Лекция - Обмен нуклеотидов - файл n1.doc

Лекция - Обмен нуклеотидов
скачать (597.7 kb.)
Доступные файлы (5):
n1.doc163kb.21.07.2011 13:12скачать
FILE_ID.DIZ
VDV-0524.INF
VDV-0524.TXT35kb.08.04.1996 12:54скачать
n5.ttf

n1.doc

 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

 9│ 0  9│

 9О=С СН

Н 42 0РО 43 0- О - СН 42 0 N

│ О │

С  4Н 0  4Н 0 С

 4Н 0 С 4── 0 С 4 Н

│ │

ОН ОН

В типичном нуклеотиде связь между атомом "N" цикла и первым ато-

мом углерода пентоза -  9  7b 0-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

 9правило 0, 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 как 7 b 9-С 55 0-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, НАД 5+ 0 , НАДФ 5+ 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 НАД 5+ 0 или ФАД

могут возникнуть при недостаточности в организме витаминов В 45 0 или

В 42 0. 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 карбамоилфосфатсинтетазы 0 обра-

зуется карбамоилфосфат 1, 0 причем источником азота для его синтеза

является глутамин:
СО 42 0 + Глн + 2АТФ ───> NH 42 0─ CO ─ O ─ PO 43 0H 42 0 + 2АДФ + Ф + Глу

Далее карбамоилфосфат взаимодействуя с аспартатом в реакции, ката-

лизируемой 1 аспартаттранскарбамоилозай 0, превращается в карбамои-

ласпартат, а затем при участии 1 дигигидрооротазы 0 - в дигидроорото-

вую кислоту:

.
- 6 -
COOH NH 42 0 COOH С=О

│ │ │ / \

CH 42 0 CO CH 42 0 HN CH 42

NH 42 0-CO-Ф + │ ──┬───> │ │ ───┬───> │ │

NH 42 0─CH NH ── CH O=C CH

│ Ф │ H 42 0O \ / \COOH

COOH COOH NH

 4Аспартат  0  4Карбамоил- Дигидрооротовая

 4аспартат кислота
Дигидрооротовая кислота при участии митохондриального ферме-

нта  1дигидрооротатдегидрогеназы 0 переходит в оротовую кислоту:
С=О С=О

/ \ / \

HN CH 42 0 HN CH

│ │ ──────────────> │ │

O=C CH НАД 5+ 0─────┐ O=C C

\ / \COOH \ / \COOH

NH НАДН+Н 5+ 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 -

РО 43 0Н 42 0-О-СН 42 0 ОН ОН

Рибозо-5-фосфат + АТФ ──┬───> │ О │ │

С С -О-Р-О-Р=О

АМФ н\н н/н О │

С ─── 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 фермента 1 оротат-фосфорибозил-

 1трансферазы 0 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 / \ CO 42 0 / \

HN CH └────┘ HN CH HN CH

│ │ ──────────> │ │ ────┴───> │ │

O=C CH O=C CH O=C CH

\ / \COOH \ / \COOH \ /

NH N N

└─ Рибозо- └─ 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 ──────────> УДФ ───────────> УТФ

┌─────┐ │ ┌─────┐ │

АТФ │ АТФ │

АДФ │ АДФ │

│ │

 1Рибонуклеотид- ЦТФ-синтетаза

 1редуктаза 0 │

 9 0 АТФ ────┐│┌── Глн

 9дУДФ 0 │││

 9│ 0 АДФ+Ф<───┘│└──>Глу

├──> Ф │

дУМФ Цитидинтрифосфат

│ ( ЦТФ )

 1Тимидилатсинтетаза



N 55 0,N 510 0-Метилен-ТГФ ─┐│

││

Дигидрофолат <───┘│

Дезокситимидиловая

кислота ( дТМФ )

В ходе синтеза пиримидиновых нуклеотидов используются глута-

мин, СО 42 0, АТФ, аспартат и ФРПФ. Все эти соединения синтезируются

.
- 9 -
в клетках. Лишь при образовании из дУМФ дезокситимидиловой кисло-

ты используется N 55 0,N 510 0-тетрагидрофолат; это значит, что при недос-

татке фолиевой кислоты ( В 49 0) 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 ──────────────────────────────> ЦМФ

┌────────────────┐

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+Н 5+ 0 СООН

С=О │ НАДФ 5+ 0 С=О │

/ \  5│ 0  5 0 / \ СН 42

HN CH └──────┘ HN CH 42 0 +H 42 0O │

УМФ ─ ─ ┬ ─ > │ │ ──────────> │ │ ─────> СН 42 0 NH 42 0 ──>

O=C CH O=C CH 42 0 │ │

Рибозо- \ / \ / NH ─ CO

5-фосфат NН NH

 4Урацил Дигидро-  7b 4-Уреидопро-

 4урацил пионат
────> CO 42 0 + H 42 0O + H 42 0N-CH 42 0-CH 42 0-COOH ( 7b 0-аланин)

Конечными продуктами распада урацила, как это следует из схемы,

являются углекислый газ, вода и 7 b 0-аланин. При расщеплении тимина

в клетках в качестве одного из промежуточных продуктов образуется

 7b 0-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 │ Глн │ PO 43 0H 42 0-O-CH 42 0 NH 42

└───┘ └─────┘ │ O │

Рибозо-5-Ф ─────────> ФРПФ ────────────> C C 4 ── 0>

 3ФРПФ-син- 1 ФРПФ-амидо- 0 н\н н/н

 3тетаза 1 трансфераза 0 C─────C

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 ─ N\

─ ─ ─ ─ ─ ─> │ │ CH

HC C - N/ СН 42 0-О-РО 43 0Н 42

\ / │ O │

N C C

н\н н/н

C──────C

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:
CO 42 0 ──>  2С 0 ┌─────┬─── Глицин

 2/ 0  2\ 0

Аспартат ──>  2N 0  2С 0 ──── 2N

 2│ 0  2│ 0  2CH 0 <──── N 55 0,N 510 0-метенил-ТГФ

N 510 0-формил-ТГФ ──>  2С 0  2С 0 ──── 2N

 2\ 0  2/ 0

 2N 0 <───── 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+Е 4биол.Окисл.

└──────┘ └──────┘

┌──────────────> АМФ ──────────> АДФ ───────> АТФ

│ ┌──────┐

│ ГТФ

│ ГДФ+Ф

ИМФ ──┤ АДФ АДФ

│ Н 42 0О АТФ АТФ Ф+Е 4биол.Окисл.

│ └──────┘ └──────┘

└──────────> КМФ ────────>ГМФ ─────────>ГДФ ────────> ГТФ

┌──────┐ ┌─────┐

НАД 5+ 0 Глн

НАДН+Н 5+ 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 фермента 1 гипоксантин-гуанин ─ фосфорибозилт-

 1рансферазы 0 свободные гипоксантин или гуанин превращаются в ИМФ и

ГМФ соотвественно:
Гипоксантин + ФРПФ ──────> ИМФ + пирофосфат

( гуанин ) (ГМФ)
б. При участии фермента 1 аденин-фосфорибозилтрансферазы 0 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

фермент 1 аденозинкиназа 0:

Аденозин + АТФ ─────────> 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 СО 42 0 и NH 43 0 и выделяться

через кишечник, причем это расщепление мочевой кислоты не связано

с действием кишечной микрофлоры.

.
- 15 -

Схема катаболизма пуриновых нуклеотидов

C=O

/ \

АМФ ─────> Аденозин ──────> Инозин ────────> HN C ─ N\

┌───┐ ┌────┐ ┌────┐ │ │ CH

Н 42 0О H 42 0O Ф HC C - N/

Ф NH 43 0 Рибозо- \ / Н

-фосфат N

Гипоксантин



 1Ксантиноксидаза

 1

C=O

/ \

ГМФ───────> Гуанозин ───────> Гуанин ─────────> HN C ─ N\

┌───┐ ┌────┐ ┌────┐ │ │ CH

Н 42 0О Ф H 42 0O О 1= 0C C - N/

Ф Рибозо- NH 43 0 \ / Н

-фосфат N

Ксантин



C=O  1Ксантиноксидаза

/ \  1│

HN C ─ N\ <─────────────────┘

│ │ C=О

О 1= 0C C - N/

\ / Н

N

Мочевая кислота

.
- 16 -
Нуклеотиды в клетках подвергаются дефосфорилирования с обра-

зованием аденозина или гуанозина. Аденозин при участии фермента

 1аденозиндезаминазы 0 превращается в инозин и далее путем фосфоро-

лиза в гипоксантин. Гипоксантин при участии 3 ксантиноксидазы 0 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 фермента 1 гуаназы 0 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+Н 5+ 0. Эти превращения представлены на схеме:
Рибонуклеозид-  1Рибонуклеотидредуктаза  0 Дезоксирибонуклео-

дифосфат  1── 0────────────────────── 1── 0>  1  0зиддифосфат + Н 42 0О

┌────────────────────────┐

│ │

SH S

/ / │

Тиоредоксин Тиоредоксин │

\ \ │

SH │ S



└─────────────────────────┘

НАДФ 5+ 0 <────────────────────────────── НАДФН+Н 5+

 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:
Е 41 0 Е 42

АТФ+СО 42  0──────> Карбамоил- ───────> Карбамоил- ─ ─ ─ ─> УМФ

+Глн фосфат аспартат │

| | |  4  0 │

(+) (-) (-) │

| | | │

| | | │

ФРПФ─ ─ ┘ | | │

| ГТФ <──── УТФ <──── УДФ <───┘

Е 43 0│<─ (-) ┐ | | │

│ | └─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┘

Рибозо- └ дТДФ <──── дТМФ <────── дУМФ <────── дУДФ

5-фосфат

+ АТФ

Основными регуляторными ферментами метаболического пути синте-

за пиримидиновых нуклеотидов являются карбамоилфосфатсинтетаза

( Е 41 0 ) и аспартаттранскарбамоилаза ( Е 42 0 ). Активность первого фер-

мента ( Е 41 0 ) ингибируется по аллостерическому механизму высокими

концентрациями УТФ в клетке, а активность второго фермента ( Е 42 0 )

- 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 ( Е 43 0).

.
- 19 -
Накопление избыточных количеств пуриновых нуклеотидов в клет-

ке также приводит к торможению их синтеза ( см. схему ):
┌ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┬ ─ ─ ┐

| ┌ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┐| |

(-) (-) ┌ ─ ─ ┐|| |

(-) АМФ ──> АДФ

Рибозо- Е 41 0 Е 42 0 5-фосфо- └ ─>/

5-фосфат ────> ФРПФ ─────> рибозил- ── ─ ─ ──> ИМФ

+ АТФ амин ┌ ─>\

(-) (-) (-) ГМФ ──> ГДФ

| | └ ─ ─ ┘|| |

| └ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┘| |

└ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┴ ─ ─ ┘

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 ─ C\ HN C ─ С\

│ │ NH │ │ NH

HC C - N/ О 1= 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.

Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации