Обмен нуклеопротеидов. Катаболизм нуклеиновых кислот

Начальным этапом превращений нуклеопротеидов пищи в пищеварительном канале следует считать отщепление нуклеиновой кислоты от белковой части нуклеопротеида. В желудке это происходит либо неферментативным путем под действием кислоты желудочного сока, либо под действием пепсина, либо, наконец, и под влиянием пепсина и под влиянием кислоты желудочного сока. В кишечнике расщепление нуклеопротеидов на белок и нуклеиновую кислоту происходит под влиянием соответствующих протеолитических ферментов (трипсина и других).

Отщепившийся в желудочно-кишечном тракте белок подвергается обычным для белка превращениям. Расщепление же нуклеиновых кислот происходит далее под влиянием особых ферментов поджелудочной железы и тонкого кишечника - специфических нуклеаз и неспецифических фосфодиэстераз. Они ускоряют реакции разрыва межнуклеотидных связей в молекулах нуклеиновых кислот. Нуклеазы, действующие на внутренние межнуклеотидные связи в молекулах РНК и ДНК, называются эндонуклеазами. При их участии осуществляется деполимеризация нуклеиновых кислот в основном до олигонуклеотидов. Нуклеазы, ускоряющие реакции последовательного отщепления нуклеотидов от РНК и ДНК, начиная с конца полинуклеотидной цепи, называются экзонуклеазами. Эти ферменты обеспечивают распад нуклеиновых кислот до отдельных мононуклеотидов. При этом различают эндо- и экзорибонуклеазы и эндо- и экзо-дезоксирибонуклеазы. Первые ускоряют реакции распада внутренних и внешних (концевых) межнуклеотидных связей в молекулах РНК. Вторые выполняют ту же роль в молекулах ДНК. Существует также группа неспецифических эндо- и экзонуклеаз, действующих одновременно на РНК и ДНК.

Большинство нуклеаз являются гидролазами, однако, часть из них принадлежит к группе фосфотрансфераз (например, эндонуклеаза поджелудочной железы). В результате каталитического влияния разнообразных нуклеаз в полости пищеварительного тракта нуклеиновые кислоты распадаются на сложную смесь индивидуальных мононуклеотидов.

Образовавшиеся мононуклеотиды гидролизуются малоспецифическими и высокоспецифическими фосфатазами с образованием нуклеозидов и неорганического фосфата. В виде этих соединений (нуклеотидов и нуклеозидов) и происходит всасывание продуктов гидролиза нуклеиновых кислот. Всосавшиеся нуклеотиды и нуклеозиды частично используются в организме для синтеза простетических групп нуклеопротеидов.

В тканях нуклеиновые кислоты также распадаются до мононуклеотидов под влиянием тканевых нуклеаз - дезоксирибонуклеаз и рибонуклеаз, локализованных главным образом в митохондриях клеток.

Мононуклеотиды в тканях распадаются дальше до более простых соединений.

Первый этап состоит в отщеплении остатка фосфорной кислоты под влиянием тканевых фосфатаз (или нуклеотидаз).

Далее осуществляется перенос пентозы от нуклеозида на фосфорную кислоту. Реакция катализируется специфической для каждого нуклеозида рибозилтрансферазой (нуклеозидфосфорилазой).

Таким путем в результате распада нуклеозидов образуются пентозо-1-фосфат и все виды пуриновых и пиримидиновых оснований, участвующих в построении нуклеиновых кислот.

Надо сказать, что нуклеозиды могут расщепляться не только путем переноса пентозы от нуклеозида на фосфорную кислоту, но и гидролитическим путем при участии ферментов нуклеозидаз.

Образующиеся пентозо-1 -фосфат и пентоза включаются в реакции обмена, характерные для углеводов.

Пуриновые и пиримидиновые основания претерпевают последующие изменения и превращаются в те или иные простейшие азотсодержащие продукты, которые либо выводятся из организма, либо откладываются в нем. Первая фаза распада пуриновых и пиримидиновых оснований заключается в дезаминировании под влиянием специфических аминогидролаз тех из них, которые имеют аминогруппу. В результате пуриновые основания - аденин превращается в гипоксантин, а гуанин - в ксантин.

Пиримидиновое основание, содержащее аминогруппу (цитозин) переходит в урацил.

Дезаминирование идет не только на уровне свободных пиримидиновых и пуриновых оснований, но и на уровне нуклеозидов и нуклеотидов, причем в последнем случае - с большей интенсивностью.

Дальнейшая судьба дезаминированных пуриновых и пиримидиновых оснований различна. Гипоксантин и ксантин окисляются в мочевую кислоту. Реакция катализируется ксантиноксидазой, представляющей собой молибденсодержащий флавопротеид.

Катаболизм пуриновых оснований схематично можно представить следующим образом:

аденинаминогидролаза ксантиноксидаза

+ Н₂0 +1/2О₂

Аденин гипоксантин ксантин

NH₃

ксантиноксидаза

+ 1/2 О₂

мочевая кислота

Мочевая кислота является конечным продуктом распада пуриновых оснований у человека и некоторых животных (человекообразных обезьян, птиц, рептилий, тутового шелкопряда) и выводится из организма с мочой.

В норме концентрация мочевой кислоты в цельной крови человека составляет 0,18-0,24 ммоль/л, а в сыворотке крови 0,1-0,4 ммоль/л. При нарушении обмена пуриновых оснований (при подагре, заболеваниях почек, при заболеваниях, сопровождающихся усиленным распадом нуклеопротеидов - лейкозах, диабете, аллергии и др.) содержание мочевой кислоты может значительно увеличиваться (гиперурикемия). Гиперурикемия - главный симптом такого заболевания как подагра. При подагре уровень мочевой кислоты в сыворотке крови возрастает до 0,47-0,89 и даже до 1,1 ммоль/л.

У большинства животных и растений мочевая кислота не является конечным продуктом распада пуриновых оснований - происходит дальнейший ферментативный распад мочевой кислоты.

В отличие от пуриновых оснований дезаминированные пиримидиновые основания подвергаются восстановлению. В частности, урацил переходит в дигидроурацил. Донором атомов водорода служит НАД.Н₂. Далее дигидроурацил гидролизуется в N-карбамил-р-аланин, который гидролизуется в свою очередь до |3-аланина и карбаминовой кислоты. Последняя либо используется для синтеза мочевины, либо распадается до углекислого газа и аммиака. Все эти реакции катализируются соответствующими ферментами.

Катаболизм пиримидиновых оснований схематично можно представить в виде:

цитозинамино- дигидроурацил дигидропирими-

гидролаза+Н₂О дегидрогеназа диназа +Н₂О

+ НАД Н₂

Цитозиц урацил дигидроурацил

NH₃ НАД

N-карбамил-бета аланин

аминогидролаза +Н₂О

N-карбамил-бета аланин бета-аланин + карбаминовая к-та

Таким образом, в результате распада сложных молекул ДНК и РНК в организме животных и растений образуются простые вещества: пентоза, фосфорная кислота, углекислота, аминокислота, аммиак, мочевая кислота, а у некоторых организмов вместо мочевой кислоты - аллантоин (у собак и др. млекопитающих) или аллантоиновая кислота (костистые рыбы) или глиоксиловая кислота и мочевина (растения, амфибии).