
Биохимия Р.Марри
.pdf
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 B12• Восстановление 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 |
|
(о |
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 |
|
|
\е |
|
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- |
/с..... |
|
|||||||
+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 'н |
|
|
|
|
~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