Распад нуклеиновых кислот, нуклеазы пищеварительного тракта и тканей. Распад пуриновых и пиримидиновых оснований Конечный продукт распада пиримидиновых нуклеотидов
Распад пуриновых нуклеотидов.
Аденозин и гуанозин, которые образуются при гидролизе пуриновых нуклеотидов, подвергаются ферментативному распаду с образованием конечного продукта – мочевой кислоты, которая выводится с мочой из организма.
Распад пиримидиновых нуклеотидов.
Начальные этапы этого процесса катализируются специфическими ферментами. Конечные продукты: СО 2 , NН 3 , мочевина, β-аланин, β-аминоизомасляная кислота. β-аланин используется для синтеза дипептидов мышц – карнозина и ансерина или выделяется с мочой.
Биосинтез пуриновых, пиримидиновых нуклеотидов в тканях.
Биосинтез пуриновых мононуклеотидов.
Первоначальным соединением синтеза служит Д-рибозо-5-фосфат, который является продуктом пентозофосфатного цикла и на который переносится пирофосфатная группа АТФ. Образовавшийся 5-фосфорибозил-1-пирофосфат (ФРПФ) взаимодействует с глутамином, который является донором NН 2 -группы в результате чего образуется β-5-фосфорибозил-амин. Эта стадия становится ключевой в синтезе пуринов. Затем присоединяется молекула глицина к свободной NН2-группе β-5-фосфорибозил-амина с образованием глицинамидрибонуклеотида. Еще через несколько стадий образуется первый пуриновый нуклеотид инозинмонофосфат (ИМФ), из которого затем синтезируются остальные нуклеозидфосфаты.
Биосинтез пиримидиновых нуклеотидов
Первоначальными соединениями этого процесса являются карбамоилфосфат и аспарагиновая кислота. Из них через длинную цепь реакций образуется уридинмонофосфат (УМФ) и остальные пиримидиновые нуклеотиды.
2.4. Заболевания, связанные с нарушением обмена нуклеотидов: подагра, синдром Леша-Нихена.
Гиперурикемия – повышение в плазме крови концентрации мочевой кислоты. Вследствие гиперурикемии может развиться подагра.
Подагра – заболевание, вызванное нарушением обмена нуклеиновых кислот. В хрящах, сухожилиях, в суставных сумках, иногда в почках, коже, мышцах откладываются кристаллы мочевой кислоты и уратов. Вокруг этих отложений образуется воспаление и грануляционный вал, который окружает омертвевшую ткань, при этом образуются подагрические узлы - тофусы (в суставах пальцев рук, ног, в хрящах ушной раковины), что сопровождается деформацией и болезненностью пораженных суставов. К характерным признакам подагры относятся повторяющиеся приступы острого воспаления суставов (чаще всего мелких) – острого подагрического артрита. Обычно больные склонны к атеросклерозу и гипертонии. В их крови наблюдается большая концентрация мочевой кислоты – гиперурикемия. В течение нескольких дней перед приступом подагры увеличивается выделение воды и хлорида натрия с мочой, т.е. сдвигается водно-солевой баланс. Вследствие этого возрастает концентрация мочевой кислоты в крови и отложение ее в тканях. Как правило, подагра генетически детерминирована и носит семейный характер. Она вызвана нарушениями в работе фосфорибозилдифосфата (ФРДФ) синтетазы или гипоксантингуанин- или аденинфосфорибозилтрансфераз. К другим характерным проявлениям относят нефропатию, при которой наблюдают образование уратных камней в мочевыводящих путях.
Синдром Леша-Нихена – тяжелая форма гиперурикемии, которая наследуется как рецессивный признак, сцепленный с Х-хромосомой. Проявляется только у мальчиков. Кроме симптомов подагры наблюдаются церебральные параличи, нарушение интеллекта, попытки наносить себе раны (укусы губ, пальцев). Связана болезнь с дефектом фермента гипоксантин-гуанин-фосфорибозилтрансферазы, которая катализирует превращение гипоксантина и гуанина в гуанинимонофосфат (ГМФ), поэтому они превращаются в мочевую кислоту. В первые месяцы жизни неврологические расстройства не обнаруживаются, но на пеленках отмечают розовые пятна, вызванные присутствием в моче кристаллов мочевой кислоты. При отсутствии лечения больные погибают в возрасте до 10 лет из-за нарушения функции почек.
Основной препарат для лечения гиперурикемии – аллопуринол (структурный аналог гипоксантина).
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.
Нуклеотиды – фосфорные эфиры нуклеозидов. Названия индивидуальных рибо- и дезоксирибонуклеотидов принимаются по характерному пуриновому или пиримидиновому основанию, а наличие дезоксирибозы отмечается приставкой «дезокси». Существует 2 типа нуклеотидов:
Аденозии-З"-фосфат Аденозин -5"- фосфат
Распад нуклеозидфосфатов. Первая ступень состоит в отщеплении остатка фосфорной кислоты:
3"-нуклеотидазы отщепляют остаток фосфорной кислоты на 3"-конце, 5"-нуклеотидазы – на 5"-конце
На второй ступени распада осуществляется перенос остатка рибозы от нуклеозида на фосфорную кислоту. Эта реакция ускоряется специфическими для каждого вида нуклеозидов рибозилтрансферазами :
В результате распада нуклеозидфосфатов выделяются в свободном состоянии рибозо-1-фосфат и все виды пуриновых и пиримидиновых оснований. Возможны другие пути распада нуклеозидов. Один из них состоит в гидролизе нуклеозидов:
Аденозин +Н2О = аденин+ рибоза
Рибоза и рибозо-1-фосфат включаются в реакции обмена углеводов. Пуриновые и пиримидиновые основания претерпевают дальнейший распад и превращаются в простейшие азотсодержащие продукты, которые далее либо выводятся из организма, либо откладываются в нем.
Распад пуриновых оснований. Этот процесс осуществляется при посредстве специфических аминогидролаз. В результате аденин превращается в гипоксантин:
Гуанин переходит в ксантин:
Гипоксантин и ксантин окисляются в мочевую кислоту:
Реакцию окисления гипоксантина в ксантин, и ксантина в мочевую кислоту катализируется ксантиноксидазой -оксидоредуктазой, коферментом которой явл. молибденсодержащий флавопротеин.
У ряда животных (человекообразные обезьяны, птицы, рептилии, тутовый шелкопряд) и человека конечным продуктом распада пуриновых оснований является мочевая кислота. У большинства животных и растений есть ферменты и ферментные системы, способные ускорять реакции дальнейшего распада мочевой кислоты. У млекопитающих и насекомых уратоксидаза окисляет мочевую кислоту в аллантоин; у костистыех рыб аллантоин под действием фермента аллантоиноидаза превращается в аллантоиновую кислоту, а последняя под действием аллантоиназы (амфибии, большинство растений) распадается на мочевину и глиоксиловую кислоту:
Распад пиримидиновых оснований: Цитозин преобразуется в урацил
Мочевая кислота у человека и ряда животных (приматы, птицы и некоторые рептилии) является конечным продуктом распада пуриновых оснований и выводится из организма. Образование мочевой кислоты происходит главным образом в печени. Мочевая кислота - основной продукт распада нуклеотидов у человека. В организме ежесуточно образуется 0,5-1 г мочевой кислоты, которая выводится через почки. В крови здорового человека содержится 3-7 мг/дл мочевой кислоты. Хроническое повышение концентрации мочевой кислоты (гиперурикемия) часто приводит к развитию подагры - отложение малорастворимой мочевой кислоты (и ее солей уратов) а виде кристаллов в крови и в тканях. Это заболевание носит наследственный характер и связано с дефектом фермента, катализирующего реакцию превращения гипоксантина и гуанина в инозиновую кислоту - ИМФ (см. раздел 12.3 "Биосинтез нуклеотидов") и ГМФ соответственно. Вследствие этого гипоксантин и гуанин не используются повторно длясинтеза нуклеотидов, а целиком превращаются в мочевую кислоту, что и ведет к гиперурикемии.
У большинства животных и растений есть ферменты, вызывающие дальнейший распад мочевой кислоты до мочевины (1) и глиоксалевой кислоты (2):
β-изомасляная кислота
H 2 N-COOH → NH 3 + СО 2 .
Как правило, продукты распада нуклеиновых кислот выводятся из организма. Всасываются преимущественно нуклеозиды, и в таком виде часть азотистых оснований может быть использована для синтеза нуклеиновых кислот организма. Если же происходит распад нуклеозидов до свободных оснований, то гуанин не используется для синтетических целей, а остальные в незначительном количестве могут участвовать в синтезе нуклеиновых кислот.
Биосинтез нуклеотидов
Синтез нуклеиновых кислот определяется скоростью синтеза мононуклеотидов, при этом синтез последних зависит от наличия всех их трех компонентов. Пентозы являются продуктами обмена глюкозы, фосфорная кислота в достаточном количестве поступает с пищей. Лимитирующим фактором является биосинтез азотистых оснований.
Похожая информация:
- Аккуратно работайте с растворами кислот и оснований. При попадании растворов на кожу, немедленно обратитесь к учителю.
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.