Обмен нуклеотидов. Переваривание нуклеотидов
 Скачать 466.37 Kb.
|
|
1 Переваривание нуклеотидов. Нуклеотиды поступают в организм с пищей, главным образом в составе нуклеопротеинов. В желудке при воздействии соляной кислоты и протеолитических ферментов желудка нуклеопротеины распадаются до нуклеиновых кислот и белковой части. Далее нуклеиновые кислоты гидролизуются в тонком кишечнике под действием ферментов, вырабатываемых поджелудочной железой и кишечником. В распаде нуклеиновых кислот принимают участие рибонуклеазы (РНК-азы) и дезоксирибонуклеазы (ДНК-азы) панкреатического сока, которые являются эндонуклеазами и гидролизуют макромолекулы до полинуклеотидов. Последние под действием полинуклеотидазы (фосфодиэстеразы) поджелудочной железы гидролизуются до мононуклеотидов. Далее, под действием панкреатических ферментов – нуклеотидаз и фосфатаз происходит гидролиз нуклеотидов до нуклеозидов, которые либо всасываются, либо под действием нуклеозидаз слизистой кишечника распадаются до пуриновых и пиримидиновых оснований. В просвете кишечника пуриновые основания могут подвергаться окислению до мочевой кислоты, которая всасывается и затем выделяется с мочой. Пиримидиновые основания в просвете кишечника, в основном, катаболизируются до NH 3 , CO 2 , β-аланина и β-аминоизомасляной кислоты и выделяются в составе кала без их использования в организме. Таким образом, нуклеиновые кислоты пищи не поступают из кишечника в кровоток и не выступают в роли поставщика непосредственных предшественников ДНК и РНК клеток организма. И хотя млекопитающие потребляют значительные количества нуклеиновых кислот и нуклеотидов, их жизнедеятельность не зависит от всасывания этих веществ или соответствующих продуктов распада. Синтез пуриновых нуклеотидов. Синтез пуриновых оснований происходит во всех клетках организма, главным образом в печени. Исключение составляют эритроциты, полиморфноядерные лейкоциты, лимфоциты. Условно все реакции синтеза можно разделить на 4 этапа: 1. Синтез 5-фосфорибозил-1-дифосфата (ФРДФ). Фосфорибозилдифосфат (ФРДФ) занимает центральное место в синтезе как пуриновых, так и пиримидиновых нуклеотидов. Он образуется путем переноса пирофосфатного остатка ATФ на рибозо-5-фосфат в реакции, катализируемой ФРДФ-синтетазой. ФРДФ-синтетаза является ключевым ферментом синтеза пуриновых нуклеотидов, активность данного фермента определяет скорость их синтеза. Источниками рибозо-5-фосфата могут быть: 1) пентозофосфатный путь превращения глюкозы или 2) катаболизм нуклеозидов, в ходе которого под действием нуклеозидфосфорилазы первоначально образуется рибозо-1-фосфат, а затем с помощью соответствующей мутазы фосфатный остаток переносится в 5-е положение. ФРДФ участвует не только в синтезе пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов из простых предшественников (т.е. de novo), но также используется на образование пуриновых нуклеотидов по «запасному» (альтернативному) пути и в синтезе нуклеотидных коферментов. 2 2. Синтез инозинмонофосфата (ИМФ) Синтез de novo означает, что каждый атом С или N в пуриновом основании будет образован от доноров-молекул: Синтез ИМФ включает 10 энергозависимых реакций (в целом на синтез пуринового кольца затрачивается энергия 6 молекул АТФ): 3. Синтез аденозинмонофосфата (АМФ) и гуанозинмонофосфата (ГМФ). Синтез АМФ и ГМФ осуществляется из ИМФ: 4. Образование АТФ и ГТФ. Альтернативный путь синтеза: Реутилизация пуриновых оснований – это процесс повторного их использования. Он происходит во всех тканях, но особенно актуален в быстрорастущих тканях (эмбриональная, регенерирующая, опухолевая), когда активно идет процесс синтеза нуклеиновых кислот и недопустима потеря их предшественников. Альтернативный (запасной) путь синтеза пуриновых нуклеотидов осуществляется двумя ферментами: 1. Аденин-фосфорибозил-трансфераза – катализирует образование АМФ из аденина и ФРДФ. 2. Гипоксантин-гуанин-фосфорибозил-трансфераза – данный фермент обладает групповой специфичностью действия – у него два субстрата – гипоксантин и гуанин, соответственно образуются два продукта – ИМФ и ГМФ. 3 Распад пуриновых нуклеотидов. Пурины распадаются с образованием мочевой кислоты. Наиболее активно катаболизм пуринов идет в печени, тонком кишечнике (пищевые пурины) и почках. Около 20% мочевой кислоты удаляется с желчью через кишечник, где она разрушается микрофлорой до CO 2 и воды. Остальная часть удаляется через почки. Синтез пиримидиновых нуклеотидов. Синтез пиримидиновых оснований происходит во всех клетках организма. В реакциях синтеза участвует аспартат, глутамин, СО 2 , затрачивается 2 молекулы АТФ. В отличие от разветвленного синтеза пуринов этот синтез происходит линейно, т.е. пиримидиновые нуклеотиды образуются последовательно, друг за другом. Условно можно выделить 3 общих этапа синтеза и реакции синтеза УТФ и ЦТФ: 4 1. Образование карбамоилфосфата. Образование карбамоилфосфата в отличие от синтеза мочевины происходит в цитозоле большинства клеток организма. 2. Образование оротовой кислоты (т.е. пиримидинового кольца). Формирование пиримидинового кольца происходит после присоединения аспартата и реакций дегидратации и окисления. Первым пиримидиновым основанием является оротовая кислота. 1 и 2 этапы катализирует КАД-система ферментов (по первым буквам): 1. Карбамаилфосфат-синтетаза II 2. Аспартат-карбомоил-трансфераза 3. Дигидрооротат-дегидрогеназа 3. Синтез УМФ. В реакции с фосфорибозилдифосфатом (ФРДФ) к оротовой кислоте присоединяется рибозо-5-фосфат и образуется оротидилмонофосфат, при декарбоксилировании превращающийся в уридинмонофосфат (УМФ). Оротатфосфорибозил-трансфераза и ОМФ-декарбоксилаза являются субъединицами одного фермента – УМФ- синтазы. 4. Синтез уридинтрифосфата. Синтез УТФ осуществляется из УМФ в 2 стадии посредством переноса макроэргических фосфатных групп от АТФ. 5. Синтез цитидинтрифосфата. Образование цитидинтрифосфата (ЦТФ) происходит из УТФ с затратой энергии АТФ при участии глутамина, являющегося донором NH 2 -группы. Дополнительный путь синтеза: При реутилизации пиримидинов, в отличие от реутилизации пуринов , нет возможности использовать свободные основания, которые способны только катаболизироваться. Поэтому повторное использование пиримидинов сводится к реутилизации пиримидиновых нуклеозидов. Источником фосфатной группы является АТФ, реакции катализируются соответствующими киназами:уридин- цитидинкиназа, тимидинкиназа, дезоксицитидинкиназа. Последний фермент фосфорилирует также пуриновые нуклеозиды – дезоксигуанозин и дезоксиаденозин. 5 Распад пиримидиновых нуклеотидов. Распад пиримидиновых нуклеотидов происходит параллельно, с использованием одинаковых реакций и ферментов. Образование нуклеотидов, необходимых для синтеза ДНК Cинтез дезоксирибонуклеотидов Особенностью обмена пуринов и пиримидинов является то, что они могут образовывать не только рибонуклеотиды, но и дезоксирибонуклеотиды. Дезоксирибонуклеотидтрифосфаты необходимы клетке для синтеза ДНК. Их образование протекает в три реакции: 1. В начале процесса происходит дефосфорилирование рибонуклеозидтрифосфатов с образованием АДФ, ГДФ, ЦДФ, УДФ. ТДФ 2. Далее фермент рибонуклеозидредуктаза восстанавливает АДФ, ГДФ, ЦДФ, УДФ до дезоксирибонуклеозиддифосфатов dАДФ, dГДФ, dЦДФ, dУДФ. Донором водорода для восстановления рибозы 6 является белок тиоредоксин, его SH-группы окисляются кислородом рибозы и образуется вода. Последующее восстановление тиоредоксина в рабочее состояние обеспечивается за счет НАДФН. 3. После образования dАДФ, dГДФ, dЦДФ фосфорилируются, а dУДФ используется для синтеза тимидилового нуклеотида. Cинтез тимидилтрифосфата Три дезоксинуклеотида – dАТФ, dГТФ, dЦТФ сразу после синтеза используются для синтеза ДНК. Однако известно, что в составе ДНК нет уридиловых нуклеотидов, поэтому dУДФ не превращается в dУТФ, а идет на образование тимидилового нуклеотида. Участие в этом принимает фермент тимидилатсинтаза. Донором метильной группы является N 5 ,N 10 -метилен-ТГФК: |