ОБМЕН НУКЛЕОТИДОВ

ПЛАН: Переваривание и всасывание нуклеопротеидов. Синтез и распад пуриновых нуклеотидов. Первичные и вторичные гиперурикемии, подагра и механизм их лечения аллопуринолом. Синтез и распад пиримидиновых нуклеотидов. Оротацидурия, его причины и механизм лечения уридином.

Основные нуклеотиды: 1. Мононуклеотиды являются составными компонентами нуклеиновых кислот. 2. В эндэргонических реакциях окисления макромолекул участвуют в цикле АДФ-АТФ. Некоторые нуклеотиды также эту роль.

3. Коферментная функция: производные адениловой кислоты входят в состав дегидрогеназ (НАД, НАДФ, ФАД), реакций ацилирования (КоА), трансфераз (УТФ, ГТФ и ЦТФ в переносе моносахаридных остатков), ЦТФ - холин трансферазы ц-АМФ и цГМФ мононуклеотиды являются внутриклеточными эффекторными системами передачи сигналов гормонов.

ПЕРЕВАРИВАНИЕ И ВСАСЫВАНИЕ НУКЛЕОПРОТЕИДОВ Под действием соляной кислоты желудочного сока нуклеопротеиды расщепляются на белок и нуклеиновые кислоты. Белки подвергаются гидролитическому распаду под действием протеаз до аминокислот.

В кишечнике под действием нуклеаз (ДНК-азы и РНК-азы) панкреатического сока нуклеиновые кислоты гидролизуются до мононуклеозидфосфатов и олигонуклеотидов. Кишечные фосфодиэстеразы расщепляют олигонуклеотиды до мононуклеотидов.

В кишечнике мононуклеотиды при воздействие неспецифических фосфатаз (кислой и щелочной) распадаются до нуклеозидов и фосфорной кислоты и в таком виде всасываются. Частично мононуклеотиды всасываются в клетки кишечного эпителия, там распадаются до нуклеозидов. В кровь поступают лишь нуклеозиды и из них в клетках синтезируются нуклеиновые кислоты.

Распад тканевых ДНК осуществляется: 1.Эндонуклеазами, вызывающие деполимеризацию молекулы ДНК и расщепляющие внутренние фосфодиэфирные связи, с образованием олигонуклеотидов. 2. Экзонуклеазы – последовательно расщепляющие концевые нуклеотиды ДНК. Они называются ДНК-азами.

Различают следующие изоформы ДНК-аз Дезоксирибонуклеаза I. Она расщепляет внутренние фосфодиэфирные связи, образованные между 3 1 -углеродным атомом дезоксирибозы и остатком фосфорной кислоты одной цепи ДНК, с образованием низкомолекулярного олигодезоксирибонуклеотида: ДНК+(n-1)Н 2 О n-олигодезоксирибонуклеотиды

Дезоксирибонуклеаза II В результате распада парных фосфодиэфирных связей обеих цепей ДНК образуются высокомолекулярные олигодезоксирибонуклеотиды. Представителем их является, выделенная из селезенки ДНК-аза II с молекулярной массой и состоящая из 343 аминокислотных остатков. В ее состав входит глюкозамин, активируется ионами металлов, ингибируется анионами; оптимум рН 5,5-5,8.

Рестриктазы Это ферменты типа ДНК-аз. Расщепляют конкретные участки чужеродных (в основном фагов) ДНК с палиндромной структурой. Из E.Coli выделены 2 вида таких рестриктаз: Есо RI и Есо RII. Изучена их структура, практическая их значимость полностью не расшифрована.

Рестриктазы обладают строгой специфичностью. Эти свойства используются: Для изучения последовательности расположения аминокислотных остатков в молекулах фагов и вирусов. В генной инженерии для «вырезания» определенных участков ДНК и введения их в геном бактериальной клетки.

Гидролитический распад РНК осуществляется РНК-азами (рибонуклеазами). Наиболее хорошо изучена рибонуклеаза I. Она расщепляет внутренние фосфодиэфирные связи в молекуле РНК. Выделенные из поджелудочной железы различных видов животных РНК-азы состоят из 124 аминокислотных остатков и отличаются последовательностью расположения аминокислотных остатков в полипептидной цепи.

Негидролитическое расщепление ДНК и РНК осуществляется при участие полинуклеотид- фосфорилазы и ДНК-гликозидазы. В настоящее время в лаборатории С.С. Дебова исследуются физико-химические свойства и биологическое действие бактериальной полинуклеотид-фосфорилазы. Механизм действия фермента заключается в переносе нуклеотидного остатка РНК на неорганический фосфат с образованием рибонуклеотиддифосфата (РДФ). РНК + Н 3 РО 4 (РНК) n-1 +РДФ

Источники атомов С и N пуринового кольца

Данную реакцию катализирует 5 – фосфорибозилпирофосфатамидотрансфераза. В молекуле фермента имеется 2 аллостерических ингибиторных участка. Ингибирование осуществляется по типу обратной связи: 1. АТФ, АДФ, АМФ 2. ГТФ, ГДФ, ГМФ В результате последовательных реакций образуется инозин.

Синтез ГМФ 1. Инозиновая кислота при участие ИМФ– дегидрогеназы окисляется по 2 углеродному атому с образованием ксантиловой кислоты (КМФ) 2. Второй углеродный атом КМФ при участие фермента ГМФ-синтетазы переаминируется за счет аминогруппы грутамина с образованием ГМФ. Источником энергии является АТФ.

Синтез АМФ 1. Инозиновая кислоты при участие фермента АМФ–синтетазы за счет аминогруппы аспарагиновой кислоты переаминируется с образованием АМФ. 2. Источником энергии является ГТФ. 3. Последовательное фосфорилирование АМФ и ГМФ приводит к образованию ди- и три фосфатов.

В тканях при распаде нуклеотидов постоянно образуются свободные пуриновые основания – аденин и гуанин. При участие ферментов аденинфосфорибозилтрансферазы и гипоксантин–гуанин– фосфорибозилтрансферазы эти соединения вновь участвуют в синтетических реакциях:

Аденин + фосфорибозилдифосфат АМФ + H 4 P 2 O 7 Гуанин + фосфорибозилдифосфат ГМФ + H 4 P 2 O 7 Гипоксантин- гуанинфосфорибозилтрансфераза в качестве субстрата может использовать гипоксантин: Гипоксантин + фосфорибозилдифосфат ИМФ + H 4 P 2 O 7 Повторное включение азотистых оснований в синтез пуриновых нуклеотидов называется «спасательный путь».

Регуляция биосинтеза пуриновых оснований

Распад пуриновых нуклеотидов

Мочевая кислота у млекопитающих является основным конечным продуктом распада пуриновых нуклеотидов. Синтез мочевой кислоты протекает в печени За сутки у человека образуется и экскретируется почками 0,5 – 1 г мочевой кислоты. В норме в сыворотке крови человека содержится 3-7 мг/дл мочевой кислоты. Повышение концентрации мочевой кислоты в крови называется гиперурикемией и приводит к развитию подагры.

Тяжелой формой гиперурикемии является синдром Леш-Нихана. Это наследственное заболевание, связанное с Х–хромосомой (рецессив). Характерна для мальчиков. Проявляется церебральными параличами, отставанием умственного и физического развития, способностью наносить телесные повреждения вплоть до кровопотерь.

Механизм его развития связан нарушением «спасательного пути» синтеза пуриновых оснований, вследствие дефекта гипоксантин - гуанин – фосфорибозилтрансферазы (снижение ее активности в более тысячи раз). Гипоксантин не используется для синтеза гуаниновых нуклеотидов и превращается мочевую кислоту, способствуя развитию гиперурикемии.

Основным принципом лечения подагры является применение структурного аналога гипоксантина – аллопуринола. Аллопуринол является конкурентным ингибитором ксантиноксидазы. Рекомендуется е/д прием 0,2-0,8 г аллопуринола. Он снижает уровень мочевой кислоты в крови, повышает уровень гипоксантина. В отличие от мочевой кислоты, гипоксантин обладает хорошей растворимостью и легко экскретируется из организма.

ОБМЕН ПИРИМИДИНОВЫХ НУКЛЕОТИДОВ

1. Синтез карбамилфосфата осуществляется при участие карбамилфосфатсинтазы–II: карбамилфосфатсинтаза CO 2 + гру – NH 2 + 2AТФ Н 2 N-СО –О- Ф + гру + 2АДФ+ФН. 2. Карбамоилфосфат при участие аспартаткарбамоилтрансферазы взаимодействует с аспарагиновой кислотой. Аспартаткарбамоилтрансфераза является аллостерическим ферментом. ЦТФ является ее ингибитором, АТФ - активатором.

3. Образование циклической структуры дигидрооротата завершается при участие дигидрооротазы. 4. Дигидрооротат при участие НАД-зависимой дигидрооротатдегидрогеназы превращается в оротовую кислоту. 5. Оротовая кислота при участие оротидин –5- фосфатпирофосфорилазы и фосфорибозилпирофосфата образует оротидин –5-фосфат. 6. Оротидин-5-фосфат декарбоксилируется при участие оротидин –5-фосфатдекарбоксилазы и превращается в уридинмонофосфат.

Последовательное фосфорилирование УМФ за счет 2 молекул АТФ приводит к образованию УДФ и УТФ. УМФ + АТФ УДФ + АДФ УДФ + АТФ УТФ + АДФ

БИОСИНТЕЗ ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕОТИДОВ

dУМФ + N5N10 метиленТГФК тимидилатсинтаза dТМФ + ДГФК Синтез других d-НТФ осуществляется с участием АТФ за счет фосфорилирования дезоксирибонуклеозид – 5–дифосфатов. АТФ + dАДФ АДФ + dАТФ АТФ + dЦДФ АДФ + dЦТФ АТФ + dГДФ АДФ + dГТФ АТФ + dТДФ АДФ + dТТФ

Распад пиримидиновых нуклеотидов Образующиеся в результате распада пиримидиновых оснований β-аланин, анзерин и карнозин участвуют в образование КоА. β–аланин в тканях животных подвергается распаду, трансаминированию с пируватом при участие специфических аминотрансфераз.

В этой обратимой реакции синтезируются альфа-аланин и формилацетат (полуальдегид малоновой кислоты: СН 2 -NН 2 СН 3 СН 3 СН 3 СН 2 +С=О СН-NН 2 +СН 2 СООН СООНСООНСООН бета-аланин ПВК альфа-аланин формилацетат

ОРОТАЦИДУРИЯ Экскреция высоких концентраций оротовой кислоты называется оротацидурией. При наследственной оротацидурии в течение суток выделяется до 1,5 г оротовой кислоты, что превышает нормативные показатели более 1000 раз. При низкой температуре в моче больных выпадают игольчатые кристаллы мочевой кислоты Заболевание развивается в результате отсутствия фермента, катализирующего декарбоксилирование оротовой кислоты.

Наследственная оротацидурия проявляется отставанием умственного и физического развития детей. Это связано «недостаточностью пиримидина» в тканях организма. Для лечения оротацидурии детям назначают 0,5-1 г уридина в сутки.

Оротацидурия наблюдается при гипераммониемии, нарушении синтеза мочевины в орнитиновом цикле. При этом, образующийся в митохондриях карбамилфосфат не расходуется для образования мочевины, а используется для синтеза пиримидиновых нуклеотидов. Это приводит к повышению концентрации всех промежуточных метаболитов, в частности оротовой кислоты.

Применение аллопуринола для лечения подагры также приводит к развитию оротацидурии. Аллопуринол в организме метаболизируется до оксипуринолмононуклеотида. Оксипуринолмононуклеотид является ингибитором реакции декарбоксилирования оротовой кислоты и приводит к накоплению оротовой кислоты в тканях организма.