Синтез пуриновых нуклеотидов
На рисунке. показано, какие соединения участвуют в синтезе пуриновых нуклеотидов, родоначальником которых является инозин-монофосфат (ИМФ): источниками атомов азота служат аспарагин, две молекулы глутамина, а глицин используется полностью. С помощью тетрагидрофолиевой кислоты, которая способна принимать от одних соединений С1-фрагменты и передавать их другим, появляются в кольцах два атома углерода; также гидрокарбонат включается в образование пуринового кольца.
Сам процесс синтеза многостадийный, в нем участвует 10 ферментов, используются четыре молекулы АТФ. Синтез начинается с того, что ФРПФ под влиянием амидинферазы взаимодействует с глутамином, при этом происходит еще и конверсия (α-пентоза преобразуется в β-форму, получившейся 5–фосфорибозиламин реагирует с глицином и продолжается до тех пор, пока не возникает ИМФ, из которого путем переаминирования не образуются АМФ и ГМФ.
Подобный путь синтеза получил название – de novo (заново). Но клетки некоторых тканей (эмбриональных, регенирирующих, опухолевых) способны использовать азотистые основания или гликозиды, высвободившиеся при распаде полинуклеотидов, для включения их в новые нуклеиновые структуры (путь спасения). Ключевыми ферментами этого процесса являются гипоксантингуанин - фосфорибозилтрансфераза (ГГФРТ), аденинфосфорибозилтрансфераза.
Образование пиримидиновых колец
Как отмечено выше, для пиримидинов характерны их гены в свободном виде, точнее синтезируется оротовая кислота, которая позднее взаимодействует с ФРПФ. В этом процессе участвуют атомы аспартата, глутамина и гидрокарбонат. Первая реакция протекает также, как начало синтеза мочевины с образованием карбамоилфосфата (рис.) с затратой энергии двух молекул АТФ. На второй стадии при участии аспартаткарбамоилтрансферазы получается карбамоиласпартат, затем происходит замыкание кольца с высвобождением молекулы воды (т.е. реакция, обратная гидролизу, при действии того же фермента дигидропиримидиназы). Ее продукт - дигидрооротовая кислота (дигидрооротат) подвергается дегидрированию, что обеспечивает возникновение сопряженной системы в цикле. Интересная деталь: восстановленный НАД+ при благоприятных условиях может запустить ЭТЦ, и окислительное фосфорилирование, что закончится образованием 3 АТФ (итог - самообеспечение энергией синтеза пиримидинов). Возникший оротат взаимодействует с ФРПФ, что фактически завершает процесс генеза, остается лишь произвести декарбоксилирование оротидинмонофосфата (ОМФ), приводящее к получению уридинмонофосфата (УМФ), а после переаминирования части его молекул - к ЦМФ.
Подготовка мононуклеотидов к полимеризации
Образовавшиеся нуклеозидмонофосфаты, как отмечено выше, для выполнения своих функций с помощью соответствующих киназ подвергаются постадийному фосфорилированию:
Получившиеся продукты являются макроэргами и могут использоваться в самых разных реакциях: УТФ в синтезе полисахаридов, ЦТФ в генезе фосфолипидов, ГТФ при транслокации иРНК на рибосоме и т.д. В таком же виде эти мононуклеотиды необходимы при транскрипции. В репликации (образовании ДНК) требуются их дезоксипроизводные; для этих целей используется следующая схема:
Участвующие в ней нуклеозиддифосфаты фосфорилируются, затем в дАТФ, дГТФ, дЦТФ; а от дУДФ, наоборот, отнимается фосфат. В дальнейшем с ним идут следующие преобразования:
Замечено, что нуклеозид тимидин может легко фосфорилироваться до ТМФ под действием тимидинкиназы, т.е. возможен ресинтез (а не de novo) этого соединения.
Патология обмена мононуклеотидов
Гиппократ более 2500 лет назад описал болезнь подагру, которую считал патологией полководцев, аристократов, монахов, а в наше время ее называют болезнью королей и королем болезней. Ею страдали Колумб, Ньютон, Дарвин, Стендаль, Томас Мор, Рубенс, Бетховен, Рембрант, Тургенев и другие. В основе этого заболевания лежит развитие хронической гиперурикемии - повышенное содержание уратов в плазме крови. Причины этого симптома имеют многочисленный характер (схема), поэтому различают:
а) первичную подагру - наследственное заболевание, известное под названием ювенильная гиперурикемия, или синдром Lesch – Nyhan (учебное пособие «Питохимия наследственных болезней», с.71) у таких младенцев блокирована гипоксантингуанинфосфорибозилтрансфераза, отвечающая за использование пуринов освободившихся при распаде тканевых полинуклеотидов. Нарушение включения этих соединений в новые мононуклеотиды заставляет их преобразовываться в мочевую кислоту.
б) Вторичную подагру провоцируют погрешности в питании (избыток мяса, печени, почек, креветок, моллюсков, икры и молоки рыб и т.д.), усиленный распад тканей (при далеко зашедших злокачественных новообразованиях, лейкозах, их лечении цитостатиками, радиотерапией, или тяжелых инфекциях, ожоговой болезни), нарушение экскреторной функции почек и т.д. В местностях с избытком Мо2+ в пищевых продуктах возможно развитие молибденовой подагры (схема 3.5.1., д) вследствие активации ксантин ДГ.
Возникающая при вышеописанных обстоятельствах гиперурикемия грозит следующими последствиями. Растворимость уратов в плазме крови ограничена, увеличение их концентрации свыше 0,5 ммоль/л способствует осаждению, кристаллизации. Наиболее благоприятным для этого местами будут участки, где замедлена скорость кровотока (суставы стоп)); кроме того, мочевая кислота, имея в составе гидроксильные группы, легко образует водородные связи с соединениями, также включающими подобные полярные группы, в том числе с гетерополисахаридами соединительно-тканных образований суставов, задерживаясь в них. Кристаллы уратов раздражают нервные рецепторы, вызывают боль, красноту, отек и другие симптомы воспаления. Покраснение является следствием расширения сосудов, что уменьшает кровоток, способствует гипоксии, накоплению недоокисленных продуктов (в первую очередь - лактата). Возникающее подкисление среды нарушает и так слабую растворимость уратов, создавая порочный круг.
Эти соли откладываются не только в мелких суставах, но и в коже (ушей), локтевых, коленных сумках, сухожилиях, образуя специфические узелки (tophi urici), что провоцирует приступы боли; избыточная секреция их почками способствует развитию нефропатии вплоть до мочекаменной болезни.
Противопололжный симптом - гипоурикемии - встречается очень редко, обычно провоцируется снижением активности ксантинДГ или повреждением печени; протекает бессимптомно, интеллект не нарушается.
Кроме сцепленной с Х – хромосомой ювенильной гиперурикемии, описаны еще следующие наследственные заболевания пуринового обмена: недостаточность аденозиндезаминазы, ксантинурия (учебное пособие «Патохимия наследственных болезней», С. 71).
Что касается обмена пиримидинов, то в настоящее время описана лишь оротацидурия (учебное пособие «Патохимия наследственных болезней», с.73).