
- •Метаболизм пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов Гидролиз полинуклеотидов
- •Катаболизм пуриновых нуклеотидов
- •От нуклеотидов к основаниям.
- •От оснований к мочевой кислоте
- •Катаболизм пиримидиновых нуклеотидов
- •Продукты распада нуклеотидов могут повторно использоваться (реутилизацироваться)
- •De novo синтез пуриновых и пиримидиновых рибонуклеотидов
- •De Novo синтез пуриновых нуклеотидов.
- •Регуляция синтеза пуриновых нуклеотидов de novo
- •Cинтез пиримидиновых нуклеотидов de novo
- •Рибонуклеотидредуктаза и биосинтез дезоксирибонуклеотидов
- •Биосинтез тимидиловых дезоксирибонуклеотидов
- •Обмен дезоксиуридиловых нуклеотидов
- •Наиболее частые проявления нарушений обмена пуринов - гиперурикемия и подагра
- •Нарушение обмена пиримидиновых нуклеотидов также приводит к болезням.
- •Введение в строение генома человека
- •От предположений до проекта «Геном человека»
- •Уже многое известно о строении генома человека
- •Уникальность человека не связана прямо с числом уникальных последовательностей.
- •Число повторяющихся элементов в геноме человека беспрецедентно для любого другого известного генома
- •Умеренно повторяющиеся последовательности способны перемещаться по геному
- •Мобильные элементы оказывают существенное влияние на функции генома
- •Среди повторяющихся последовательностей обнаружены семейства генов
- •Однонуклеотидный полиморфизм- основа индивидуальности человека.
- •Биосинтез днк – один из важнейших процессов передачи генетической информации последующим поколениям и ее хранения.
- •Для перемещения днк-полимеразы молекулу матрицы следует «раскрутить»
- •Ретровирусы внесли изменения в центральную догму молекулярной билогии.
- •Биосинтез днк у эукариот связан с циклом деления клетки.
- •Выход из состояния пролиферативного покоя требует специальных регуляторов.
- •У эукариот свой набор днк полимераз
- •Теломеры – «молекулярные часы клетки»
- •Генетический материал может изменяться и перестраиваться
- •Точечные мутации – результат влияния внешней среды на геном.
- •Некоторые перестройки генетического материала могут быть восстановлены.
- •Димеры пиримидинов в днк удаляются двумя механизмами.
- •Транскрипция – первый шаг на пути экспрессии генетической информации в клетке.
- •Механизм синтеза рнк во многом напоминает синтез днк
- •Транскриптон (оперон) - единица транскрипции.
- •Промоторы имеют сходное строение
- •У эукариот – 3 рнк- полимеразы
- •В транскрипции у прокариот важная роль принадлежит -фактору
- •У эукариот молекула рнк модифицируется после транскрипции.
- •Кэпирование и полиаденилирование иРнКопределяют дальнейшие особенности функций иРнк
- •Сплайсинг – способ создания многообразия белков
- •Процессинг продуктов рнк-полимераз I и III не похож на процессинг иРнк
De novo синтез пуриновых и пиримидиновых рибонуклеотидов
Несмотря
на возможность повторного использования
продуктов распада нуклеиновых кислот
для синтеза нуклеотидов, значительная
доля потребности клеток в нуклеотидах
удовлетворяется синтезом нуклеотидовdenovo. Этот
процесс использует достаточно легко
доступные компоненты.
ФРПФ.Необходимой предпосылкой для биосинтеза нуклеотидов является синтез активной формы рибоза-5-фосфата. Рибоза 5-фосфат вступает в реакцию сATФ, формируя 5-фосфо - - D-рибозил-1-пирофосфат (ФРПФ).
Реакция
катализируется синтетазой ФРПФ. Фермент
обнаружен практически во всех тканях,
потому, что ФРПФ служит субстратом для
процессов реутилизации нуклео
Рис 8.12. Основные субстраты, используемые в синтезе пуриновых нуклеотидов.
тидов, синтеза пиримидиновых нуклеотидов, и коферментов НАД+ и НАДФ+ (фермент фосфорибозил трансфераза), синтеза пуриновых нуклеотидов (ФРПФ амидотрансфераза) denovo.
ФРПФ синтетаза тщательно регулируется рядом соединений (нуклеозидди- и трифосфаты, 2,3-ДФГ), преимущественно обеспечивая соответствие синтеза ФРПФ потребности в продуктах, в которых это соединение используется.
De Novo синтез пуриновых нуклеотидов.
Основные субстраты, использующиеся в синтезе пуриновых нуклеотидов показаны на рис 8.12. Нуклеотиды «собираются» на рибозе при участии нескольких амидотрансферазных и трансформилирующих реакции. Весь процесс можно разделить на 2 этапа:
а) образование ИМФ - исходного предшественника для синтеза главных пуриновых нуклеотидов
б) преобразование ИМФ в АМФ и ГМФ.
Для синтеза ИМФ необходимо пять молей ATФ, два моля глутамина (атомы 3,9), один моль глицина (атомы 4,5,7) , один мольCO2(атом 6), один моль аспартата(атом 1) и два моля формиата (атомы 2,8). Формильный фрагмент переносится при участии тетрагидрофолиевой кислоты (ТГФ) в формеN5,N10-метенил-ТГФ иN10-формил-ТГФ (см рис 9-14).
Ключевая
реакция.Биосинтез пуриновых
нуклеотидов происходит активно в
цитозоле печени, где присутствуют все
необходимые ферменты в форме
макромолекулярного агрегата. Первый
шаг - замена пирофосфата ФРПФ амидной
группой глутамина катализируется
фосфорибозипирофосфат амидотрансферазой.
Продукт этой реакции - 5-фосфорибозиламин (ФРА). Аминогруппа глутамина, перенесенная на С1 рибоза-1-фосфата становится атомом N9 будущего кольца пурина. Это - ключевая и ограничивающая скорость реакция пути синтеза пуриновых нуклеотидов.
Фермент находится под жестким аллостерическим контролем путем торможения по типу обратной связи. И AMФ, и ГМФ, и ИМФ порознь ингибируют активность амидотрансферазы, так же как и парыAMФ + ГМФ илиAMФ + ИМФ. Этим обеспечивается тонкий постоянный контроль активности этого фермента. Нуклеотиды ингибируют фермент, способствуя агрегации небольших активных молекул в неактивные агрегаты молекул.
Концентрация
ФРПФ также играет существенную роль
в регуляции скорости ключевой реакции.
Нормальные внутриклеточные концентрации
ФРПФ (которые могут и колебаться) - ниже
Км фермента для ФРПФ, что создает
возможности для увеличения скорости
реакции, путем увеличения концентрации
субстрата. Фермент мало чувствителен
к изменениям концентрации глутамина,
(кинетика гиперболическая, а концентрация
глутамина соответсвует Км). Очень
высокая концентрация ФРПФ может снимать
обычный ингибирующий эффект, вызываемый
нуклеотидами, заставляя неактивные
агрегаты фермента диссоциировать с
образованием активных молекул. Скорость
синтеза Рис 8.13. Реакции образования
ИМФ- первого пуринового нуклеотида
ФРПФ зависит от наличия субстратов синтеза (рибоза-5-фосфата) и каталитической активности ФРПФ-синтазы, активность которой в свою очередь зависит от концентрации мононуклеотидов , выступающих в роли аллостерических регуляторов.
Cинтез
пуриновdenovo- сложный, многоступенчатый, потребляющий
большое количество энергии и тщательно
регулируемый путь После образования
5-фосфорибозиламина, остальная часть
молекулы формируется серией реакций в
форме присоединения химических групп,
образуя сначала пяти - а затем шестичленное
кольца пурина. (рис. 9-16). Целая молекула
глицина (реакция 1), за счетATФ
присоединяется к аминогруппе ФРА,
образуя глицинамид рибозидфосфат (ГАР).
Эту реакцию катализирует
глицинамид-киносинтетаза.. Углеродные
атомы глицина становятся атомами С4 и
С5, а Рис 8-14. Реакции образования АМФ и
ГМФ из ИМФ
атом азота - N7 кольца пурина. Этот атом азота формилируется при участии глицинамид-рибозилфосфат –формилтрансферазы.(реакция 2). Донором формильной группы являетсяN5,N10метенилтетрагидрофолат. Атом углерода этой группы займет положение С8 в
кольце пурина. Вторая молекула глутамина участвует в реакции 3. Амидирование происходит по атому С4 формилглицинамид - рибозилфосфата и катализируется формилглицинамид рибозилфосфатсинтетазой. Присоединяемый атом азота займет положение N3. Замыкание пятичленного (имидазольного) кольца происходит в реакции 4 под влиянием аминоимидазолилрибозилфосфатсинтетазы. Аминоимидазолрибозилфосфат карбоксилируется (реакция 5) с образованием аминоимидазолкарбоксилат-рибозилфосфата.
-Аминогруппа аспарагиновой кислоты в следующей реакции (реакция 6) становится донором азота кольца в положении N1.Сукцинильный фрагмент аспарагиновой кислоты удаляется в форме фумаровой кислоты. В результате возникает аминоимидазолкарбоксиламид – рибозилфосфат, который формилируется (реакция 7)N10-формилтетрагидрофолатом под влиянием формилтрансферазы. Вновь присоединенный атом углерода займет в молекуле пурина положение 2. ИМФ-циклогидролаза (реакция 8) завершает формирование пуринового нуклеотида, катализируя замыкание 6-членного кольца пурина. В результате образуется первый пуриновый нуклеотид – инозиновая кислота, (инозинмонофосфат ИМФ). На образование ИМФ расходуется 4 моля АТФ.
ОбразованиеAMФ и ГМФ (рис.9-19).
ИМФ может затем превратится или вAMФ или в ГМФ. Образование
ГМФ протекает в 2 стадии. Вначале ИМФ
окисляется Рис.8.15.Основные принципы
регуляции синтеза пуриновых нуклеотидов.
при участии НАД зависимой ИМФ дегидрогеназы с образованием ксантинмонофосфата (КсMP). Последний во второй стадии аминируется при участии амидогруппы глутамина, используя молекулу АТФ. При этом АТФ гидролизуется до АМФ и ФФн . Атом кислорода в позиции 2 замещается амидной группой глутамина.
Образование АМФ также протекает в 2 стадии. ИМФ вначале аминируется с участием аспарагиновой кислоты. Механизм аминирования подобен реакции биосинтеза пуринового нуклеотида, в которой альфа аминогруппа аспарагиновой кислоты формирует атом N1 пуринового кольца. Аминирование ИМФ сопровождается образованием промежуточного соединения аденилосукцината. На втором этапе аденилосукцинат теряет атомы углерода аспарагиновой кислоты в составе фумарата, аминогруппа аспарагиновой кислоты становится 6-аминогруппой кольца аденина.