Научная Петербургская Академия

Обмен углеводов - (лекции)

Обмен углеводов - (лекции)

Дата добавления: март 2006г.

     2О Б М Е Н Н У К Л Л Е О Т И Д О В
    Е. И. Кононов
    Лекция

Нуклеотидами называются соединения, состоящие из азотистого основания, углевода-пентозы и фосфорной кислоты. Примером может служить уридиловая кислота:

     9C=O
     9N CH
     9¦ 0  9¦
     9О=С СН
    Н 42 0РО 43 0- О - СН 42 0 N
    ¦ О ¦
    С  4Н 0  4Н 0 С
     4Н 0 С 4-- 0 С 4 Н
    ¦ ¦
    ОН ОН

В типичном нуклеотиде связь между атомом "N" цикла и первым ато мом углерода пентоза -  9  7b 0-N-гликозидная, а связь между остатков фосфорной кислоты и пятым атомом углерода пентозы - сложноэфирная.

    1. Классификация нуклеотидов

 9Нуклеотиды могут быть разделены на классы по нескольким  9признакам:

 9а. По характеру входящего в них азотистого основания нуклео  9тиды могут быть пуринового, пиримидинового, изоаллоксазинового и  9т. д. рядов.

    .
    - 2

 9б. По характеру углевода-пентозы они могут быть рибонуклео  9тидами ( содержат рибозу ) или же дезоксирибонуклеотидами ( со  9держат дезоксирибозу ). В некоторых синтетических нуклеотидах или  9нуклеозидах встречается также арабиноза, например, в арабинозил  9цитозине, используемом в качестве противоопухолевого или противо  9вирусного препарата.

 9в. По частоте встречаемости в составе нуклеиновых кислот  9нуклеотиды делятся на главные и минорные. К минорным нуклеотидам  9относятся те нуклеотиды, количество которых в составе ДНК не пре  9вышает 2-3 процентов от их общего числа; на долю минорных нуклео  9тидов в РНК может приходится до 15-17% от их общего количества.  9Минорные нуклеотиды образуются в клетках в результате химической  9модификации главных нуклеотидов ; они отличаются от главных нук  9леотидов

 9- или особенностями структуры азотистых оснований ( мети  9лированные, гидроксиметилированные, ацетилированные и т. д. произ  9водные );

 9- или особенностями структуры углеводного компонента ( как  9правило 0,  9 это метилированные производные пентоз );

 9- или аномальной структурой связи между азотистым основа  9нием и пентозой ( так в псевдоуридиловой кислоты присутствует  9связь, которую можно назвать как 7 b 9-С 55 0-гликозидную связь). К настоящему времени идентифицировано до пяти десятков различных минорных нуклеотидов.

    .
    - 3
    2. Биологическая роль нуклеотидов
    Нуклеотиды выполняют в клетках несколько функций:

во-первых, рибонуклеотиды пуринового или пиримидинового ря дов (АМФ, ГМФ, УМФ и ЦМФ и их минорные производные) также как и их дезоксибонуклеотидные аналоги ( дАМФ, дГМФ, дТМФ и дЦМФ и их ми норные производные ) выполняют структурную функцию, являясь моно мерными единицами нуклеиновых кислот;

во-вторых, дифосфатные производные мононуклеотидов участвуют во многих метаболических процессах в клетке в качестве активато ров переносчиков различных группировок ( Примерами могут служить УДФ-глюкоза, ГДФ-манноза, ЦДФ-холин и др. );

в тертьих, АТФ и ГТФ выступают в клетке как акумуляторы и переносчики энергии, высвобождающейся при биологическом окислении: в четвертых, НАД 5+ 0 , НАДФ 5+ 0 , ФАД, ФМН являются переносчиками восстановительных эквивалентов в клетках ( промежуточными пере носчиками протонов и электронов );

в пятых, мононуклеотиды выступают в клетках в качестве био регуляторов. Достаточно вспомнить роль АТФ как аллостерического ингибитора ключевых ферментов ряда метаболических путей ( фос фофруктокиназы гликолитического метаболона или цитрансинтазы цик ла Кребса):

в шестых, такие соединения как цАМФ или цГМФ выполняют роль мессенджеров или вторых вестников в реализации клеткой внеклеточ ного регуляторного сигнала ( при действии глюкагона на гепатоциты в ускорении мобилизации гликогена играет существенную роль повы шение концентрации цАМФ в этих клетках)

    .
    - 4
    3. Усвоение экзогенных нуклеиновых кислот и нуклеотидов

Человек практически не нуждается во внешних источниках нук леотидов, полностью покрывая свои потребности в этих соединениях за счет эндогенного синтеза при условии, что в клетках имеется необходимое количество исходных соединений для синтеза. Естест венно, что проблемы с синтезом таких нуклеотидов как НАД 5+ 0 или ФАД могут возникнуть при недостаточности в организме витаминов В 45 0 или В 42 0. В дальнейшем мы остановимся лишь на обмене пуриновых и пири мидиновых нуклеотидов.

Нуклеиновые кислоты поступают с пищей в виде нуклеопротеи дов, расщепление белковой части которых начинается уже в желудке и завершается в тонком кишечнике. Высвобождающиеся нуклеиновые кислоты расщепляются в тонком кишечнике до мононуклеотидов под действием рибонуклеаз и дезоксирибонуклеаз панкреатического сока. Кроме того, стенкой кишечника выделяются ферменты полинуклеотида зы и фосфодиэстеразы, которые также участвуют в расщеплении нук леиновых кислот до мононуклеотидов.

Мононуклеотиды в стенку кишечника не всасываются, а подвер гаются дальнейшему расщеплению до нуклеоэидов и далее до свобод ных азотистых оснований , пентоз и фосфорной кислоты под действи ем нуклеотидаз и фосфатаз кишечной стенки. В стенку кишечника всасываются нуклеозиды, а также перечисленные продукты полного ра сщепления нуклеотидов; далее они поступают в кровяное русло. В организме человека большая часть поступивших в кровь пури нов и пиримидинов не используется, а деградирует до конечных про дуктов их обмена и выводится из организма. Таким образом, экзо .

    - 5

генные нуклеиновые кислоты практически не выступают в качестве поставщиков непосредственных предшественников нуклеотидов в орга низме человека.

В просвете кишечника, вероятно, под действием его микрофлоры, часть пуриновых нуклеотидов превращается в гипоксантин, ксантин и мочевую кислоту и в таком виде поступают во внутреннюю среду ор ганизма.

    4. Метаболизм нуклеотидов пиримидинового ряда

Бисинтез нуклеотидов пиримидинового ряда начинается в цито золе, где при участии цитозольной  1 карбамоилфосфатсинтетазы 0 обра зуется карбамоилфосфат 1,  0 причем источником азота для его синтеза является глутамин:

СО 42 0 + Глн + 2АТФ ---> NH 42 0- CO - O - PO 43 0H 42 0 + 2АДФ + Ф + Глу Далее карбамоилфосфат взаимодействуя с аспартатом в реакции, ката лизируемой 1 аспартаттранскарбамоилозай 0, превращается в карбамои ласпартат, а затем при участии 1 дигигидрооротазы 0 - в дигидроорото вую кислоту:

    .
    - 6
    COOH NH 42 0 COOH С=О
    ¦ ¦ ¦ / \
    CH 42 0 CO CH 42 0 HN CH 42

NH 42 0-CO-Ф + ¦ --T---> ¦ ¦ ---T---> ¦ ¦ NH 42 0-CH _ NH -- CH _ O=C CH

    ¦ Ф ¦ H 42 0O \ / \COOH
    COOH COOH NH
     4Аспартат  0  4Карбамоил- Дигидрооротовая
     4аспартат кислота

Дигидрооротовая кислота при участии митохондриального ферме нта  1дигидрооротатдегидрогеназы 0 переходит в оротовую кислоту:

    С=О С=О
    / \ / \
    HN CH 42 0 HN CH
    ¦ ¦ --------------> ¦ ¦
    O=C CH НАД 5+ 0-----¬ O=C C
    \ / \COOH _ \ / \COOH
    NH НАДН+Н 5+ 0 NH
     4Оротовая кислота

В следующей реакции принимает участие фосфорибозилпирофос фат. Он образуется из рибозо-5-фосфата с участием АТФ в ходе реа кции, катализируемой ферментом фосфорибозилпирофосфатсинтетазой: .

    - 7
    РО 43 0Н 42 0-О-СН 42 0 ОН ОН
    Рибозо-5-фосфат + АТФ --T---> ¦ О ¦ ¦ _ С С -О-Р-О-Р=О
    АМФ н\н н/н О ¦
    С --- С ОН
    ОН ОН
     4Фосфорибозилпирофосфат

Реакция синтеза фосфорибозилпирофосфата ( ФРПФ ) не является спе цифичной для синтеза пиримидиновых нуклеотидов, в ходе этой реак ции синтезируется ФРПФ, необходимый для синтеза различных моно нуклеотидов.

Оротовая кислота при участии фермента 1 оротат-фосфорибозил  1трансферазы 0 переносится на остаток рибозо-5-фосфата с образованием оротидиловой кислоты, которая подвергается декарбоксилированию, в ходе которого образуется первый "настоящий" нуклеотид пиримидино вого ряда - уридин-5-монофорная кислота ( уридиловая кислота или УМФ ). Последняя реакция катализируется оротидилатдекарбоксилазой. С=О Ф-Ф С=О С=О _

    С=О
    / \ ФРПФ _ / \ CO 42 0 / \
    HN CH L----- HN CH _ HN CH
    ¦ ¦ ----------> ¦ ¦ ----+---> ¦ ¦
    O=C CH O=C CH O=C CH
    \ / \COOH \ / \COOH \ /
    NH N N
    L- Рибозо- L- Рибозо
    -5-фосфат -5-фосфат
     4Оротидиловая Уридиловая
     4кислота кислота
    .
    - 8

Все остальные нуклеотиды пиримидинового ряда синтезируются из уридиловой кислоты в соответствии с нижеследующей схемой:  1Киназа  0  1 Киназа

    УМФ ----------> УДФ -----------> УТФ
    ------¬ ¦ ------¬ ¦
    АТФ _ ¦ АТФ _ ¦
    АДФ ¦ АДФ ¦
    ¦ ¦
     1Рибонуклеотид- ЦТФ-синтетаза
     1редуктаза 0 ¦
     9_ 0 АТФ ----¬¦--- Глн
     9дУДФ 0 ¦¦¦
     9¦ 0 АДФ+ФГлу
    +--> Ф ¦
    _ _
    дУМФ Цитидинтрифосфат
    ¦ ( ЦТФ )
     1Тимидилатсинтетаза
    ¦
    N 55 0, N 510 0-Метилен-ТГФ -¬¦
    ¦¦
    Дигидрофолат     _
    Дезокситимидиловая
    кислота ( дТМФ )

В ходе синтеза пиримидиновых нуклеотидов используются глута мин, СО 42 0, АТФ, аспартат и ФРПФ. Все эти соединения синтезируются .

    - 9

в клетках. Лишь при образовании из дУМФ дезокситимидиловой кисло ты используется N 55 0, N 510 0-тетрагидрофолат; это значит, что при недос татке фолиевой кислоты ( В 49 0) в организме будет нарушен синтез де зокситимидиловой кислоты, необходимой для последующего синтеза ДНК в клетках.

При образовании дТМФ из дУМФ происходит превращение ТГФ в ди гидрофолат. Обратный переход ДГФ в тетрагидрофолат катализируется ферментом дигидрофолатредуктазой. Лекарственный препарат метот рексат ( аметоптерин ), широко применяемый при противоопухолевой терапии, является мощным ингибитором дигидрофолатредуктазы. Пиримидиновые нуклеозиды, образующиеся в клетках при дегра дации соответствующих нуклеотидов, могут с помощью специальных ферментов киназ вновь превращаться в мононуклеотиды по схеме:

     1Цитидинкиназа
    Цитидин ------------------------------> ЦМФ
    -----------------¬
    АТФ _
    АДФ

В то же время образующиеся в ходе внутриклеточного распада сво бодные азотистые основания пиримидинового ряда повторно не ис пользуются и подвергаются расщеплению до конечных продуктов. Расщепление пиримидиновых нуклеотидов начинается с отщепле ния рибозофосфатного остатка, а образовавшееся свободное азотис .

    - 10

тое основание расщепляется без образования специфических конечных продуктов. На схеме представлен путь распада уридиловой кислоты: НАДФН+Н 5+ 0 СООН

    С=О ¦ НАДФ 5+ 0 С=О ¦
    / \  5¦ 0  5_ 0 / \ СН 42
    HN CH L------- HN CH 42 0 +H 42 0O ¦

УМФ - - T - > ¦ ¦ ----------> ¦ ¦ -----> СН 42 0 NH 42 0 --> _ O=C CH O=C CH 42 0 ¦ ¦

    Рибозо- \ / \ / NH - CO
    5-фосфат NН NH
     4Урацил Дигидро-  7b 4-Уреидопро
     4урацил пионат

----> CO 42 0 + H 42 0O + H 42 0N-CH 42 0-CH 42 0-COOH ( 7b 0-аланин) Конечными продуктами распада урацила, как это следует из схемы, являются углекислый газ, вода и 7 b 0-аланин. При расщеплении тимина в клетках в качестве одного из промежуточных продуктов образуется  7b 0-аминоизобутират, который после дезаминирования в конечном итоге преобразуется через пропионат в сукцинил-КоА.

    5. Метаболизм нуклеотидов пуринового ряда

При синтезе нуклеотидов пуринового ряда, в отличие от синте за пиримидиновых нуклеотидов, формирование гетероциклического яд ра идет непосредственно на рибозо-5-фосфата. Вначале синтезирует .

    - 11

ся ФРПФ, который при взаимодействии с глутамином превращается в 5-фосфорибозиламин:

    АМФ Глу
    _ _

АТФ ¦ Глн ¦ PO 43 0H 42 0-O-CH 42 0 NH 42 L---- L------ ¦ O ¦

Рибозо-5-Ф ---------> ФРПФ ------------> C C 4 -- 0>  3ФРПФ-син- 1 ФРПФ-амидо- 0 н\н н/н

     3тетаза 1 трансфераза 0 C-----C
    ОН ОН
     45-фосфорибозиламин

Затем следует большая последовательность реакций, в ходе которых формируется пуриновое ядро. Первым нуклеотидом, образующимся в ходе синтеза является инозиновая кислота ( ИМФ ):

    C=O
    / \
    HN C - N\
    - - - - - -> ¦ ¦ CH
    HC C - N/ СН 42 0-О-РО 43 0Н 42
    \ / ¦ O ¦
    N C C
    н\н н/н
    C------C
    ОН ОН

В процессе синтеза 1 молекулы инозиновой кислоты клеткой расходу ется 6 молекул АТФ.

    .
    - 12
    Источниками атомов углерода и азота при синтезе пуринового
    ядра являются указанные на нижеследующей схеме соедиения:
    CO 42 0 -->  2С 0 ------T--- Глицин
     2/ 0  2\ 0_ _
    Аспартат -->  2N 0  2С 0 ---- 2N
     2¦ 0  2¦ 0  2CH 0     N 510 0-формил-ТГФ -->  2С 0  2С 0 ---- 2N
     2\ 0  2/ 0 _
     2N 0

Глутамин, аспартат, глицин, углекислый газ образуются в ор ганизме, однако в условиях недостатка фолиевой кислоты могут воз никнуть проблемы с обеспеченностью синтеза пуриновых нуклеотидов одноуглеродными группировками, переносчиками которых служит в клетках ТГФ.

Из ИМФ синтезируются другие нуклеотиды пуринового ряда. При синтезе АМФ ( см. далее следующую схему ) идет аминирование ИМФ, источником аминогруппы служит аспартат. Реакция идет в два этапа, а затраты энергии покрываются за счет гидролиза ГТФ.

При синтезе гуаниловой кислоты вначале остаток гипоксантина в ИМФ окисляется до ксантина с образованием КМФ, а затем идет ами нирование и превращение КМФ в ГМФ. Донором аминогруппы выступает глутамин, энергетика реакции обеспечивается расщеплением АТФ. Образовавшиеся АМФ и ГМФ в ходе реакций трансфосфорилирова ния с АТФ преобразуются в АДФ и ГДФ, а затем последние подверга ются фосфорилированию за счет энергии, выделяющейся при биологи ческом окислении, превращаясь в АТФ и ГТФ.

    .
    - 13
    Схема синтеза АТФ и ГТФ из инозиновой кислоты
    Фумарат АДФ
    Асп _ АТФ _ Ф+Е 4биол. Окисл.
    L------- L------- _
    ---------------> АМФ ----------> АДФ -------> АТФ
    ¦ -------¬
    ¦ ГТФ _
    ¦ ГДФ+Ф
    ИМФ --+ АДФ АДФ

¦ Н 42 0О АТФ _ АТФ _ Ф+Е 4биол. Окисл. ¦ _ L------- L------- _

    L----------> КМФ -------->ГМФ --------->ГДФ --------> ГТФ
    -------¬ ------¬
    НАД 5+ 0 _ Глн _
    НАДН+Н 5+ 0 Глу

Описанный синтез пуриновых нуклеотидов с использованием в качестве пластического материала атомных группировок из молекул других соединений получил название синтеза de novo. В клетках млекопитающих работают также механизмы реутилизации образовавших ся в ходе внутриклеточного расщепления пуриновых нуклеотидов азо тистых оснований. Этот механизм синтеза пуриновых нуклеотидов по лучил название "синтез сбережения. "

    Наиболее важным путем реутилизации является фосфорибозили

рование свободных азотистых оснований. Известны два варианта это .

    - 14
    го процесса:

а. При участии фермента 1 гипоксантин-гуанин - фосфорибозилт  1рансферазы 0 свободные гипоксантин или гуанин превращаются в ИМФ и ГМФ соотвественно:

    Гипоксантин + ФРПФ ------> ИМФ + пирофосфат
    ( гуанин ) (ГМФ)

б. При участии фермента 1 аденин-фосфорибозилтрансферазы 0 в ана логичной реакции свободный аденин превращается в АМФ.

Кстати говоря, такого механизма для реутилизации пиримидиновых азотистых оснований не существует. Имеющаяся в клетках оро тат-фосфорибозилтрансфераза не может катализировать фосфорибози лирование тимина, цитозина или урацила.

Превращение пуриновых нуклеозидов в нуклеотиды катализирует фермент 1 аденозинкиназа 0:

    Аденозин + АТФ ---------> АМФ + АДФ.

Этот фермент катализирует также фосфорилирование гуанозина, ино зина и их дезоксипроизводных.

Расщепление пуриновых нуклеотидов идет во всех клетках. Ко нечным продуктом катаболизма образующихся при расщеплении нуклео тидов пуриновых азотистых оснований является мочевая кислота. С наибольшей интенсивностью образование мочевой кислоты идет в пе чени, тонком кишечнике и почках. Установлено, что до 20% мочевой кислоты у человека может расщепляется до СО 42 0 и NH 43 0 и выделяться через кишечник, причем это расщепление мочевой кислоты не связано с действием кишечной микрофлоры.

    .
    - 15
    Схема катаболизма пуриновых нуклеотидов
    C=O
    / \

АМФ -----> Аденозин ------> Инозин --------> HN C - N\ ----¬ -----¬ -----¬ ¦ ¦ CH Н 42 0О _ H 42 0O _ Ф _ HC C - N/ Ф NH 43 0 Рибозо- \ / Н

    -фосфат N
    Гипоксантин
    ¦
     1Ксантиноксидаза
     1_
    C=O
    / \

ГМФ-------> Гуанозин -------> Гуанин ---------> HN C - N\ ----¬ -----¬ -----¬ ¦ ¦ CH Н 42 0О _ Ф _ H 42 0O _ О 1= 0C C - N/ Ф Рибозо- NH 43 0 \ / Н

    -фосфат N
    Ксантин
    ¦
    C=O  1Ксантиноксидаза
    / \  1¦
    HN C - N\     ¦ ¦ C=О
    О 1= 0C C - N/
    \ / Н
    N
    Мочевая кислота
    .
    - 16

Нуклеотиды в клетках подвергаются дефосфорилирования с обра зованием аденозина или гуанозина. Аденозин при участии фермента  1аденозиндезаминазы 0 превращается в инозин и далее путем фосфоро лиза в гипоксантин. Гипоксантин при участии 3 ксантиноксидазы 0 вна чале окисляется в ксантин, а затем при участии того же фермента ксантин переходит в мочевую кислоту. При расщеплении ГМФ вначале в несколько этапов происходит образование свободного гуанина, ко торый при участии фермента 1 гуаназы 0 переходит непосредственно в ксантин, а затем окисляется в мочевую кислоту.

Образовавшаяся мочевая кислота поступает в кровь и выводится через почки с мочей. Нормальное содержание мочевой кислоты в кро ви составляет 0, 12 - 0, 46 мМ/л. Общее количество растворенной мо чевой кислоты в жидкой фазе организма ( уратный пул ) составляет для мужчин величину порядка 1, 2 г. Ежесуточно с мочой выводится от О, 5 до 0, 7 г мочевой кислоты.

    6. Синтез дезоксирибонуклеотидов

Специального пути синтеза дезоксирибонуклеотидов в клетках не существует. Дезоксирибонуклеотиды образуются из рибонуклеотидов путем восстановления последних. Источником восстановительных эк вивалентов для образования дезокрибонуклеотидов служит специаль ный белок тиоредоксин, который может существовать в форме дитиола или же после отдачи атомов водорода в форме дисульфида. Дисуль фидная форма тиоредоксина может превращаться в клетке в дитиоль ную форму; донором восстановительных эквивалентов в последнем слу .

    - 17

чае является НАДФН+Н 5+ 0. Эти превращения представлены на схеме:

Рибонуклеозид-  1Рибонуклеотидредуктаза  0 Дезоксирибонуклео дифосфат  1-- 0---------------------- 1-- 0>  1  0зиддифосфат + Н 42 0О -------------------------¬

    ¦ ¦
    SH _ S
    / / ¦
    Тиоредоксин Тиоредоксин ¦
    \ \ ¦
    SH ¦ S
    _ ¦
    L-------------------------
    НАДФ 5+ 0      1Тиоредоксинредуктаза
    7. Регуляция синтеза нуклеотидов

Скорость синтеза нуклеотидов должна соответствовать потреб ностям клетки, в связи с чем она должна эффективным образом регу лироваться. В работе механизмом регуляции синтеза пуриновых и пи римидиновых нуклеотидов много общего: решающую роль в регуляции играет ретроингибирование - снижение скорости синтеза нуклеотидов при достижении их достаточной концентрации в клетках за счет ал лостерического ингибирования ключевых ферментов соответствующих метаболических путей.

    .
    - 18

Основные регуляторные механизмы в системе синтеза пиримиди новых нуклеотидов представлены на нижеследующей схеме:

    Е 41 0 Е 42

АТФ+СО 42  0------> Карбамоил- -------> Карбамоил- - - - -> УМФ +Глн _ _ фосфат _ аспартат ¦

    | | |  4  0 ¦
    (+) (-) (-) ¦
    | | | ¦
    | | | ¦
    ФРПФ- - - | | ¦ _ | ГТФ     Е 43 0¦    ¦ | L- - - - - - - - - - - - - - - _
    Рибозо- L дТДФ     5-фосфат
    + АТФ

Основными регуляторными ферментами метаболического пути синте за пиримидиновых нуклеотидов являются карбамоилфосфатсинтетаза ( Е 41 0 ) и аспартаттранскарбамоилаза ( Е 42 0 ). Активность первого фер мента ( Е 41 0 ) ингибируется по аллостерическому механизму высокими концентрациями УТФ в клетке, а активность второго фермента ( Е 42 0 ) - высокими концентрациями ГТФ. Активность карбамоифосфатсин тетазы, кроме того, активируется высокими концентрациями ФРПФ. С другой стороны, синтез ФРПФ тормозится высокими концентрациями дТДФ за счет аллостерического ингибирования ФРПФ-синтетазы ( Е 43 0)...

    - 19

Накопление избыточных количеств пуриновых нуклеотидов в клет ке также приводит к торможению их синтеза ( см. схему ):

    - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - T - - ¬
    | - - - - - - - - - - - - - - - - ¬| |
    (-) (-) - - - ¬|| |
    _ _ (-) АМФ --> АДФ

Рибозо- Е 41 0 Е 42 0 5-фосфо- L ->/ 5-фосфат ----> ФРПФ -----> рибозил- -- - - --> ИМФ

    + АТФ _ _ амин - ->\
    (-) (-) (-) ГМФ --> ГДФ
    | | L - - -|| |
    | L - - - - - - - - - - - - - - - -| |
    L - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + - -

Прежде всего следует отметить, что накопление в клетке как адениловых , так и гуаниловых нуклеотидов по аллостерическому ме ханизму тормозит активность ФРПФ-синтетазы ( Е ). Одновременно накопление АМФ и ГМФ также по аллостерическому механизму снижает активность ФРПФ-амидотрансферазы ( Е ), причем ингибирующий эф фект высоких концентраций ГМФ более выражен, нежели у АМФ. Тормо жение пуриновыми нуклеотидами активности ФРПФ-синтетазы имеет для регуляции их синтеза большее значение, чем ингибирование ФРПФ-амидотрансферазы, так как в первом случае выключается и син тез пуриновых нуклеотидов de novo и "синтез сбережения", тогда как во втором случае прекращается лишь синтез de novo.

Далее, избыточные концентрации АМФ ингибируют синтез АМФ из ИМФ, а высокие концентрации ГМФ тормозят образование этого нукле .

    - 20

отида из ИМФ. В обоих случаях работают механизмы аллостерического ингибирования ферментов, участвующих в этих превращениях.

Наконец, синтез АМФ из ИМФ стимулируется ГТФ, поскольку ГТФ является источником энергии для синтеза. В свою очередь, АТФ сти мулирует синтез ГМФ из ИМФ по той же самой причиной. Наличие это го регуляторного механизма позволяет сбалансировать объемы синте за адениловых и гуаниловых нуклеотидов в клетке.

Регуляция синтеза дезоксирибонуклеотидов обеспечивает скоор динированный в количественном отношении синтез различных дезокси нуклеотидов, необходимых для последующей сборки дезоксиполинукле отидных цепей ДНК. Важнейшую роль в этой регуляции играет

фермент рибонуклеозиддифосфатредуктаза. Этот фермент имеет два типа аллостерических участков: один из них регулирует общую ак тивность фермента, а другой - субстратную специфичность. Общая каталитическая активность снижается при связывании в первом цент ре дАТФ, последний служит сигналом об избытке дезоксинуклеотидов в клетке. Связывание различных дНуДФ ил дНуТФ в аллостерических участках второго типа позволяет ферменту более или менее избира тельно нарабатывать недостающие в данный момент в клетке те или иные дезоксирибонуклеозиддифосфаты

    8. Нарушения обмена нуклеотидов при патологии

Пиримидиновые нуклеотиды не имеют специфических конечных продуктов обмена, видимо, поэтому при состояниях, характеризую щихся избыточным синтезом пиримидинов, как правило, нет выражен ных клинических признаков. При торможении синтеза дезокситимиди .

    - 21

ловой кислоты, обусловленном недостатком в организме фолиевой кислоты или кобаламина, идет одновременно и нарушение синтеза пу риновых нуклеотидов, что проявляется в виде нарущения синтеза нуклеиновых кислот с развитием той или иной формы анемии.

Наиболее известным вариантом нарушения синтеза пиримидинов является оротатацидурурия - повышенное выделение с мочой продукта неполного синтеза пиримидинов - оротовой кислоты. Оротатацидурия чаще всего является следствием генетически обусловленного наруше ния синтеза двух ферментов: оротат-фосфорибозилтрансферазы и оро тидилатдекарбоксилазы. Синтезируемая оротовая кислота не исполь зуется в клетках и накапливается в органах и тканях, она в повы шенных количествах выделяется с мочей. Для детей с этой патологи ей характерны отставание в развитии, мегалобластическая анемия и "оранжевая кристаллоурия", последняя обусловлена образованием в моче кристаллов оротовой кислоты, имеющих оранжевый цвет. Для ле чения таких детей используется уридин, который достаточно хорошо усваиваивается организмом, однако уридин становится еще одним не заменимым компонентом пищи.

Наиболее известным заболеванием, тесно связанным с нарушени ем обмена пуриновых нуклеотидов, является подагра. У больных с этой патологией наблюдается повышенное содержание мочевой кислоты в крови и тканях, а также избыточное количество уратов в моче. В норме концентрация мочевой кислоты в крови и других биологичес ких жидкостях достаточно близка к насыщающей. Поэтому повышение ее содержания в биологических жидкостях приводит к появлению в них кристаллов мочевой кислоты. Если кристаллы появляются в сус тавной жидкости, развивается подагрические артриты. Выпадение .

    - 22

кристаллов мочевой кислоты непосредственно в ткани вызывает асеп тическое воспаление с последующим инкапсулированием образовавших ся кристаллов и формированием подагрических узелков. Наиболее тя желым проявлением этого заболевания является подагрическая нефро патия с нарушением функции почек.

От подагры страдает от 0, 3% до 1, 7% населения, причем у муж чин подагра встречается в 20 раз чаще, чем у женщин. Развитие за болевания тесно связано с гиперурекемией - повышеннным содержани ем мочевой кислоты в крови. В норме содержание мочевой кислоты составляет 3 - 7 мг/дл ( 0, 12 - 0, 46 мМ/л ). Среди лиц с содержа нием мочевой кислоты в пределах 7 - 8 мг/дл 20% больных подагрой; если же содержание мочевой кислоты в крови превышает 9 мг/дл число больных подагрой возрастает до 90 и более процентов.

Причинами подагры в ряде случаев является нарушение функцио нирования таких ферментов как ФРПФ-синтетаза или гипоксантин-гуа нин-фосфорибозилтрансфераза. У ряда больных было обнарушено повы шение активности фермента ФРПФ-синтетазы или снижение чувстви тельности фермента к ингибирующему действию пуриновых нуклеоти дов. В обоих вариантов объем синтеза пуриновых нуклеотидов воз растает, что приводит к гиперпродукции мочевой кислоты.

При снижении активности гипоксантин-гуанин-фосфорибозилт рансферазы в клетках снижается уровень повторного использования образующихся в них гипоксантина и гуанина за счет торможения "синтеза сбережения". Возникает нехватка пуриновых нуклеотидов, которая компенсируется активацией синтеза пуринов de novo, что в конечном итоге ведет к повышенному образованию пуринов в организ ме и, соответственно, к повышения содержания мочевой кислоты в организме.

    .
    - 23

При лечении подагры стремятся уменьшить в рационе количество продуктов, содержащих нуклеиновые кислоты или соединения группы пурина. Хороший эффект дает использование лекарственного препара та - аллопуринола. Аллопуринол в клетках под действием фермента ксантиноксидазы окисляется до аллоксантина, а аллоксантин являет

    C=O C=O
    / \ H / \ H
    HN C - C\ HN C - С\
    ¦ ¦ NH ¦ ¦ NH
    HC C - N/ О 1= 0C C - N/
    \ / Н \ / Н
    N N
    Аллопуринол Аллоксантин

ся мощным конкурентным ингибитором ксантиноксидазы. Образование ксантина и мочевой кислоты в клетках резко снижается, а из орга низма в качестве конечного продукта обмена пуринов начинает выде ляться гипоксантин, растворимость которого в биологических жид костях в несколько раз выше, чем растворимость мочевой кислоты. При полном отсутствии в клетках гипоксантин-гуанин-фосфорибо зилтрансферазы развивается болезнь Леш-Нихана, для которой харак терны высокий уровень гиперурикемии, камни в мочевыводящих путях, .

    - 24

корковый паралич, судороги и крайне агрессивное поведение. в том числе и стремление к членовредительству (Ребенок, например. может обкусать собственные пальцы или губы).

Гиперурикемия может также встречаться при воздействии на че ловека ионизирующей радиации. В этом случае гиперурикемия являет ся отражением интенсификации распада нуклеиновых кислот в облу ченных органах и тканях.



(C) 2009