Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Биохимия Р.Марри

.pdf
Скачиваний:
420
Добавлен:
20.05.2015
Размер:
31.31 Mб
Скачать
BI2).
редуктаза
Р"бонукneотмд.

20

Глава 35

Ингибиторы биосинтеза пуринов

Несколько антиметаболитов- аналогов глута­

мина оказывают сильное Иllгибирующее воздей­ ствие на биосинтез пуринов. Азасернн (О-диазо­

ацетил-L-серин) выступает как антагонист глутами­

на, особенно в реакции 5. Диазонорлейцин ([6-

диазо-5-0ксо]-L-норлейцин) блокирует реакцию 2,

а 6-меркаПТOIIУРИН наряду с другими эффектами ин­

гибирует реакиии 13 и 14 синтеза АМР и GMP соот­

ветственно. Микофеноловая кислота подавляет ре­ акиию 14.

Образование ди- и трифосфатов

пуриновых нуклеозидов

РМ=7

Восстановленным

тморедоксмн

~ 2'·Дезоксмрмбонуклеозмд-, .

'\

Окисленн... М

тиоредоксмн

Тморедоксмн-

Превращение АМР и амр в соответствующие ди- и трифосфаты осуществляется в две стадии

(рис. 35.5). Реакuии фосфорилирования-переноса

фосфатных групп от АТР-осуществляются нуклео­

зи~монофосфаткиназой и нуклеознддифосфаткина­ зой.

Синтез пуриновых

дезоксирибонуклеотидов

Синтез пуриновых и пиримидиновых дезоксири­

бонуклеотидов происходит путем прямого восста­ новления 2'-углерода рибозного остатка соответ­

ствующего рибонуклеотида. а не путем синтеза de novo из 2'-дезоксианалога ФРПФ. Восстановление 2-

углеродного атома рибозы происходит только после

превращеЮIЯ пуриновых и пиримидиновых нуклео­

тидов в соответствующие нуклеозиддифосфаты. у некоторых бактерий в этом восстановительном проиессе участвует кобаламин (витамин У жи­

вотных процесс восстановления идет и в отсутствие

витамина B12Восстановление рибонуклеозиддифо­ сфатов в дезоксирибонуклеозиддифосфаты катали­

зируется рибонук~...еотидредуктазоЙ и требует участия

тиоредоксина (белковый кофактор), тиоредоксинре­

ДУКl"аJЫ (флавопротеиновый фермент) и NADPH

(кофактор). Непосредственным донором электронов

Д,'IЯ нуклеотида является тиоредоксин, который

предварительно воссrанавливается NADPH. Обра­

тимое окислительно-восстановительное превраще­

ние тиоредоксина каташпируется тиоредоксинре­

дукта10Й. Восстановление рибонуклеозиддифосфата

восстановленным тиоредоксином катаЛИ1ируется

рибонуклеозидредуктазой (рис. 35.6). Эта сложная

 

ДТР

ДОР

ДТР

ДОР

 

Нуклеозмд.

\' --

. /~

Нулеозмд-

"--

~

нуклеозмд·

Монофосфаr.--

 

 

.---. дмфОСфат

-

- ...

трмфосф8Т

 

КмнаЗ8

I

г---К-и-н-аз-а----

.'

Рис. 35.5. Реакции фосфори.гшрования нуклеозидмоноФо­ сфата и нуклеозиддифосфата.

NAOP NAOPH + н+

Рис. 35.6. Восстановление рибонуклеозимифосфата до 2'- дезоксирибонуклеозиддифосфата.

ферментная система функционирует в клетках толь­

ко в период активного синтеза ДИК и деления.

Тканевая специфичность биосинтеза пуринов

Не во всех тканях человека происходит синтез пу­

риновых нуклеотидов de novo. Эритроциты и поли­

морфноядсрные лейкоциты не способны синтезиро­

вать 5-фосфорибозиламин, и поэтому для образова­ ния пуриновых нуклеотидов им необходимы экзо­ генные пурины. Периферические лимфоциты способ­ ны синтезировать небольшие количества пуринов de novo. Установлено, что в клетках мозга млекопи­ тающих содержатся очень малые количества фрпф­ амидотрансферазы, на этом основании был сделан

вывод о зависимости синтеза пуриновых нуклеоти­

дов в мозге от поступления экзогенных пуринов.

Оказалось, что основным местом синтеза пурино­

вых нуклеотидов в организме млекопитающих

является печень. Из нее свободные основания или ну­

клеозиды попадают в другие ткани, не способные

к синтезу пуринов de novo.

Пути регенерации пуриновых нуклеотидов

Регенераuию пуриновых нуклеотидов обеспечи­

вают два основных механизма. В количественном

отношении наиболее важен механизм фосфорибози­ JIирования свободных "уриновых оснований фермен­ тами, использующими фрпф в качестве донора

фосфорибозы. Второй общий механизм- это фосфо­

рилирование пуриновых нуклеозидов по 5'-гид­

роксильной группе.

J.ФосфорuБОЗUАuрова1luе nуриновых основанuй

Втканях человека фосфорибозилирование пури-

МеmаБО.1UЗМ n)'РИ1l0вы~ u nuрuмuдШlOвых ll)'клеоmuдов

21

NH2

новых оснований осуществляют два фермента. Пер­

вый - аденин-фосфорибозилтрансфераза - перено­

сит фосфорибозу с ФРПФ на аденин. При этом

образуется АМР (рис. 35.7).

Второй- гипоксан­

Н

Аденмн

ФРПФ

Аденмн­ фосФормбоэилтрансфераЭ8

PPj

2-0 РОСН О

 

I

3

1/"

 

 

С Н

Н СН

 

H~

.'1

С-С

ТlllН)'анин- фосфорибознлтрансфераза- катализирует

фосфорибозилирование ксантина и гуанина с обра­ зованием IMP и GMP соответственно (рис. ·35.8). Процесс с участием второго фермента, как будет по­ казано ниже, протекает более активно, чем синтез АМР из аденина.

2.Фосфорuлuрованuе n)'РИНО6ЫХ рu60н)'к.lеозuдов

Превращение пуриновых рибонуклеозидов в пу­ риновые рибонуклеотиды у человека катализирует фермент аденозинкиназа (рис. 35.9). Аденозинкина­ за, кроме того, фосфорилирует 2'-дезоксиаденозин,

она проявляет также некоторую активность по отно­

шению к гуанозину. инозину и ИХ 2'- дезоксипроизводным. Дезоксицитидинкиназа в до­ полнение к фосфорилированию 2'-дезоксицитидина катализирует фосфорилирование 2'-дезоксиаде­

I

нозина и 2'-дезоксигуанозина с образованием

1-10

НО

АМР

dAMP и dGMP.

 

 

 

 

Кроме того, в тканях человека функционирует

Рис. 35.7. Фосфорибозилирование аденина, каrализируе­

цикл (рис. 35.10), в котором сначала IMP, GMP и их

мое аденин-фосфорибозилтрансферазоЙ.

дезоксирибонуклеотидные аналоги при действии пу-

 

 

о

 

 

ФРПФ рр

HN~N>

о

~N~N

HN"Y'___~~_.L,-_'----.. -o,p-o~/o"I

~NAN/

 

с н

н СН

н

 

Н'\.

.'1

Гипоксантин

 

С-С

 

I

 

Гипоксантин-гуанин­

НО НО

 

,мр

 

ОСфорибоэилтраНСфераэа

 

 

-ОзР-ОСН2 О

1/ "-

с н н СН

H~_c~

НО НО

GMP

Рис. 35.8. Фосфорибозилирование гипоксантина и гуанина до IMP и GMP соответственно. Обе реакции катализируются гипоксантин-гуанин--фосфорибозилтрансферазоЙ. .

22

Глава 35

 

 

 

 

NH2

 

дтр

ADP

(Х)

 

 

 

~)

-О,Р-O~70'...!

 

IАденозинКИН8З8I

 

 

 

 

 

с н н СН

 

 

 

H~--c~

но НО

Рис. 35.9. Фосфорилирование аденозина дО АМР аденозинкиназоЙ.

рин-5'-нуклеотидззы превращаются в соответствую­ щие нуклеозиды (инозин, дезоксинозин, гуанозин и дезоксигуанозин), а затем в результате реакции. ка­ тализируемой пуриннуклеозидфосфорилазой, обра­

зуются гипоксантин или гуанин и продукты фосфо­

ролиза- рибозо-l-фосфат или 2'-дезоксири­ бозо-l-фосфат. Далее при участии ФРПФ цикл за­

вершается фосфорибозилированием образовав­

шихся оснований до IMP или GMP. Функция этого

цикла неизвестна, однако не вызывает сомнений, что

потребление ФРПФ в организме человека в данном

инозина. Образовавшийся аденозин затем либо

фосфорилируется зденозинкиназой дО АМР, либо

под действием аденозиндеззминазы превращается в инозин. В количественном отношении эта «инози­ новая петля» менее значима, чем описанный выше

цикл, однако реакция дезаминирования аденозина

весьма важна для функционирования иммунной

системы.

Регуляция биосинтеза пуринов

цикле выше, чем при синтезе пуриновых нуклеоти­

На синтез молекулы IMP затрачивается энергия

дов de novo.

гидролиза шести макроэргических фосфодиэфирных

Боковой путь этого цикла включает превращение

связей АТР, при этом в качестве предшественников

IMP в АМР (реакция 12 и 13, рис. 35.4) и последую­

выступают глицин, глутамин, метенилтетрагидро­

щую реакцию образования аденозина из АМР. Эта

фолат и аспартат. Для экономии энергетических

реакция. по-видимому, катализируется той же пу­

и питательных ресурсов важна эффективная регуля­

рин-5'-нуклеотидазой, которая гидролизует IMP до

ция процесса биосинтеза пуринов de novo. Важней-

ADP

~ДMP

!АденозинкинаЗ81

 

(

дтр

 

ГИПОКС8НТИН-ГУ8НИН­

фосфорибоЗИЛТр8нсфер8за

ФРПФ

Инозин

узин)

Гипоксантин (гуанин)

>- Ilуриннуклеозид­

Рибозо-1-фОСфаТ

фосфорилаза

Рис. 35.10. Циклы реутилизации пуринов. включающие взаимные превращения АМР. IMP и. в меньшей степени, GMP; образование соответствующих рибонуклеозидов и их превращение в пуриновые рибонуклеотиды. Дезоксиаденозин. дез­

оксиинозин и дезоксигуанозин превращаются по тем же путям; дезоксиаденозин и дезоксигуанозин могут непосредствен-

но фосфорилироваться до dAMP и dGMP соответственно.

 

 

Метаболизм nуриновых и nириМllдиновых нуклеотидов

 

 

23

шую роль в этом процессе играет внутриклеточная

 

 

IMP

 

 

 

 

 

 

 

концентрация ФРПФ. Она определяется соотноше­

/---Er-

 

 

 

нием скоростей его синтеза, утилизации и деграда­

 

~~--~

ции. Скорость синтеза ФРПФ зависит от 1) наличия

{ -- 0 -- ,

 

I

субстратов

синтеза,

особенно рибозо-5-фосфата,

I

 

\

 

I

и 2) каталитической активности ФРПФ-синтазы, ко­

I

 

I

 

I

торая в свою очередь связана с внутриклеточной

i

AjMP

l_-0-~МjР

!

концентрацией фосфатов, а также с концентрацией

пуриновых и пиримидиновых рибонуклеотидов, вы­

I

 

I(

 

I

 

 

 

 

 

ступающих

в роли

аллостерических регуляторов

,

----АМР

I

 

J

(рис. 35.11). Скорость утилизации ФРПФ в значите­

 

11

GMP---'

 

~

1:

~

 

льной степени зависит от интенсивности цикла ре­

 

 

 

 

 

 

 

утилизации пуриновых оснований, в ходе которого

 

ADP

: I

GDP

 

ксантин и гуанин фосфорибозилируются до соответ­

 

J

/} ~

~

 

ствующих рибонуклеотидов. В меньшей степени ско­

 

 

рость утилизации ФРПФ зависит от интенсивности

 

АТР -----

'-----GTP

 

 

 

 

 

 

синтеза пуринов de novo. Этот вывод основан на сле­

дующем наблюдении: в эритроцитах и культивируе­

мых фибробластах мужчин с наследственным нару­ шением активности гипоксантин-гуанин-~lюсФо­ рибозилтрансферазы уровень ФРПФ повышается

Рис. 35.12. Регуляция превращений IМР в аденозиновые и гуанозиновые нуклеотиды. Сплошные линии указывают

путь химических превращениЙ. Пунктирные линии обозна­

чаютположительную(ЕВ)иотрицательную(6 ) регуляциюпо принципу обратной связи.

в несколько раз.

Показано, что ФРПФ-амИДотрансфераза-

Рмбозо-5-фосфат + Атр

 

 

/'

1

ФРnФ-смнтеТ838

 

 

--1

 

"

 

 

 

 

,

~-,

 

 

 

 

 

//

ФРnФ

 

"

 

 

 

//

 

J....-~, \,

 

"

 

5-фосФормбо3МЛ8ММН

\

\

I

 

 

I

 

 

\

\

I

 

 

t

 

 

\

1

I

 

 

I

 

 

I

,

е

 

 

t

 

 

I

 

 

 

 

 

I

I

I

 

 

I

 

 

I

I

I

 

 

 

 

'I

I

 

 

+

 

 

I

I

~

 

ГIMP\

I

/

А

1\

 

 

 

 

I ,

,

\

 

 

 

/

I

I

\

\

АМР

 

 

/

/

I

\

'

 

GMP //

I

 

'" l

 

l

//

 

 

ADP

 

GD,//

 

 

 

 

~

 

!

 

 

 

 

АТР

 

GTP

 

 

Рис. 35.11. Регуляция скорости синтеза пуринов de novo.

Сплошные линии указывают путь химических превраще­

ний. Пунктирные линии обозначают ингибирование (6) ко-

нечными продуктами по принципу обратной связи.

первый из ферментов, участвующих в процессе син­

теза пуриновых нуклеотидов de novo, инrибируется in vitro пуриновыми нуклеотидами (особенно адено­ зинмонофосфатом и гуанозинмонофосфатом) по

принципу обратной связи. Эти инmбиторы конкури­

руют с субстратом-ФРПФ, последний, как выясни­

лось, занимает центральное место в регуляции син­

теза пуринов de novo. Многие косвенные данные сви­

детельствуют о том, что роль амидотрансферазы в этом процессе менее существенна, чем ФРПФ­

синтетазы.

Образование GMP или АМР из IMP регули­ руется двумя механизмами (рис. 35.12). АМР регу­

лирует активность аденилосукцинатсинтетазы,

влияя по принципу обратной связи на собственный

синтез. GMP регулирует собственный синтез, дей­ ствуя по тому же принципу на IМР-дегидрогеназу. Наряду с этим образование аденилосукцината из IMP на пути к АМР стимулируется GTP. Образова­ ние же GMP из ксантозинмонофосфата требует при­

сутствия АТР. Таким образом, наблюдается суще­

ственная перекрестная регуляция дивергентных пу­

тей метаболизма IMP. Такая регуляция тормозит биосинтез одного из пуриновых нуклеотидов при не­

достатке др}гого. Гипоксантин-гуанин--фосфори­ бозилтрансфераза, катализирующая образование из ксантина игуанина IMP и GMP соответствен­

но, весьма чувствительна к ингибирующему дей­

ствию этих нуклеотидов_

Восстановление рибонуклеозидцифосфатов до

дезоксирибонуклеозиддифосфатов является объек­ том сложной регуляции. Этот процесс (рис. 35.13)

обеспечивает сбалансированное образование дезок­ сирибонуклеотидов для синтеза ДИК.

24

СОР ----.ф}#,........_--т_-+-..~ 2'dCDP ----.~ 2'dCTP

I 11\

I

I

I

"АТР

I

I

I

/~

I

I

I

I

 

: i i~ -

,~

UDP

- -

~ ... 2'dUDP ---- 2 у

 

 

е.

 

J

J

 

~I ФI

 

____________

 

I

/ ----------- . /

 

 

I

I

 

 

 

 

I

I

(

 

 

 

 

I

I

~

 

2'~

GDP ---~~i-----=--.~ 2'dGDP

 

-0

 

 

 

I

 

I

\

 

 

 

 

~--------------

 

АОР

~

 

 

2'Одор

• .. е

 

 

 

 

 

 

, --------------- _ /

Рис. 35.13. Регу_'IЯЦИЯ восстановления пуриновых и пири­

'\1идинuвых рибонуклеотидов до соответствующих 2'- дсзоксирибонуклеотидов. СП_l0шные линии указывают

путь химических превращений Пунктирные линии обозна­

чаютположительную(Ее)иотриuательную(е) реГУЛЯllИЮ по принципу обратной связи.

Катаболизм пуринов

Конечный продукт катаболизма пуринов у чело­ века-мочевая кислота. При обследовании больных с наследственной формой недостаточности фермент­ ных систем катаболизма пуринов установлено, что 99% мочевой кислоты образуется из субстратов ну­ клеОЗllдфосфорилазы, функционирующей в цикле ре­ утилизации пуринов. Пуриновые продукты нуклео­ зидфосфорилазной реакции -гипоксанпш и гуа­

нин - превращаются в мочевую кислоту; промежу­

точным продуктом является ксантин, образующийся

в реакциях, катализируемых гуаназой и ксантнноксн­

дазой (см. рис. 35.1) в печени, тонком кишечнике

и почках.

Ксантиноксидаза представляет собой важную

мишень для фармакологического вмешательства

при гиперурикемии и подагре. У низших приматов и других млекопитающих (но не у человека) мочевая кислота гидролизуется урнказой до аллантоина (рис. 35.14) - соединения, хорошо растворимого

в воде. У птиц и наземных рептилий уриказа отсут­

ствует; в качестве конечных продуктов метаболизма азота (белков) и пуринов они экскретируют мочевую

кислоту игуанин.

у этих организмов сформировалась урикотели­

ческая система, позволяющая сохранить воду, ассо­

циированную с мочевой кислотой, при выделении

последней в виде преципитата. Если бы конечным продуктом метаболизма азота у них была мочевина. сохранить гидратационную воду было бы невозмо­

жно, поскольку растворимость мочевины в воде до­

стигает 10 моль/л (концентрация значительно выше той, которая может быть достигнута при концентри­ ровании мочевины почками).

Метаболизм мочевой кислоты у человека (подагра)

Метаболизм мочевой кислоты у человека был

изучен с применением изотопно-меченных мочевой

кислоты, а также ее предшественников - глицина

и формиата. РSN]-Мочевую кислоту инъецировали

внутривенно здоровым людям и больным подагрой, при которой в организме накапливаются значитель­

ные количества мочевой кислоты и ее натриевой со­

ли. По разведению инъецированного изотопа расс­ читывали общее количество мочевой кислоты, нахо­ дящейся в водной фазе организма. Этот параметр

получил название «растворимый уратный пуЛ».

Средняя величина данного показателя для 25 обсле­

дованных здоровых взрослых мужчин составляла

1200 мг (разброс 866--1578 мг), а у трех здоровых женшин он колебался от 541 до 687 мг. У больных

подагрой растворимый уратный пул был значитель­

но выше и варьировал от 2000 до 4000 мr для па­ циентов без подагрических узлов, т. е. без отложений

урата натрия в мягких тканях. При тяжелой форме подагры, сопровождающейся образованием узлов.

растворимый уратный пул достигал величины

31 000 мг. Скорость его обновления у здоровых лю­ дей составляет 600 мr за 24 ч. 18-20% удаляемой из

организма мочевой кислоты распадается до СО2и ам-

HNYy~>=o

~РИК8заl

o',lN)..N

 

 

Н Н

 

 

Мочевая кислота

 

Аллантоин

Рис. 35.14. Образование аЛJlантоина из мочевой кислоты.

Мета60.111ЗW nУРИ1l0вых u nири.ииди1l06ЫХ "р;леотuдО6

25

миака и выделяется через кишечник. Некоторое ко­

личество уратов экскретируется с желчью и подвер­

гается деградации кишечной микрофлорой. Следует отметить, что распад мочевой кислоты дО СО2

И NНэ у человека не связан с жизнедеятельностью кишечных бактерий.

Значение уратов для организма человека не огра­

ничивается их ролью конечного продукта в метабо­ лизме пуринов. Ураты могут функционировать как антиоксиданты, претерпевая неферментативное пре­ вращение в аллантоин. Предполагается, что эндо­ генный антиоксидант - урат- заменяет уприматов аскорбат, способность к синтезу которого у этих млекопитающих утрачена. Таким образом. вполне

возможно, что в проuессе 'Эволюuии утрата уриказы

обеспечила определенные селективные преимуще­

ства для тех организмов, которые потеряли способ­ ность к восстановлению гулонолактона в аскорбат.

Урат натрия легко фильтруется почечными клу­ бочками млекопитающих, интенсивно реабсорби­

руется и частично экскретируется в проксимальных

канальцах, затем секретируется в петле Хенле и, ве­

роятно, снова реабсорбируется в дистальных кана­

льцах. За сутки здоровым человеком выделяется

400-600 мг мочевой кислоты. Большое количество

фармакологических препаратов и природных соеди­ нений оказывает влияние на реабсорбцию урата на­ трия в почечных канальuах и его экскреuию. Аспи­ рин в больших дозах интибllрует как экскрецию, так

и реабсорбuию мочевой кислоты в почках.

ПИРИМИДИНЫ

Биосинтез пиримидинов

Структура ядра пиримидинов проще и путь их

биосинтеза короче, чем у пуринов. В то же время оба пути имеют ряд общих предшественников. ФРПФ, глутамип, СО2 и аспартат необходимы для синтеза

всех пиримидиновых и пуриновых нуклеотидов.

Синтез тимидиновых нуклеотидов, а также всех пу­

риновых нуждается в присутствии производных те­

трагвдрофолата. Можно отметить одно существен­ ное различие в путях биосинтеза пуриновых и пири­ мидиновых нуклеотидов. В первом случае синтез на­ чинается с молекулы рибозофосфата как интеграль­ ной части будущей молекулы предшествеНlШка ну­

клеотида, во втором случае сначала синтезируется

пиримидиновое основание и только на последних

стадиях присоединяется остаток рибозофосфата. Синтез пиримидинового кольца (рис. 35.15) на­

чинается с образования карбамоилфосфата из глута­ мина, АТР и СО2 В реакции, катализируемой в цито­

золе карбамоилфосфатсинтазой (реакция 1). Отме­

тим, что карбамоилфосфатсинтаза, ответственная за

ранние стадии синтеза мочевины, локализована

в митохондриях.

Первый уникальный для биосинтеза пиримиди­ IIОВ 'Этап - образование карбамоиласпартата в реак­

ции кондеllсаuии карбамоилфосфата и аспартата ка­

тализируется аСllартаттрапскарбамоилазой (реакция 2). Затем в реакuии. катализируемой дигидроорота­ зой, выщепляется Н2О и образуется кольuевая струк­ тура (реакция 3).

На следующем этапе происходит дегидрогениро­

ванне под действием дигидрооротатдегидрогепазы

с использованием NAD в качестве кофактора, при

этом образуется оротовая кислота (реакция 4).

В реакции 5 к оротовой кислоте присоединяется

остаток рибозофосфата с образованием ОРОТИ.J.илата

(оротидипмопофосфат, ОМР). Этот проuесс осу­ ществляется оро rат-фосфорибозилтрансферазой­

ферментом, аналогичным гипоксантин-гуанин­ фосфорибозилтрансферазе и аденин-фосфори­ бозилтрансферазе, которые участвуют в фосфорибо­

зилировании п}риновых колеu.

Первый истинный пиримидиновый рибонуклео­

тид-уридилат (уридинмопофосфат, LТMP) обра­

зуется при декарбоксилировании оротидилата (реак­

ция 6). Таким образом, только на предпоследней ста­ дии образования UMP происходит фосфорибозили­

рование гетероцикла.

Дигидрооротатдегидрогеназа - митохондри­

альный фермент. Все остальные ферменты, участву­

ющие в синтезе пиримидинов de novo, локализуют­

ся в цитозоле.

Фосфорилирование пиримидиновых нуклеозид­ монофосфатов до соответствующих ди- и трифосфа­

тов происходит аналогично тому, как это описано

для пуриновых нуклеозидмонофосфатов (реакции

7-12). UTP аминируется дО СТР; в реакции уча­

ствуют глутамин и АТР (реакция 9). Механизм вос­ становления пиримидиннуклеозиддифосфатов до со­

ответствующих 2~-дезоксинуклеозимифосфатов

(реакция 10) также аналогичен тому, который ОПИСdН

ДЛЯ пуриновых нуклеозиддифосфатов (рис. 35.6

и 35.13).

Образование тимидилата (тимидинмонофосфат;

ТМР) (реакция 12) - единственная реакuия на пути биосинтеза пиримидиновых нуклеотидов. требую­

щая участия производного тетрагидрофолата в качс­

стве донора одноyrлеродного фрагмента. 2~­

Дезокси-UMP метилируется тимидилатсинтазой,

использующей N5, N1О-метилентетрагидрофолат

как донор метильной группы. Метиленовая группа

N\ NIO-метилентетрагидрофолата в ходе реакuии

восстанавливается до метильной и присоединяется

к атому С-5 dUMP. Процесс сопровождается окисле­

нием тетрагидрофолатного переносчика до дигидро­

фолата. Можно считать, что в результаге метилиро­ вания dUMP с образованием ТМР происходит пол­

ное восстановление гидроксиметильной группы се­ рина (переносимой на тетрагидрофолат при образо­

вании NS, NIO-метилентетрагидрофолата) до мс-

26

Глава 35

СО2 + Глутамин + АТР

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

каРбамоил-1

CD

 

О

 

 

 

 

 

 

О

 

 

 

 

О

 

фосфат-

 

11

 

 

 

 

 

 

11

 

 

 

 

 

синтаза

 

- О -С·

Аспартаттранс-

 

- о-с

'СН

ИГИДра-

.....

 

+нзь:

 

 

~H2

карбамоилаза

Н N

о

таза

HN

СН

2

+

 

,!,Н

~==:::::;;::=~.~

о

j:

:~H2

®

,_

~ h

tH

О-?'I

 

 

'/ .........

 

®

"\

 

'r\(" 'СОО-

,

cf 'N...... соо-

о-® +НзN

соо-

 

Pj

 

 

Н

 

 

Н2О

 

Н

 

КарбамоилфОСфаТ

АспарагиноВ8Я

 

 

Карбамоил

 

NAD+

ДИГИДРООрОтовая

(КАФ)

 

 

 

кислота

 

аспарагиновая кислота

кислота (ДГОК)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(КАЮ

ИГИДрООрОтат-

f.i\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

деГИДрОгеназа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

NADH+H+

\'V

 

о СО2

;r6

~

 

Декарбоксилаза

1

 

оротидиловой

 

 

UMP R5-®

 

кислоты

(i)

@)

UDP

РиБОНУКЛ80ТИД-

редуктаза

®

UTP

Глутамин

стр­

синтаза

О

 

~®L

о

 

НNЗ 4

HNJ

 

 

 

PPj ФРПФ

 

 

1

СОО

зилтрансфераза

оЛН

соо-

oJ.......N

Opotat-фОсфОРИбо

N

 

R5-®

 

Оротовая кислота

омр

 

 

(ою

 

 

 

 

 

dUDP ДезоксиуридиндИфОСфат

@

dUMP

о

HN~CH

Ol......N)

I dR5-®

ТМР

Рис. 35.15. Путь биосинтеза пиримидиновых нуклеотидов.

Метаболизм nуриновых и nиримидиновых нуклеоmидов

27

тильной С одновременным окислением тетрагидро­

фолата до дигидрофолата. Для того чтобы фолат­ ный переносчик и ·далее мог функционировать, необ­ ходимо восстановить дигидрофолат до тетрагидро­

фолата. Эту реакцию катализирует дигидрофолатре­

ДТР

дОР

Урмдмн-;===~==~/===::::;-.UMP

УРМДlolН-ЦМТМДМНКМН8Э8

дуктаза. Именно поэтому делящиеся клетки, выну­

цмтмдин~==т==:::;;:=~\=====---.СМР

жденные синтезировать тмр с образованием дигид­

 

 

 

рофолата, оказываются особенно чувствительны

 

 

 

к ингибиторам дигидрофолатредуктазы. Один из та­

 

 

 

ких ингибиторов-метотрексат (аметоптерин) ши­

дТР

ДОР

Тмммдмн__~--=----=::;..J

.ТМР

роко используется как противоопухолевый препа­

 

 

 

рат.

 

 

 

Пути регенерации пиримидиновых

 

ТИМИДИНКИН838

I

нуклеотидов

 

 

 

 

ДТР

дОР

 

Клетки млекопитаюlЦИХ не располагают эффек­

Деэоксицмтмдмн____~_~__L=-

. dCMP

тивными средствами использования свободных пи­

римидиновых оснований для синтеза нуклеотидов.

В то же время они обладают способностью утилизи­

ровать пиримидиновые рубонуклеозиды уридин и цитидин, а также 2'-дезоксирибонуклеозиды тими­

дин и дезоксицитидин путем превращения их в соот­

ветствующие

нуклеотиды

(рис. 35.16).

2'-

Дезоксицитидин фосфорилируется дезоксицитидин­

Де:JОКСМЦМТМДМНКИН838

Рис. 35.16. Реакции образования пиримидиновых нуклео­ зидмонофосфатов из соответствующих пиримидиновых

нуклеозидов, катализируемые нуклеозидкиназоЙ.

киназой- ферментом, способным также фосфори­

лировать дезоксигуанозин и дезоксиаденозин.

Фермент оротат-фосфорибозилтрансфераза, необ­ ходимый для синтеза пиримидинов de novo, отве­

чает за фосфорибозилирование оротовой кислоты с образованием аМР, хотя оротовая кислота, строго

говоря, и не является истинным пиримидиновым ос­

нованием. Оротат-фосфорибозилтрансфераза не мо­ жет использовать в качестве субстратов нормальные

пиримидиновые основания, но способна фосфорибо­

зилировать аллопуринол (4-гидроксипиразо­ лопиримидин) до нуклеотидного производного, в котором рибозилфосфат присоединен к атому N-l

пиримидинового кольца этого лекарственного со­

единения. Противоопухолевый препарат 5-

фторурацил также фосфорибозилируется этим фер­

ментом.

Катаболизм пиримидинов

В результате катаболизма пиримидинов, проте­ кающего в основном в печени, образуются хорошо растворимые конечные продукты (рис. 35.17). Имен­

но этим они отличаются от конечных продуктов ка­

таболизма пуринов (мочевая кислота и ее натриевая соль обладают слабой растворимостью). Выделение

СО2, происходящего из уреидного углерода (С-2) пи­

римидинового кольца, представляет собой главный

путь катаболизма урацила, цитозина и тимина. Ос­

новные конечные продукты катаболизма этих осно­ ваний- р-аланин и Р-аминоизобутират.

Тимин выступает в роли предшественника р-

аминоизобутирата у человека и обычных лаборатор­ ных животных. Экскреция Р-аминоизобутирата уве­

личивается при лейкемии и после рентгеновского

облучения, что, без сомнения, отражает ускорение гибели клеток и деструкцию их ДНК. Выделение

аномально больших количеств Р-аминоизобутирата может наблюдаться и у здоровых во всех остальных

отношениях людей. Этот признак наследуется как рецессивный и, следовательно, проявляется только у гомозигот по соответствующему аллелю. Пример­

но у 25% обследованных индивидов (японцев и ки­

тайцев по происхождению) обнаружено повышение

уровня экскреции Р-аминоизобутирата. Сравнитель­

но немного известно о механизме деградации

р-аминоизобутирата в организме человека. Фер­

мент, катализирующий обратимое трансаминирова­

ние этого соединения, обнаружен в riочках свиньи. Р­ Аминоизобутират превращается в метилмалоновый

полуальдегид, затем в пропионат, который в свою очередь преобразуется в сукцинат.

Начальные стадии деградации пиримидиновых

нуклеотидов, включающие этап отщепления угле­

вод-фосфатного фрагмента по N-гликозидной связи,

весьма напоминают обращенные последние стадии пути биосинтеза. Для псевдоуридина, образующе­

гося in situ в результате внутренней перестройки, не

существует механизма гидролиза или фосфоролиза до урацила. Соответственно этот необычный ну­

клеотид у здоровых индивидов экскретируется с мо­

чой неизмененным.

28

 

 

Глава 35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О

 

 

 

 

 

 

HNJCH'

Цитозин

 

 

 

 

O~N

 

 

 

 

 

 

Н

 

Y202~

 

 

 

 

Тимин

 

~NНэ

 

 

 

 

 

 

 

HN~

 

 

 

 

NADPH+H+

 

 

 

 

 

 

NADP+

 

 

O~

 

 

 

 

 

 

 

Н

 

 

 

 

 

 

 

Урациn

 

 

 

 

 

 

 

v- NADPH+H+

 

 

 

 

 

~NADP+

 

 

 

 

 

 

HN~O

 

 

."..,.

I

 

 

 

 

 

 

 

СОО­

 

 

 

 

 

 

HzN

'CH

Дигидротимин

 

 

r

 

z

 

 

 

~N Н

O>;'~N,CH2

 

ГН,О

 

О Н

 

(3-

 

Н

 

 

 

Дигидроурациn

 

Уреидопропионат

 

COO-..,СН

з

 

 

(N -карбамоиn-~аnaнин)

H2N

 

 

 

 

Н2О

..... С'

 

 

 

 

 

-4n

I

 

 

 

~Дnанин

 

 

,C../N....cHz

 

 

НзN +-СНгСНz-СОО-

 

O" .... ~

 

 

 

 

 

 

 

 

~~

 

~Уреидоизобутират

 

 

 

(~карбамоиn­

 

 

 

 

~аминоизобутират)

СНэСОО - Ir-------,I

C02+NH~

НэN +-СНr)Н-СОО­ СНЭ

~IАМИНОИЗОбутират

Рис. 35.17. Катаболизм ПИРИМИДИНО8.

Регуляция биосинтеза пиримидинов

 

мов аллостерической регуляции активности фермен­

 

 

тов.

Путь биосинтеза пиримидиновых

нуклеотидов

Скорость биосинтеза пиримидинов коррелирует

регулируется двумя различными механизмами. Ак­

со скоростью биосинтеза пуринов, что указывает на

тивность первых двух ферментов находится под кон­

координированный контроль синтеза нуклеотидов

тролем аллостерических эффекторов. Кроме того,

обоих типов. ФРПФ-синтетаза-фермент, катали­

три первых и два последних фермента являются объ­

зирующий образование предшественника обоих пу­

ектами координированной репрессин-дерепрессии.

тей биосинтеза,-ингибируется по принципу обрат­

Карбамоилфосфатсинтаза ингибируется UTP, пури­

ной связи как пуриновыми, так и пиримидиновыми

новыми нуклеотидами, но активируется ФРПФ (рис.

нуклеотидами. Карбамоилфосфатсинтаза также

35.18). Аспартапранскарбамовлаза особенно чув­

подвержена ингибированию по принципу обратной

ствительна к ингибирующему влиянию СТР. Алло­

связи нуклеотидами обоих типов, а ФРПФ активи­

стерические свойства аспартаткарбамоилазы ми­

рует этот фермент. Таким образом, на нескольких

кроорганизмов явились предметом

интенсивных

этапах биосинтеза пуриновых и пиримидиновых ну­

и ставших уже классическими исследований механиз-

клеотидов осуuцествляется перекрестная peгy~.

Метаболизм nypuнoвыx U nllрu\шдUll0вых Н)'Iиеотидов

29

Пуриновые

 

 

нуклеОТИДЫ- - - .......

'\

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

\

 

 

 

 

 

фРПф-- ......

 

 

 

 

 

~---.!

':

 

 

 

 

,

АТР + Рибозо-:

 

 

 

 

I

 

 

 

Q

 

 

 

 

 

5-фосфат

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

\:::.J

 

 

 

Аспартат

 

 

+~;~;~__i__t~~__~_~~~

 

 

 

/

/'

 

G

 

КАК

 

 

!

 

 

 

 

 

~

 

 

 

 

 

 

 

 

дroк

 

 

I

 

 

 

 

 

 

,

 

 

I

 

 

 

 

 

 

ак

 

 

~

 

 

 

 

 

 

ФРПФ ----;-

 

 

\

 

 

 

 

I

 

амр

 

 

\

\

 

 

 

~

 

I

 

 

 

,

 

 

\

,

UMP

 

 

 

 

 

 

 

.6'

 

 

 

 

"

 

 

"

UDP

 

 

 

 

.... ---сТР

 

....UTP

.--

\

\

\

 

 

 

 

 

J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\

 

 

 

 

 

UDP

 

 

 

'тОР

 

 

 

/

 

~тмр..- dUDP

Рис. 35.18. Регуляция пути биосинтеза пиримидиновых

нуклеотидов. Сплошные линии указывают путь химиче­ ских превращениЙ. Пунктирные линии обозначают поло­

жи rельную (Ее)'1 отрицательную (е) регуляцию по принципу

обратной связи. Сокращения расшифрованы на рис. 35.15.

КЛИНИЧЕСКИЕ НАРУШЕНИЯ

МЕТАБОЛИЗМА ПУРИНОВ (ТАБЛ. 35.1)

Гиперурикемия и подагра

мость урата натрия в сыворотке (гиперурикемия).

образуются кристаллы. Содержание урата натрия в сыворотке крови при 370 С составляет 2-6 мг%.

Кристаллы могут о глагаться в \.1ягких тканях, осо­

бенно в суставах или вокруг них. Эти отложения ура­

тов называются «узлами». Накопление кристаллов урата натрия в тканях, их фагоuитоз полиморфно­

ядерными лейкоuитами в суставной шели могут вы­ зывать резкую воспалительную реакuию - острый подагрический артрит. Хронический подагрический

артрит приводит к деформаuии· сустава.

В водных растворах мочевая кислота (протони­ рованная форма урата) в семнадиать раз менее ра­ створима, чем ее натриевая соль. Моча при рН 5 ста­

новится насышенной уратами при концентрации

15 мг%. Поскольку рН мочи здоровых людей в норме ниже рК мочевой кислоты (5,75), )'раты

вмоче представлены в основном мочевой кислотой.

Если рН мочи достигает 7, то в ней может раство­

риться 150-200 мг уратов на 100 мл.

Мочевая кислота становится основной формой уратов при рН мочи ниже рН 5,75. Такое значение рН характерно для дистальных канальцев и собира­ тельных трубочек почек. Если кристаллы этого ко­ нечного продукта катаболизма пуринов образуются

всистеме выведения мочи, то в зоне, проксималыюй

от области закисления мочи, это будут кристалды урата натрия; в самой же области закисления окажу­ тся кристаллы мочевой кислоты. Поэтому бо_,ьшин­ ство камней, образующихся в мочевыводяших пу­ тях, состоят из мочевой кислоты. Интенсивность

образования камней мочевой кислоты можно в зна­

чительной мере уменьшить, смещая рН мочи в щелочном направлении (при этом будет доминиро­ вать более растворимая форма-урат натрия).

Игольчатые кристаллы урата натрия характери­ зуются отрицательным двойным лучепреломлением

(они оптически анизотропны) и потому могут быть

идентифицированы с помощью поляризационного микроскопа. Если в синовиальной или суставной

Доминирующая форма, в которой мочевая ки­ слота находится в организме, зависит от рН соответ­ ствующей физиологической жидкости (кровь, моча, спинномозговая жидкость). Величина рК для прото­ на N-9 составляет 5,75, а для протона N-I-IO,3. Это означает, что в физиологических условиях, т. е. при нормальном рН физиологических жидкостей,

можно обнаружить как саму мочевую кислоту, так

и ее мононатриевую соль (урат натрия). В жидкостях

срН ниже 5,75 основной молекулярной формой является мочевая кислота. При рН 5,75 кислота и ее

соль присутствуют в эквимолярных количествах.

При рН выше 5,75 доминируюшая форма­

натриевая соль мочевой кислоты.

О величине растворимого уратного пула можно

судить по содержанию урата натрия в сыворотке

жидкости обнаруживаются полиморфноядерные

лейкоциты, содержащие кристаллы, окрашенные в желтый цвет при ориентаuии их длинной оси па­

раллельно направлению поляризованного света и

в голубой-при перпендикулярной ориентаuии, то это кристаллы урата натрия. Диагноз- подагра.

Однако следует отметить, что в синовиальной жид­

кости присутствуют также кристаллы пирофосфата

кальция, которые характеризуются положительным

д.воЙным лучепреломлением; они могут вызывать синдром, получивший название «псевдоподагры».

Нарушения пуринового обмена включают ги­

перурикемию, mпоурикемию и болезни иммунодефи­ uита. Больных гиперурикемией можно разделить на две группы (табл. 35.2). Представители первой груп­

пы характеризуются нормальным количеством

крови. Когда этот показатель превышает раствори- экскретируемых уратов; ко второй группе следует

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]