Травлення нуклеопротеїнів

У процесі травлення нуклеїнові кислоти їжі розпадаються до нуклеотидів і нуклеозидів, які всмоктуються клітинами слизової кишечника.

Але наявність їх у їжі не обов'язкова, оскільки майже всі клітини організму можуть синтезувати нуклеотиди. Нуклеїнові кислоти гідролізуються під дією нуклеаз підшлункового соку (табл. 5).

 

Таблиця 5. Ферменти, які беруть участь у процесі травлення нуклеопротеїнів

ФЕРМЕНТИ, ЯКІ БЕРУТЬ УЧАСТЬ У ПРОЦЕСІ ТРАВЛЕННЯ НУКЛЕОПРОТЕЇНІВ
Фермент	Субстрат	Продукт
Протеази	апопротеїни	амінокислоти
Нуклеази (ДНК-ази і РНК-ази)	нуклеїнові кислоти	олігонуклеотиди
Фосфодіестерази	олігонуклеотиди	мононуклеотиди
Нуклеотидази (фосфатази)	мононуклеотиди	нуклеозиди
Нуклеозидази	нуклеозиди	азотиста основа і пентоза

 

Розрізняють рибонуклеази (РНКази) і дезоксирибонуклеази (ДНКази). Продуктами гідролізу є оліго- і мононуклеотиди. Фосфодіестерази слизової кишечника розщеплюють олігонуклеотиди до мононуклеотидів. Вільні нуклеотиди гідролізуються кишковими фосфатазами до нуклеозидів і фосфорної кислоти. Нуклеозиди абсорбуються і в клітинах слизової кишечника можуть розщеплюватись до вільних азотистих основ.

Тканинні нуклеази, нуклеотидази, нуклеозидази і нуклеозидфосфорилази поетапно розщеплюють клітині нуклеїнові кислоти до вільних азотистих основ, які перетворюються далі у кінцеві продукти – сечову кислоту із пуринів та сечовину і бета-амінокислоти із піримідинів.

 

Біосинтез пуринових нуклеотидів Біосинтез пуринових нуклеотидів de novo

 

Дослідження сполук, що містять мічені ізотопи 14С і 15N, дозволили виявити попередники нуклеотидів. Встановлено, що пуринове ядро нуклеотидів (рис. 11) синтезується із атомів амінокислот гліцину, глутаміну, аспартату, СО₂ і одновуглецевих груп, які також утворюються із амінокислот і переносяться тетрагідрофолієвою кислотою.

Рис. 11. Пуринове кільце.

 

На рисунку 12 показано походження атомів, які утворюють пуринове ядро.

Рис. 12. Походження атомів пуринового ядра.

 

Другий компонент нуклеотидів — рибозофосфат — утворюється в пентозо-фосфатному циклі із глюкози. Пуринове кільце синтезується на рибозо-5-фосфаті шляхом поступового нарощування атомів нітрогену і карбону і замикання кілець. Біосинтез пуринових нуклеотидів у загальному однаковий як для ссавців, так і для птахів, дріжджів і бактерій. Весь шлях біосинтезу включає 11 послідовних реакцій, у ході яких здійснюється поступове включення попередників нуклеотидів і нарощування циклічної структури, що завершується утворенням інозинової кислоти (табл. 6).

З останньої в наступних реакціях утворюються аденілова і гуанілова кислоти.

Таблиця 6. Реакції, що призводять до утворення ІМФ

Послідовність ферментативних реакцій, що призводять до утворення ІМФ
Cубстрат	Продукт
(1) D-рибозо-5-фосфат; АТФ	5-фосфорибозил-1-пірофосфат (ФРПФ)
(2) ФРПФ; глутамін	5-фосфорибозиламін
(3) 5-фосфорибозиламін; гліцин	гліцинамід-рибозил-5-фосфат (ГАР);
(4) ГАР; активна форма форміату (N5,N10-метеніл-Н4-фолатом)	форміл-ГАР;
(5) форміл-ГАР; глутамін	формілгліцинамідино-рибозил-5-фосфат (форміл-ГАМ);
(6) форміл-ГАМ; АТФ	аміно-імідазол-рибозил-5-фосфат (АІР);
(7) АІР	аміноімідазолкарбоксилат-рибозил-5-фосфат (АІКР);
(8) АІКР; аспартат	аміноімідазолсукцинілкарбоксамід-рибозил-5-фосфат (АІCКР);
(9) АІСКР	аміноімідазолкарбоксамід-рибозил-5-фосфат (АІКАР);
(10) АІКАР, N10-форміл-Н4-фолату	формамідоімідазолкарбоксамід-рибозил-5-фосфат (ФАІКАР);
(11) ФАІКАР	інозинова кислота,(ІМФ).

 

Першою реакцією на шляху утворення пуринових нуклеотидів є утворення 5-фосфорибозил-1-пірофосфату (ФРПФ). Субстратами цієї реакції є АТФ і рибозо-5-фосфат:

 

Утворений фосфорибозилпірофосфат взаємодіє із глутаміном

 

На стадії 3 відбувається реакція між рибозофосфатаміном та гліцином. Вона каталізується рибозофосфатгліцинамідсинтетазою. Наслідком цієї реакції є гліцинамідрибонуклеотид. На утворення амідного зв'язку використовується одна молекула АТФ:

Нарощування ланцюга відбувається в трансформілазній реакції, яка проходить між альфа-аміногрупою залишку гліцину та N-метилентетра-гідрофолієвою кислотою. Реакція супроводжується утворенням форміл-гліцинамідрибонуклеотиду (стадія 4):

У наступній реакції (5) утворений амідний зв'язок рибонуклеотиду при наявності АТФ перетворюється в амідинову групу. Продуктом цієї реакції є N-формілгліцинамідинрибонуклеотид:

Перетворення одержаного продукту призводить до формування циклічного імідазольного кільця 5-аміноімідазолрибонуклеотиду (6 реакція):

 

Подальші перетворення цього напівпродукту супроводжуються формуванням 6-членного піримідинового кільця, з'єднаного з імідазольним, тобто утворенням пуринового скелета. Цей процес відбувається таким чином: спочатку в результаті карбоксилювання 5-аміноімідазолрибонуклеотиду утворюється 5-аміноімідазол-4-карбоксинуклеотид (7 стадія):

 

У восьмій реакції карбоксильна група цього продукту реагує із NH₂ аспарагінової кислоти з утворенням 5-аміноімідазол-4-ГЧ-сукциніл-арбоксиамідрибонуклеотиду. Ця реакція вимагає енергії АТФ і здійснюється під впливом специфічної синтетази:

 

 

У наступній реакції вуглецевий скелет аспарагінової кислоти відокремлюється у вигляді фумарової кислоти й утворюється 5-аміноімідазол-4-карбоксиамідрибонуклеотид (реакція 9), тобто із аспарагінової кислоти в пуринове кільце входить тільки атом азоту.

 

 

Останній атом вуглецю пуринового кільця буде у вигляді формілу, що походить із N 10-формілтетрагідрофолієвої кислоти (реакція 10).

 

 

Утворений 5-формілімідоімідазол-4-карбоксиамідрибонуклеотид зазнає дегідратації, циклізується і перетворюється в пуриновий нуклеотид — інозинову кислоту (реакція 11).

 

 

Донором аміногрупи при синтезі АМФ служить аспартат, а для ГМФ — глутамін (рис. 13). Реакції амінування вимагають затрати енергії; при синтезі АМФ використовується ГТФ, при утворенні ГМФ — АТФ (табл. 7).

Розглянутий шлях утворення пуринових нуклеотидів із простих ациклічних попередників називається синтезом de novo. На іншому шляху, названому запасним, використовуються вільні пуринові основи, які утворюються при розпаді нуклеїнових кислот чи нуклеотидів.

 

 

Таблиця 7. Синтез пуринових нуклеотидів із інозинової кислоти

 

Синтез АМФ	Синтез ГМФ
Заміщення оксигену при С-6 пурину на аміногрупу.	Окислення карбону (С-2) в кільці пурину.
Донор аміногрупи – аспарагінова кислота.	Необхідність НАД+ як акцептора гідрогену.
Проміжний продукт реакції – аденілосукцинат.	Утворення ксантилової кислоти (ксантозин-5'-монофосфату);
Використання хімічної енергії у формі макроергічного зв’язку ГТФ.	Амідування спряжене з розщепленням двох макроергічних зв’язків АТФ.
Розщеплення аденілосукцинату.	Заміщення оксигену при C-2 на аміногрупу.
Вивільнення фумарату.	Донор аміногрупи – амідна група глутаміну.
Утворення аденозин-5'-монофосфату.	Утворення гуанозин-5'-монофосфату.