21.Распад пуриновых нуклеотидов. Образование мочевой кислоты. Распад пуриновых нуклеотидов может происходить различными путями. Свободный аденин и аденин в составе нуклеотидов дезаминируются, превращаясь в гипоксантин и далее в ксантин (2,6-диоксипурин), который под действием фермента ксантиноксидазы преобразуется в мочевую кислоту. Ксантин образуется и в процессе дезаминирования гуанина. У человека и приматов мочевая кислота является конечным продуктом П. о. и выводится с мочой. Млекопитающие, кроме приматов, выделяют аллантоин - продукт окисления мочевой кислоты, а костистые рыбы - продукт гидратирования аллантоина - аллантоевую кислоту. У амфибий и большинства рыб она гидролизуется до мочевины и глиоксилата.
К наиболее важным нарушениям П. о. относятся избыточное образование и накопление мочевой кислоты, например при подагре (Подагра) и синдроме Леша - Найхана. В основе последнего лежит наследственная недостаточность фермента гипоксантинфосфатидилтрансферазы, вследствие чего свободные пурины не используются повторно, а окисляются в мочевую кислоту. У детей с синдромом Леши - Найхана отмечаются воспалительные и дистрофические изменения. обусловленные отложением в тканях кристаллов мочевой кислоты: заболевание характеризуется задержкой умственного и физического развития. Из других пуриновых оснований, обнаруженных у человека, следует упомянуть метаболических предшественников мочевой кислоты: аминопурины - гуанин, аденин - и оксипурины - гипоксантин, ксантин.
В настоящее время доказаны три основных пути образования мочевой кислоты в организме: а) из пуринов, освобождающихся при тканевом распаде; б) из пуринов, содержащихся в пище; в) из синтетически образуемых пуринов.
Путь образования мочевой кислоты принципиально аналогичен первому с той разницей, что в этом случае пуринсодержащие соединения, превращение которых дает мочевую кислоту, имеют алиментарную природу. При этом отщепление белка от нуклеопротеида начинается в желудке под действием соляной кислоты с пепсином и заканчивается в кишечнике под воздействием трипсина. Образующиеся нуклеиновые кислоты под влиянием ферментов поджелудочной железы и кишечного сока - рибонуклеазы и дезоксирибонуклеазы - распадаются до мононуклеотидов. Последние под действием нуклеотидаз и нуклеозидаз кишечного сока расщепляются соответственно до нуклеозидов и азотистых оснований. Те и другие, а также и часть мононуклеотидов подвергаются всасыванию в кишечнике.
Третий путь образования мочевой кислоты в организме, установленный с помощью изотопов С14 и N15 и др., идет через синтез пуриновых производных, в котором принимают участие глицин, муравьиная и аспарагиновая кислоты, глютамин, углекислый газ.
22.Распад пиримидиновых нуклеотидов. Распад пиримидиновых нуклеотидов начинается с отщепления от них остатка фосфорной кислоты, катализируемого нуклеотидазами. Образовавшиеся нуклеозиды далее расщепляются фосфоролитически с образованием (дезокси)рибозофосфатов и свободных пиримидиновых азотистых оснований. Цитозин подвергается дезаминированию, предшествующему дальнейшей деградации. Для распада пиримидиновых оснований характерен восстановительный путь с последующим размыканием пиримидинового кольца. Из урацила образуется аминокислота β-аланин, из тимина - β-аминоизомасляная кислота, углекислый газ и аммиак. Аминокислоты - продукты деградации пиримидинов - далее могут вступать в разнообразные реакции обмена веществ (см. Азотистый обмен).
Поскольку интенсивность синтеза нуклеиновых кислот регулируется на стадии синтеза пиримидиновых нуклеотидов, П. о. оказывает существенное влияние наобмен нуклеиновых кислот. Один из путей регуляции синтеза пиримидиновых нуклеотидов - ингибирование по механизму обратной связи: избыток ЦТФ - конечного продукта биосинтетических процессов П. о. аллостерически ингибируетфермент, катализирующий синтез карбамоиласпартата (первую реакцию биосинтеза пиримидинов). Пиримидиновые нуклеотиды ингибируют также синтез ряда ферментов пиримидинового обмена.
В быстрорастущих тканях активность ферментов распада пиримидиновых нуклеотидов чрезвычайно низкая; активность ферментов их синтеза (аспартат-карбамоилтрансферазы и др.) резко возрастает в быстро делящихся тканях, например в ткани печени после частичной гепатэктомии.
Генетическое нарушение П. о. может быть причиной наследственных заболеваний, например оротацидурии, при которой наблюдается избыточное выделение с мочой продукта деградации пиримидиновых оснований - оротовой кислоты. Пернициозная анемия сопровождается существенными нарушениями пиримидинового обмена (см.Анемии), а лечебное действие витамина В12 и фолиевой кислоты (см. Витамины) при анемиях обусловлено участием производных этих витаминов в качестве коферментов в реакциях синтеза пиримидиновых оснований.
Нуклеиновые кислоты поступают в организм с пищей главным образом в составе нуклеопротеинов и высвобождаются в результате действия протеолитических ферментов желудочно-кишечного тракта. Далее под действием дезоксирибонуклеазы и рибонуклеазы панкреатического сока нуклеиновые кислоты гидролизуются до нуклеотидов. Нуклеотиды под воздействием нуклеотидаз или фосфатаз распадаются до нуклеозидов, которые могут всасываться или гидролизоваться далее до азотистых оснований и пентоз.
В тканях нуклеиновые кислоты гидролизуются дезоксирибонуклеазами (ДНК-азы) и рибонуклеазами (РНК-азы) до нуклеотидов, которые под действием нуклеотидаз теряют остаток фосфора. Образующиеся нуклеозиды пуринового и пиримидинового ряда подвергаются дальнейшему катаболизму.
47. Распад пуриновых нуклеотидов .
48. Биосинтез пуриновых нуклеотидов, происхождение атомов «С» и «N» в пуриновом кольце .
Происхождение атомов C and N. Тут мы таки видим как они образуются
Синтез не помещается, да и он же не требуется как в учебнике, сойдет же так как на лекции. А я не умею рисовать формулы и схемы в ворде. Поэтому вот вам поле рисования
Инозиновая кислота как предшественник пуриновых мононуклеотидов
Инозин-я к-та à ГМФà ГДФàГТФ
Иноз к-та àАМФàАДФàАТФ
50. Распад пиримидиновых нуклеотидов.
Биосинтез пиримидиновых нуклеотидов.
Фонд пирймидиновых 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.
Образование пиримидиновых нуклеотидов DE NOVO
Пиримидиновое кольцо синтезируется из простых предшественников: глутамина, СО 2 и аспарагиновой кислоты и затем связывается с рибозо-5-фосфатом, полученным от ФРДФ.
Процесс протекает в цитозоле клеток. Синтез ключевого пиримидинового нуклеотида - УМФ идёт с участием 3 ферментов, 2 из которых полифункциональны.
Образование дигидрооротата
У млекопитающих ключевой, регуляторной реакцией в синтезе пирймидиновых нуклеотидов является синтез карбамоилфосфата из глутамина, СО 2 и АТФ, в реакции катализируемой кар-бамоилфосфатсинтетазой II (КФС II), которая протекает в цитозоле клеток (рис. 10-12). В реакции NH 2 -гpyппa карбамоилфосфата образуется за счёт амидной группы глутамина.
Рис. 10-12. Синтез карбамоилфосфата.
Карбамоилфосфат, использующийся на образование пирймидиновых нуклеотидов, является продуктом полифункционального фермента, который наряду с активностью КФС II содержит каталитические центры аспартаттранскарбамоилазы и дигидрооротазы. Этот фермент назвали "КАД-фермент". Объединение первых трёх ферментов метаболического пути в единый полифункциональный комплекс позволяет использовать почти весь синтезированный в первой реакции карбамоилфос-фат на взаимодействие с аспартатом и образование карбамоиласпартата, от которого отщепляется вода и образуется циклический продукт - дигидрооротат (рис. 10-13).
Рис. 10-13. Биосинтез УМФ de novo.
Отщепляясь от КАД-фермента, дигидрооротат подвергается дегидрированию NAD-зависимой дигидрооротатдегидрогеназой и превращается в свободное пиримидиновое основание - оротовую кислоту, или оротат.
Каждый нуклеотид содержит 3 химически различных компонента: гетероциклическое азотистое основание, моносахарид (пентозу) и остаток фосфорной кислоты. В зависимости от числа имеющихся в молекуле остатков фосфорной кислоты различают нуклеозидмонофосфаты (НМФ), нуклеозиддифосфаты (НДФ), нуклео-зидтрифосфаты (НТФ).
В состав нуклеиновых кислот входят азотистые основания двух типов: пуриновые - аденин(А), гуанин(G) и пиримидиновые - цитозин(С), тимин (Т) и урацил(U ). Нумерация атомов в основаниях записывается внутри цикла.
Пиримидины распадаются до аммиака, углекислого газа и воды
Распад пиримидиновых нуклеотидов происходит параллельно, с использованием одинаковых реакций и ферментов. Можно отметить несколько специфичных ферментов:
1. Фермент 5"-нуклеотидаза отщепляет 5"-фосфатную группу от ЦМФ, УМФ и ТМФ.
2. Дезаминаза проводит окислительное дезаминирование цитидина.
3. Нуклеозид-фосфорилаза удаляет рибозу от уридина и тимидина.
4. Дигидроурацил-дегидрогеназа – восстановление урацила и тимина.
5. Дигидропиримидиназа осуществляет гидролитическое расщепление пиримидинового кольца.
7. После окончательного разрушения пиримидинового кольца появившиеся β-аминокислоты направляются в реакции трансаминирования , после чего соответствующие кетокислоты изомеризуются и далее сгорают в ЦТК.
Строение пуриновых нуклеотидов (знать формулы). Распад пуриновых нуклеотидов.
Каждый нуклеотид содержит 3 химически различных компонента: гетероциклическое азотистое основание, моносахарид (пентозу) и остаток фосфорной кислоты.
В состав нуклеиновых кислот входят азотистые основания двух типов: пуриновые - аденин(А), гуанин(G) и пиримидиновые
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. Около 20% мочевой кислоты удаляется с желчью через кишечник, где она разрушается микрофлорой до CO2 и воды. Остальная часть удаляется через почки.
98.Синтез пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований. Роль витамина .
Синтез пуриновых оснований происходит во всех клетках организма, главным образом в печени. Исключение составляют эритроциты, полиморфноядерные лейкоциты, лимфоциты.
Условно все реакции синтеза можно разделить на 4 этапа:
1. Синтез 5"-фосфорибозиламина
2. Синтез инозинмонофосфата
5-фосфорибозиламин вовлекается в девять реакций, и в результате образуется первый пуриновый нуклеотид – инозинмонофосфорная кислота (ИМФ). В этих реакциях источниками атомов пуринового кольца являются глицин, аспартат, еще одна молекула глутамина, углекислый газ и производные тетрагидрофолиевой кислоты (ТГФК). В целом на синтез пуринового кольца затрачивается энергия 6 молекул АТФ.
Синтез аденозинмонофосфата и гуанозинмонофосфата
I. Гуанозинмонофосфат (ГМФ) образуется в двух реакциях – сначала он окисляется ИМФ-дегидрогеназой до ксантозилмонофосфата, источником кислорода является вода, акцептором водорода – НАД. После этого работает ГМФ-синтетаза, она использует универсальный клеточный донор NH2-групп – глутамин, источником энергии для реакции служит АТФ.
II. Аденозинмонофосфат(АМФ) также образуется в двух реакциях, но в качестве донора NH2-группы выступает аспарагиновая кислота. В первой, аденилосукцинат-синтетазной, реакции на присоединение аспартата используется энергия распада ГТФ, во второй реакцииаденилосукцинат-лиаза производит удаление части аспарагиновой кислоты в виде фумарата.
Роль витамина В9.
Первая из важных ролей витамина В, которая была определена при открытии этого вещества, состояла в уменьшении проявлений анемии. Фолиевая кислота поставляет частицы углерода, необходимые для синтеза гемоглобина, поэтому становится активным участником кроветворения. Доказана и значительная роль витамина В9 в синтезе кровяных телец, выполняющих роль защитников организма и укрепляющих иммунитет.
Еще одна важная роль фолиевой кислоты, которая роднит это вещество с другими витаминами группы В – обеспечение нормальной работы нервной системы. Витамин В9 входит в состав спинномозговой жидкости и регулирует передачу нервных импульсов возбуждения и торможения. Уровень этого витамина коррелирует с нашей памятью и работоспособностью
Фолиевая кислота принимает участие в синтезе некоторых гормонов, в частности норадреналина и серотонина, которые отвечают за работу сердца и сосудов, тонус желудочно-кишечного тракта, сопротивляемость стрессам, хорошее настроение и нормальный сон.
Витамин В9 необходим для синтеза аминокислот метионина и гомоцистеина. Эти аминокислоты незаменимы. При их недостатке возрастает риск повреждения кровеносных сосудов и образования тромбов, развития инсульта. При участии фолиевой кислоты синтезируются и аминокислоты ДНК, РНК, необходимые элементы клеточных ядер и оболочек.
Доказано участие фолиевой кислоты в окислительных и восстановительных процессах на клеточном уровне, в сохранении структуры клеток и защите от разрушений свободными радикалами. Без фолиевой кислоты не обходится выработка желудочного сока и желчных кислот в печени, она влияет на активность мужских половых клеток и поддержание фертильности. Витамин В9 непосредственно участвует в восстановлении мышечной ткани, формировании и росте тканей кожи, слизистых оболочек желудка и кишечника, костного мозга.
Функции витамина В9
Фолиевая кислота решает многие важные задачи в организме, исходя из биологической роли этого вещества и влияния на ключевые процессы в органах и системах:
· предотвращает развитие анемии;
· уменьшает негативное стрессовое воздействие;
· предохраняет от послеродовой депрессии;
· корректирует уровень фертильности и качество мужской спермы;
· помогает легче перенести климактерические изменения;
· снижает риск инфаркта, инсульта, атеросклероза, стенокардии;
· нормализует артериальное давление;
· улучшает память, мыслительную деятельность и работоспособность;
· поддерживает иммунную систему.
Обмен нуклеотидов
Распад пуриновых нуклеотидов
Катаболизм пуриновых нуклеотидов включает реакции гидролитического отщепления фосфатного остатка, фосфоролитического отщепления рибозного остатка и аминогруппы. Конечным продуктом расщепления пуринов в организме человека является мочевая кислота. Последняя выделяется с мочой.
Распад АМФ
В результате вышеперечисленных реакций из АМФ образуется гипоксантин:
Распад ГМФ
Гуанозинмонофосфат превращается в ксантин и далее в мочевую кислоту.
Биосинтез пуриновых нуклеотидов
В экспериментах с мечеными веществами еще в 50-ых годах ХХ века было выяснено происхождение атомов в пуриновом кольце пуриновых нуклеотидов. Оказалось, что пуриновая структура образуется из мелких фрагментов, поставляемых разными соединениями.
Позднее была изучена вся последовательность реакций, ведущих к образованию пуриновых нуклеотидов. Синтез начинается с образования 5-фосфорибозил-1-амина. Затем к аминогруппе присоединяется остаток глицина и далее последовательно протекают реакции образования пуринового ядра с использованием метенильной группы метенил-Н 4 -фолата, амидной группы глутамина, углекислого газа, аминогруппы аспарагиновой кислоты, формильного остатка формил-Н 4 -фолата. Результатом является образование инозиновой кислоты.
Инозиновая кислота – это нуклеотид, пуриновая часть которого представлена гипоксантином. Инозиновая кислота служит предшественником основных пуриновых нуклеотидов – АМФ и ГМФ.
Под действием специфических киназ нуклеозидмонофосфаты (АМФ и ГМФ) превращаются в нуклеозиддифосфаты и нуклеозидтрифосфаты.
Регуляция биосинтеза пуриновых нуклеотидов
Лимитирующей стадией биосинтеза пуриновых нуклеотидов является реакция образования 5’-фосфорибозил-1-амина. Фермент, катализирующий эту реакцию, ингибируется АМФ и ГМФ. Кроме того, эта метаболическая цепь регулируется в месте ее разветвления: АМФ ингибирует реакцию образования аденилосукцината, а ГМФ – реакцию образования ксантиловой кислоты.
Биосинтез пуриновых нуклеотидов из аденина и гуанина
В результате превращений нуклеотидов в тканях постоянно образуются свободные пуриновые основания – аденин и гуанин. Они могут повторно использоваться для синтеза нуклеотидов при участии ферментов аденинфосфорибозилтрансферазы и гипоксантин-гуанин-фосфорибозилтрансферазы:
аденин + фосфорибозилдифосфат ® АМФ + Н 4 Р 2 О 7
гуанин + фосфорибозилдифосфат ® ГМФ + Н 4 Р 2 О 7
Этот механизм повторного включения азотистых оснований в метаболизм называют “путем спасения”. Он имеет вспомогательное значение, давая от 10 до 20% общего количества нуклеотидов.
В результате совместного действия этих ферментов снижается выход конечного продукта обмена пуринов – мочевой кислоты.
Другой “запасной путь” включает фосфорилирование пуриновых нуклеотидов при участии АТФ. Так, аденозинкиназа катализирует фосфорилирование аденозина до АМФ или дезоксиаденозина до дАМФ:
Аденозин + АТФ → АМФ + АДФ
Гиперурикемия. Подагра
В крови здоровых мужчин содержится 0,18-0,53 ммоль/л и здоровых женщин – 0,15-0,45 ммоль/л мочевой кислоты. Хроническое повышение концентрации мочевой кислоты в крови (гиперурикемия) часто приводит к развитию подагры. Клиническая картина подагры характеризуется: 1) повторяющимися приступами острого воспаления суставов, чаще всего мелких, вследствие отложения кристаллов урата натрия в суставе 2) образованием подагрических узлов (тофусов), возникающих в результате местного отложения и накопления уратов. Образование узлов в суставах деформирует их и нарушает функцию. Отложение уратов в ткани почек приводит к почечной недостаточности – частому осложнению подагры.
Подагра – распространенное заболевание: в разных странах им страдает от 0,3 до 1,7% взрослого населения, причем мужчины болеют в 20 раз чаще, чем женщины. Гиперурикемия чаще всего имеет наследственный характер.
Известна тяжелая форма гиперурикемии – синдром Леша-Нихана, который наследуется как рецессивный признак, сцепленный с Х-хромосомой. У больных мальчиков кроме симптомов, характерных для подагры, наблюдаются церебральные параличи, нарушения интеллекта, попытки наносить себе раны (укусы пальцев, губ). Эта болезнь связана с дефектом фермента – гипоксантин – гуанин-фосфорибозилтрансферазы, вследствие чего гипоксантин и гуанин не могут использоваться повторно для синтеза нуклеотидов, а целиком превращаются в мочевую кислоту, что и ведет к гиперурикемии.
Основным препаратом, который используется для лечения гиперурикемии, является аллопуринол – структурный аналог гипоксантина. Аллопуринол является конкурентным ингибитором ксантиноксидазы и его прием снижает содержание мочевой кислоты до нормальных величин. Содержание гипоксантина при этом возрастает. Однако гипоксантин примерно в 10 раз лучше, чем мочевая кислота, растворяется в крови и моче, и поэтому легче выводится из организма.
Распад пиримидиновых нуклеотидов
Под действием нуклеотидаз и нуклеозидфосфорилаз уридиловая кислота (УМФ) распадается до урацила, цитидиловая кислота (ЦМФ) – до цитозина, тимидиловая кислота (ТМФ) – до тимина.
Полимерные молекулы нуклеиновых кислот расщепляются в тканях преимущественно гидролитическим путем при участии специфических ферментов, относящихся к нуклеазам. В зависимости от характера действия на фосфодиэфирные связи и локализации остатка фосфата различают 3"-нуклеазы, расщепляющие сложноэфирные связи межнуклеозидного фосфата с С 5" , и 5"-нуклеазы, гидролизующие связи c С 3" . Кроме того, различают эндонуклеазы, разрывающие внутренние межнуклеотидные связи в молекуле ДНК и РНК, вызывающие деполимеризацию нуклеиновых кислот и образование олигонуклеотидов, и экзонуклеазы, катализирующие гидролитическое отщепление концевых мононуклеотидов от ДНК и РНК или от олигонуклеотидов.
Помимо гидролитических нуклеаз, имеются ферменты, катализирующие распад нуклеиновых кислот, в частности посредством трансферазной реакции. Они катализируют перенос остатка фосфорной кислоты от 5-го углеродного атома рибозы одного мононуклеотида ко 2-му углеродному атому соседнего мононуклеотида, сопровождающийся разрывом межнуклеотидной связи и образованием фосфодиэфирной связи между 2-м и 3-м углеродным атомами рибозы одного и того же мононуклеотида. К настоящему времени открыты следующие группы нуклеаз, катализирующие распад ДНК и РНК.
Дезоксирибонуклеазы I катализируют разрыв внутренних фосфодиэфирных связей в одной из двух цепей молекулы ДНК между 3"-м углеродным остатком дезоксирибозы и остатком фосфата с образованием низкомолекулярных олигодезоксирибонуклеотидов:
ДНК + (n - 1) Н 2 O --> n Олигодезоксирибонуклеотиды
Среди продуктов реакции открываются также моно- и динуклеотиды. Типичными представителями этих ферментов являются ДНК-азы поджелудочной железы. Одна из них была получена в чистом виде, расшифрована последовательность всех ее 257 аминокислот. Фермент наиболее активен при pH 6,8-8,0, активируется дивалентными ионами Mg 2+ и Мn 2+ и ингибируется конечными продуктами ферментативной реакции - олигонуклеотидами.
Дезоксирибонуклеазы II вызывают деполимеризацию молекулы ДНК в результате парных разрывов фосфодиэфирных связей обеих цепей ДНК с образованием более крупных олигодезоксирибонуклеотидов. Представителем их является ДНКаза II, выделенная из селезенки, имеющая молекулярную массу 38 000 дальтон и состоящая из 343 аминокислот. В составе этой ДНК-азы открыт глюкозамин. Фермент также активируется ионами металлов, ингибируется анионами; его оптимум pH колеблется между 4,5 и 5,5.
Помимо этих ферментов, открыты (преимущественно у микроорганизмов) еще экзодезоксирибонуклеазы, гидролизующие фосфодиэфирные связи молекулы ДНК с отщеплением концевых 5"-дезоксирибонуклеотидов; в частности, из Е. coli выделено 4 таких фермента, обозначаемых экзодезоксирибонуклеазами I, II, III и IV.
Рестриктазы - ферменты ДНК-азного действия, катализируют распад чужеродной (в основном фаговой) ДНК в строго определенных зонах молекулы, имеющих структуру палиндромов. Из Е. coli выделены и охарактеризованы две такие рестриктазы, обозначаемые EcoRI и EcoRII соответственно. Поскольку рестриктазы действуют на строго определенные участки молекулы, они используются для расшифровки последовательности нуклеотидных остатков в ДНК фагов и вирусов. Более того, это уникальное свойство рестриктаз находит все большее практическое применение в генной инженерии по "вырезанию" определенных фрагментов ДНК и "встраиванию" их в геном бактериальной ДНК, способствуя тем самым передаче клетке ряда не свойственных ей прежде наследственных свойств. Теоретическое и главным образом практическое значение подобных исследований трудно переоценить. Этим объясняется пристальное внимание многих ученых к разработке проблем генной инженерии. Свидетельством огромного интереса к подобным исследованиям является создание в рамках АН СССР и стран - участниц СЭВ комплексной программы - проекта "Рестриктазы".
Из ферментов, катализирующих гидролитический распад РНК, наиболее изученными являются рибонуклеазы I. Они гидролизуют фосфодиэфирные связи внутри молекулы РНК. К настоящему времени выделена РНК-аза из поджелудочной железы многих животных. Она состоит из 124 аминокислот во всех РНК-азах, хотя последние несколько различаются по последовательности аминокислотных остатков; выяснена также третичная структура ряда РНК-аз.
Получен в гомогенном состоянии из плесневого гриба аспергилла другой фермент - гуанилорибонуклеаза, катализирующая деполимеризацию РНК с образованием гуанозин-3-фосфата и олигонуклеотидов.
Из ферментов, осуществляющих распад ДНК и РНК не по гидролитическому пути, следует назвать полинуклеотидфосфорилазу и группу ДНК-гликозидаз. Первая открыта в лаборатории С. Очоа еще в 1955 г. В настоящее время подробно изучены физико-химические свойства и биологическая роль микробной полинуклеотидфосфорилазы в лаборатории С. С. Дебова; в той же лаборатории фермент открыт в животных тканях. Механизм действия фермента сводится к переносу нуклеотидных остатков с РНК на неорганический фосфат:
Предполагают, что in vivo фермент катализирует распад клеточных РНК, предпочтительнее мРНК, до нуклеозиддифосфатов, участвуя тем самым в регуляции концентрации клеточного неорганического фосфата. Следует указать еще на одну не менее важную уникальную функцию полинуклеотидфосфорилазы - способность фермента катализировать в опытах in vitro синтез из свободных нуклеозиддифосфатов полирибонуклеотидов с заданной последовательностью. Эта функция фермента сыграла выдающуюся роль в расшифровке кода белкового синтеза (см. ниже) в лабораториях лауреатов Нобелевской премии С. Очоа и М. Ниренберга.
Группа ДНК-гликозидаз участвует в акциях отщепления модифицированных пуриновых и пиримидиновых оснований (например, урацила, образовавшегося при дезаминировании остатка цитозина в одной из цепей ДНК). В серии последующих реакций при участии ДНК-полимеразы и ДНК-лигазы брешь восполняется включением соответствующего и отсутствующего мононуклеотида. Таким образом, ДНК-гликозидазы выполняют важную функцию в процессах репарации (восстановления структуры) молекулы ДНК.
В результате последовательного действия разнообразных клеточных экзо- и эндонуклеаз нуклеиновые кислоты подвергаются распаду до стадии рибо- и дезоксирибонуклеозид-3"- и 5"-фосфатов.
Дальнейший распад образовавшихся продуктов связан с ферментативными превращениями мононуклеотидов и нуклеозидов, далее свободных азотистых оснований. Известно, что адениловая кислота, кроме того, подвергается в животных тканях обратимому дезаминированию в инозиновую кислоту. На первом этапе гидролиза действуют 3"- или 5"-нуклеотидазы, катализирующие гидролитический распад мононуклеотидов по уравнению:
На втором этапе распада имеет место перенос остатка рибозы от нуклеозида на свободную фосфорную кислоту с образованием рибозо-1-фосфата и свободного азотистого основания. По этому пути окисляются преимущественно пиримидиновые нуклеотиды (см. ниже).
Распад пиримидиновых нуклеозидов Последовательность ферментативных реакций гидролиза пиримидиновых нуклеозидов можно видеть из представленной схемы:
Как видно из приведенной схемы, начальные этапы реакции распада пиримидиновых нуклеотидов катализируются специфическими ферментами; конечными продуктами реакции являются СO 2 , NH 3 , мочевина, β-аланин и β-аминоизомасляная кислота. Следует указать, что гидролитический путь распада пиримидинов является, очевидно, главным путем образования β-аланина, который может служить источником для синтеза ансерина и карнозина (см. Биохимия мышц), а также для образования коэнзима А. Известно, кроме того, что β-аланин в животных тканях подвергается дальнейшему распаду. В частности, в тканях животных открыта специфическая трансаминаза, катализирующая трансаминирование между β-аланином и пировиноградной кислотой. В процессе этой обратимой реакции синтезируются β-аланин и формилацетат (полуальдегид малоновой кислоты): |
