3. Метаболизм (синтез и распад) пуринов и пиримидинов. Реакции, ферменты, регуляция.

Синтез пиримидинов см. стр. 474(Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф.),стр. 331 Кухта В.К.

Синтез пуринов см. стр. 473(Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф.),стр. 328 Кухта В.К.

Распад пиримидинов см. стр. 502(Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф.)

Распад пуринов см. стр. 501(Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф.)

Конечный продукт катаболизмапурина у человека - мочевая кислота, которая образуется преимущественно в печени, выделяется почками.

Катаболизм пиримидиновых нуклеотидов

В отличие от пуринов, кольцевая структура пиримидинов разрушается с образованием обычных конечных продуктов катаболизма - -аминокислот, аммиака и двуокиси углерода.

De novo синтез пуриновых нуклеотидов

Пуриновые основания 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 моль CO₂ (атом 6), один моль аспартата (атом 1) и два моля формиата (атомы 2,8). Формильный фрагмент переносится при участии тетрагидрофолиевой кислоты (ТГФ) в форме N⁵, N¹⁰-метенил-ТГФ и N¹⁰-формил-ТГФ

Регуляция. 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 N 9 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 пары AMФ + ГМФ или AMФ + ИМФ. Этим обеспечивается тонкий постоянный контроль активности этого фермента.

4. Биосинтез амф и гмф. Реакции, ферменты, регуляция.

См. стр. 473 (Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф.),стр. 328 Кухта В.К.

5. Структура и функции НК. Особенности строения и роль различных видов ДНК (ядерная, митохондриальная, рибосомальная, сателлитная и др.). Особенности структуры ДНК вирусов и фагов. Нуклеиновые кислоты - это полинуклеотиды

Особенности нуклеиновых кислот

Признак	ДНК	РНК
Месторасположение в клетке	Ядро, небольшое количество в цитозоле	Цитоплазма, небольшое количество в ядре
Сахар	дезоксирибоза	рибоза
Главные основания	аденин, гуанин, цитозин, тимин	аденин, гуанин, цитозин, урацил
Молекулярная масса	>109	20000-109
Функция	Хранение и передача генетической информации	Синтез белков
Форма вторичной структуры молекулы	Двойная спираль	Одноцепочечная молекула

Нуклеиновые кислоты представляют собой полинуклеотиды. Нуклеотиды построены из трех компонентов: пиримидинового или пуринового основания, пентозы и фосфорной кислоты. Нуклеотиды связаны между собой в цепь фосфодиэфирной связью. Она образуется за счет этерификации ОН - группы С-З’ пентозы одного нуклеотида и ОН - группы фосфатного остатка другого нуклеотида. В результате один из концов полинуклеотидной цепи заканчивается свободным фосфатом (Р-конец или 5’-конец). На другом конце цепи имеется неэтерифицированная ОН - группа у С-З’ пентозы (З’ - конец).

Первичная структура

Вторичная структура

Молекула ДНК представляет собой правозакрученную спираль, состоящую из двух полинуклеотидных цепей с антипараллельным ходом. Это означает, что 3’-концу одной цепи соответствует 5’-конец другой цепи и наоборот.

Остатки оснований направлены внутрь спирали. На один виток спирали приходится 10 пар оснований. Цепи ДНК не идентичны, так как нуклеотидный состав их различен, однако первичная структура одной цепи предопределяет нуклеотидную последовательность другой цепи, то есть они комплементарны друг другу. Это связано с существованием комплементарных пар оснований.

Функции нуклеиновых кислот заключаются

• в хранении,

• реализации

• и передаче генетической информации.

Ядерная ДНК

В препарате хроматина на долю ДНК приходится обычно 30-40%. Эта ДНК представляет собой двухцепочечную спиральную молекулу.

ДНК эукариотических хромосом представляет собой линейные молекулы, состоящие из тандемно (друг за другом) расположенных репликонов разного размера. Средний размер репликона около 30 мкм. Тем самым в составе генома человека должно встречаться более 50 000 репликонов, участков ДНК, которые синтезируются как независимые единицы. Эти репликоны имеют начальную и терминальную точки синтеза ДНК.

ДНК эукариотических клеток гетерогенна по составу, содержит несколько классов последовательностей нуклеотидов:

• часто повторяющиеся последовательности (>10⁶ раз), входящие во фракцию сателитной ДНК и не транскрибирующиеся;

• фракция умеренно повторяющихся последовательностей (10² -10⁵), представляющих блоки истинных генов, а также короткие последовательности, разбросанные по всему геному;

• фракция уникальных последовательностей, несущая информацию для большинства белков клетки.

Митохондриальная ДНК (мтДНК)  — ДНК, локализованная (в отличие от ядерной ДНК) в митохондриях. У большинства многоклеточных организмов митохондриальный геном наследуется по материнской линии и состоит из кольцевой ДНК размером 16600 нуклеотидов. Геном митохондрий человека кодирует следующие белки и РНК:

NADH-дегидрогеназа (комплекс I)

Кофермент Q - цитохром c редуктаза/Цитохром b (комплекс III)

цитохром c оксидаза (комплекс IV)

АТФ-синтетаза

рРНК

тРНК

Многие митохондриальные белки кодируются генами ядерного генома, синтезируются в цитоплазме и затем транспортируются в митохондрии.

Рибосомальная ДНК

Фракция умеренно повторяющихся (от 10² до 10⁵ раз) последовательностей принадлежит к большому классу участков ДНК, играющих важную роль в обменных процессах. В эту фракцию входят гены рибосомных ДНК, многократно повторенные участки для синтеза всех тРНК.

Сателитная ДНК

На долю повторяющихся последовательностей приходится более половины генома человека. Эти последовательности ДНК чаще всего состоят из участков длиной 5-500 пар, расположенных один за другим (тандемно), обычно не транскрибируются и часто располагаются в центромерах хромосом. Такие последовательности обозначаются как спутниковая или сателитная ДНК. Сателлитная ДНК, или фракция ДНК с часто повторяющимися последовательностями, может участвовать в узнавании гомологичных районов хромосом при мейозе. По другим предположениям, эти участки играют роль разделителей (спейсеров) между различными функциональными единицами хромосомной ДНК.

ДНК вирусов и фагов

Геном вирусов содержит ДНК либо РНК. ДНК вирусов может быть двуцепочечная (двунитевая) или одноцепочечная (однонитевая), с последующим увеличением до двуцепочечной в клетках хозяина. ДНК имеет линейную форму или кольцевую.

Спустя 25 лет после открытия вируса, канадский ученый Феликс Д'Эрел открыл новую группу вирусов, поражающих бактерии. Они так и были названы бактериофагами (или просто фагами).

Жизненный цикл бактериофагов.

1. Фаг приближается к бактерии, и хвостовые нити связываются с рецепторными участками на поверхности бактериальной клетки.

2. Хвостовые нити изгибаются и "заякоривают" шипы и базальную пластинку на поверхность клетки; хвостовой чехол сокращается, зачтавляя полый стержень входить в клетку; этому способствует фермент - лизоцим, который находится в базальной пластинке; таким образом ДНК вводится внутрь клетки.

3. ДНК фага кодирует синтез ферментов фага, используя для этого белоксинтезирующий аппарат (рибосомы и т.п.) хозяина.

4. Фаг тем или иным способом инактивирует ДНК хозяина, а фермент фага совсем расщепляет ее; ДНК фага починяет себе клеточный аппарат

5. ДНК фага реплицируется и кодирует синтез новых белков.

6. Новые частицы фага, образующиеся в результате спонтанной самосборки белковой оболочки вокруг фаговой ДНК; под контролем ДНК фагов синтезируется лизоцим.

7. Лизис клетки, т.е. клетка лопается под воздействием лизоцима; высвобождается около 200-1000 новых фагов; фаги индуцируют другие клетки.

Жизненный цикл фага составляет 30 минут.