оротидиловая
Уридиловая
4кислота
кислота
.
- 8 - Все
остальные нуклеотиды
пиримидинового ряда синтезируются
из
уридиловой кислоты в соответствии с нижеследующей схемой:
1Киназа
0 1 Киназа УМФ
ДДДДДДДДДД> УДФ ДДДДДДДДДДД> УТФ ЪДДДДДї і
ЪДДДДДї і АТФ і АТФ і
АДФ
АДФ
1Рибонуклеотид- ЦТФ-синтетаза
1редуктаза0
90 АТФ
ДДДДїіЪДД Глн
9дУДФ0
9і0
АДФ+Ф<ДДДЩіАДД>Глу
ГДД> Ф
дУМФ
Цитидинтрифосфат
( ЦТФ )
1Тимидилатсинтетаза
N550,N5100-Метилен-ТГФ Дїі іі
Дигидрофолат <ДДДЩі
Дезокситимидиловая
кислота ( дТМФ ) В ходе синтеза
пиримидиновых нуклеотидов используются глута-
мин,
СО420, АТФ, аспартат и
ФРПФ. Все эти соединения синтезируются
.
- 9 -
в
клетках. Лишь при образовании из дУМФ дезокситимидиловой кисло-
ты
используется N550,N5100-тетрагидрофолат; это значит,
что при недос-
татке
фолиевой кислоты ( В490) в организме будет нарушен синтез де-
зокситимидиловой
кислоты, необходимой для последующего синтеза
ДНК в
клетках. При образовании дТМФ из
дУМФ происходит превращение ТГФ в ди-
гидрофолат.
Обратный переход ДГФ в тетрагидрофолат катализируется
ферментом
дигидрофолатредуктазой.
Лекарственный препарат
метот-
рексат
( аметоптерин ), широко
применяемый при противоопухолевой
терапии,
является мощным ингибитором дигидрофолатредуктазы. Пиримидиновые
нуклеозиды, образующиеся в клетках
при дегра-
дации
соответствующих нуклеотидов, могут
с помощью специальных
ферментов
киназ вновь превращаться в мононуклеотиды по схеме:
1Цитидинкиназа Цитидин
ДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДД> ЦМФ
ЪДДДДДДДДДДДДДДДДї
АТФ
АДФ
В то же
время образующиеся в ходе внутриклеточного распада сво-
бодные
азотистые основания пиримидинового ряда повторно не ис-
пользуются
и подвергаются расщеплению до конечных
продуктов. Расщепление
пиримидиновых нуклеотидов
начинается с отщепле-
ния
рибозофосфатного остатка, а
образовавшееся свободное азотис-
.
- 10 -
тое
основание расщепляется без образования специфических конечных
продуктов.
На схеме представлен путь распада уридиловой кислоты:
НАДФН+Н5+0
СООН
С=О і НАДФ5+0 С=О і
/ \
5і0 50 / \
СН42
HN CH АДДДДДДЩ HN CH420 +H420O і
УМФ Д Д В Д > і і ДДДДДДДДДД> і
ДДДДД>
СН420
NH420 ДД>
O=C CH
O=C
CH420 і і Рибозо- \ / \
/ NH Д
CO 5-фосфат NН
NH
4Урацил
Дигидро-
7b4-Уреидопро-
4урацил пионат
ДДДД> CO420 + H420O + H420N-CH420-CH420-COOH
(7b0-аланин)
Конечными
продуктами распада урацила, как
это следует из схемы,
являются
углекислый газ, вода и7
b0-аланин. При расщеплении тимина
в
клетках в качестве одного из промежуточных продуктов образуется
7b0-аминоизобутират,
который после дезаминирования в конечном итоге
преобразуется
через пропионат в сукцинил-КоА.
5.Метаболизм нуклеотидов пуринового ряда При синтезе
нуклеотидов пуринового ряда, в отличие от синте-
за
пиримидиновых нуклеотидов, формирование гетероциклического яд-
ра идет
непосредственно на рибозо-5-фосфата. Вначале синтезирует-
.
- 11 -
ся ФРПФ, который при взаимодействии с глутамином превращается в
5-фосфорибозиламин: АМФ
Глу
АТФ і Глн і
PO430H420-O-CH420 NH42
АДДДЩ
АДДДДДЩ
O і
Рибозо-5-Ф ДДДДДДДДД> ФРПФ
ДДДДДДДДДДДД> C
C4 ДД0>
3ФРПФ-син-1 ФРПФ-амидо-0 н\н н/н
3тетаза1
трансфераза0
CДДДДДC
ОН ОН
45-фосфорибозиламин
Затем
следует большая последовательность реакций, в ходе которых
формируется
пуриновое ядро. Первым нуклеотидом, образующимся в
ходе
синтеза является инозиновая кислота ( ИМФ ):
C=O / \
HN C Д N\
Д Д Д Д
Д Д>
CH
HC C - N/
СН420-О-РО430Н42
\ / і O і
N C C
н\н
н/н
CДДДДДДC
ОН ОН
В
процессе синтеза 1 молекулы инозиновой кислоты клеткой расходу-
ется 6
молекул АТФ.
.
- 12 - Источниками атомов
углерода и азота при синтезе пуринового
ядра
являются указанные на нижеследующей схеме соедиения:
CO420 ДД> 2С0 ЪДДДДДВДДД Глицин
2/0
2\0 Аспартат
ДД> 2N0 2С0
ДДДД2N
2і0
2і0 2CH0 <ДДДД
N550,N5100-метенил-ТГФ
N5100-формил-ТГФ
ДД> 2С0 2С0
ДДДД2N
2\0
2/0
2N0 <ДДДДД Глутамин Глутамин,
аспартат, глицин, углекислый газ
образуются в ор-
ганизме,
однако в условиях недостатка фолиевой кислоты могут воз-
никнуть проблемы с обеспеченностью синтеза
пуриновых нуклеотидов
одноуглеродными
группировками, переносчиками которых служит в
клетках
ТГФ. Из ИМФ синтезируются
другие нуклеотиды пуринового ряда.
При
синтезе
АМФ ( см. далее следующую схему )
идет аминирование ИМФ,
источником
аминогруппы служит аспартат. Реакция идет в два этапа,
а
затраты энергии покрываются за счет гидролиза ГТФ. При синтезе гуаниловой кислоты вначале
остаток гипоксантина
в ИМФ
окисляется до ксантина с образованием КМФ,а затем идет ами-
нирование
и превращение КМФ в ГМФ. Донором аминогруппы выступает
глутамин,
энергетика реакции обеспечивается расщеплением АТФ. Образовавшиеся АМФ и
ГМФ в ходе реакций
трансфосфорилирова-
ния с
АТФ преобразуются в АДФ и ГДФ, а
затем последние подверга-
ются
фосфорилированию за счет энергии,
выделяющейся при биологи-
ческом
окислении, превращаясь в АТФ и ГТФ.
.
- 13 - Схема
синтеза АТФ и ГТФ из инозиновой кислоты
Фумарат
АДФ Асп АТФ Ф+Е4биол.Окисл.
АДДДДДДЩ
АДДДДДДЩ
ЪДДДДДДДДДДДДДД> АМФ
ДДДДДДДДДД> АДФ ДДДДДДД> АТФ і ЪДДДДДДї і ГТФ і
ГДФ+Ф
ИМФ ДДґ
АДФ АДФ і Н420О
АТФ АТФ Ф+Е4биол.Окисл. і АДДДДДДЩ АДДДДДДЩ
АДДДДДДДДДД> КМФ ДДДДДДДД>ГМФ ДДДДДДДДД>ГДФ ДДДДДДДД> ГТФ
ЪДДДДДДї ЪДДДДДї
НАД5+0
Глн
НАДН+Н5+0 Глу Описанный
синтез пуриновых нуклеотидов с
использованием в
качестве
пластического материала атомных группировок из молекул
других
соединений получил название синтеза
de novo. В
клетках
млекопитающих
работают также механизмы реутилизации образовавших-
ся в
ходе внутриклеточного расщепления пуриновых нуклеотидов азо-
тистых
оснований. Этот механизм синтеза пуриновых нуклеотидов по-
лучил
название "синтез сбережения." Наиболее
важным путем реутилизации является
фосфорибозили-
рование
свободных азотистых оснований. Известны два варианта это-
. -
14 -
го
процесса: а. При участии
фермента1
гипоксантин-гуанин Д фосфорибозилт-
1рансферазы0
свободные гипоксантин или гуанин
превращаются в ИМФ и
ГМФ
соотвественно:
Гипоксантин + ФРПФ
ДДДДДД> ИМФ + пирофосфат ( гуанин
)
(ГМФ) б. При участии
фермента1 аденин-фосфорибозилтрансферазы0 в ана-
логичной
реакции свободный аденин превращается в АМФ. Кстати говоря,такого
механизма для реутилизации пиримидиновых
азотистых
оснований не существует. Имеющаяся в клетках оро-
тат-фосфорибозилтрансфераза
не может катализировать
фосфорибози-
лирование
тимина, цитозина или урацила. Превращение
пуриновых нуклеозидов в нуклеотиды катализирует
фермент1
аденозинкиназа0:
Аденозин + АТФ ДДДДДДДДД> АМФ + АДФ.
Этот
фермент катализирует также фосфорилирование гуанозина, ино-
зина и
их дезоксипроизводных. Расщепление пуриновых
нуклеотидов идет во всех клетках.
Ко-
нечным
продуктом катаболизма образующихся при расщеплении нуклео-
тидов пуриновых азотистых оснований является
мочевая кислота. С
наибольшей
интенсивностью образование мочевой кислоты идет в пе-
чени, тонком кишечнике и почках. Установлено,
что до 20% мочевой
кислоты
у человека может расщепляется до СО420 и NH430 и
выделяться
через
кишечник, причем это расщепление мочевой кислоты не связано
с
действием кишечной микрофлоры.
.
- 15 -
Схема катаболизма пуриновых нуклеотидов C=O
/ \
АМФ
ДДДДД> Аденозин ДДДДДД>
Инозин ДДДДДДДД> HN C Д N\ ЪДДДї
ЪДДДДї
ЪДДДДї і і CH Н420О H420O Ф HC C - N/
Ф
NH430
Рибозо-
\ / Н
-фосфат N
Гипоксантин
1Ксантиноксидаза
1
C=O
/
\ ГМФДДДДДДД> Гуанозин ДДДДДДД>
Гуанин ДДДДДДДДД> HN C Д N\ ЪДДДї
ЪДДДДї
ЪДДДДї
CH Н420О Ф H420O О1=0C C - N/
Ф
Рибозо-
NH430 \ / Н
-фосфат
N
Ксантин
C=O
1Ксантиноксидаза
/ \
1і
HN C Д N\ <ДДДДДДДДДДДДДДДДДЩ
C=О
О1=0C C -
N/
\ / Н
N
Мочевая кислота
.
- 16 - Нуклеотиды в клетках подвергаются дефосфорилирования
с обра-
зованием
аденозина или гуанозина. Аденозин
при участии фермента
1аденозиндезаминазы0
превращается в инозин и далее путем фосфоро-
лиза в
гипоксантин. Гипоксантин при
участии3 ксантиноксидазы0 вна-
чале
окисляется в ксантин, а затем при участии того же фермента
ксантин
переходит в мочевую кислоту. При
расщеплении ГМФ вначале
в
несколько этапов происходит образование свободного гуанина, ко-
торый
при участии фермента1 гуаназы0 переходит
непосредственно в
ксантин,
а затем окисляется в мочевую кислоту. Образовавшаяся мочевая
кислота поступает в кровь и
выводится
через
почки с мочей. Нормальное содержание мочевой кислоты в кро-
ви
составляет 0,12 - 0,46 мМ/л. Общее количество растворенной мо-
чевой
кислоты в жидкой фазе организма (
уратный пул ) составляет
для
мужчин величину порядка 1,2 г.
Ежесуточно с мочой
выводится
от О,5
до 0,7 г мочевой кислоты.
6.Синтез дезоксирибонуклеотидов Специального пути синтеза дезоксирибонуклеотидов
в клетках
не
существует.Дезоксирибонуклеотиды образуются из рибонуклеотидов
путем
восстановления последних.
Источником восстановительных эк-
вивалентов
для образования дезокрибонуклеотидов служит специаль-
ный
белок тиоредоксин, который может существовать в форме дитиола
или же
после отдачи атомов водорода в форме
дисульфида. Дисуль-
фидная
форма тиоредоксина может
превращаться в клетке в дитиоль-
ную
форму; донором восстановительных эквивалентов в последнем слу-
.
- 17 -
чае
является НАДФН+Н5+0. Эти превращения представлены на схеме:
Рибонуклеозид- 1Рибонуклеотидредуктаза 0 Дезоксирибонуклео- дифосфат
1ДД0ДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДД1ДД0> 1 0зиддифосфат +
Н420О
ЪДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДї
SH
S
/
/ і Тиоредоксин
Тиоредоксин і
\
\ і
SH
S
АДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЩ
НАДФ5+0
<ДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДД
НАДФН+Н5+
1Тиоредоксинредуктаза
7.Регуляция синтеза нуклеотидов Скорость синтеза
нуклеотидов должна соответствовать
потреб-
ностям
клетки, в связи с чем она должна эффективным образом регу-
лироваться.
В работе механизмом регуляции синтеза пуриновых и пи-
римидиновых
нуклеотидов много общего: решающую роль в регуляции
играет
ретроингибирование - снижение скорости синтеза нуклеотидов
при
достижении их достаточной
концентрации в клетках за счет ал-
лостерического
ингибирования ключевых
ферментов соответствующих
метаболических
путей.
.
- 18 - Основные регуляторные
механизмы в системе синтеза
пиримиди-
новых
нуклеотидов представлены на нижеследующей схеме:
Е410
Е42 АТФ+СО42
0ДДДДДД> Карбамоил- ДДДДДДД> Карбамоил- Д Д Д Д> УМФ +Глн фосфат аспартат
| |
|
4 0
(+)
(-)
(-)
| |
|
| |
|
ФРПФД Д Щ |
|
|
ГТФ <ДДДД УТФ <ДДДД
УДФ <ДДДЩ Е430і<Д (-) ї |
| і і | АД Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Щ Рибозо- А дТДФ <ДДДД дТМФ <ДДДДДД дУМФ <ДДДДДД дУДФ 5-фосфат + АТФ Основными регуляторными
ферментами метаболического пути синте-
за пиримидиновых нуклеотидов
являются карбамоилфосфатсинтетаза
(
Е410 ) и аспартаттранскарбамоилаза ( Е420 ). Активность
первого фер-
мента (
Е410 ) ингибируется по аллостерическому механизму высокими
концентрациями
УТФ в клетке, а активность второго фермента ( Е420 )
-
высокими концентрациями ГТФ. Активность
карбамоифосфатсин-
тетазы,
кроме того, активируется высокими концентрациями ФРПФ. С
другой
стороны, синтез ФРПФ тормозится высокими концентрациями
дТДФ за
счет аллостерического ингибирования ФРПФ-синтетазы ( Е430).
.
- 19 - Накопление избыточных
количеств пуриновых нуклеотидов в клет-
ке
также приводит к торможению их синтеза ( см. схему ): Ъ Д Д
Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д В Д Д ї | Ъ Д Д Д Д Д
Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д ї|
| (-)
(-)
Ъ Д Д ї||
| (-) АМФ ДД> АДФ
Рибозо- Е410
Е420
5-фосфо-
А Д>/
5-фосфат
ДДДД> ФРПФ ДДДДД> рибозил-
ДД Д Д ДД> ИМФ
+ АТФ амин
Ъ Д>\ (-)
(-)
(-) ГМФ ДД>
ГДФ | |
А Д Д Щ||
| | А Д Д Д Д Д
Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Щ|
| А Д Д
Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Б Д Д Щ Прежде всего следует отметить, что накопление в клетке как
адениловых
, так и гуаниловых нуклеотидов по аллостерическому ме-
ханизму
тормозит активность ФРПФ-синтетазы (
Е ). Одновременно
накопление
АМФ и ГМФ также по
аллостерическому механизму снижает
активность
ФРПФ-амидотрансферазы ( Е ),
причем ингибирующий эф-
фект
высоких концентраций ГМФ более выражен, нежели у АМФ. Тормо-
жение
пуриновыми нуклеотидами активности ФРПФ-синтетазы имеет для
регуляции
их синтеза большее значение,
чем ингибирование
ФРПФ-амидотрансферазы,
так как в первом случае выключается и син-
тез
пуриновых нуклеотидов de novo и "синтез
сбережения", тогда
как во
втором случае прекращается лишь синтез de novo. Далее,
избыточные концентрации АМФ
ингибируют синтез АМФ из
ИМФ, а
высокие концентрации ГМФ тормозят образование этого нукле-
.
- 20 -
отида
из ИМФ. В обоих случаях работают механизмы аллостерического
ингибирования
ферментов, участвующих в этих превращениях. Наконец, синтез АМФ
из ИМФ стимулируется ГТФ,
поскольку ГТФ
является
источником энергии для синтеза. В свою очередь, АТФ сти-
мулирует
синтез ГМФ из ИМФ по той же самой причиной. Наличие это-
го
регуляторного механизма позволяет сбалансировать объемы синте-
за
адениловых и гуаниловых нуклеотидов в клетке. Регуляция синтеза
дезоксирибонуклеотидов обеспечивает скоор-
динированный
в количественном отношении синтез различных дезокси-
нуклеотидов,
необходимых для последующей сборки дезоксиполинукле-
отидных
цепей ДНК. Важнейшую роль в этой регуляции играет
фермент
рибонуклеозиддифосфатредуктаза.
Этот фермент имеет два
типа
аллостерических участков: один из
них регулирует общую ак-
тивность
фермента, а другой - субстратную
специфичность. Общая
каталитическая
активность снижается при связывании в первом цент-
ре
дАТФ, последний служит сигналом об
избытке дезоксинуклеотидов
в
клетке. Связывание различных дНуДФ
ил дНуТФ в аллостерических
участках
второго типа позволяет ферменту
более или менее избира-
тельно
нарабатывать недостающие в данный момент в клетке те или
иные
дезоксирибонуклеозиддифосфаты 8. Нарушения
обмена нуклеотидов при патологии Пиримидиновые
нуклеотиды не имеют специфических
конечных
продуктов
обмена, видимо, поэтому при состояниях, характеризую-
щихся
избыточным синтезом пиримидинов,
как правило, нет выражен-
ных
клинических признаков. При торможении
синтеза дезокситимиди-
.
- 21 -
ловой
кислоты, обусловленном
недостатком в организме фолиевой
кислоты
или кобаламина, идет одновременно и нарушение синтеза пу-
риновых
нуклеотидов, что проявляется
в виде нарущения
синтеза
нуклеиновых
кислот с развитием той или иной формы анемии. Наиболее известным
вариантом нарушения синтеза пиримидинов
является
оротатацидурурия - повышенное выделение с мочой продукта
неполного
синтеза пиримидинов - оротовой кислоты.
Оротатацидурия
чаще
всего является следствием генетически обусловленного наруше-
ния
синтеза двух ферментов: оротат-фосфорибозилтрансферазы и оро-
тидилатдекарбоксилазы.
Синтезируемая оротовая кислота не
исполь-
зуется
в клетках и накапливается в органах и тканях, она в повы-
шенных
количествах выделяется с мочей. Для детей с этой патологи-
ей
характерны отставание в развитии,
мегалобластическая анемия и
"оранжевая
кристаллоурия",
последняя обусловлена
образованием в
моче
кристаллов оротовой кислоты, имеющих оранжевый цвет. Для ле-
чения
таких детей используется уридин,
который достаточно хорошо
усваиваивается
организмом, однако уридин становится еще одним не-
заменимым
компонентом пищи. Наиболее известным
заболеванием, тесно связанным с нарушени-
ем
обмена пуриновых нуклеотидов, является подагра. У больных с
этой
патологией наблюдается повышенное содержание мочевой кислоты
в
крови и тканях, а также
избыточное количество уратов в моче.
В норме
концентрация мочевой кислоты в крови и других биологичес-
ких
жидкостях достаточно близка к
насыщающей. Поэтому повышение
ее
содержания в биологических жидкостях приводит к
появлению в
них
кристаллов мочевой кислоты. Если
кристаллы появляются в сус-
тавной
жидкости, развивается подагрические артриты.
Выпадение
.
- 22 -
кристаллов
мочевой кислоты непосредственно в ткани вызывает асеп-
тическое
воспаление с последующим инкапсулированием образовавших-
ся
кристаллов и формированием подагрических узелков. Наиболее тя-
желым
проявлением этого заболевания является подагрическая нефро-
патия с
нарушением функции почек. От подагры страдает
от 0,3% до 1,7% населения, причем у
муж-
чин
подагра встречается в 20 раз чаще, чем у женщин. Развитие за-
болевания
тесно связано с гиперурекемией - повышеннным содержани-
ем
мочевой кислоты в крови. В норме содержание мочевой кислоты
составляет
3 - 7 мг/дл ( 0,12 - 0,46 мМ/л ). Среди лиц с содержа-
нием
мочевой кислоты в пределах 7 - 8 мг/дл 20% больных подагрой;
если же
содержание мочевой кислоты в крови превышает 9 мг/дл -
число
больных подагрой возрастает до 90 и более процентов. Причинами подагры в
ряде случаев является нарушение функцио-
нирования
таких ферментов как ФРПФ-синтетаза или гипоксантин-гуа-
нин-фосфорибозилтрансфераза.
У ряда больных было обнарушено повы-
шение
активности фермента ФРПФ-синтетазы или снижение чувстви-
тельности
фермента к ингибирующему действию
пуриновых нуклеоти-
дов.
В обоих вариантов объем синтеза пуриновых нуклеотидов воз-
растает,
что приводит к гиперпродукции мочевой кислоты. При снижении активности гипоксантин-гуанин-фосфорибозилт-
рансферазы
в клетках снижается уровень
повторного использования
образующихся
в них гипоксантина
и гуанина за счет торможения
"синтеза
сбережения". Возникает
нехватка пуриновых нуклеотидов,
которая
компенсируется активацией синтеза пуринов de novo, что в
конечном
итоге ведет к повышенному образованию пуринов в организ-
ме
и, соответственно, к
повышения содержания мочевой кислоты в
организме.
.
- 23 - При лечении подагры стремятся уменьшить в рационе
количество
продуктов,
содержащих нуклеиновые кислоты или
соединения группы
пурина.
Хороший эффект дает использование лекарственного препара-
та -
аллопуринола. Аллопуринол в
клетках под действием фермента
ксантиноксидазы
окисляется до аллоксантина, а аллоксантин являет-
C=O
C=O / \ H
/ \ H
HN C Д C\
HN C Д С\
NH
NH
HC C - N/
О1=0C C -
N/
\ / Н
\ / Н
N
N
Аллопуринол
Аллоксантин
ся
мощным конкурентным ингибитором
ксантиноксидазы.
Образование
ксантина
и мочевой кислоты в клетках резко снижается, а из орга-
низма в
качестве конечного продукта обмена пуринов начинает выде-
ляться
гипоксантин, растворимость которого в биологических жид-
костях
в несколько раз выше, чем растворимость мочевой кислоты. При полном отсутствии в
клетках гипоксантин-гуанин-фосфорибо-
зилтрансферазы
развивается болезнь Леш-Нихана, для которой харак-
терны
высокий уровень гиперурикемии, камни в мочевыводящих путях,
.
- 24 -
корковый
паралич, судороги и крайне
агрессивное поведение. в том
числе и
стремление к членовредительству (Ребенок, например. может
обкусать
собственные пальцы или губы). Гиперурикемия может также встречаться при воздействии на
че-
ловека
ионизирующей радиации. В этом случае гиперурикемия являет-
ся
отражением интенсификации распада нуклеиновых кислот в облу-
ченных
органах и тканях.
Структурные формулы нуклеотидов и нуклеозидов образованных от дирибозы гуанина. АМФ инозиновая кислота гипоксантин ксантин мочевая кислота уравнение реакций. Синтез пиримидиновых нуклеотидов и роль оротовой кислоты в этом процессе. Обмен нуклеиновых кислот синтез дезоксирибонуклеотидов. Реферат мочевая кислота метаболизм и нарушение обмена. Обмен нуклеиновых кислот Реакции УМФ дУМФ дТМФ дТДФ. Нуклеотиды их роль и значение для здоровья человека. Особенности катаболизма пиримидиновых нуклеотидов. Ядро нуклеотидов пуринового и пиримидинового ряда. Структурная формула дезокситимидиловой кислоты. Формулы АТФ ГМФ ЦМФ УМФ ТМФ д АМФ д ГМФ д ЦМФ. Формулы АМФ ГМФ ЦМФ ТМФ УМФ мочевая кислота. Распад пуриновых нуклеотидов на примере АМФ. Структура нуклеотидов АМФ ГМФ УМФ ЦМФ д ТМФ. Этапы катаболизма пиримидиновых нуклеотидов.