Нуклеотиды Строение пуриновых оснований
 Скачать 0.83 Mb.
|
|
Нуклеотиды Строение пуриновых оснований Строение пуриновых нуклеозидов Строение нуклеотидов на примере АТФ Строение пиримидиновых оснований Строение пиримидиновых нуклеозидов Строение пиримидиновых нуклеотидов Поступление нуклеотидов Переваривание нуклеотидов После воздействия соляной кислоты и протеолитических ферментов желудка нуклеопротеины распадаются до нуклеиновых кислот и белковой части. Белки перевариваются обычным образом, нуклеиновые кислоты – с помощью дополнительных ферментов. Панкреатический сок содержит рибонуклеазы и дезоксирибонуклеазы, гидролизующие все нуклеиновые кислоты до полинуклеотидов. После действия панкреатических ферментов полинуклеотидазы (фосфодиэстеразы) кишечника гидролизуют нуклеиновые кислоты до мононуклеотидов. Далее, под действием нуклеотидаз и фосфатаз происходит гидролиз нуклеотидов до нуклеозидов, которые либо всасываются, либо под действием нуклеозидаз слизистой кишечника деградируют до пуриновых и пиримидиновых оснований. Нуклеотиды поступают в организм с пищей, главным образом в составе нуклеопротеинов. После воздействия соляной кислоты и протеолитических ферментов желудка нуклеопротеины распадаются до нуклеиновых кислот и белковой части. Белки перевариваются обычным образом, нуклеиновые кислоты – с помощью дополнительных ферментов. Панкреатический сок содержит рибонуклеазы и дезоксирибонуклеазы, гидролизующие все нуклеиновые кислоты до полинуклеотидов. После действия панкреатических ферментов полинуклеотидазы (фосфодиэстеразы) кишечника гидролизуют нуклеиновые кислоты до мононуклеотидов. Далее, под действием нуклеотидаз и фосфатаз происходит гидролиз нуклеотидов до нуклеозидов, которые либо всасываются, либо под действием нуклеозидаз слизистой кишечника деградируют до пуриновых и пиримидиновых оснований. В просвете кишечника пуриновые основания могут подвергаться окислению до мочевой кислоты, которая всасывается и затем выделяется с мочой. Большая часть тех пуринов, что всосались, в энтероцитах также окисляется в мочевую кислоту, при этом не происходит их перехода в кровь, в другие клетки и включения во вновь образующиеся молекулы нуклеотидов и нуклеиновых кислот. Свободные пиримидиновые основания, подобно пуринам, в основном катаболизируют и выделяются без их использования в организме. Синтез пуриновых нуклеотидов 1. Синтез 5'-фосфорибозиламина Первая реакция синтеза пуринов заключается в активации углерода в положении С1 рибозо-5-фосфата, это достигается синтезом 5-фосфорибозил-1-дифосфата (ФРДФ). Фосфорибозил-дифосфат является тем якорем, на основе которого синтезируется сложный пуриновый цикл. Вторая реакция – это перенос NH2-группы глутамина на активированный атом С1 с образованием 5'-фосфорибозиламина. Указанная NH2-группа фосфорибозиламина уже принадлежит будущему пуриновому кольцу и ее азот будет атомом номер 9. 2. Синтез инозинмонофосфата 5-фосфорибозиламин вовлекается в девять реакций, и в результате образуется первый пуриновый нуклеотид – инозинмонофосфорная кислота (ИМФ). В этих реакциях источниками атомов пуринового кольца являются глицин, аспартат, еще одна молекула глутамина, углекислый газ и производные тетрагидрофолиевой кислоты (ТГФК). В целом на синтез пуринового кольца затрачивается энергия 6 молекул АТФ. Реакции синтеза АМФ и ГМФ 3. Синтез аденозинмонофосфата и гуанозинмонофосфата Гуанозинмонофосфат (ГМФ) образуется в двух реакциях – сначала ИМФ окисляется ИМФ-дегидрогеназой до ксантозилмонофосфата, источником кислорода является вода, акцептором водорода – НАД. После этого работает ГМФ-синтетаза, она использует универсальный клеточный донор NH2-групп – глутамин, источником энергии для реакции служит АТФ. Аденозинмонофосфат (АМФ) также образуется в двух реакциях, но в качестве донора NH2-группы выступает аспарагиновая кислота. В первой, аденилосукцинат-синтетазной, реакции на присоединение аспартата используется энергия распада ГТФ, во второй реакции аденилосукцинат-лиаза производит удаление части аспарагиновой кислоты в виде фумарата. Реакции синтеза АТФ и ГТФ 4. Образование нуклеозидтрифосфатов АТФ и ГТФ. Синтез ГТФ осуществляется в 2 стадии посредством переноса макроэргических фосфатных групп от АТФ. Синтез АТФ происходит несколько иначе. АДФ из АМФ образуется также за счет макроэргических связей АТФ. Для синтеза же АТФ из АДФ в митохондриях есть фермент АТФ-синтаза, образующий АТФ в реакциях окислительного фосфорилирования. Внутриклеточная регуляция синтеза пуриновых нуклеотидов Внутриклеточная регуляция Регуляция синтеза пуринов (пуриновых нуклеотидов) происходит по механизму обратной отрицательной связи, т.е. продукт реакции (или совокупности реакций) ингибирует начальные этапы процесса. Для синтеза пуринов такими ингибиторами являются АМФ и ГМФ: ГМФ блокирует первые две реакции синтеза ИМФ, а также ИМФ-дегидрогеназную реакцию, АМФ блокирует первую реакцию синтеза ИМФ и аденилосукцинатсинтетазную реакцию. Лекарственная регуляция При разработке новых противоопухолевых средств были предложены ингибиторы ферментов: ФРДФ-амидтрансферазы – азосерин, диазонорлейцин, ИМФ-дегидрогеназы – микофеноловая кислота, 6-меркаптопурин, аденилосукцинат-лиазы – 6-меркаптопурин. 1. Дефосфорилирование АМФ и ГМФ – фермент 5'-нуклеотидаза. 2. Гидролитическое отщепление аминогрупы от С6 в аденозине – фермент дезаминаза. Образуется инозин. 3. Удаление рибозы от инозина (с образованием гипоксантина) и гуанозина (с образованием гуанина) с ее одновременным фосфорилированием – фермент нуклеозидфосфорилаза. 4. Окисление С2 пуринового кольца: гипоксантин при этом окисляется до ксантина (фермент ксантиноксидаза), гуанин дезаминируется до ксантина – фермент дезаминаза. 5. Окисление С8 в ксантине с образованием мочевой кислоты – фермент ксантиноксидаза (описание фермента см здесь). Около 20% мочевой кислоты удаляется с желчью через кишечник, где она разрушается микрофлорой до CO2 и воды. Остальная часть удаляется через почки. А. Первый способ реутилизации заключается в присоединении рибозо-5-фосфата к свободным основаниям аденину, гуанину или гипоксантину c образованием АМФ, ГМФ или ИМФ. Эту реакцию осуществляют соответствующие трансферазы. Наиболее характерным примером является реутилизация гипоксантина и гуанина под влиянием фермента гипоксантин-гуанин-фосфорибозил-трансферазы. В качестве источника рибозo-5-фосфата используется фосфорибозилдифосфат. Б. Во втором способе реутилизируются пуриновые рибонуклеозиды и дезоксирибонуклеозиды. Для этого существуют ферменты с групповой специфичностью аденозинкиназа (для аденозина, гуанозина, инозина и их дезоксиформ) и дезоксицитидинкиназа, которая фосфорилирует дезоксигуанозин и дезоксиаденозин с образованием dГМФ и dАМФ, и дезоксицитидин до dЦМФ (реутилизация пиримидинов). Гиперурекимия Самым частым нарушением обмена пуринов является повышенное образование мочевой кислоты с развитием гиперурикемии. В зависимости от длительности и тяжести гиперурикемия проявляется:
В 50-75% случаев первым признаком заболевания является мучительная ночная боль в больших пальцах ног. Развивается подагрический артрит. Наследственные изменения- увеличение активности ФРДФ-синтетазы – приводит к избыточному синтезу пуринов, уменьшение активности гипоксантин-гуанин-фосфорибозил-трансферазы – из-за этого ФРДФ не используется для реутилизации пуриновых оснований, а участвует в первой реакции их синтеза. В результате возрастает количество разрушающихся пуринов и одновременно повышается их образование. Аллопуринол относят аллопуринол, по структуре схожий с гипоксантином. Ксантиноксидаза окисляет аллопуринол в аллоксантин, и последний остается прочно связанным с активным центром фермента и ингибирует его. Мочекаменная болезнь Мочекаменная болезнь заключается в образовании солевых кристаллов (камней) разной природы в мочевыводящих путях. Непосредственно образование мочекислых камней составляет около 15% от всех случаев этой болезни. Мочекислые камни в мочевыводящих путях откладываются примерно у половины больных подагрой. Синтез пиримидиновых основаий Условно можно выделить 3 общих этапа синтеза и реакции синтеза УТФ и ЦТФ: 1. Образование карбамоилфосфата Образование карбамоилфосфата в отличие от синтеза мочевины происходит в цитозоле большинства клеток организма. 2. Образование пиримидинового кольца Формирование пиримидинового кольца происходит после присоединения аспартата и реакций дегидратации и окисления. Первым пиримидиновым основанием является оротовая кислота. 3. Синтез оротидинмонофосфата и уридинмонофосфорной кислоты В реакции с фосфорибозилдифосфатом (ФРДФ) к оротовой кислоте присоединяется рибозо-5-фосфат и образуется оротидилмонофосфат, при декарбоксилировании превращающийся в уридинмонофосфат (УМФ). Источником фосфорибозилдифосфата является первая из двух реакций синтеза фосфорибозиламина при образовании пуринов. 4. Синтез уридинтрифосфата 5. Синтез цитидинтрифосфата Распад пиримидиновых оснований Распад пиримидиновых оснований 1. Фермент 5'-нуклеотидаза отщепляет 5'-фосфатную группу от ЦМФ, УМФ и ТМФ . 2. Дезаминаза проводит окислительное дезаминирование цитидина. 3. Нуклеозид-фосфорилаза удаляет рибозу от уридина и тимидина. 4. Дигидроурацил-дегидрогеназа – восстановление урацила и тимина. 5. Дигидропиримидиназа осуществляет гидролитическое расщепление пиримидинового кольца. 6. Далее происходит гидролитическое отщепление аммиака и углекислого газа. 7. После окончательного разрушения пиримидинового кольца появившиеся β-аминокислоты направляются в реакции трансаминирования, после чего соответствующие кетокислоты изомеризуются и далее сгорают в ЦТК. Реутилизация пиримидинов Источником фосфатной группы является АТФ, реакции катализируются соответствующими киназами: уридин-цитидинкиназа, тимидинкиназа, дезоксицитидинкиназа. Последний фермент фосфорилирует также пуриновые нуклеозиды – дезоксигуанозин и дезоксиаденозин. Синтез дезоксирибонуклеотидов 1. Реакция дефосфорилирования В самом начале процесса происходит потеря рибонуклеозидтрифосфатами одной фосфатной группы и образуются АДФ, ГДФ, ЦДФ, УДФ. 2. Реакция восстановления Во второй реакции фермент рибонуклеозид-редуктаза восстанавливает АДФ, ГДФ, ЦДФ, УДФ до дезоксирибонуклеозиддифосфатов dАДФ, dГДФ, dЦДФ, dУДФ. Донором водорода для восстановления рибозы является белок тиоредоксин, его SH-группы окисляются кислородом рибозы и образуется вода. Последующее восстановление тиоредоксина в рабочее состояние обеспечивается за счет НАДФН .3. Реакция фосфорилирования После образования dАДФ, dГДФ, dЦДФ фосфорилируются, а dУДФ используется для синтеза тимидилового нуклеотида. Синтез ТМФ Реакции ресинтеза N5,N10-метилен-тетрагидрофолиевой кислоты DEFKA- жирорастворимые витамины
|