10. Метаболізм порфіринів: будова гему, схема реакцій біосинтезу протофірину іх та гему. Спадкові порушення біосинтезу порфіринів, типи порфірій.

Гемоглобін -хромопротеїн, містить хімічний елемент залізо, — гем. Гемоглобін є тетрамером, тобто складається з чотирьох субодиниць. У дорослої людини вони представлені поліпептидними ланцюгами α1, α2, β1 і β2.

Гем є комплексом протопорфірину IX, що відноситься до класу порфіринових сполук, з атомом заліза(II). Ця простетична група нековал зв'язується з гідрофобною западиною молекул гемоглобіну і міоглобіну. Залізо(II) зв'язується з шістьма лігандамі. Чотири з них представлені атомами азоту порфіринового кільця, що лежать в одній площині. Дві інших координаційних позиції лежать на осі, перпендикулярній площині порфіринуВсього в гемоглобіні чотири ділянки зв'язування кисню (один гем на кожну субодиницю), тобто одночасно може бути зв'язано чотири молекули кисню на комплекс гемоглобіну.Синтез гему - багатостадійний лінійний процес, котрий має різні відгалуження. Порушення окремої ланки в цьому процесі може призвести до накопичення в організмі проміжних продуктів синтезу гему - порфіринів та їх похідних. Джерелом порфіринів може бути порушення синтезу інших гемпротеїнів - цитохромів, пероксидаз та інших продуктів розпаду гемоглобіну в кишковому тракті, які всмоктуються і потрапляють до кровообігу.

Порфірії - дефекти метаболізму порфіринів, які супроводжуються накопиченням і виведенням із сечею або фекаліями порфіринів та їх похідних. Деякі форми порфірій є успадкованими, інші - набутими. Успадковані форми поділ на три великі групи - еритропоетичні, печінкові й форми, за яких порушення метаболізму спостерігаються одночасно в еритропоетичній і печінковій тканинах.Первинне порушення може виникати у печінці (печінкова порфирія) або у кістковому мозку (еритропоетична порфирія); іноді воно може розвиватись в обох цих органах.

10. Біосинтез пуринових нуклеотидів: схема реакцій синтезу ІМФ; утворення АМФ та ГМФ; механізми регуляції. Синтез пуриновых нуклеотидов происходит путем сборки пуринового кольца на рибозо-5-фосфате. Пуриновое кольцо собирается из мелких фрагментов, которые поставляются различными соединениями: Глн, Гли, Асп, СО₂, N⁵, N¹⁰-метенилтетрагидрофолат, N¹⁰-формилтетрафол.

CО₂ N Глицин

А спартат N N⁵, N¹⁰-метенилтетра- гидрофолат

N ¹⁰-формил-

тетрафолат

N NH

глутамин

Синтез пуриновой циклической структуры – это сложный процесс. По сложности и числу промежуточных продуктов он сопоставим с важнейшими метаболическими процессами, н.р., гликолизом. Исходными соединениями при синтезе пуринов служит активированная форма рибозы – фосфорибозил–пирофосфат (ФРПФ). Далее происходят синтез и замыкание гетероцикла с участием вышеперечисленных соединений и образуется пуриновый нуклеотид инозиновой кислоты (ИМФ). Из ИМФ синтезируются адениловые и гуаниловые пуриновые нуклеотиды:

А МФ (аденилат) – при присоединении NН₂–группы аспартат в 6–м положении

И МФ

ГМФ (гуанилат) – при окислении с после–дующим присоединением NН₂–группы глутамина во 2-м положении

Схема синтеза пуриновых нуклеотидов из ИМФ представлена ниже.

Рибозо-5-ф

АТФ, ГТФ

ФРПФ

И МФ,АМФ,

ГМФ

ИМФ

Аспартат Н₂О

ГТФ

НАД

Г ДФ+Ф_н

НАДН₂

- - -

Аденилосукцинат Ксантинмонофосфат

АТФ глутамин -

АМФ+Ф_н глутамат

Фумарат

АМФ ГМФ

АТФ АТФ

АДФ

2 АДФ ГДФ

АТФ

АДФ

АТФ ГТФ

Синтез пуриновых нуклеотидов регулируется ключевыми ферментами, активность которых зависит от концентрации конечных и некоторых промежуточных продуктов, т.е. при контроле синтеза реализуется один из механизмов - регуляция по принципу отрицательной обратной связи: 1)АТФ, ГМФ ингибируют образование ФРПФ (угнетают активность 5–фосфорибозил–1–пирофосфатсинтазы);2)ИМФ, АМФ, ГМФ – ингибируют образование фосфорибозиламина - это наиболее важный пункт контроля (угнетают активность глутамин–ФРПФ–амидотрансферазы);3) АМФ ингибирует образование аденилосукцината, который является промежуточным продуктом его синтеза, а ГМФ-ксантинмонофосфата;4)АМФ ингибирует образование ксантинмонофосфата при синтезе ГМФ, а ГМФ, в свою очередь, угнетает образование аденилосукцината, который является промежуточным продуктом синтеза АМФ. Т.о. изменения концентрации АМФ влияют на синтез ГМФ и наоборот;5)АТФ может активировать процессы синтеза ГМФ также на этапе образования ксантинмонофосфата, а ГТФ - активировать образование аденилосукцината.

10. Біосинтез піримідинових нуклеотидів: схема реакцій; регуляція синтезу.Синтез пиримидиновых нуклеотидов начинается со сборки кольца азотистого основания, которое затем присоединяется к рибозо-5-фосфату. Донором является ФРПФ. Предшественниками пиримидинового кольца служат карбамоилфосфат и аспартат. Синтез начинается с образования карбамоилфосфата, который синтезируется в цитозоле. Донором азота при синтезе карбомаилфосфата является глутамин.. Реакцию катализирует карбомаилфосфатсинтаза ІІ:Глутамин + 2 АТФ + СО₂  карбамоилфосфат + 2 АДФ + Фн+ глутамат.

Следующий этап – образование N–карбамоиласпартата .(фермент – аспартат–карбамоилтрансфераза – АТКаза)

H ₂N-CО-O-PO₃H₂ + H₂N-CH-COOH H₂N-CО-NH-CH- СООН

к арбамоилфосфат - Фн

CH₂ CH₂

COOH COOH

аспартат N–карбамоиласпартата

В следующей последовательности реакций образуется предшественник всех пиримидиновых нуклеотидов - УМФ:

Н₂О

N –карбамоиласпартат Дигидрооротат

дигидрооротаза

дигидро–

НАД оротат–

НАДН⁺+ Н дегидроге–

наза

Оротат

ФРПФ оротат–

фосфо–

ФФ _н рибозил–

транс–

фераза

ОМФ

оротидилат–

Н⁺ декарбокси–

СО₂ лаза

УМФ

С участием молекул АТФ под действием специфических киназ (УМФ–киназа, нуклеозид–фосфаткиназа) УМФ превращается в УТФ. УТФ служит предшественником ЦТФ:

глутамин + глутамат +

АТФ + Н₂О АДФ + Фн+ 2Н⁺

У ТФ ЦТФ

Регуляция синтеза пуриновых нуклеотидов.Ключевыми ферментами процесса являются карбамоилфосфатсинтаза II (1) и АТКаза (2), схема регуляции которых изображена ниже:

(1)

С О₂ + глутамин + 2АТФ карбамоилфосфат

аспартат

УМФ, УТФ (2) ЦТФ

карбамоиласпартат

УМФ

У ТФ

ЦТФ

В регуляции 2 реакция – решающий этап. ЦТФ значительно снижает сродство фермента АТКазы к субстрату (степень ингибирования до 90%). Активация этого фермента происходит под действием АТФ, что позволяет координировать скорости образования пуринов и пиримидинов.

10. Біосинтез дезоксирибонуклеотидів. Утворення тимідилових нуклеотидів; інгібітори біосинтезу дТМФ як протипухлинні засоби. Дезоксирибонуклеотиды образуются из рибонук–леотиддифосфатов путем их восстановления во 2'–положении. Фермент, который катализирует эту реакцию, – рибонуклеозидредуктаза (рибонуклеотиддифосфатредук–таза).

Общая реакция:Рибонуклеозиддифосфат + НАДФН+Н⁺  дезоксири–бонуклеозиддифосфат + НАДФ⁺ + Н₂О

Электроны при восстановлении переносятся на субстрат через ряд сульфгидрильных групп, для этого в реакции участвует тиоредоксин (белок с близко расположенными SH-группами). При переносе электронов происходит окисление тиоредоксина. После реакции образования дезоксирибонуклеозиддифосфата он восстанавливается с участием НАДФН под действием тиоредоксинредуктазы

S SH

Т иоредоксин + НАДФН+Н⁺  тиоредоксин + НАДФ

S SH

Образование тимидиновых нуклеотидов (ТМФ) происходит из УМФ:

УДФ

Фн ТГФК ДГФК

д УДФ дУМФ дТМФ

тимидилатсинтаза

Далее происходит восстановление дигидрофолевой кислоты (ДГФК) до тетрагидрофолевой кислоты (ТГФК ) под действием дигидрофолатредуктазы:

Д ГФК ТГФК

НАДФН НАДФ

После образования дТМФ с участием АТФ происходит последующий синтез всех остальных тиминовых нуклеотидов:

дТМФ дТДФ дТТФ

АТФ АДФ АТФ АДФ

Основной механизм контроля синтеза - аллостерическая регуляция. Ключевой фермент – рибонуклеозидредуктаза.

При синтезе дАТФ ингибитор этого фермента – дАТФ (конечный продукт), активатор – АТФ.Если синтезируется дТТФ, то в регуляции процесса также реализуется принцип отрицательной обратной связи. Т.е. рибонуклеотидредуктаза имеет несколько конформацион–ных состояний, что обеспечивает синтез достаточного количества всех четырех дезоксирибонуклеотидов.

10. Катаболізм пуринових нуклеотидів; спадкові порушення обміну сечової кислоти. Схема катаболізму піримідинових нуклеотидів.В организме человека нет ферментов, необходимых для разрыва пуринового кольца. Потому избыток пуринов выводится из организма человека неразрушенным, в виде мочевой кислоты. В печени свободные пуриновые основания (экзогенного и эндогенного происхождения) подвергаются дезаминированию с образованием ксантина и гипоксантина.

ГМФ АМФ

рибозо-ф

Г уанин ИМФ

рибозо-ф

гипоксантин

ксантин

мочевая кислота

за сутки образуется до 1,5 г мочевой кислоты, которая выводится в основном с мочой. 60% этого количества образуется при катаболизме эндо–генных пуринов, остальная – пуринов пищи. В сыворотке крови концентрация мочевой кислоты, которая находится в виде солей - уратов (на 98% с Na), – 0,18–0,42 ммоль/л. Ураты выводятся на 2/3 почками и на 1/3 через тонкий кишечник. Соли мочевой кислоты в крови не кристаллизуются. В тканях и моче ураты кристаллизуются при меньших концентрациях. Наибольшее сродство к уратам имеют хрящевая ткань и почки.Главный клинический синдром нарушения пуринового обмена – подагра. Для лечения -аллопуринол - структурный аналог гипоксантина, который ингибирует ксантиноксидазу. Для повышения экскреции уратов назначают также пробенецид. синдром Леша–Нихана. наследственное заболевание- дефект одного из ферментов реутилизации пуриновых азотистых оснований - гипоксантин-гуанинфосфорибозилтрансферазы. У больных детей наблюдаются симптомы подагры, церебральные параличи, нарушения интеллекта, попытки наносить себе увечья (укусы губ, пальцев).

Катаболизм пиримидиновых нуклеотидов.. Сначала происходит расщепление нуклеотидов до азотистых оснований с последующей их деградацией до -аланина, -аминоизобутирата, СО₂ и NH₃:

дТМФ  Тимидин  Тимин

СО₂ , NH₃ –аминоизобутират

Цитозин Урацил

метилмалонат

-аланин

метилмалонил-КоА

Ц ЛК сукцинил-КоА

Таким образом, конечными продуктами расщепления пиримидиновых нуклеотидов являются: -аланин, -аминоизобутират, СО₂ и NH₃. СО₂ и NH₃ идут на синтез мочевины, а -аминоизобутират может метаболизировать аналогично аминокислотам с разветвленной цепью.