Филиппович Ю.Б. - Основы Биохимии
.pdfЭта функция имидазольных радикалов гистидина воспроизводится при
рассмотрении механизмадействия многихдругих ферментов, особенногидролаз (см раздел о гидролизе пептидной связи-с. 263, гликозидной связи~с. 331).
Гуанилрибонуклеазы (рибонуклеинат-3'-гуанило-олигонуклеотидгидрола зы) ускоряют гидролиз связей по 5'-углеродному атому рибозы остатка гуани ловой кислоты и межнуклеотидного фосфата в молекуле РНК, образуя гуано
зин-3'-фосфат и олигонуклеоmды с остатком гуанозин-3'-фосфата в качестве
концевого нуклеоmда. Первичная структура гуанилрибонуклеазы, выделенной
из плесневого гриба асперmлла (Тl-РНКаза), расшифрована (М = 11 000; 104
аминокислотных остатка).
Фермент нашел широкое применение для деструкции РНК при определе-·
нии их первичной структуры, и именно при посредстве Тl-РНКазы Р. Холли с сотр. (1965) впервые получили крупные фрагменты трнкала (см. с. 213).
Охарактеризовано еще 10 эндорибонуклеаз, выделенных из бактерий, мик
роскопических грибов, растений и животных.
Как и в случае ДНКаз, существует большая группа (более десяти) экзорибо
нуклеаз, ускоряющих реакции отщепления рибонуклеоmдов по концевым остаткам РНК, и олигорибонуклеотидов, возникающих при селективном гидро
лизе РНК под действием эндорибонуклеаз. Таким образом, в результате деятельности разнообразных нуклеаз нуклеиновые кислоты при распаде дают
сложную смесь индивидуальных рибо- и дезоксирибонуклеозид-3' и 5'-фосфатов.
Кроме перечисленных ферментов в деструкции нуклеиновых кислот прини
мают участие еще некоторые энзимы, не являющиеся гидролазами фосфоди эфирных межнуклеотидных связей, например полинуклеотидфосфорилаза и урацил-ДНК-гликозидаза.
Полинуклеотидфосфорилаза (полинуклеотид: ОРТОфQсфат-нуклеотиДИл трансфераза) в отличие от всех ранее рассмотренных ферментов, участвующих
в деструкции нуклеиновых кислот, является нуклеотидилтрансфера:юй, т. е. переносит нуклеотидные остатки с 3'-конца РНК на неорганический фосфат с образованием нуклеозиддифосфатов (НДФ):
|
Mg2+ |
РНК+НДФ |
|
Полинуклеотид |
|
|
|
|
(n +I нуклеотRдIIых |
фосфорилаза |
(n нуклеотиДRЫХ |
|
||
остатков) |
|
остапов) |
Фермент открыт М. Грюнберг-Монаго и С. Очоа (1955) и выделен из многих источников. Он сосредоточен главным образом в микросомальной и рибосомальной фракциях клеточного содержимого. По грубой оценке его молекулярная масса близка к 230000. Скорость реакции фосфоролиза зависит от конформации и нуклеотидного состава РНК: двухцепочечные и метилиро
ванные участки устойчивы к действию фермента. Предполагают, что in vivo полинуклеотидфосфорилаза обеспечивает деградацию клеточных РНК, осо
бенно мРНК, до нуклеозиддифосфатов, регулирует концентрацию неорганиче
ского фосфата в клетке и поставляет необходимое количество НДФ дЛЯ превращения их в дезоксиНДФ.
Фермент обладает замечательной особенностью: из нуклеозиддифосфатов
и их смесей in vitro он обеспечивает синтез полирибонуклеоmдов с соотноше
нием в их составе мономерных звеньев в той же пропорции, как в исходном
растворе. Поэтому полинуклеотидфосфорилазу широко применяли для син теза полирибонуклеотидов того или иного состава, что сыграло выдающуюся роль в расшифровке кода белкового синтеза.
Урацил-ДНК-гликозидаза ускоряет реакцию отщепления остатка У от по врежденной ДНК, где произошло дезаминирование остатка ц. На возникшем
230
апиримИДИНОВОМ участке одной из цепей ДНК фосфодиэфирная связь гидроли зуется с ЭЛИМИlшрованием дезоксирибозы, 3'-фосфат отщепляется при участии
экзодезоксирибонуклеазы 111 и вместо отсутствующего нуклеотидного остатка
встраиваетс,Я новый, в данном случае остаток цитидиловой кислоты, при посредстве ДНК-полимеразной и ДНК-лигазной реакции (см. с. 251 и рис. 84).
ДНК-гликозидазы представляют новую группу ферментов, участвующих
в обмене ДНК. При их посредстве удаляются и иные модифицированные
пуриновые и пиримидиновые основания, после чего в серии последующих
реакций восстанавливается исходная структура ДНК, т. е. эта группа фермен тов имеет существенное значение врепарации (восстановлении структуры) ДНк.
ЭТО происходит, в частности, при замене метилированных пуриновых и пирими
диновых оснований, так как наряду с урацил-ДНК-гликозидазой изучена
3-метиладенин-ДНК-гликозидаза. Всего открыто уже 8 ДНК-гликозидаз. Обмен вуклеозидфосфатов. Дезоксирибонуклеозидфосфаты и рибонукле
озидфосфаты, представляющие собой конечные продукты ферментативной
деструкции нуклеиновых кислот, распадаются далее до еще более простых соединений. Первая ступень этого распада состоит в отщеплении остатка
фосфорной кислоты:
н.т
HO~2 з'-НУКllеОТИД8В8
Н Н |
+Н2О |
~ |
Н |
Н |
|
HO,~ |
он |
O~ 'он, |
Гуанозин |
(нукnеозид) |
Гуанозин-З -фосфат
(НУКllеотид)
На второй ступени распада осуществляется перепое остатка рибозы от нуклеозида на фосфорную кислоту. Эта реакция ускоряется специфическими
для каждого вида нуклеозидов рибозилтрансферазами. Примером может слу
жить фосфоролиз уридина:
|
|
|
НО О ОН |
||
|
|
|
|
'11/ |
|
, 1 |
VР_Jl:И_фОСфОРИЛ838 |
|
|
Х |
он |
|
HO~2 |
~ |
|||
он |
|
|
Н Н + I 1 |
||
Ho-P--QH |
~ |
|
|||
11 |
(YPBJl:bb-ортофосфат- |
н |
н |
of', |
|
() |
рвОО3aDтравсфераЗI) |
|
|||
он |
|
|
он |
ОН |
н |
|
|
Рибозо-t- Урацил |
|||
УРНАНН |
|
|
|||
|
|
фосфат |
|
||
Уридинфосфорилаза имеет |
М = 165 кДа, |
содержит |
6 |
субъединиц по |
27,5 кДа, каждая из ЕОТОРЫХ составлена из 253 аминокислотных остатков,
втом числе из семи остатков гистидина; два из них (8-0Й и 122-0Й) входят
вактивный центр фермента.
231
Следовательно, в результате распада нуклеозидфосфатов выделяются
в свободном состоянии рибозо-l-фосфат и все виды пуриновых и пиримиди
новых оснований, участвующих в построении нуклеиновых кислот. Приведен
ная схема распада нуклеозидов не является единственной. Возможны и другие
пути распада нуклеозидов. Один из НИХ состоит в гидролизе нуклеозидов,
например:
|
NH2 |
|
|
|
|
|
|
GdN N |
НуклеОЗИД8ЗВ |
NH2 |
|
|
|
||
HO~C2О |
N~N |
HOC~H2О ОН |
|||||
Н |
Н |
+ Н2 |
О -(N-_':''Р-И-б-ОЗ-И:'':'nП-У-РИ-Н-'J-~~ ~.j(.) |
+ |
Н |
Н |
|
н |
н |
риБОГИДРОnВЗВ) |
N N |
|
Н |
Н |
|
ОН |
он |
|
|
А |
|
ОН |
ОН |
Аденоэин |
|
|
Аденнн |
|
Рибоэа |
в свою очередь, и углевод и азотистые основания видоизменяются далее. Рибоза и рибозо-l-фосфат включаются в реакции обмена, характерные для углеводов. Эти реакции будут рассмотрены ниже. Пуриновые и пиримидино
вые основания претерпевают дальнейший распад и превращаются в те или
иные простейшие азотсодержащие продукты, которые далее либо вьmодятся
из организма, либо откладываются в нем.
Распад пурииовых и пнрнмиднновых оснований. Первая фаза распада пури
новых и пиримидиновых оснований заключается в дезаминировании тех из
них, которые обладают аминогруппами. Этот процесс осуществляется при
посредстве специфических аминогидролаз. В результате аденин превращается
в гипоксантин:
NН2 |
ОН |
fu |
Qv + NНз |
I |
r |
н |
н |
|
I\mокcaиrин |
Гуанин переходит в ксантин:
|
ОН |
|
ОН |
|
~~j |
|
НО N N |
|
|
|
|
|
н,оГу,"",-_,о-.~JNI + |
NН |
|
I |
+ |
ги.о,РОJ18за ./"--~~..... |
з |
H~ |
|
I |
|
|
|
н |
|
н |
|
|
l'YaНВВ |
|
|
I |
Цитозин преобразуется в урацил:
232
|
~ |
|
|
ОН |
|
NНJ |
|
N7:) |
|
Цитозин- |
N?"~ |
+ |
|
А~_ |
+ Н.О -~--J~~ |
|
||||
.. |
амино- |
~ |
|
|
||
НО |
N |
|
ГИАРОIl'Н~ |
|
|
ДезаМИНИРОВaIше идет не только на уровне свободных пуриновых и пири
мидиновых оснований, но и на уровне нуклеозидов и нуклеотидов, причем во втором случае с большей интенсивностью, так как соответствующие нукле
ознд- и нуклеотид-аминогндролазы более активны, чем "уринили пиримидин
амииогидролазы. Так, аденозин и аденозинфосфат более энергично превраща ются в инозин И инозинфосфат, чем аденин в mпоксантин:
CiJ w
HOC~2О |
Аденоэин- |
HO~2О |
+ |
||
Н |
Н |
+ Н2О ----'----....~, |
Н |
Н |
|
Н |
Н |
al\lн ногидролаэа |
Н |
Н |
|
|
|
||||
ОН |
ОН |
|
ОН |
ОН |
|
Аденознн |
|
Инозин |
|
При дальнейшем распаде дезаминированных нуклеозидов и нуклеотидов из их
состава освобождаются гипоксантин, ксантин или урацил.
Дальнейшая судьба дезаминированных пуриновых и nиримидиновых ос нований различна. Гиnоксанmн и ксанmн окисляются в мочевую кислоту:
Реакция окисления гипоксантина в ксантин, а последнего- в мочевую
кислоту ускоряется ксантиноксидазойоксидоредуктазой с широким спект
ром действия, представляющей собой молибденсодержащий флавопротеин.
Фермент из разных источников обладает молекулярной массой от 280 тыс.
до 360 тыс. Да и при действии диссоциирующих агентов распадается на две
идентичные субъединицы, каждая из которых содержит одну молекулу ФАД,
один атом Мо и 4 атома негеминового железа, связанных с лабильными
атомами серы в кластеры типа Fe2S2. Активированные гипоксантин и ксантин
восстанавливают молибден, последний быстро восстанавливает F 2S2-кластер и, наконец, флавин восстанавливает молекулярный кислород.
у ряда животных (человекообразные обезьяны, птицы, рептилии, тутовый шелкопряд) и человека конечным продуктом распада пуриновых оснований является мочевая кислота, которая и выводится из организма. Однако
233
у большинства животных и растений есть ферменты.и ферментные' системы, способные ускорять реакции дальнейшего распада мочевой кислоты. От назва ния мочевой кислоты acidum uricum и по характеру действия, выражающемуся в расщеплении (лизисе) ее, эти ферменты получили наименование ферментов
урuколuза. В одних случаях (млекопитающие, насекомые) уриколиз сводится к окислению мочевой кислоты в аллантоин; в других (костистые рыбы)
процесс более сложен: аллантоин превращается в аллантоиновую кислоту,
а последняя (амфибии, большинство растений) распадается на мочевину и гли
оксиловую кислоту: |
|
|
|||
|
о |
|
|
|
|
.... |
~/ |
|
|
%02+ |
Н2О |
HNK _•. fi--NH |
\{ |
||||
! |
,~ |
|
t=e |
VР.ТОКСИДВЗ8 |
|
~ 'N/'N/ |
|
|
|||
|
, |
, |
|
|
|
|
н |
н |
|
|
|
Мочевая кислота |
|
|
|||
|
NH~ |
|
|
|
|
2 |
I |
|
|
|
|
С=О |
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
NH2 |
|
|
|
|
Мочевииа |
r лиоксилеваR |
|
|||
|
|
|
кислота |
А",,,,.итоииоваR |
кИслота
в отличие от гипоксантина и ксантина дезаминированные пиримидиновые основания подвергаются восстановлению. Так, урацил переходит в дигидроура
цил; донором атомов Н в этой реакции служит НАДН. В свою очередь, дигидроурацил претерпевает гидролиз и превращается в N-карбамил-р-аланин,
который далее гидролизуется до Р-аланина и карбаминовой кислоты. Послед-
?i
HI/~H
#='-N.....CH
о?',
Н
)'раци",
H2N-COOH
К.рбамииоваR
кислота
Л
NHa СО2
НАДН+Н+ НАД+
~ L |
|
• |
~иrидроур.циядеrидроrеИ8Э• |
|
|
• |
|
|
СООН
N-К.рбамвя-р-алавив-
+ |
~H2{Иt |
• |
.мидоrидрояаэ. |
-....... |
|||
|
NH2 |
|
Н2О |
|
|
|
Р-А.nаиии
О
'~ |
|
|
|
|
Н7'х, ~~ |
|
|
|
|
|
|
|
||
~'N"....cH2 |
|
..:о: |
||
|
||||
|
Н |
|
||
|
I |
|
• |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
:о: |
|
ДиrИllроураци", |
|
..t{ |
||
|
|
|
:1 |
|
|
H20~ |
|
..с..>, |
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
..:о: |
|
~H |
|
1( |
||
|
q |
|||
|
||||
7Н2 |
Н2 |
|
|
|
~H2
~
N-карбамм,n-
Р-алаиин
234
няя либо используется для синтеза мочевины, дибо распадается дО СО2 и NНз.
Все перечисленные реакции ускоряются соответствующими ферментами:
Карбаминовая кислота и J3-аланин являются конечными продуктами распада двух пиримидиновых оснований-У и ц. В случае Т, распадающе
гося по такой же схеме, вместо J3-аланина образуется J3-аминоизомасляная
кислота..
Итак, огромные, сложные молекулы полидезоксирибонуклеотидов и по
лирибонуклеотидов в процессе распада в организмах животных и растений
превращаются в очень простые соединения-главным образом.фосфорную
кислоту, СО2 и NНз. У организмов, расположенных на нижних ступенях
эволюционной лестницы, представлен всегда полный набор ферментов,
обеспечивающих распад нуклеиновых кислот именно до этих простейших
продуктов. При переходе к более высокоорганизованным формам ряд
ферментов, участвующих в превращении пуриновых и пиримидиновых ос
нований, выпадает и конечными продуктами обмена нуклеиновых кислот у некоторых групп организмов являются более сложные соединения, чем
NНз и СО2; это мочевина, аллантоиновая кислота, аллантоин и мочевая
кислота.
Механизм биосинтеза нуклеозидфосфатов. Для обеспечения биосинтеза нук
леиновых кислот организм должен располагать полным набором дезоксири бо- и рибонуклеозидтрифосфатов. Поэтому в любой клетке любого организма
независимо от положения его на эволюционной лестнице беспрепятственно
осуществляется процесс новообразования всех видов нуклеозидтрифосфатов,
нуклеозимифосфатов и нуклеозидмонофосфатов.
Из трех основных частей нуклеотида- азотистого основания, пентозы
и фосфорной кислоты-последНЯЯ в норме всегда присутствует в клетках,
а вторая неминуемо возникает в процессе распада углеводов. Таким образом,
только первая составная часть нуклеотида-nyриновое ИЛИ nиримидиновое
основание, должна создаваться специфическим путем.
Пути возникновения пуриновых и пиримидиновых оснований различны. Но есть некоторые черты сходства в механизмах их синтеза. К их числу
.относятся: 1) широкое использование гли, асн и глн в качестве источников азота гетероциклических колец; 2) включение в состав nyриновых и пирими диновых циклов атомов yrлерода из СО2 И формиата; 3) построение пурино
вого основания и завершение синтеза пиримидинового основания на рибозо-
5-фосфате, в результате чего конечными продуктами биосинтеза являются
сразу нуклеозид-5'-фосфаты, а не свободные А, Г, У, Ц и Т; 4) ферментатив
ный характер всех реакций, осуществляющихся в процессе новообразования
нуклеотидов; 5) возникновение на определенном этапе биосинтеза предшест
венников, из которых потом формируются уже индивидуальные нуклеозид- 5'-фосфат~.
Рассмотрим сначала механизм биосинтеза ппримнДННОВЫХ оснований. Под
готовительной реакцией, открывающей этот синтез, является реакция об
разования карбамилфосфата из NНз и СО2 при участии АТФ:
|
ОН |
Карбамапиназа |
\ |
NНз+СО2+АТФ-АДФ+Н2N-С-О-Р=О
11 |
/ |
о |
он |
Карбамилфосфат
235
Далее при участии специфического фермента остаток карбаминовой кислоты (карбамил) переносится на аминогруппу аспарагиновой кислоты
с образованием карбамиласпараги~овой кислоты. Эту реакцию рассматри
вают как первую специфическую реакцию в синтезе пиримидиновых нукле
отидов:
|
NH |
2 |
__ |
|
СООН |
|
|
|
|
|
|
I |
|
'"'..... |
I |
|
|
NH |
СООН |
||
|
С |
|
,'/ ОН' |
СН2 |
Аспартвт-кврбвмил- |
|
I 2 |
I |
||
.f'\'Х f |
I |
\ |
I |
.. |
С |
~H2 + НэРО. |
||||
О |
,. |
|
О-Р=О + |
Н N-CH-COOH |
трвнсфераэа |
|||||
|
• , |
'.......6Н |
2 |
|
|
о?' 'NH-CH-COOH |
||||
|
|
..)f |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
----;- |
|
|
|
|
Карбамиласпарагниовая |
|
|
|
КарбаNИЛ- |
Аспарагнновая |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
фосфат |
|
КJlслота |
|
|
|
кислота |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При сближении NH2 - и СООН-групп в молекуле карбамиласпараги
новой кислоты между ними осуществляется взаимодействие с выделе
нием молекул воды. Эта реакция катализируется ферментом из класса гидролаз - дигидрооротазой, названной так от дигидрооротовой кисло
ты, гидролиз которой она ускоряет вследствие обратимости данной ре
акции:
HO""'~ |
|
~ |
||
NH2 |
СН2 |
HN/c..... |
||
1 |
CH |
|||
1 • JH-COOH |
I 2 |
|||
ьс....... ,....cH-СООН |
||||
~N |
|
|||
|
if |
~ |
||
А |
|
|||
|
|
н |
||
Карбамиласпараrи |
ДИГИJlрооротовая |
|||
новая |
киСлота |
|
кислота |
Дигидрооротовая кислота ферментативно окисляется, Снятие двух атомов
Носуществляется первичной дегидрогеназой либо с НАД+ или НАДФ+, либо
сФАД в качестве кофермента:
|
~ |
|
|
|
|
|
О |
|
|
НАД+ |
НАДН+Н+ |
11 |
|||
|
с |
|
|
\, |
L • |
с |
|
HN....... 'СН |
|
• |
HN............~H |
||||
~C, .......СН-СООН |
|
|
|
4!....... /~-COOH |
|||
1 |
1 |
2 |
|
ОротвтреДУКТВ]8 |
|
||
О' |
N |
|
|
|
|
|
о' N~ |
|
h |
|
|
|
|
|
Оротовая кислота
в молекуле оротовой кислоты, как видно из ее формулы, уже пред
образована структура одного из пиримидиновых оснований, а именно урацила. Достаточно осуществить реакцию декарбоксилирования, и оротовая кислота превратится в урацил. Однако этот процесс происходит лишь после того, как оротовая кислота 'соединится с рибозой, образуя нуkлеозид, где агликоном является остаток оротовой кислоты. Нуклеозид такого строения называется
236
оротидином (по аналогии с цитидином и уридином). Так как реакция идет
непосредственно между оротовой кислотой и 5-фосфорибозилпирофосфатом, то в ее результате возникает оротидин-5'-фосфат. Процесс ускоряется соот
ветствующей трансгликозидазоЙ. Уравнения реакций, приводящих к синтезу
оротидин-5'-фосфата, таковы:
9Н |
|
~H |
он |
|
R |
|
|
|
0=P-O-<;~2о-р-о-Ь-он |
|
|
трансфераэа |
|
||||
|
H~"\;H |
|
||||||
6н |
н |
Н 8 |
S |
|
...с... |
|
OpotaT-фосфорибозил- |
|
+ |
1 |
11 |
.... |
> |
||||
|
н |
н |
|
|
ifс.....~.....С-СООН |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
он |
он |
|
|
н |
|
|
|
5-Фосфорибозил-l-пирофосфат |
|
Оротовая |
кислота |
|
|
|||
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
HN~CH |
|
|
|
|
|
|
|
|
r~ I ).С-соон |
9Н |
~H |
|
||
|
|
он |
O~1-N |
" |
|
|
||
|
|
|
|
|
+ |
HO-l»~Р-он |
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
11 |
|
|
|
|
|
|
|
О |
о |
|
Пирофосфат
он ОН
Оротидии-S'- фОСфат
Последнее преобразование состоит в декарбоксилировании оротидин-5'·
фосфата:
R
|
HN........c.....CH |
||
|
|
1 |
11 |
?н |
О~с.....N.....С-СООН ~02 |
||
0=PI-0-О~2 |
ОРоТи.:tIIИ _5'·фосфат-~ |
||
ОН |
Н |
Н |
.:tекарБОКСИjlаэа |
Н |
|
Н |
|
|
ОН |
ОН |
|
.УРН.1ни-5I -фосфат
в результате возникает один из пиримидиновых ~уклеотидов-ури
дин-5'-фосфат. Уридин-5'-фосфат занимает центральное место в биосин
тезе пиримидиновых нуклеотидов, так как далее может превращаться в
другие пиримидиновые нуклеотиды в соответствии со следующей схе мой:
237
|
|
|
уМф |
.....;ф..;;О;;;:.ф;.;;о:;;ри;;;n;;jиро••=;;.;ни;;;.~... |
удф |
ФОСФОРИnИР0l8ние.. |
УТФ |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
(Уридии-S'-NОИОФОСФВТ) |
(УридИИ-S'-дифосфвт) |
(уридии~S'-трИфосфат) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
IА..IIНllрО....ие |
|
|
|
__-.!В~С!О::C'I'~.и~о~wn~.....~~е~-:;.::::: |
|
Дlфосфорилиро••иие |
|
||||||||
_ |
|
|
|
Дефосфор"nмро..""е |
|
|
t |
||||||
дУДФ.. |
ЦМФ .. |
|
• |
ЦДФ |
• |
• |
Цтф |
||||||
(Де30Jl:СИУРИДИИ- |
(ЦИТИJtИИ-S'-NОНофОСфВТ) |
(ЦитидИН-S'-диФосфат) |
(ЦитидИН-"-трифосфат) |
||||||||||
S'-дифосфвт) |
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
||
.. |
|
|
|
|
|
|
|
tВое.Тlllо.nение |
|
|
|
|
|
|
|
дЦМФ |
.. Д.ФоеФОРНnМРOlвние |
дцдф |
ФО.ФОPllnИpollии.. |
дЦТФ |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
'" |
|
(Дезоксицитидии- |
(ДезоксиЦИТИДИН- |
(Де30Jl:СИЦИт'ИДИИ- |
|||||||||
" |
|
|
S'-NОНОфосфвт) |
|
S'-дифосфВТ) |
S'-урифосфат) |
|||||||
~,. |
|
|
|
||||||||||
,"" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IДе]lМRНИ" |
|
'" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tроuние |
|
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
"" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
.. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
u |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
't |
|
|
|
|
О'Пд.пnеRИ. п |
|
|
(ДеJОJl:СИУРИJlНН- |
|||||
"1 |
|
|
__-----------~~~~~~и~РQ~ф~О~сф~.~п~---------~~дУТф |
||||||||||
|
|
|
_ |
|
|
|
|
|
|
трифосфат) |
|||
|
|
-Метилиро"аии. |
дТМФ |
Фо.формированн, |
|
ФОсфорипиро....и. |
тт |
Ф |
|||||
ДУМФ |
• |
|
• |
дТДФ -.,;;..;;.;;;:====.....- |
.11 |
|
|||||||
(ДеЗОkСИУРИДИН- |
(ДеЗОКСИТИNИдин- |
(ДеЗОКСИТИNИдин- |
(ДеJОICСИТИNИIIИИ- |
||||||||||
S'-моиофосфат) |
S'-NОНОфОСфВТ) |
,S'-дИфОСфВТ) |
S'-трифосфВТ) |
Схема 2. Пути превращений Шlримидиновых нуклеотидов
Эти превращения пиримидиновых нуклеотидов осуществляются путем ре
акций восстановления, аминирования и метилирования моно-, ди- и трифос
форных эфиров нуклеозидов. Последние образуются при взаимодействии
нуклеозидмонофосфатов с АТФ, запасы которой в клетках непрерывно попол
няются за счет реакции окислительного фосфорилирования. Например:
|
|
Нуклеозидмонофос:фаПIПIl3а |
||
УМФ+АТФ |
|
|
УДФ+АДФ |
|
|
|
|||
|
|
(ypидиnВТКИR8Э8) |
||
|
|
Нуклемил- |
||
УДФ+АТФ |
|
|
|
УТФ+АДФ |
|
|
|
||
|
|
дифосфат |
||
|
|
киназа |
Восстановление протекает по гидроксильной группе при 2-м углеродном
атоме рибозы, благодаря чему остаток рибозы переходит в остаток дезок
сирибозы, Эта реакция свойственна нуклеозиддифосфатам:
|
|
|
|
|
N~ |
|
|
|
|
|
|
N~ |
|
|
УН |
9Н |
|
NA~H |
УН?Н |
|
|
~fiH |
|||||
|
|
Jy |
Н |
|
)'N;"CH |
||||||||
|
HO-P-O-P-o--<;~2 |
|
|
HO-P-O-P-O-~O |
|||||||||
Ф,р",.т 1" |
11 |
|
Н |
|
Ф,р",,,т 11" |
11 |
|
Н |
Н |
|
|||
"i |
~ о |
о |
|
|
|
|
.. О |
О |
|
|
|||
НО2 |
|
Н |
|
Н |
|
2Н |
|
|
н |
|
|
Н |
|
|
|
|
|
|
l' |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
Н |
|
|
|
|
|
|
ОН |
Н |
|
ЦИТИIlИН-s'-IIИФОСФВТ |
Промежуточно, |
соеllииенне |
|
|
Д,зоксицитиднн-s'-днфосф.т |
с IIBoAHoA связью меЖIlУ
2' и з'-уr.neРОIlНЫМН ато
мами остетка рнбозы
Донором атомов Н для восстановления рибозы при превращении рибонук
леозиддифосфата в дезоксирибонуклеозиддифосфат служит специальный бе
лок-тиоредоксии. Будучи составлен из 108 аминокислотных OCT~TKOB, тиоре-
238
доксин содержит в 32~M и 35-м положениях остатки цис и располагает,
слеДOlщтельно, двумя НS-группами. Именно они и поставляют атомы Н,
образуя дисульфидный мостик. Окисленный тиоредоксин немедленно перево
дится в восстановленную форму, получая атомы Н от НАДН при посредстве фермента тиоредоксинредуктазы.
Кроме обеспечения атомами Н реакции восстановления остатка рибо
зы, тиоредоксин в восстановленном состоянии способен соединяться с дву мя Дрyrими каталитически активиыми белками Б1 и Б2• Последние при
этом активируются и непосредственно ускоряют процесс восстановления
остатка рибозы. Они же подвержены сильному влиянию других алло
стерических регуляторов активности, в частности АТФ, ГТФ, ТТФ, дАТФ,
дГТФ и др.
Таким образом, превращение рибонуклеозиддифосфатов в дезоксирибо нуклеозиддифосфаты идет в соответствии'СО следующей схемой:
МI2+; ClеJlки-фермевты
Рибонукnеозид- Б,(2. В7000)и Ба(2Х"l3000) Дезоксирибо-
дифосфаты (~~ иукnеозид-
t дифосфаты
Тиоредоксии (5Н)2 Тllоредоксин (55)
\J
T'OP~''''
НАД+ НАДН+Н+
ЧТО касается реакций аминирования (переход от УТФ к ЦТФ) и метилиро
вания (переход от дУМФ к дТМФ), то в первом слу~ае источником амино группы у бактерий служит NНз, а у млекопитающих-глн, причем введение
аминогруппы осуществляется сопряженно с распадом АТФ; во втором случае
источником метильной группы является N5-метилтетрагидрофолиевая кисло
та, а реакция переноса ее ускоряется тимидилат-синтазой (димер; каждая полипептидная цепь-316 аминокислотных остатков; первичная и третичная
структуры расшифрованы).
В результате всех этих реакций обеспечивается создание в организме фонда свободных пиримидиновых нуклеозидтрифосфатов (УТФ, ЦТФ, дЦТФ,
дТТФ), необходимых для синтеза ДНК и рнк.
Важной особен}юстью биосинтеза пирймидиновых нуклеотидов является
саморегуляция этого процесса. Установлено, что такие конечные продукты биосинтеза пиримидиновых нуклеотидов, как ЦТФ и дЦТФ, ингибируют деятельность аспартат-карбамилтрансферазы-фермента, ускоряющего пер вую реакцию в цепи тех взаимодействий, которые приводят к формированию пиримидинового цикла. Выявлено, что понижение активности фермента вызы
вается присоединением ЦТФ по аллостерическому центру фермента Таким
образом, накопление в клетке избыточного количества ЦТФ и дЦТФ немед
ленно сказывается на активности аспартат-карбамилтрансферазы и биосинтез
пиримидиновых нуклеотидов заМедляется. Антагонистом ЦТФ в ингибирова
нии деятельности этого фермента является АТФ, активирующая фермент. Следовательно, торможение или стимулирование биосинтеза пиримидиновых
нуклеотидов зависит от соотношения в клетках организма АТФ и ЦТФ, т. е. от
239