Вопрос № 4. Катаболизм пиримидиновых оснований.
Уже говорилось о том, что цитидиловые нук-леотиды могут гидролитически терять аминогруппу и превращаться в УМФ. Когда от УМФ при участии нуклеотидазы (или фосфатазы) и уридинфосфорилазы отщепляются неорганический фосфат и рибоза, то остаётся азотистое основание - урацил. Аналогично расщепляются дезоксирибонуклеотиды, и из dЦМФ образуется урацил, а из dTМФ - тимин (рис. 10-16).
Пиримидиновые основания при участии дигидропиримидиндегидрогеназы присоединяют 2 атома водорода по двойной связи кольца с образованием дигидроурацила или дигидротимина. Оба гетероцикла могут взаимодействовать с водой в реакции, катализируемой дигидропиримидинциклогидролазой, и дигидроурацил превращается в β-уреидопропионовую кислоту, а дигидротимин - в β-уреидоизомасляную кислоту. Оба β-уреидопроизводных под действием общего для них фермента уреидопропионазы расщепляются с образованием СО2, NH4+ и β-аланина или β-аминоизомасляной кислоты соответственно.
β-Аланин обнаруживают в плазме крови и многих тканях. Он используется в мышцах на образование дипептидов: карнозина и анзерина. Под действием бактериальной микрофлоры кишечника β-аланин включается в пантотеновую кислоту, которая всасывается и используется на образование КоА.
Часть β-аланина и β-аминбутирата трансами-нируется с α-кетоглутаратом и даёт малонил полуальдегид или метилмалонил полуальдегид соответственно, которые превращаются в малонил-КоА и сукцинил-КоА и используются в соответствующих метаболических путях, либо окисляются до СО2 и Н2О. Частично β-аминобутират экскретируется с мочой.
Рис. 10-16. Катаболизм пиримидиновых оснований. 1 - дигидропиримидиндегидрогеназа; 2 - дигидропиримидинциклогидролаза; 3 - уреидопропионаза.
ВОПРОС №5. Биосинтез пуриновый нуклеотидов, механизмы его регуляции.
Сборка пуринового гетероцикла осуществляется на остатке рибозо-5-фосфата при участии различных доноров углерода и азота.
Первая спецефическая реакция образования пуриновых нуклеотидов – перенос амидной группы Глн на ФРДФ с образованим 5-фосфорибозил-1-амин. Эту реакцию катализирует фермент амидофосфорибозилтронсфераза. При это формируется β-N-гликозидная связь.
Затем к амино группе 5-фосфорибози-1-амина присоединяются остаток глицина, N5, N10-метенил-Н4-фолата ещё одна амидная группа глутамина, диоксида углерода, аминогруппа аспартата и формильный остаток N10-формил H4-фолата.
Результатом этой десятистадийной серии реакций является образование первого пуринового нуклеотида – инозин-5’-монофосата (ИМФ), ни синтез которого затрачивается не меньше шести молекул АТФ. У эукариот за счёт слияния генов возникли полифункциональные ферменты, каждый из которых катализирует несколько реакций (3,4,6,7,8,10,11). ИМФ в основном используется на синтез АМФ или ГМФ. Небольшое количество этого продукта обнаруживается также в тРНК в качестве одного из минорных нуклеотидов.
Преврашение ИМФ в АМФ и МФ в обоих случаях включает 2 стадии и идёт с затратой энергии. Аденилосукцинатсинтетаза, используя энергия ГТФ, присоединят аспартат к ИМФ с образованием аденилосукцината, который в реакции, катализируемой аденилосукциназой, отщепляет фумарат и превращается в АМФ.
ГМФ. Сначала ИМФ окисляется NAD+-зависимой ИМФ-дегидрогеназой с образованием ксантозин-5’-монофосфата (КМФ). Последующее трансминирование гидроксильной группы при С2-пуринового кольца КМФ катализирует ГМФ-синтетаза с использованием амидной руппы Глн и энергии АТФ.
При образовании пуриновых нуклеотидов ГТФ расходуется на синтез АМФ, а АТФ – на синтез ГМФ. Перекрёсное использование пуриновых нуклеозидтрифосфатов на образование клеточных продуктов синтеза помогает поддерживать в клетках баланс адениловых и гуаниловых нуклеотидов.
Регуляция.
Основным показателем, от которого зависит синтез пуриновых нуклеотидов, служит концентрация ФРДФ, которая, в свою очередь, зависит от скорости его синтеза, утиилизация и разрушения. Количество ФРДФ определяется доступностью рибозо-5-фосфата и активностью ФРДФсинтетазы – фермента. Чувствительного к концентрации фосфата и пуриновых нуклеотидов.
Внутриклеточная концентрация ФРДФ строго регулируется и обычно низкая. ФРДФ синтетаза – аллостерический фермент. Он активируется неорганическим фосфатом и ингибируется пуриновыми нуклеозид- моно-, ди- и трифосфатами, которые по эффективности нгибирования распределяются в следующем порядке: НМФ>НДФ>НТФ. ФРДФ служит не только субстратом. Но и аллстерическим активатором второй реакции синтеза пуринонуклеотидов dt novo, которую катализирует амидофосфорибозилтрансфераза.
Пуриновые нуклеотиды, особенно АМФ и ГМФ по механизму отрицательной обратной связи ингибируют амидофосфорибозилтрансферазу. Которая катализирует первую специфическую реакцию синтеза пуриновых нуклеотидов de novo.
Метаболическая цепь образования АМФ и ГМФ dе novo регулируется также в месте её разветвления: АМФ ингибирует аденилсукцинатсинтетазу, а ГМФ – реакцию образования ксантиловой кислоты, которую катализирует ИМФ дегидрогеназа. Перекрёсная реакция путей использования ИМФ служит для того, что бы снизить синтез одного пуринового нуклеотида при дефиците другого.
Помимо ферментов основного пути синтеза пуриновыз нуклеотидов de novo, регулируется также активность ферментов «запасных» путей: аденинфосфорибозинтрансфераза ингибируется АМФ, а гипоксантин-гуананфосфорибозилтрансфераза – ИМФ иГМФ.