2 курс / Биохимия / Книжки и сборники / Biokhimia_dlya_chaynikov
.pdfГлава 14
Ароматная биохимия:
азот и биологические системы
»Синтез пуринов и пиримидинов
»Катаболизм и цикл образования мочевины
»Аминокислоты
»Метаболические нарушения
этой главе вы познакомитесь с назначением азота в биомолекулах. Азот изначально заимствуется у аминокислот (белки) и нуклеиновых кис- лот (пурины и пиримидины), часто обладающих специфическим, ярко
выраженным ароматом — отсюда и название главы. Азот также содержится в
некоторых других молекулах, например гемоглобине. Из организма азот выде- ляется преимущественно в виде мочевины.
Азотное кольцо:пурины
Аденин и гуанин относятся к азотистым основаниям с пуриновой кольцевой структурой (рис. 14.1). Образование этих молекул крайне важно для синтеза как ДНК, так и РНК. При биосинтезе пуринов образуются молекулы воды. При
биосинтезе нуклеотидной формы пуринов образуется молекулы воды вместо основания.
|
|
|
NH2 |
|
|
э |
|
НС/ |
N |
С |
С\ |
НС/ |
N |
С |
NH |
/ |
|
/ |
|||||
\ |
С |
сн |
\ |
С |
|
||
|
NH . |
гч^ |
|
NH |
N |
NH2 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Аденин |
|
|
Гуанин |
|
|
Рис. 14.1. Азотистые основания с пуриновой
кольцевой структурой
Биосинтез пуринов
Синтез пуринов начинается с активации О-рибоза-5-фосфата путем фосфо-
рилирования. Во время реакции фосфатная группа от АТФ переходит к перво-
му атому углерода С, в а-Б-рибоза-5-фосфате, что приводит к образованию
5-фосфат-а-0-рибоза-1-пирофосфата (ФРПФ) и АМФ. Реакция интересна тем,
что фосфатная группа переходит в неизмененном состоянии (рис. 14.2). ФРПФ
также востребована в синтезе пиримидинов (см.раздел “Синтез пиримидинов”
далее).
|
|
|
и- |
нН I |
|
|
|
|
|
|
|
о |
ё |
Ч |
|
|
|
|
|
|
|
I |
ОН |
|
||
|
|
|
|
он |
он' |
|
|
|
|
|
|
а-Р-рибоза-З-фосфат |
|
|
|
||
|
|
|
|
( Mg2+ дтф |
|
|
|
|
|
|
о |
|
\ |
АМФ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о- |
|
@ — |
о— сн2 |
н |
|
|
|
|
|
|
|
НнI |
о |
о |
|
О |
|
|
|
о |
|
|
|
|||
|
|
он |
о- р- |
о |
Р - о |
|||
|
|
|
он |
о |
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
5-фосфат-а-0-рибоза-1-пирофосфат |
|
|
|||
|
5 |
|
Рис. 14.2.Активация |
|
ФРПФ |
|
||
|
фосфат-а-й-рибоза-1-пирофосфата |
) |
||||||
|
' |
|
|
|
( |
|
||
266 ЧАСТЬ 4 |
Биоэнергетическая химия и метаболизм |
|
||||||
N |
- |
|
- |
|
|
|
|
|
формил ТГФ |
|
|
|
|
||
|
|
|
ТГФ J |
Третий фермент |
|
||
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
о |
|
|
, |
• |
|
|
|
р— |
о— сн2 |
|
/С |
СН2 |
NH |
о- |
|
NH |
|
сн=о |
|||
|
О |
|
|
||||
|
|
о |
нн I |
|
|
|
|
|
|
I |
Н |
|
|
||
|
|
|
он |
он |
|
|
|
Глутамин + АТФ+Н20мё> Четвертый фермент |
|||||||
Глутамат + АДФ + Р, J |
! г |
чн |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
/ С |
СН2 |
|
о— Р— |
о— сн2 |
|
NH |
||||
NH |
|
||||||
|
сн=о |
||||||
О |
|
|
|||||
|
|
|
н ?I |
¥I |
Н |
|
|
|
|
От |
lV |
\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
он |
он |
|
|
|
|
|
|
Рис. 14.3. Продолжение |
|
|
||
Стоимость синтеза
Для биосинтеза АМФ и ГМФ нужна энергия, получаемая в результате ги- дролиза нескольких высокоэнергетических связей. Чтобы получить ИМФ из
Б-рибоза-б-фосфата, достаточно гидролиза шести высокоэнергетических свя- зей: одной — в АТФ и пяти — в пирофосфате. Для преобразования ИМФ в
АМФ понадобится гидролизовать еще одну высокоэнергетическую связь (в ГТФ). При этом преобразование ИМФ в ГМФ выполняется за счет гидроли- за двух высокоэнергетических связей: в АТФ и в пирофосфате.
Чтобы удовлетворить потребности в энергии, анаэробные организмы, на-
пример бактерии, вызывающие столбняк или ботулизм, окисляют четыре мо- лекулы глюкозы — по 2 молекул АТФ на одну молекулу глюкозы. При этом аэробным организмам, подобных вашим, для этих целей требуется окислить всего одну молекулу глюкозы, из которой производится 36 молекул АТФ. Эти
ГЛАВА 14 Ароматная биохимия: азот и биологические системы 2б9
АТФ
Mg2+ + к+ |
Пятый фермент |
|
||||
АДФ + Р, J |
\ |
|
NH2 |
|
||
О |
|
|
N/ |
С: |
:СН |
|
О Р О СН2 |
О |
|
СН |
\N |
||
|
нН| |
I АН |
|
|||
0' |
|
|
" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
он |
он |
|
|
|
|
|
|
|
Шестой фермент |
|||
|
со2 |
|
|
|
NH |
|
о |
|
|
|
|
/СОСГ |
|
|
|
|
|
I 2 |
||
-о— р- о— сн2 |
|
/с— |
с\ |
|||
о |
|
сн |
||||
сг |
нн I |
А |
|
|||
|
?I |
|
Н |
|
||
|
|
он |
он |
|
|
|
Рис. 14.3. Продолжение
процессы требуют значительного количества энергии. Уменьшить потребности в энергии позволяют специальные метаболические механизмы, называемые
спасательными путями. В спасательных путях азотные основы перерабатыва-
ются, а не синтезируются, а затем преобразуются в нуклеотиды.
Синтез пиримидинов
Принципы синтеза пиримидинов заметно отличаться от принятых в синтезе пурина, рассмотренном выше. В этом случае перед присоединением к рибозе синтезируются основания. Для синтеза кольцевой структуры нужны ионы би- карбоната, аспарагиновой кислоты и аммиака. Хотя возможно непосредствен-
ное использование аммиака, обычно он образуется в результате гидролиза бо-
ковой цепи глутамина.
270 ЧАСТЬ 4 Биоэнергетическая химия и метаболизм