Розпад нуклеїнових кислот, нуклеази травного тракту і тканин. Розпад пуринових і піримідинових основ Розпад піримідинових азотистих основ
Кожен нуклеотид містить 3 хімічно різних компонента: гетероциклическое азотистих основ, моносахарид (пентозу) і залишок фосфорної кислоти. Залежно від числа наявних у молекулі залишків фосфорної кислоти розрізняють нуклеозідмонофосфати (НМФ), нуклеозіддіфосфати (ПДФ), нуклео-зідтріфосфати (НТФ).
До складу нуклеїнових кислот входять азотисті основи двох типів: пуринові - аденін (А), гуанін (G) і піримідинові - цитозин (С), тимін (Т) і урацил (U). Нумерація атомів в підставах записується всередині циклу.
Піримідинів розпадаються до аміаку, вуглекислого газу і води
Розпад піримідинових нуклеотидів відбувається паралельно, з використанням однакових реакцій і ферментів. Можна відзначити кілька специфічних ферментів:
1. Фермент 5 "-нуклеотідазаотщепляет 5 "-фосфатную групу від ЦМФ, УМФ і ТМФ.
2. дезаміназипроводить окислювальне дезамінування цитидину.
3. Нуклеозид-фосфорилазавидаляє рибозу від уридину і тимідину.
4. Дігідроураціл-дегидрогеназа- відновлення урацила і тиміну.
5. Дігідропірімідіназаздійснює гідролітичні розщеплення пиримидинового кільця.
7. Після остаточного руйнування пиримидинового кільця з'явилися β-амінокислоти направляються в реакції трансаминирования, Після чого відповідні кетокислот ізомеризуються і далі згоряють в ЦТК.
Будова пуринових нуклеотидів (знати формули). Розпад пуринових нуклеотидів.
Кожен нуклеотид містить 3 хімічно різних компонента: гетероциклическое азотистих основ, моносахарид (пентозу) і залишок фосфорної кислоти.
До складу нуклеїнових кислот входять азотисті основи двох типів: пуринові - аденін (А), гуанін (G) і піримідинові
пурини розпадаютьсяз утворенням сечової кислоти
Найбільш активно катаболізм пуринів йде в печінці, тонкому кишечнику(Харчові пурини) і нирках.
Реакції катаболізму пуринів
Реакції розпаду пуринів можна умовно розділити на 5 стадій:
1. Дефосфорілірованіе АМФ і ГМФ - фермент 5 "-нуклеотідаза.
2. Гідролітична відщеплення аміногрупи від С6 в аденозин - фермент дезамінази. Утворюється инозин.
3. Видалення рибози від інозину (з утворенням гіпоксантину) і гуанозіна (з утворенням гуаніну) з її одночасним фосфорилюванням - фермент нуклеозідфосфорілаза.
4. Окислення С2 пуринового кільця: гипоксантин при цьому окислюється до ксантину (фермент ксантиноксидаза), гуанін дезамінується до ксантину - фермент дезамінази.
5. Окислення С8 в ксантин з утворенням сечової кислоти - фермент ксантиноксидаза. Близько 20% сечової кислоти видаляється з жовчю через кишечник, де вона руйнується мікрофлорою до CO2 і води. Інша частина видаляється через нирки.
98.Сінтез пуринових і піримідинових азотистих основ. Роль вітаміну.
Синтез пуринових підстав відбувається у всіх клітинах організму, головним чином в печінці. Виняток становлять еритроцити, поліморфноядерні лейкоцити, лімфоцити.
Умовно всі реакції синтезу можна розділити на 4 етапи:
1. Синтез 5 "-фосфорібозіламіна
2. Синтез інозінмонофосфата
5-фосфорібозіламін втягується в дев'ять реакцій, і в результаті утворюється перший пуриновий нуклеотид - інозінмонофосфорная кислота (ІМФ). У цих реакціях джерелами атомів пуринового кільця є гліцин, аспартат, ще одна молекула глутаміну, вуглекислий газ і похідні тетрагидро фолієвої кислоти(ТГФК). В цілому на синтез пуринового кільця витрачається енергія 6 молекул АТФ.
Синтез аденозинмонофосфата і гуанозинмонофосфату
I. гуанозинмонофосфат (ГМФ) утворюється в двох реакціях - спочатку він окислюється ІМФ-дегідрогеназ до ксантозілмонофосфата, джерелом кисню є вода, акцептором водню - НАД. Після цього працює ГМФ-синтетаза, вона використовує універсальний клітинний донор NH2-груп - глутамин, джерелом енергії для реакції служить АТФ.
II. АМФ (АМФ) також утворюється в двох реакціях, але в якості донора NH2-групи виступає аспарагінова кислота. У першій, аденілосукцінат-синтетазної, реакції на приєднання аспартату використовується енергія розпаду ГТФ, в другій реакцііаденілосукцінат-ЛіАЗ робить видалення частини аспарагінової кислоти у вигляді фумарату.
Роль вітаміну В9.
Перша з важливих ролей вітаміну В, яка була визначена при відкритті цієї речовини, полягала в зменшенні проявів анемії. Фолієва кислота постачає частки вуглецю, необхідні для синтезу гемоглобіну, тому стає активним учасником кровотворення. Доведено і значна роль вітаміну В9 в синтезі кров'яних тілець, Що виконують роль захисників організму і зміцнюють імунітет.
Ще одна важлива роль фолієвої кислоти, яка ріднить цю речовину з іншими вітамінами групи В - забезпечення нормальної роботи нервової системи. Вітамін В9 входить до складу спинномозкової рідини і регулює передачу нервових імпульсів збудження і гальмування. Рівень цього вітаміну корелює з нашою пам'яттю і працездатністю
Фолієва кислота бере участь в синтезі деяких гормонів, зокрема норадреналіну і серотоніну, які відповідають за роботу серця і судин, тонус шлунково-кишкового тракту, опірність стресам, гарний настрій і нормальний сон.
Вітамін В9 необхідний для синтезу амінокислот метіоніну і гомоцистеїну. Ці амінокислоти незамінні. При їх нестачі зростає ризик пошкодження кровоносних судин і утворення тромбів, розвитку інсульту. За участю фолієвої кислоти синтезуються і амінокислоти ДНК, РНК, необхідні елементи клітинних ядер і оболонок.
Доведено участь фолієвої кислоти в окислювальних і відновних процесах на клітинному рівні, в збереженні структури клітин і захисту від руйнувань вільними радикалами. Без фолієвої кислоти не обходиться вироблення шлункового соку і жовчних кислот в печінці, вона впливає на активність чоловічих статевих клітин і підтримання фертильності. Вітамін В9 бере безпосередню участь у відновленні м'язової тканини, формуванні та зростанні тканин шкіри, слизових оболонок шлунка і кишечника, кісткового мозку.
Функції вітаміну В9
Фолієва кислота вирішує багато важливих завдань в організмі, виходячи з біологічної ролі цієї речовини і впливу на ключові процеси в органах і системах:
· Запобігає розвитку анемії;
· Зменшує негативний стресовий вплив;
· Охороняє від післяпологової депресії;
· Коригує рівень фертильності і якість чоловічої сперми;
· Допомагає легше перенести клімактеричні зміни;
· Знижує ризик інфаркту, інсульту, атеросклерозу, стенокардії;
· нормалізує артеріальний тиск;
· Покращує пам'ять, розумову діяльність і працездатність;
· Підтримує імунну систему.
Б. "Запасні" шляху синтезу піримідинових нуклеотидів
Використання піримідинових основ і нуклеозидів в реакціях реутилізацію перешкоджає катаболізму цих сполук до кінцевих продуктів з розщепленням пиримидинового кільця. У ресинтезі пиримидинов беруть участь деякі ферменти катаболізму нуклеотидів. Так, урідінфосфорілаза в оборотної реакції може рібозіліроват' урацил з утворенням уридину.
Урацил + рибоза-1-фосфат → уридин + Н 3 РО 4.
Перетворення нуклеозидов в нуклеотиди каталізує уридин-цітідінкіназа.
Частина ЦМФ може перетворюватися в УМФ під дією цитидиндезамінази і поповнювати запаси уридиловий нуклеотидів.
ЦМФ + Н 2 О → УМФ + NH 3.
В. Регуляція синтезу піримідинових НУКЛЕОТИДІВ
Регуляторним ферментом в синтезі піримідинових нуклеотидів є поліфункціональнийКАД-фермент. УМФ і пуринові нуклеотиди аллостеріческого інгібують, а ФРДФ активує його карбамоілсінтетазную активність, тоді як активність аспартаттранскарбамоілазного домену пригнічує ЦТФ, але активує АТФ (рис. 10-15).
Цей спосіб регуляції дозволяє запобігти надмірний синтез не тільки УМФ, але і всіх інших піримідинових нуклеотидів і забезпечити збалансоване освіту всіх чотирьох основних пуринових і піримідинових нуклеотидів, необхідних для синтезу РНК.
Оротацідурія
Це єдине порушення синтезу піримідинів de novo.Воно викликано зниженням активності УМФ-синтази, яка каталізує утворення і декарбоксилювання ОМФ. Оскільки в ембріогенезі від освіти пиримидинов de novoзалежить забезпечення синтезу ДНК субстратами, то життя плода неможлива при повній відсутності активності цього ферменту. Дійсно, у всіх пацієнтів з оротацідуріей відзначають помітну, хоча і дуже низьку активність УМФ-синтази. Встановлено, що вміст оротовоі кислоти в сечі пацієнтів (1 г / добу і більше) значно перевершує кількість оротата, яке щодня синтезується в нормі (близько 600 мг / добу). Зниження синтезу піримідинових нуклеотидів, що спостерігається при цій патології, порушує регуляцію КАД-ферменту за механізмом ретроінгібірованія, через що виникає гіперпродукція оротата.
Клінічно найбільш характерний наслідок оротацідуріі - мегалобластна анемія, викликана нездатністю організму забезпечити нормальну швидкість ділення клітин еритроцитарного ряду. Її діагностують у дітей на тій підставі, що вона не піддається лікуванню препаратами фолієвої кислоти.
Недостатність синтезу піримідинових нуклеотидів позначається на інтелектуальному розвитку, рухової здатності і супроводжується порушеннями роботи серця і шлунково-кишкового тракту. Порушується формування імунної системи, і спостерігається підвищена чутливість до різних інфекцій.
Гіперекскреція оротовоі кислоти супроводжується порушеннями з боку мочевиводя-щей системи і утворенням каменів. При відсутності лікування хворі зазвичай гинуть в перші роки життя. При цьому оротовая кислота не чинить токсичного ефекту. Численні порушення в роботі різних систем організму викликані "пірімідіновим голодом".
Для лікування цієї хвороби застосовують уридин (від 0,5 до 1 г / добу), який по "запасному" шляху перетворюється в УМФ.
Уридин + АТФ → УМФ + АДФ.
Навантаження уридин усуває "Піримідинові голод", а оскільки з УМФ можуть синтезуватися всі інші нуклеотиди піримідинового ряду, то знижується виділення оротовоі кислоти через відновлення механізму ретроінгібірованія КАД-ферменту. Для хворих оротацідуріей лікування уридин триває протягом усього життя, і цей нуклеозид стає для них незамінним харчовим фактором.
Крім генетично обумовлених причин, оротацідурія може спостерігатися:
при гіперамоніємії, викликаної дефектом будь-якого з ферментів орнітінового циклу,
за винятком карбамоілфосфат- синтетази I. У цьому випадку карбамоілфосфат, синтезований в мітохондріях, виходить в цитозоль клітин і починає використовуватися на освіту піримідинових нуклеотидів. Концентрація всіх метаболітів, в тому числі і оротової кислоти, підвищується. Найбільш значна екскреція оротата відзначається при недостатності орнітінкарбамоілтрансферази (другого ферменту орнітінового циклу);
в процесі лікування подагри алопуринолом, який перетворюється в оксіпурінолмононуклеотід і стає сильним інгібітором УМФ-синтази. Це призводить до накопичення оротової кислоти в тканинах і крові.
3. Інсулін-будова, синтез і секреція. Регуляція синтезу і секреції інсуліну. Механізм дії інсуліну. Роль інсуліну і контрінсулярних гормонів (адреналіну і глюкагону) в регуляції метаболізму. Зміна гормонального статусу і метаболізму при цукровому діабеті. Діабетична кома.
Інсулін - поліпептид, що складається з двох поліпептидних ланцюгів. Ланцюг А містить 21 амінокислотний залишок, ланцюг В - 30 амінокислотних залишків. Обидва ланцюги з'єднані між собою двома дисульфідними містками (рис. 1). Інсулін може існувати в кількох формах: мономера, димера і гексамерів. Гексамерная структура інсуліну стабілізується іонами цинку, який зв'язується залишками Гіс в положенні 10 В-ланцюга всіх 6 субодиниць.
Молекула інсуліну містить також внутрішньомолекулярний дисульфідних місток, що з'єднує шостий і одинадцятий залишки в А-ланцюга. Інсуліни деяких тварин мають значну схожість з первинної структурі з інсуліном людини.
В обох ланцюгах у багатьох положеннях зустрічаються заміни, що не роблять впливу на біологічну активність гормону. Найбільш часто ці заміни виявляються в положеннях 8, 9 і 10 ланцюга А.
У той же час в положеннях дисульфідних зв'язків, залишків гідрофобних амінокислот в С-кінцевих ділянках В-ланцюга і С- і N-кінцевих залишків А-ланцюга заміни зустрічаються дуже рідко, що свідчить про важливість цих ділянок для прояву біологічної активності інсуліну. Використання хімічних модифікацій і замін амінокислот в цих ділянках дозволили встановити структуру активного центру інсуліну, у формуванні якого беруть участь залишки фенілаланіну В-ланцюга в положеннях 24 і 25 і N- і С-кінцеві залишки ланцюга А.
біосинтез інсулінувключає освіту двох неактивних попередників, препроінсуліну і проінсуліну, які в результаті послідовного протеолізу перетворюються в активний гормон. Біосинтез препроінсуліну починається з освіти сигнального пептиду на полірібосомамі, пов'язаних з ЕР. Сигнальний пептид проникає в просвіт ЕР і направляє надходження в просвіт ЕР зростаючої поліпептидного ланцюга. Після закінчення синтезу препроінсуліну сигнальний пептид, що включає 24 амінокислотних залишку, відщеплюється (рис. 2).
Рис.1. Структура інсуліну людини.А. Первинна структура інсуліну. Б. Модель третинної структури інсуліну (мономер): 1 - А-ланцюг; 2 - В-ланцюг; 3 - ділянка зв'язування з рецептором.
Проинсулин (86 амінокислотних залишків) надходить в апарат Гольджі, де під дією специфічних протеаз розщеплюється в декількох ділянках з утворенням інсуліну (51 амінокислотний залишок) і С-пептиду, що складається з 31 амінокислотного залишку.
Інсулін і С-пептид в еквімолярних кількостях включаються в секреторні гранули. У гранулах інсулін з'єднується з цинком, утворюючи димери і гексамери. Зрілі гранули зливаються з мембраною, і інсулін і С-пептид секретируются в позаклітинне рідина в результаті екзоцитозу. Після секреції в кров олігомери інсуліну розпадаються. Т 1/2 інсуліну в плазмі крові становить 3-10 хв, С-пептиду - близько 30 хв. Руйнування інсуліну відбувається під дією ферменту інсулінази в основному в печінці і в меншій мірі в нирках.
Регуляція синтезу і секреції інсуліну.Глюкоза - головний регулятор секреції інсуліну, а β-клітини - найбільш важливі глюкозо-чутливі клітини в організмі. Глюкоза регулює експресію гена інсуліну, а також генів інших білків, що беруть участь в обміні основних енергоносіїв. Дія глюкози на швидкість експресії генів може бути прямим, коли глюкоза безпосередньо взаємодіє з транскрипційними факторами, або вторинним, через вплив на секрецію інсуліну і глюкагону. При стимуляції глюкозою інсулін швидко звільняється з секреторних гранул, що супроводжується активацією транскрипції мРНК інсуліну.
Мал. 2. Схема біосинтезу інсуліну в β -клітинах острівців Лангерханса.ЕР - ендоплазматичнийретикулум. 1 - освіту сигнального пептиду; 2 - синтез препроінсуліну; 3 - відщеплення сигнального пептиду; 4 - транспорт проінсуліну в апарат Гольджі; 5 - перетворення проінсуліну в інсулін і С-пептид і включення інсуліну і С-пептиду в секреторні гранули; 6 - секреція інсуліну і С-пептиду.
Синтез і секреція інсуліну не є строго сполученими процесами. Синтез гормону стимулюється глюкозою, а секреція його є Са 2+ -залежних процесом і при дефіциті Са 2+ знижується навіть в умовах високої концентрації глюкози, яка стимулює синтез інсуліну.
Споживання глюкози β-клітинами відбувається в основному за участю ГЛЮТ-1 і ГЛЮТ-2, і концентрація глюкози в клітинах швидко зрівнюється з концентрацією глюкози в крові. У β-клітинах глюкоза перетворюється в глюкозо-6-фосфат глюкокіназа, що має високу До m, внаслідок чого швидкість її фосфорилювання майже лінійно залежить від концентрації глюкози в крові. Фермент глюкокіназа - один з найважливіших компонентів глюкозо-чутливого апарату β-клітин, в який, крім глюкози, ймовірно, входять проміжні продукти метаболізму глюкози, цитратного циклу і, можливо, АТФ. Мутації глюкокинази призводять до розвитку однієї з форм цукрового діабету.
Полімерні молекули нуклеїнових кислот розщеплюються в тканинах переважно гідролітичні шляхом за участю специфічних ферментів, що відносяться до нуклеаз. Залежно від характеру дії на фосфодіефірні зв'язку та локалізації залишку фосфату розрізняють 3 "-нуклеази, що розщеплюють складноефірний зв'язку межнуклеозідного фосфату з З 5", і 5 "-нуклеази, гідролізуючі зв'язку c З 3". Крім того, розрізняють ендонуклеази, що розривають внутрішні межнуклеотидной зв'язку в молекулі ДНК і РНК, що викликають деполимеризацию нуклеїнових кислот і утворення олігонуклеотидів, і екзонуклеаза, що каталізують гідролітичні відщеплення кінцевих мононуклеотидів від ДНК і РНК або від олігонуклеотидів.
Крім гидролитических нуклеаз, є ферменти, що каталізують розпад нуклеїнових кислот, зокрема за допомогою трансферазной реакції. Вони каталізують перенесення залишку фосфорної кислоти від 5-го вуглецевого атома рибози одного мононуклеотида до 2-го вуглецевого атома сусіднього мононуклеотида, що супроводжується розривом межнуклеотидной зв'язку і утворенням фосфодіефірних зв'язку між 2-м і 3-м вуглецевим атомами рибози одного і того ж мононуклеотида. До теперішнього часу відкриті наступні групи нуклеаз, що каталізують розпад ДНК і РНК.
Дезоксирибонуклеази I каталізують розрив внутрішніх фосфодіефірних зв'язків в одній з двох ланцюгів молекули ДНК між 3 "-м вуглецевим залишком дезоксирибози і залишком фосфату з утворенням низькомолекулярних олігодезоксирибонуклеотидів:
ДНК + (n - 1) Н 2 O -> n олігодезоксирибонуклеотиди
Серед продуктів реакції відкриваються також моно- і дінуклеотід. Типовими представниками цих ферментів є ДНК-ази підшлункової залози. Одна з них була отримана в чистому вигляді, розшифрована послідовність всіх її 257 амінокислот. Фермент найбільш активний при pH 6,8-8,0, активується дивалентні іонами Mg 2+ і Мn 2+ і відзначено зниження кінцевими продуктами ферментативної реакції - олигонуклеотидами.
Дезоксирибонуклеази II викликають деполимеризацию молекули ДНК в результаті парних розривів фосфодіефірних зв'язків обох ланцюгів ДНК з утворенням більш великих олігодезоксирибонуклеотидів. Представником їх є ДНКаза II, виділена з селезінки, що має молекулярну масу 38 000 дальтон і складається з 343 амінокислот. У складі цієї ДНК-ази відкритий глюкозамін. Фермент також активується іонами металів, відзначено зниження аніонами; його оптимум pH коливається між 4,5 і 5,5.
Крім цих ферментів, відкриті (переважно у мікроорганізмів) ще екзодезоксірібонуклеази, гідролізуючі фосфодіефірні зв'язку молекули ДНК з відщепленням кінцевих 5 "-дезоксірібонуклеотідов; зокрема, з Е. coli виділено 4 таких ферменту, що позначаються екзодезоксірібонуклеазамі I, II, III і IV.
Рестріктази - ферменти ДНК-азного дії, каталізують розпад чужорідної (в основному фаговой) ДНК в суворо визначених зонах молекули, що мають структуру палиндромов. З Е. coli виділені і охарактеризовані дві такі рестріктази, що позначаються EcoRI і EcoRII відповідно. Оскільки рестріктази діють на строго певні ділянки молекули, вони використовуються для розшифровки послідовності нуклеотидних залишків в ДНК фагів і вірусів. Більш того, це унікальна властивість рестриктаз знаходить все більше практичне застосування в генній інженерії по "вирізання" певних фрагментів ДНК і "встраиванию" їх в геном бактеріальної ДНК, сприяючи тим самим передачі клітці ряду невластивих їй перш спадкових властивостей. Теоретичне і головним чином практичне значення подібних досліджень важко переоцінити. Цим пояснюється пильна увага багатьох вчених до розробки проблем генної інженерії. Свідченням величезного інтересу до подібних досліджень є створення в рамках АН СРСР і країн - учасниць РЕВ комплексної програми - проекту "Рестріктази".
З ферментів, які каталізують гідролітичні розпад РНК, найбільш вивченими є рибонуклеази I. Вони гідролізують фосфодіефірні зв'язку всередині молекули РНК. До теперішнього часу виділено РНК-аза з підшлункової залози багатьох тварин. Вона складається з 124 амінокислот у всіх РНК-ази, хоча останні кілька розрізняються по послідовності амінокислотних залишків; з'ясована також третинна структура ряду РНК-аз.
Отримано в гомогенному стані з цвілевих грибів Аспергилл інший фермент - гуанілорібонуклеаза, що каталізує деполимеризацию РНК з утворенням гуанозин-3-фосфату і олігонуклеотидів.
З ферментів, які здійснюють розпад ДНК і РНК не по гидролитическому шляху, слід назвати полінуклеотідфосфорілази і групу ДНК-гликозидаз. Перша відкрита в лабораторії С. Очоа ще в 1955 р В даний час детально вивчені фізико-хімічні властивості і біологічна роль мікробної полінуклеотідфосфорілази в лабораторії С. С. Дебов; в тій же лабораторії фермент відкритий в тварин тканинах. Механізм дії ферменту зводиться до перенесення нуклеотидних залишків з РНК на неорганічний фосфат:
Припускають, що in vivo фермент каталізує розпад клітинних РНК, переважно мРНК, до нуклеозіддіфосфатов, беручи участь тим самим у регуляції концентрації клітинного неорганічного фосфату. Слід вказати ще на одну не менш важливу унікальну функцію полінуклеотідфосфорілази - здатність ферменту каталізувати в дослідах in vitro синтез з вільних нуклеозіддіфосфатов полирибонуклеотидов із заданою послідовністю. Ця функція ферменту зіграла визначну роль у розшифровці коду білкового синтезу (див. Нижче) в лабораторіях лауреатів Нобелівської премії С. Очоа і М. Ниренберга.
Група ДНК-гликозидаз бере участь в акціях відщеплення модифікованих пуринових і піримідинових основ (наприклад, урацила, що утворився при дезаминировании залишку цитозину в одному з ланцюжків ДНК). У серії наступних реакцій за участю ДНК-полімерази і ДНК-лігази пролом заповнюється включенням відповідного і відсутнього мононуклеотида. Таким чином, ДНК-глікозідази виконують важливу функцію в процесах репарації (відновлення структури) молекули ДНК.
В результаті послідовної дії різноманітних клітинних екзо і ендонуклеаз нуклеїнові кислоти розпадаються до стадії рибо і дезоксирибонуклеозид-3 "- і 5" -фосфат.
Подальший розпад утворилися продуктів пов'язаний з ферментативними перетвореннями мононуклеотидів і нуклеозидів, далі вільних азотистих основ. Відомо, що аденіловая кислота, крім того, піддається в тварин тканинах оборотного дезамінуванню в инозиновой кислоту.На першому етапі гідролізу діють 3 "- або 5" -нуклеотідази, що каталізують гідролітичні розпад мононуклеотидів за рівнянням:
На другому етапі розпаду має місце перенесення залишку рибози від нуклеозиду на вільну фосфорну кислоту з утворенням рибоза-1-фосфату і вільного азотистого підстави. Цим шляхом окислюються переважно піримідинові нуклеотиди (див. Нижче).
Розпад піримідинових нуклеозидів Послідовність ферментативних реакцій гідролізу піримідинових нуклеозидів можна бачити з наведеної схеми:
Як видно з наведеної схеми, початкові етапи реакції розпаду піримідинових нуклеотидів катализируются специфічними ферментами; кінцевими продуктами реакції є СО2, NH 3, сечовина, β-аланін і β-аміноізомасляная кислота. Слід зазначити, що гідролітичні шлях розпаду пиримидинов є, очевидно, головним шляхом утворення β-аланіну, який може служити джерелом для синтезу ансеріна і карнозину (див. Біохімія м'язів), а також для утворення коензиму А. Відомо, крім того, що β- аланин в тварин тканинах піддається подальшому розпаду. Зокрема, в тканинах тварин відкрита специфічна трансаминаза, що каталізує трансамінування між β-аланином і піровиноградної кислотою. В процесі цієї оборотної реакції синтезуються β-аланін і формілацетат (напівальдегід малоновой кислоти): |
Сечова кислота у людини і ряду тварин (примати, птахи і деякі рептилії) є кінцевим продуктом розпаду пуринових підстав і виводиться з організму. Утворення сечової кислоти відбувається головним чином у печінці. Сечова кислота - основний продукт розпаду нуклеотидів у людини. В організмі щодоби утворюється 0,5-1 г сечової кислоти, яка виводиться через нирки. У крові здорової людини міститься 3-7 мг / дл сечової кислоти. Хронічне підвищення концентрації сечової кислоти (гіперурикемія) часто призводить до розвитку подагри - відкладення малорастворимой сечової кислоти (і її солей уратів) а вигляді кристалів в крові і в тканинах. Це захворювання носить спадковий характер і пов'язане з дефектом ферменту, що каталізує реакцію перетворення гіпоксантину і гуаніну в инозиновой кислоту - ІМФ (див. Розділ 12.3 "Біосинтез нуклеотидів") і ГМФ відповідно. Внаслідок цього гипоксантин і гуанін не використовуються повторно длясінтеза нуклеотидів, а цілком перетворюються в сечову кислоту, що і веде до гіперурикемії.
У більшості тварин і рослин є ферменти, що викликають подальший розпад сечової кислоти до сечовини (1) і гліоксалевой кислоти (2):
β-ізомасляной кислота
H 2 N-COOH → NH 3 + СО 2.
Як правило, продукти розпаду нуклеїнових кислот виводяться з організму. Всмоктуються переважно нуклеозиди, і в такому вигляді частина азотистих основ може бути використана для синтезу нуклеїнових кислот організму. Якщо ж відбувається розпад нуклеозидов до вільних підстав, то гуанін не використовується для синтетичних цілей, а інші в незначній кількості можуть брати участь в синтезі нуклеїнових кислот.
біосинтез нуклеотидів
Синтез нуклеїнових кислот визначається швидкістю синтезу мононуклеотидів, при цьому синтез останніх залежить від наявності всіх їх трьох компонентів. Пентози є продуктами обміну глюкози, фосфорна кислота в достатній кількості надходить з їжею. Лімітуючим фактором є біосинтез азотистих основ.
Схожа інформація:
- Акуратно працюйте з розчинами кислот і підстав. При попаданні розчинів на шкіру, негайно зверніться до вчителя.
обмін нуклеотидів
Розпад пуринових нуклеотидів
Катаболізм пуринових нуклеотидів включає реакції гідролітичного відщеплення фосфатного залишку, фосфоролітіческого відщеплення рібозного залишку і аміногрупи. Кінцевим продуктом розщеплення пуринів в організмі людини є сечова кислота. Остання виділяється з сечею.
розпад АМФ
В результаті перерахованих вище реакцій з АМФ утворюється гипоксантин:
розпад ГМФ
Гуанозинмонофосфат перетворюється в ксантин і далі в сечову кислоту.
Біосинтез пуринових нуклеотидів
В експериментах з міченими речовинами ще в 50-их роках ХХ століття було з'ясовано походження атомів в пуриновому кільці пуринових нуклеотидів. Виявилося, що пуринова структура утворюється з дрібних фрагментів, що поставляються різними сполуками.
Пізніше була вивчена вся послідовність реакцій, що ведуть до утворення пуринових нуклеотидів. Синтез починається з освіти 5-фосфорибозил-1-аміну. Потім до аміногрупи приєднується залишок гліцину і далі послідовно протікають реакції освіти пуринового ядра з використанням метенільной групи замітання-Н 4 -фолата, амидной групи глутаміну, вуглекислого газу, аміногрупи аспарагінової кислоти, формільного залишку форміл-Н 4 -фолата. Результатом є утворення инозиновой кислоти.
Інозинова кислота - це нуклеотид, пуринова частина якого представлена Гіпоксантин. Інозинова кислота служить попередником основних пуринових нуклеотидів - АМФ і ГМФ.
Під дією специфічних кіназ нуклеозідмонофосфати (АМФ і ГМФ) перетворюються в нуклеозіддіфосфати і нуклеозидтрифосфат.
Регуляція біосинтезу пуринових нуклеотидів
Лимитирующей стадією біосинтезу пуринових нуклеотидів є реакція утворення 5'-фосфорибозил-1-аміну. Фермент, що каталізує цю реакцію, відзначено зниження АМФ і ГМФ. Крім того, ця метаболічна ланцюг регулюється в місці її розгалуження: АМФ інгібує реакцію освіти аденілосукціната, а ГМФ - реакцію освіти ксантіловой кислоти.
Біосинтез пуринових нуклеотидів з аденіну та гуаніну
В результаті перетворень нуклеотидів в тканинах постійно утворюються вільні пуринові основи - аденін і гуанін. Вони можуть повторно використовуватися для синтезу нуклеотидів за участю ферментів аденінфосфорібозілтрансферази і гіпоксантин-гуанін-фосфорібозілтрансферази:
аденін + фосфорібозілдіфосфат ® АМФ + Н 4 Р 2 О 7
гуанін + фосфорібозілдіфосфат ® ГМФ + Н 4 Р 2 О 7
Цей механізм повторного включення азотистих основ в метаболізм називають "шляхом порятунку". Він має допоміжне значення, даючи від 10 до 20% загальної кількості нуклеотидів.
В результаті спільної дії цих ферментів знижується вихід кінцевого продукту обміну пуринів - сечової кислоти.
Інший "запасний шлях" включає фосфорилювання пуринових нуклеотидів за участю АТФ. Так, аденозинкіназою каталізує фосфорилювання аденозину до АМФ або дезоксіаденозіна до дАМФ:
Аденозин + АТФ → АМФ + АДФ
Гіперурикемія. подагра
У крові здорових чоловіків міститься 0,18-0,53 ммоль / л і здорових жінок - 0,15-0,45 ммоль / л сечової кислоти. Хронічне підвищення концентрації сечової кислоти в крові (гіперурикемія) часто призводить до розвитку подагри. Клінічна картина подагри характеризується: 1) повторюваними нападами гострого запалення суглобів, найчастіше дрібних, внаслідок відкладення кристалів урати натрію в суглобі 2) утворенням подагричних вузлів (тофусів), що виникають в результаті місцевого відкладення і накопичення уратів. Освіта вузлів в суглобах деформує їх і порушує функцію. Відкладення уратів в тканини нирок призводить до ниркової недостатності - частому ускладненняподагри.
Подагра - поширене захворювання: в різних країнахна нього страждає від 0,3 до 1,7% дорослого населення, причому чоловіки хворіють в 20 разів частіше, ніж жінки. Гіперурикемія найчастіше має спадковий характер.
Відома важка форма гіперурикемії - синдром Леша-Нихана, який успадковується як рецесивна ознака, зчеплена з Х-хромосомою. У хворих хлопчиків крім симптомів, характерних для подагри, спостерігаються церебральні паралічі, порушення інтелекту, спроби наносити собі рани (укуси пальців, губ). Ця хвороба пов'язана з дефектом ферменту - гипоксантин - гуанін-фосфорібозілтрансферази, внаслідок чого гипоксантин і гуанін не можуть використовуватися повторно для синтезу нуклеотидів, а цілком перетворюються в сечову кислоту, що і веде до гіперурикемії.
Основним препаратом, який використовується для лікування гіперурикемії, є алопуринол - структурний аналог гіпоксантину. Алопуринол є конкурентним інгібітором ксантиноксидази і його прийом знижує вміст сечової кислоти до нормальних величин. Зміст гипоксантина при цьому зростає. Однак гипоксантин приблизно в 10 разів краще, ніж сечова кислота, розчиняється в крові і сечі, і тому легше виводиться з організму.
Розпад піримідинових нуклеотидів
Під дією нуклеотидази і нуклеозідфосфорілаз уріділовая кислота (УМФ) розпадається до урацила, цітіділовая кислота (ЦМФ) - до цитозину, тіміділових кислота (ТМФ) - до тиміну.