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

2 курс / Биохимия / Биохимия в рисунках и схемах

.pdf
Скачиваний:
326
Добавлен:
08.08.2019
Размер:
13.2 Mб
Скачать

Біосинтез пуринових нуклеотидів

Шлях біосинтезу азотових основ нуклеотидів

вельми складний , але цей процес

життєво

необхідний майже

 

для

 

всіх

клітин.

 

 

 

 

 

 

СО2

 

 

гліцин

аспартат

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

6

5

 

7

8

ТГФК

 

 

2

3

4

 

9

 

 

 

 

 

 

ТГФК

глутамін

Походження атомів азоту і вуглецю в пуриновому кільці

Єдиним крупним попередником є гліцин, з якого походять С-4, С-5 іN-7, інші атоми кільця поставляються окремо : N-1 – від амінокислоти аспартат, N-3 і N-9 від амідного азоту глутаміну, а атоми вуглецю

С6– від СО2, С-2 і С-8 – від активних форм фолієвої кислоти

N10-форміл-ТГФК і N5-метеніл-ТГФК

Синтез пуринових нуклеотидів починається рибозо -5-фосфата, який утворюється з глюкози в результаті пентозофосфатного шляху . Саме на цьому метаболіті , як на фундаменті , потім, крок за кроком формується пуринове кільце.

 

Р

Р

 

АТФ

 

 

глюкоза

Н

Р Р

(ФРПФ -синтетаза )

 

 

 

рибозо -5-фосфат

фосфорибозил -

 

 

пірофосфат (ФРПФ)

Рібозо -5-фосфат активується в 1- положенні з утворенням ФРПФ, який далі перетворюється у

фосфорибозиламін, в якому атом азоту в NH2группі буде N-9 атомом пуринового кільця , що синтезується (в ході 9 подальших реакцій).

Р Р

глн

ФРПФ -амідо- трансфераза

глу

5АТФ

Р

 

 

9 реакцій

фосфорибозил -

 

 

інозинмонофосфат (ІМФ)

 

 

амін

 

121

 

 

 

 

 

 

 

 

В результаті послідовної збірки пуринового кільця на фундаменті фосфорибози утворюється перший пуриновий нуклеотид –ІМФ – інозинмонофосфат , який не входить до складу нуклеїнових кислот , а є попередником АМФ і ГМФ. ІМФ не нагромаджується в клітці, а швидко перетворюється в нуклеотиди :

АМФ – аденозинмонофосфат з участю аспартата і енергії ГТФ ГМФ – гуанозинмонофосфат з участю глутаміна і енергії АТФ.

аспартат

НАД+

ГТФ

 

Н2О

 

Р

 

рибоза

НАДН+

ІМФ

 

Р

Основне місце

рибоза

біосинтезу пуринових

 

ксантозилмонофосфат

нуклеотидів – це

 

печінка.

глн

Вона забезпечує

пуринами тканини , які

АТФ

не здатні до їх синтезу :

 

еритроцити

глу

поліморфно -ядерні

лейкоцити і, частково ,

 

 

мозок

Р

рибоза

Р

рибоза

аденілосукцинат

фумарат

Р

рибоза

ГМФ

АМФ

 

Далі відбувається фосфорилювання нуклеотидів з утворенням субстратів , з яких надалі

може синтезуватись РНК:

 

АМФ кіназа

122

ГМФ

кіназа

 

АДФ кіназа

ГДФ кіназа

АТФ

на синтез РНК

ГТФ

Рибозо -5-фосфат

 

ФРПФ

Фосфорибозиламін

 

ІМФ

АМФ

ГМФ

АДФ

ГДФ

АТФ

ГТФ

Регуляція синтезу пуринових нуклеотидів

Здійснюється за принципом зворотного зв'язку («ретроконтроль »). Причому ,АМФ і ГМФ гальмують як свій власний синтез з ІМФ, так і інгібірують загальний етап перетворення ФРПФ у фосфорибозиламін .АДФ і ГДФ негативно впливають на утворення загального попередника – ФРПФ . В той же час,АТФ позитивно впливає на синтез ГМФ, аГТФ

на синтез АМФ.

Ця регуляція здійснюється через ключові ферменти синтезу пуринів за основним шляхом :ФРПФ -синтетазу (пірофосфокиназа ) і ФРПФ -амідотрансферазу

при одночасному підвищенні концентрації АМФ і ГМФ. Для збалансованого вмісту аденілових і гуанілових нуклеотидів використовуються регуляторні ферменти :

аденілосукцинатсинтетаза і ІМФ-дегідрогеназа.

Реутилізація пуринових основ - запасний шлях синтезу - «шлях спасіння »

ФРПФ

Р Р

 

аденін

АМФ

аденін -

 

фосфорибозилтрансфераза

Р

Р

ФРПФ

ГМФ

гуанін

гуанін (гіпоксантин )

фосфорибозилтрансфераза

ФРПФ

Р Р

 

гіпоксантин

ІМФ

гуанін (гіпоксантин )

фосфорибозилтрансфераза

Нуклеотиди відносяться до найбільш складних метаболітів , у зв'язку з чим їх біосинтез вимагає багато часу і високих витрат енергії . Тому в процесі обміну речовин нуклеотиди не на всі 100% руйнуються до кінцевих продуктів і виводяться з організму . В більшій мірі це відноситься до пуринових основ. Близько

90% аденіну і гуаніну в еритроцитах ,

лейкоцитах і клітинах головного мозку знову перетворюються в нуклеозидмонофосфати (тобто нуклеотиди ), в одну стадію приєднуючи рибозу і фосфат

від фосфорибозилпірофосфата

(ФРПФ )

Таким чином , пуринові основи

можуть

бути повторно використаними

в синтезі

нуклеїнових кислот (реутилізовані ), що дає

від 10 до 20%

загальної кількості

нуклеотидів.

123

Розпад пуринових нуклеотидів

ДНК і РНК, після виконання своїх функцій (біосинтезу білка), розпадаються в тканинах до мононуклеотидів за допомогою тканинних ферментівДНК-ази і РНКази. Мононуклеотиди , що утворилися гідролітично втрачають фосфатний залишок під дією нуклеотидаз з утворенням нуклеозидів.

Далі ці нуклеозиди ( аденозин і гуанін ), а також харчові пуринові нуклеозиди , що потрапили з кишечнику , розпадаються в тканинах досечової кислоти, яка потрапляє в кров і виводиться через нирки з сечею.

2

 

 

 

 

 

 

3

ОН

 

 

рибоза

 

 

 

 

 

 

 

 

ОН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н2О

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

аденозин -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дезаміназа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рибоза

 

 

 

 

 

 

 

 

 

гіпоксантин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

аденозин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

інозин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ксантин -

 

О

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

оксидаза

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рибоза

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОН

 

 

 

 

ОН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОН

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н2О

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

гуаназа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

НО

 

 

 

 

 

 

Н2 N

 

 

 

 

 

 

 

Н2 N

 

 

 

 

Н

(гуаніндезаміназа )

 

ксантин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рибоза

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

гуанозин

 

 

 

 

 

 

 

 

гуанін

 

аллопуринол

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В нормі вміст сечової кислоти в сироватці крові складає 0,15–

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,42 ммоль /л, в добовій сечі - 400-600 мг. При підвищенні

 

 

 

 

ксантин -

 

 

 

 

концентрації сечової кислоти в крові(гіперурікемія )вона

 

 

 

 

 

 

 

 

О

 

 

 

 

 

 

оксидаза

 

 

 

випадає в осад з утворенням кристалів солей сечової кислоти

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(уратів) в суглобових хрящах і синовіальній оболонці ; при

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

цьому утворюється також каміння в нирках . Це викликає

 

 

 

 

 

ОН

 

 

 

 

 

запальний процес , що часто супроводжується больовим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

синдромом . Найчастішим клінічним проявом гіперурікемії є

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОН

подагра . Основний лікарський препарат , який використовується

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

для лікування подагри -аллопуринол – структурний аналог

 

НО

пурину . Він є конкурентним інгібіторомксантиноксидази.

 

124

сечова кислота

Схема синтеза і розпаду пуринових нуклеотидів

Рибозо -5-фосфат

ФРПФ

5-фосфорибозиламін

ГМФ ІМФ АМФ ФРПФ

 

реутилизація

 

аденін

 

 

 

гуанозин

пуринів

інозин

аденозин

 

ФРПФ

гуанін гіпоксантин

ксантин

При підвищенні ферментативної активності білків-учасників синтезу пуринових нуклеотидів або зниженні їх чутливості до аллостеричних ефекторів порушується ретро-контроль цього синтезу . При цьому ті, що надмірно синтезуються , підлягають катаболізму , отже, утворення сечової кислоти (урікогенез) підвищується ,

виникає гіперурікемія .Напр,

при гіперактивності ФРПФ - синтетази розвивається гіперурікемія , подагра , уролітіаз та глухота .

 

сечова кислота

 

 

 

 

 

 

 

 

Причиною гіперурікемії

може бути

також

порушення реутилізації

пуринових основ

(повторного використання в синтезі ДНК) через генетичні дефекти ферментів реутилізації . При цьому аденін , гуанін і гіпоксантин не використовуються повторно , а повністю

перетворюються

на сечову кислоту , тобто її

концентрація збільшується

При спадковому дефіциті або відсутності

ферменту

гіпоксантин -гуанінфосфорибозил -

трансферази виникає синдром Леша – Ніхана ,

що виявляється тільки у хлопчиків підвищеною екскрецією сечової кислоти , важкою розумовою відсталістю , нападами агресивної поведінки зі

схильністю до самоушкодження .

125

3

+ СО2

Синтез піриміидинових нуклеотидів

 

 

(глутамін )

2АТФ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

Регуляторні ферменти синтезу :

 

 

2АДФ

 

 

 

 

1

карбамоїлфосфатсинтетаза

 

 

 

 

 

 

 

 

карбамоїл

 

 

 

 

 

2

(інгібітор УТФ);

 

 

 

 

 

 

аспартаткарбамоїлтрансфераза

фосфат

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н2О

НАД+

НАДН+

 

 

2

 

 

 

3

 

 

4

 

аспартат

карбамоїласпартат

дигідрооротова кислота

оротова кислота

 

 

 

 

 

 

 

 

ФРПФ

 

 

 

 

 

 

 

 

оротидил - 5

 

 

 

 

 

 

 

 

фосфорибозил -

Р Р

 

 

 

 

 

 

 

трансфераза

 

 

 

 

 

 

 

 

Оротацидурія

 

 

 

 

 

 

 

 

спадкове захворювання ,

 

 

 

 

 

 

 

 

яке пов'язане з

 

 

 

 

ЦТФ

 

 

порушенням

 

 

 

 

 

 

 

 

перетворення оротової

 

рибоза

 

 

 

рибоза

Р

кислоти

в УМФ. З

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сечею виділяється в 1000

 

 

 

 

 

ОМФ

разів більше оротату , ніж

 

глу

 

 

 

ОМФ-

 

в нормі, порушується

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

синтез ДНК. Виявляється

9

АДФ

 

 

декарбоксилаза 6

СО2

розумовою відсталістю і

глн

 

 

 

 

 

 

 

АДФ

АДФ

 

 

важкою

 

 

 

АТФ

 

АТФ

 

 

 

 

 

 

 

 

АТФ

 

мегалобластичною

 

 

УТФ

 

УДФ

 

 

анемією . Лікують

 

 

8

7

 

 

 

 

 

 

 

«вдарними дозами »

 

 

 

 

 

 

рибоза

Р

уридину (до 1г в доба.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

УМФ

На відміну від пуринових , в синтезі піримідинових нуклеотидів спочатку будується

вільне піримідинове кільце

, а потім до нього приєднується рибозо -5-фосфат .

 

Джерелами атомів піримідинового кільця є глутамін , вугільна кислота і аспартат . Спочатку з амідного азотуглутаміну , CO2 і АТФутворюється карбамоїлфосфат (як і в синтезі сечовини ). Потім до нього приєднується аспартат, в наступній реакції замикається цикл з утворенням дигидрооротата , який дегидрується оротову кислоту - піримідинова снова. Далі до неї приєднується фосфорибоза з ФРПФ і утворюється

перший піримідиновий

нуклеотид ОМФ – оротидилмонофосфат , з якого утворюється

УМФ, а потім ЦТФ.

126

 

 

 

 

 

Біосинтез дезоксирибонуклеотидів

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

азотова

 

 

 

азотова

 

Р Р

Р Р

 

основа

основа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н

 

 

ОН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дезоксинуклеозид -

нуклеозиддіфосфат

 

 

 

 

 

(АДФ, ГДФ,

 

 

 

 

діфосфат

 

 

 

 

НАДФ+

 

НАДФН+

 

ЦДФ, УДФ)

 

 

(дАДФ , дГДФ,

 

 

 

 

 

 

 

 

дЦДФ , дУДФ )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проліферуючі клітини для реплікації генома потребують , як субстрати для синтезу ДНК, дезоксинуклеозидтрифосфати . Відновлення рибози дезоксирибозув відбувається

тільки у складі нуклеозидди -фосфатів , причому , безпосереднім відновником є невеликий білоктіоредоксин, а відновні еквіваленти постачаютьсяНАДФН+.

Біосинтез тимідинмонофосфата

5-фторурацил

 

СН3

N,N-метеніл ДГФК ТГФК

дУМФ

дТМФ

аміноптерин

метотрексат

ТГФК

Для синтезу ТМФ необхідно ввести в дУМФ метильну групу(-CH3). Її донором є метеніил -ТГФК(фактор росту!) за участю Vit B12, а каталізує цю реакцію тимідилатсинтаза. При цьому метеніл -ТГФК , віддаючи метильную групу,

перетворюється в дигидрофолат (ДГФК ), яка відновлюється в ТГФК за допомогою дигидрофолатредуктази. Щоб ТГФК знову перетворилася на «носія» метильної групи, необхідний серин, як донор цього одновуглецевого фрагменту . Ферменти , що беруть участь в цьому процесі і контролюють синтез ТМФ, а, значить , і синтез ДНК, є важливими мішенями для дії цитостатиків 5(-фторурацил , метатрексат ,

аміноптерин ).

127

ОБЩАЯ СХЕМА СИНТЕЗА И РАСПАДА НУКЛЕОТИДОВ

глюкозаоюкоза

амінокислотиаминокислоты

СОСО

 

 

2

2

 

АТФ

 

синтез

вітаминиитамины

 

 

de

 

 

 

 

 

 

novo

Пуринові та піримідинові нуклеотиди

 

 

( нуклеозидмонофосфати )

 

 

 

АТФ

 

 

дАТФ, дГТФ, , , нуклеозидтрифосфатиы

АТФ, ГТФ,

дТТТФ, дЦТФ,

 

УТФ, ЦТФ

 

 

т-РНК

 

 

 

 

т-РНК

 

білок

транскрипція

 

м-РНК

трансляція

 

м-РНК

 

 

 

р-РНК

 

 

 

 

р-РНК

 

 

 

 

 

 

 

Розпад тканей

 

 

 

 

пуриновіыетаипіримідиновіпирим диновыенуклеотидінуклеотиды

 

нуклео -

 

протеїниин

 

( АМФ, ГМФ,ТТМФ,,УМФ,ЦМФ, ) )

 

ы їжі

 

 

 

 

пищи

пуриновіыенуклеозидиды

піримідинові нуклеозиди

иримидиновые нуклеозиды

(аденозин , гуанозин )

(тимідин ,

,

)

 

 

идин ,уридин

,цитидин )

аденінин

гуанінин

тимінин урацил

 

цитозин

 

мочеваясечова кислота

сечовина + β-аланін

128

Виведення

з організма

Тести з теми “Обмін нуклеотидів ”

1.Затримка поділу клітин злоякісних пухлин відбувається під впливом препаратів , які блокують синтез дТМФ , інгібуючи тимідилатсинтазу . Виберіть сполуку , яка може впливати таким чином :

A.Тимін

B.Гіпоксантин

C.Дигідрооротат

D.Аденілосукцинат

E.5-Фторурацил

2. Похідні птерину – аміноптерин і метатрексат – є конкурентними інгібіторами дігідрофолатредуктази , внаслідок чого вони пригнічують регенерацію тетрагідрофолієвої кислоти з дигідрофолату . Біосинтез якого нуклеотиду при цьому пригнічується ?

A.дТМФ

B.ІМФ

C.УМФ

D.ОМФ

E.АМФ

3. На прийом до терапевта прийшов чоловік 37 років зі скаргами на періодичні інтенсивні больові приступи у суглобах великого пальця стопи та їх припухлість . При аналізі сечі встановлено її різко кислий характер і рожеве забарвлення . З наявністю яких речовин можуть бути

A.Фосфат кальцію

B.Хлориди

C.Амонієві солі

D.Солі сечової кислоти

E.Сульфат магнію

4. У хворої суглоби збільшені , болючі .У крові пацієнтки підвищений рівень уратів .Як називається така патологія ?

A.Рахіт

B.Подагра

C.Скорбут

D.Пелагра

E.Каріес

5.У хворого болі у дрібних суглобах , суглоби збільшені .У сироватці крові підвищений вміст уратів .Обмін яких речовин порушений ?

A.Пуринів

B.Амінокислот

C.Дисахаридів

D.Піримідинів

E. Гліцерину

129

 

6. У дитини спостерігається затримка росту і розумового розвитку , з сечею виділяється велика кількість оротової кислоти . Ця спадкова хвороба розвиваєтья внаслідок

A.Синтезу піримідинових нуклеотидів

B.Розпаду піримідинових нуклеотидів

C.Синтезу пуринових нуклеотидів

D.Розпаду пуринових нуклеотидів

E.Перетворення рибонуклеотидів у дезоксирибонуклеотиди

7. У хворого 50 років діагностовано подагру , а в крові виявлено гіперурикемію . Обмін яких речовин порушений :

A.Пуринів

B.Жирів

C.Амінокислот

D.Вуглеводів

E.Піримідину

8. Хворий 48 років звернувся до лікаря зі скаргами на сильні болі, припухлість , почервоніння в ділянках суглобів , підвищення температури до 38оС. В крові виявлено високий вміст уратів . Ймовірною причиною такого стану може бути порушення

A.Пуринів

B.Колагену

C.Холестерину

D.Піримідинів

E.Вуглеводів

9. У чоловіка 53 років діагностовано сечокам ’яну хворобу з утворенням уратів . Цьому пацієнту призначено аллопурінол , який є конкурентним інгібітором фермента :

A.Ксантиноксидази

B.Уреази

C.Уратоксидази

D.Дигідроурацилдегідрогенази

E.Уридилілтрансферази

Еталони відповідей :

1- Е; 2 – А; 3 – Д; 4 – В;5 – А.

130