4. Окисление пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов. Назовите конечные продукты пуринового обмена у разных животных.

Пурины распадаются с образованием мочевой кислоты

Наиболее активно катаболизм пуринов идет в печени, тонком кишечнике (пищевые пурины) и почках.

Реакции катаболизма пуринов

Реакции распада пуринов можно условно разделить на 5 стадий:

1. Дефосфорилирование АМФ и ГМФ – фермент 5'-нуклеотидаза.

2. Гидролитическое отщепление аминогрупы от С₆ в аденозине – фермент дезаминаза. Образуется инозин.

3. Удаление рибозы от инозина (с образованием гипоксантина) и гуанозина (с образованием гуанина) с ее одновременным фосфорилированием – фермент нуклеозидфосфорилаза.

4. Окисление С₂ пуринового кольца: гипоксантин при этом окисляется до ксантина (фермент ксантиноксидаза), гуанин дезаминируется до ксантина – фермент дезаминаза.

5. Окисление С₈ в ксантине с образованием мочевой кислоты – фермент ксантиноксидаза (описание фермента см здесь). Около 20% мочевой кислоты удаляется с желчью через кишечник, где она разрушается микрофлорой до CO₂ и воды. Остальная часть удаляется через почки.

Конечным продуктом распада пуринов мочевая кислота является у человека, приматов, большинства млекопитающих и птиц. У остальных живых организмов мочевая кислота превращается в аллантоин.

Дальнейшая деградация пуринов протекает по схеме

У высших животных мононуклеотиды, высвобождающиеся при распаде нуклеиновых кислот под действием нуклеаз, обычно подвергаются ферментативному гидролизу с образованием в итоге свободных пуриновых и пиримидиновых оснований. Конечным продуктом распада пуринов, выводимым с мочой, является мочевая кислота или аллантоин (например, у моллюсков).

У рыб аллантоин распадается далее на аллантоиновую кислоту и мочевину.

У многих беспозвоночных конечным продуктом катаболизма пуринов является аммиак. Таким образом, природа конечного азотсодержащего продукта, выводимого из организма, зависит от вида этого организма.

Так, способ выведения из организма аммиака в качестве конечного продукта азотистого обмена - это эволюционно наиболее древний и самый простой путь, так как образовавшийся аммиак в виде глутамина доставляется в жабры, где глутамин распадается на глутамат и аммиак. Этот последний легко растворяется и уносится с водой. У наземных же животных в связи с появлением почек и мочевого пузыря появилась возможность выводить из организма продукты распада азотсодержащих соединений в виде мочевины, водорастворимого нетоксичного вещества. Что касается птиц, то для них этот способ неприемлем, так как вместе с мочевиной в мочу должны были поступать значительные количества воды, что привело бы к значительному увеличению их веса. Чтобы обойти эти неудобства, в процессе эволюции у птиц выработался механизм синтеза мочевой кислоты (вместо мочевины), которая является кристаллическим веществом, плохо растворимом в воде.

5. Биохимические механизмы синтеза нуклеотидов.

Нуклеотиды являются исходным материалом для биосинтеза нуклеиновых кислот. Кроме того, нуклеотиды входят в состав многих коферментов и участвуют в активации и переносе аминокислот, углеводов, компонентов клеточной стенки и липидов.

Нуклеотиды – сложные соединения, состоящие из азотистых оснований, пентоз и остатка фосфорной кислоты. Большинство микроорганизмов способно синтезировать нуклеотиды из низкомолекулярных соединений. Если же нуклеотиды есть в питательной среде или они образуются при распаде нуклеиновых кислот, то клетка их не синтезирует, а использует в готовом виде.

Синтез пиримидиновых нуклеотидов. Предшественниками для синтеза пиримидиновых оснований служат карбамоилфосфат и аспартат. Карбамилфосфат синтезируется из аммиака и углекислого газа. Фермент аспартаттранскарбамоилаза конденсирует эти соединения с образованием карбамоиласпартата. Карбамоиласпартат подвергается циклизации с образованием 4,5-дигидрооротата. Затем в результате дегидрирования этого соединения происходит образование оротата – первого промежуточного продукта, содержащего пиримидиновое кольцо. Прежде чем превратиться в одно из пиримидиновых оснований, оротат связывается с рибозо-5-фосфатом, который является исходным соединением для образования пентозного компонента нуклеотидов. Как известно, рибозо-5-фосфат может синтезироваться двумя путями:

1) окислительным – из глюкозо-6-фосфата через окислительный пентозофосфатный путь;

2) неокислительным – из фруктозо-6-фосфата и 3-фосфоглицеринового альдегида в результате реакций, катализируемых трансальдолазой и транскетолазой.

Для синтеза нуклеотидов рибозо-5-фосфат используется в высокоэнергетической форме – в виде фосфорибозилпирофосфата (ФРПФ). Фосфорибозилпирофосфат взаимодействует с оротатом, в результате образуется оротидинмонофосфат, который декарбоксилируется в уридинмонофосфат или уридиловую кислоту

Из уридиловой кислоты путем аминирования образуется цитидиловая кислота (нуклеотид, содержащий азотистое основание цитозин), путем метилирования – тимидиловая кислота (нуклеотид, содержащий азотистое основание тимин).

Синтез пуриновых нуклеотидов. Начальной стадией синтеза пуриновых нуклеотидов является взаимодействие ФРПФ с глутамином с образованием фосфорибозиламина, который через ряд последовательных ферментативных реакций превращается в инозиновую кислоту (пуриновый нуклеотид гипоксантин). Инозиновая кислота служит исходным продуктом для синтеза двух других нуклеотидов – адениловой и гуаниловой кислот.

При синтезе дезоксирибонуклеотидов происходит восстановление рибозы до дезоксирибозы. Это происходит на стадии рибонуклеотидов, т. е. синтезируются рибонуклеотиды, а затем происходит восстановление их до дезоксирибонуклеотидов.

Синтезированные клеткой или усвоенные из среды нуклеотиды при участии РНК- и ДНК-полимераз полимеризуются в полинуклеотиды – молекулы РНК и ДНК.