Многие коферменты и родственные им соединения являются производными аденозинмонофосфата

 

 

2. Представление о биосинтезе пуриновых нуклеотидов. Роль ФРДФ. Происхождение атомов пуринового кольца. ИМФ как предшественник АМФ и ГМФ. Регуляция синтеза пуриновых нуклеотидов Биосинтез пуриновых нуклеотидов У человека и других млекопитающих пуриновые нуклеотиды синтезируются для обеспечения потребностей организма в мономерных предшественниках нуклеиновых кислот, а также в соединениях, выполняющих другие функции. У некоторых позвоночных (птицы, земноводные, рептилии) синтез пуриновых нуклеотидов несет дополнительную функцию – является частью механизма, с помощью которого выводятся излишки азота в виде мочевой кислоты; такие организмы называют урикотелическими. Организмы, у которых конечным продуктом азотистого обмена является мочевина (как у человека), называют уреотелическими. Поскольку урикотелические организмы удаляют «излишки» азота в виде мочевой кислоты, синтез пуриновых нуклеотидов у них идет более интенсивно, чем у уреотелических. В то же время пути синтеза пуриновых нуклеотидов de novo – общие для обеих групп организмов.   Пищевые пурины и пиримидины не являются незаменимыми пищевыми факторами и очень мало используются для синтеза нуклеиновых кислот тканей. Пиримидиновые основания, не успевшие поступить в энтероциты, под действием микрофлоры кишечника расщепляются до NH3, CO2, β-аланина и β-аминоизобутирата. В различных клетках организма синтезируется до 90% пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов из простых предшественников de novo.   Фосфорибозилдифосфат (ФРДФ), или фосфорибозилпирофосфат (ФРПФ) занимает центральное место в синтезе как пуриновых, так и пиримидиновых нуклеотидов.   Образование 5-фосфорибозил-1-дифосфата (ФРДФ)   Источником рибозо-5-фосфата могут быть: 1) пентозофосфатный путь превращения глюкозы; 2) катаболизм нуклеозидов, в ходе которого под действием нуклеозидфосфорилазы первоначально образуется рибозо-1-фосфат, а затем с помощью соответствующей мутазы фосфорный остаток переносится в 5-положение.   Происхождение атомов азота и углерода пуринового кольца Ниже представлена схема реакций синтеза пуриновых нуклеотидов de novo.   Переваривание нуклеиновых кислот пищи   Синтез АМФ и ГМФ из ИМФ 1 – аденилосукцинатсинтаза; 2 – аденилосукциназа; 3 – ИМФ-дегидрогеназа; 4 – ГМФ-синтетаза.   Печень – основное место образования пуриновых нуклеотидов, откуда они могут поступать в ткани, не способные к их синтезу: эритроциты, полиморфноядерные лейкоциты (ПЯЛ) и частично мозг.   Регуляция синтеза пуриновых нуклеотидов 1 – ФРДФ-синтетаза; 2 – амидофосфорибозилтрансфераза; 3 – ИМФ-дегидрогеназа; 4 – аденилосукцинатсинтетаза.       3. Катаболизм пуриновых нуклеотидов. Нарушения метаболизма пуринов: подагра, синдром Леша-Найхана Конечный продукт катаболизма пуринов у человека – мочевая кислота. При обследовании больных с наследственной формой недостаточности ферментных систем катаболизма пуринов установлено, что 99% мочевой кислоты образуется из субстратов нуклеозидфосфорилазы, функционирующей в цикле реутилизации пуринов. Пуриновые продукты нуклеозидфосфорилазной реакции – гипоксантин и гуанин – превращаются в мочевую кислоту; промежуточным продуктом является ксантин, образующийся в реакциях, катализируемых гуаназой и ксантиноксидазой в печени, тонком кишечнике и почках:   Ксантиноксидаза представляет собой важную мишень для фармакологического вмешательства при гиперурикемии и подагре. У низших приматов и других млекопитающих (но не у человека) мочевая кислота гидролизуется уриказой до аллантоина – соединения, хорошо растворимого в воде: У птиц и наземных рептилий уриказа отсутствует; в качестве конечных продуктов метаболизма азота (белков) и пуринов они экскретируют мочевую кислоту и гуанин. У этих организмов сформировалась урикотелическая система, позволяющая сохранить воду, ассоциированную с мочевой кислотой, при выделении последней в виде преципитата. Если бы конечным продуктом метаболизма азота у них была мочевина, сохранить гидратационную воду было бы невозможно, поскольку растворимость мочевины в воде достигает 10 моль/л (концентрация значительно выше той, которая может быть достигнута при концентрировании мочевины почками).   Метаболизм мочевой кислоты у человека (подагра) Метаболизм мочевой кислоты у человека был изучен с применением изотопно-меченных мочевой кислоты, а также ее предшественников – глицина и формиата. По разведению инъецированного изотопа рассчитывали общее количество мочевой кислоты, находящейся в водной фазе организма. Этот параметр получил название «растворимый уратный пул». Средняя величина данного показателя для здоровых взрослых мужчин составляла 1200 мг (разброс 866-1578 мг), а у здоровых женщин он колебался от 541 до 687 мг. У больных подагрой растворимый уратный пул был значительно выше и варьировал от 2000 до 4000 мг для пациентов без подагрических узлов, т.е. без отложений урата натрия в мягких тканях. При тяжелой форме подагры, сопровождающейся образованием узлов, растворимый уратный пул достигал величины 31000 мг. Скорость его обновления у здоровых людей составляет 600 мг за 24 ч. 18-20% удаляемой из организма мочевой кислоты распадается до СО2 и аммиака и выделяется через кишечник. Некоторое количество уратов экскретируется с желчью и подвергается деградации кишечной микрофлорой. Следует отметить, что распад мочевой кислоты до СО2 и NH3 у человека не связан с жизнедеятельностью кишечных бактерий. Урат натрия легко фильтруется почечными клубочками млекопитающих, интенсивно реабсорбируется и частично экскретируется в проксимальных канальцах, затем секретируется в петле Генле и, вероятно, снова реабсорбируется в дистальных канальцах. За сутки здоровым человеком выделяется 400-600 мг мочевой кислоты. Подагра – распространённое заболевание, в разных странах ею страдают от 0,3 до 1,7% населения. А поскольку сывороточный фонд уратов у мужчин в 2 раза больше, чем у женщин, то они и болеют чаще. Как правило, подагра генетически детерминирована и носит семейный характер. Она вызвана нарушениями в работе ФРДФ-синтетазы. К другим характерным проявлениям подагры относят нефропатию, при которой наблюдают образование уратных камней в мочевыводящих путях. Синдром Леша-Найхана В некоторых случаях гиперэкскреция уратов (более 600 мг мочевой кислоты за 24 ч) может носить вторичный характер, т.е. быть следствием заболеваний, характеризующихся усилением обмена в тканях (например, рак или псориаз). У ряда пациентов идентифицированы дефекты ферментных систем, например ФРПФ-синтетазы (устойчивость к ингибированию конечными продуктами и повышенная активность), гипоксантингуанин-фосфорибозилтрансферазы (ГГФРТ) (уменьшение количества фермента или его полное отсутствие, синдром Леша-Найхана). К этой же категории можно отнести недостаточность глюкозо-6-фосфатазы (синдром Гирке). Имеется также группа больных с идиопатической гиперурикемией, которую следует рассматривать как гетерогенную до тех пор, пока не будет выяснена молекулярная основа метаболических дефектов. Синдром Леша-Найхана (полное отсутствие ГГФРТ) наследуется как сцепленный с X-хромосомой рецессивный признак. Болезнь характеризуется корковым параличом, сопровождающимся хореоатетозом, судорогами, стремлением к членовредительству и тяжелой гиперурикемией. Кроме того, наблюдается образование камней мочевой кислоты. Матери больных детей гетерозиготны и мозаичны в отношении ГГФРТазной недостаточности, у них часто обнаруживается гиперурикемия, но без неврологических симптомов. Частичная недостаточность ГГФРТазы, вызванная мутациями соответствующего гена, встречается и у мужчин. Для таких больных характерна тяжелая гиперурикемия, не сопровождающаяся существенными неврологическими нарушениями. Избыточное образование пуринов у пациентов с недостаточностью ГГФРТ связано с увеличенной внутриклеточной концентрацией ФРПФ, что по-видимому является результатом уменьшения потребления ФРПФ на пути регенерации пуриновых нуклеотидов. Биохимическая основа неврологических отклонений при синдроме Леша-Найхана неизвестна. 4 Синтез пиримидиновых нуклеотидов Фонд пиримидиновых нуклеотидов, подобно пуриновым нуклеотидам, в основном синтезируется из простых предшественников de novo, и только 10-20% от общего количества образуется по «запасным» путям из азотистых оснований или нуклеозидов. В отличие от синтеза пуринов, где формирование гетероциклического основания осуществляется на остатке рибозо-5-фосфата, пиримидиновое кольцо синтезируется из протсых предшественников: глутамина, СО2 и аспарагиновой кислоты и затем связывается с рибозо-5фосфатом, полученным от ФРДФ. Процесс протекает в цитозоле клеток. Синтез ключевого пиримидинового нуклеотида – УМФ идёт с участием трёх ферментов, 2 из которых полифункциональны. У млекопитающих ключевой, регуляторной реакцией в синтезе пиримидиновых нуклеотидов является синтез карбамоилфосфата из глутамина, СО2 и АТФ, в реакции, каталищзируемой карбамоилфосфатсинтетазой II (КФС II), которая протекает в цитозоле клеток: В реакции NH2-группа карбамоилфосфата образуется за счёт амидной группы глутамина, что отличает эту реакцию от реакции синтеза карбамоилфосфата в митохондриях в процессе синтеза мочевины из СО2, NH3 и АТФ с участием КФС I. Карбамоилфосфат, использующийся на образование пиримидиновых нуклеотидов, является продуктом полифункционального фермента, который, наряду с активностью КФС II, содержит каталитические центры аспартаткарбамоилазы и дигидрооротазы. Этот фермент назвали КАД-фермент – по начальным буквам ферментативных активностей, которыми обладают отдельные каталитические домены этого белка. Отщепляясь от КАД-фермента, дигидрооротат подвергается дегидрированию НАД-зависимой дигидрооротатдегидрогеназой и превращается в свободное пиримидоновое основание – оротовую кислоту, или оротат. В цитозоле оротат становится субстратом бифункционального фермента – УМФ-синтетазы, которая обнаруживает оротатфосфорибозилтрансферазную и ОМФ-декарбоксилазную активности. Первоначально фосфорибозильный остаток от ФРДФ переносится на оротат и образуется нуклеотид – оротидин-5´-монофосфат (ОМФ), декарбоксилирование которого даёт уридин-5-монофосфат (УМФ). Биосинтез УМФ   Синтез ЦТФ из УТФ   Катаболизм пиримидиновых оснований 5. Регуляция синтеза пиримидинов. Конечные продукты распада пиримидинов. Нарушения метаболизма пиримидинов Регуляторным ферментом в синтезе пиримидиновых нуклеотидов является полифункциональный КАД-фермент. УМФ и пуриновые нуклеотиды аллостерически ингибируют, а ФРДФ активирует его карбамоилсинтетазную активность, тогда как активность аспартаттранскарбамоилазного домена ингибирует ЦТФ, но активирует АТФ: Этот способ регуляции позволяет предотвратить избыточный синтез не только УМФ, но и всех других пиримидиновых нуклеотидов и обеспечить сбалансированное образование всех четырёх основных пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, необходимых для синтеза РНК.   Нарушения обмена пиримидиновых нуклеотидов Описано несколько нарушений, связанных со снижением активности ферментов обмена пиримидиновых нуклеотидов. Одно из них – оротацидурия – вызвано дефектом в работе второго бифункционального фермента синтеза нуклеотидов de novo – УМФ-синтазы, два других обнаружены в процессе катаболизма пиримидинов. Клинически наиболее характерное следствие оротацидурии – мегалобластная анемия, вызванная неспособностью организма обеспечить нормальную скорость деления клеток эритроцитарного ряда.