БХ

2)катехоламинов

3)тироксина

4)меланинов

Превращение тирозина в меланоцитах. В пигментных клетках (меланоцитах) тирозин выступает предшественником темных пигментов – меланинов. Среди них преобладают 2 типа: эумеланины (коричневого или черного цвета, нерастворимые) и феомеланины (красного или желтого цвета, растворимы в щелочах). Меланины присутствуют в сетчатке глаз, в коже, в составе волос.

Превращение тирозина в щитовидной железе. В щитовидной железе синтезируются и выделяются гормоны йодтиронины: тироксин (тетрайодтиронин) и трийодтиронин. Эти гормоны представляют собой йодированные остатки тирозина, которые попадают в щитовидную железу через базальную мембрану.

Превращения тирозина в надпочечниках и нервной ткани (синтез катехоламинов. В мозговом веществе надпочечников и нервной ткани тирозин является предшественником катехоламинов (дофамина, норадреналина и адреналина). При образовании катехоламинов, которое происходит в нервной ткани и надпочечниках, и меланина в меланоцитах промежуточным продуктом служит диоксифенилаланин (ДОФА). Однако гидроксилирование тирозина в клетках различных типов катализируется различными ферментами:

1)Тирозиназа в меланоцитах является Сu+-зависимым ферментом

2)Тирозингидроксилаза в надпочечниках и катехоламинергических нейронах не нуждается в ионах меди. Это Fе2+-зависимый фермент, аналогично фенилаланингидроксилазе в качестве кофермента использующий Н4БП.

ФЕНИЛКЕТОНУРИЯ. В печени здоровых людей небольшая часть фенилаланина ( 10%) превращается в фениллактат и фенилацетилглутамин. Этот путь катаболизма фенилаланина становится главным при нарушении основного пути – превращения в тирозин, катализируемого фенилаланингидроксилазой. Такое нарушение сопровождается гиперфенилаланинемией и повышением в крови и моче содержания метаболитов альтернативного пути: фенилпирувата, фенилацетата, фениллактата и фенилацетилглутамина.

Дефект фенилаланингидроксилазы приводит к заболеванию фенилкетонурия (ФКУ). Выделяют 2

формы ФКУ:

1)Классическая ФКУ – наследственное заболевание, связанное с мутациями в гене фенилаланингидроксилазы, которые приводят к снижению активности фермента или полной его инактивации. При этом концентрация фенилаланина повышается в крови в 20-30 раз (в норме - 1,0-2,0 мг/дл), в моче - в 100-300 раз по сравнению с нормой (30 мг/дл). Концентрация фенилпирувата и фениллактата в моче достигает 300-600 мг/дл при полном отсутствии в норме. Наиболее тяжёлые проявления ФКУ – нарушение умственного и физического развития, судорожный синдром, нарушение пигментации. При отсутствии лечения больные не доживают до 30 лет. Частота заболевания – 1:10 000 новорождённых.

131

Заболевание наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Большие концентрации фенилаланина ограничивают транспорт тирозина и триптофана через гематоэнцефаличеекий барьер и тормозят синтез нейромедиаторов (дофамина, норадреналина, серотонина).

2) Вариантная ФКУ (коферментзависимая гиперфенилаланинемия) – следствие мутаций в генах, контролирующих метаболизм Н4БП. Клинические проявления – близкие, но не точно совпадающие с проявлениями классической ФКУ. Частота заболевания - 1-2 случая на 1 млн новорождённых. Н4БП необходим для реакций гидроксилирования не только фенилаланина, но также тирозина и триптофана, поэтому при недостатке этого кофермента нарушается метаболизм всех 3 аминокислот, в том числе и синтез нейромедиаторов. Заболевание характеризуется тяжёлыми неврологическими нарушениями и ранней смертью ("злокачественная" ФКУ).

АЛКАПТОНУРИЯ ("чёрная моча"). Причина заболевания – дефект диоксигеназы гомогентизиновой кислоты. Для этой болезни характерно выделение с мочой большого количества гомогентизиновой кислоты, которая, окисляясь кислородом воздуха, образует тёмные пигменты алкаптоны. Клиническими проявлениями болезни, кроме потемнения мочи на воздухе, являются пигментация соединительной ткани (охроноз) и артрит. Частота - 2-5 случаев на 1 млн новорождённых. Заболевание наследуется по аутосомнорецессивному типу.

АЛЬБИНИЗМ. Причина метаболического нарушения – врождённый дефект тирозиназы. Этот фермент катализирует превращение тирозина в ДОФА в меланоцитах. В результате дефекта тирозиназы нарушается синтез пигментов меланинов. Клиническое проявление альбинизма (от лат. albus - белый) – отсутствие пигментации кожи и волос. У больных часто снижена острота зрения, возникаетсветобоязнь. Длительное пребывание таких больных под открытым солнцем приводит к раку кожи. Частота заболевания 1:20 000.

69. Распад нуклеиновых кислот. Нуклеазы пищеварительного тракта и тканей. Биосинтез пуриновых нуклеотидов. Источники атомов пуринового кольца. Распад пуриновых нуклеотидов, образование мочевой кислоты. Нарушения обмена пуриновых нуклеотидов, подагра, синдром Леша-Нихана.

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.

Далее полинуклеотидазы (фосфодиэстеразы) кишечника гидролизуют полинуклеотиды до мононуклеотидов. Далее, под действием нуклеотидаз и фосфатаз происходит гидролиз мононуклеотидов до нуклеозидов, которые либо всасываются, либо под действием нуклеозидаз слизистой кишечника деградируют до пуриновых и пиримидиновых оснований.

Пищевые пурины и пиримидины не являются незаменимыми пищевыми факторами и очень мало используются для синтеза нуклеиновых кислот тканей. В энтероцитах обнаружена высокая активность ксантиноксидазы - фермента, который большую часть пуринов, поступающих в клетки, превращает в мочевую кислоту, удаляющуюся с мочой.

Пиримидиновые основания, не успевшие поступить в энтероциты, под действием микрофлоры кишечника расщепляются до NH3, CO2, бета-аланина и бетааминоизобутирата.

К пуриновым азотистым основаниям от- носят аденин и гуанин. Гипоксантин, ксантин и мочевая кислота являются конечными продуктами обмена пуринов в организме человека.

132

4) Превращение ИМФ в АМФ и ГМФ.

Гуанозинмонофосфат (ГМФ) образуется в двух реакциях – сначала ИМФ окисляется ИМФ-дегид- рогеназой до ксантозилмонофосфата, источником кислорода является вода, акцептором водорода – НАД. После этого работает ГМФ-синтетаза, она использует универсальный клеточный донор NH2групп – глутамин, источником энергии для реакции служит АТФ.

Аденозинмонофосфат (АМФ) также образуется в двух реакциях, но в качестве донора NH2группы выступает аспарагиновая кислота. В первой, аденилосукцинатсинтетазной, реакции на присоединение аспартата используется энергия распада ГТФ, во второй реакции аденилосукцинат-лиаза производит удаление части аспарагиновой кислоты в виде фумарата.

Запасной путь синтеза пуриновых нуклеотидов:

Синтез АМФ и ГМФ из аденина и гуанина катализируют два фермента: аденинфосфорибозилтрансфераза и гипоксантин-гуанинфосфорибозилтрансфераза.

134

(уратов) в плазме крови невелика и при превышении порога растворимости в плазме (около 0,7 ммоль/л) они кристаллизуются в периферических зонах с пониженной температурой.

Когда в плазме крови концентрация мочевой кислоты превышает норму, то возникает гиперурикемия. Вследствие гиперурикемии может развиться подагра – заболевание, при котором кристаллы мочевой кислоты и уратов откладываются в суставных хрящах, синовиальной оболочке, подкожной клетчатке с образованием подагрических узлов, или тофусов.

Основным препаратом, используемым для лечения гиперурикемии, является аллопуринол - структурный аналог гипоксантина.

В ряде случаев причиной гиперурикемии являются нарушения в работе ферментов «пути спасения» пуриновых оснований: гипоксантингуанинфосфорибозилтрансферазы, аденинфосфорибозилтрансферазы.

Синдром Лёша-Нихена – тяжелая форма гиперурикемии, которая наследуется как рецессивный признак, сцепленный с Х-хромосомой, и проявляется только у мальчиков. Болезнь вызвана полным отсутствием активности гипоксантингуанинфосфорибозилтрансферазы.

Дети рождаются клинически нормальными, только к 4-6 месяцу обнаруживаются отклонения в развитии, а именно – отставание физического развития (с трудом держит голову), повышенная возбудимость, рвота, периодическое повышение температуры. Выделение мочевой кислоты можно обнаружить еще раньше по оранжевой окраске пеленок. К концу первого года жизни симптомы нарастают, развивается нарушение координации движений, хореоатетоз, корковый паралич, спазм мышц ног. Наиболее характерный признак заболевания проявляется на 2-3-м году жизни – аутоагрессия или самокалечение – неодолимое стремление детей кусать себе губы, язык, суставы пальцев на руках и ногах.

70. Биосинтез пиримидиновых нуклеотидов, этапы этого процесса. Оротацидурия. Распад пиримидиновых нуклеотидов. Биосинтез дезоксирибонуклеотидов. Участие УТФ и ЦТФ в обменных процессах.

К пиримидиновым азотистым основаниям относят тимин, цитозин и урацил. На основе азотистых оснований синтезируются нуклеозиды, представляющие собой комбинацию азотистого основания и рибозы (или дезоксирибозы).

В отличие от синтеза пуринов, где формирование гетероциклического основания осуществляется на остатке рибозо-5-фосфата, пиримидиновое кольцо синтезируется из простых предшественников: глутамина, СО2 и аспарагиновой кислоты и затем связывается с рибозо-5-фосфатом, полученным от ФРДФ. Процесс протекает в цитозоле клеток.

1) Синтез карбомоилфосфата из глутамина, СО2 и АТФ под действием карбамоилфосфатсинтетазы II. Карбамоилфосфат, использующийся на образование пиримидиновых нуклеотидов, является продуктом полифункционального фермента – КАД-фермента (комплекс карбамоилфосфатсинтетазы II, аспартаттранскарбомоилазы и дигидрооротазы).

136

2)Взаимодействие карбамоилфосфата н с аспартатом и образование карбамоиласпартата

3)Отщепление воды от карбамоиласпартата и образование дигидрооротата

4)Дегидрирование дигидрооротата с образованием оротовой кислоты (оротата)

5)Присоединение ФРДФ оротатфосфорибозилтрансферазой (часть УМФ-синтазы), образование

ОМФ

6)Декарбоксилирование ОМФ ОМФ-декарбоксилазой (часть УМФ-синтазы) с образованием

УМФ

Синтез УТФ осуществляется из УМФ в 2 стадии посредством переноса макроэргических фосфатных групп от АТФ.

Образование цитидинтрифосфата (ЦТФ) происходит из УТФ с затратой энергии АТФ при участии глутамина, являющегося донором NH2-группы.

Оротацидурия вызвана снижением активности УМФ-синтазы, которая катализирует образование и декарбоксилирование ОМФ. Снижение синтеза пиримидиновых нуклеотидов, наблюдающееся при этой патологии, нарушает регуляцию КАДфермента по механизму ретроингибирования, из-за чего возникает гиперпродукция оротата. Клинически наиболее характерное следствие оротацидурии – мегалобластная анемия, вызванная неспособностью организма обеспечить нормальную скорость деления клеток эритроцитарного ряда. Недостаточность синтеза пиримидиновых нуклеотидов сказывается на интеллектуальном развитии, двигательной способности и сопровождается нарушениями работы

137

сердца и ЖКТ. Нарушается формирование иммунной системы, и наблюдается повышенная чувствительность к различным инфекциям.

Для лечения этой болезни применяют уридин (от 0,5 до 1 г/сут), который по "запасному" пути превращается в УМФ.

Уридин + АТФ → УМФ + АДФ.

Кроме генетически обусловленных причин, оротацидурия может наблюдаться:

•при гипераммониемии, вызванной дефектом любого из ферментов орнитинового цикла,

•за исключением карбамоилфосфатсинтетазы I. В этом случае карбамоилфосфат, синтезированный в митохондриях, выходит в цитозоль клеток и начинает использоваться на образование пиримидиновых нуклеотидов. Концентрация всех метаболитов, в том числе и оротовой кислоты, повышается. Наиболее значительная экскреция оротата отмечается при недостаточности орнитинкарбамоилтрансферазы (второго фермента орнитинового цикла);

•в процессе лечения подагры аллопуринолом, который превращается в оксипуринолмононуклеотид и становится сильным ингибитором УМФ-синтазы. Это приводит к накоплению оротовой кислоты в тканях и крови.

Катаболизм пиримидиновых нуклеотидов. Пиримидиновые основания при участии дигидропиримидиндегидрогеназы присоединяют 2 атома водорода по двойной связи кольца с образованием дигидроурацила или дигидротимина.

Оба гетероцикла могут взаимодействовать с водой в реакции, катализируемой дигидропиримидинциклогидролазой, и дигидроурацил превращается в β-уреидопропионовую кислоту, а дигидротимин - в β-уреидоизомасляную кислоту.

Оба β-уреидопроизводных под действием общего для них фермента уреидопропионазы расщепляются с образованием СО2, NH4+ и β-аланина соответственно. β-Аланин обнаруживают в плазме крови и многих тканях. Он используется в мышцах на образование дипептидов: карнозина и анзерина. Под действием бактериальной микрофлоры кишечника β-аланин включается в пантотеновую кислоту, которая всасывается и используется на образование КоА. β-аланина окисляется до СО2 и Н2О.

Особенностью обмена пуринов и пиримидинов является то, что они могут образовывать не только рибонуклеотиды, но и дезоксирибонуклеотиды. Дезоксирибонуклеозидтрифосфаты необходимы клетке для синтеза ДНК. Их образование протекает в три реакции, первая и третья реакции просты и понятны.

Главные события происходят во второй реакции.

138

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.

71. Биосинтез ДНК (репликация): стехиометрия реакций, ДНК-полимераза, матрица. Повреждение и распад ДНК.

Репликация - самовоспроизведение (удвоение) молекулы ДНК с целью передачи генетической информации. Хромосома содержит одну непрерывную двуцепочечную молекулы ДНК. При репликации каждая цепь двуцепочечной ДНК служит матрицей для синтеза новой комплементарной цепи. Вновь образованная двойная спираль имеет одну исходную (родительскую) и одну вновь синтезированную (дочернюю) цепь. Такой механизм удвоения ДНК получил название «полуконсервативная репликация».

139