Обмен нуклеотидов

              2О Б М Е Н      Н У К Л Л Е О Т И Д О В

                           Е.И.Кононов

                             Лекция

     Нуклеотидами называются соединения,  состоящие из азотистого

основания, углевода-пентозы и фосфорной кислоты.  Примером  может

служить уридиловая кислота:

                            9C=O

                          9N   CH

                          9│ 0    9│

                        9О=С   СН

        Н 42 0РО 43 0- О - СН 42 0     N

                   │   О   │

                   С  4Н 0    4Н 0 С

                    4Н 0 С 4── 0 С 4 Н

                     │   │

                     ОН  ОН

В типичном нуклеотиде связь между атомом "N" цикла и первым  ато-

мом углерода  пентоза  -  9  7b 0-N-гликозидная, а связь между остатков

фосфорной кислоты и пятым атомом углерода пентозы - сложноэфирная.

                  1. Классификация нуклеотидов

      9Нуклеотиды могут  быть  разделены  на  классы  по нескольким

 9признакам:

      9а. По характеру входящего в них азотистого основания нуклео-

 9тиды могут быть пуринового,  пиримидинового, изоаллоксазинового и

 9т.д. рядов.

.

                              - 2 -

      9б. По характеру углевода-пентозы они могут быть  рибонуклео-

 9тидами (  содержат  рибозу ) или же дезоксирибонуклеотидами ( со-

 9держат дезоксирибозу ). В некоторых синтетических нуклеотидах или

 9нуклеозидах встречается также арабиноза,  например, в арабинозил-

 9цитозине, используемом в качестве противоопухолевого или противо-

 9вирусного препарата.

      9в. По частоте встречаемости  в  составе  нуклеиновых  кислот

 9нуклеотиды делятся на главные и минорные.  К минорным нуклеотидам

 9относятся те нуклеотиды, количество которых в составе ДНК не пре-

 9вышает 2-3 процентов от их общего числа; на долю минорных нуклео-

 9тидов в РНК может приходится до 15-17%  от их общего  количества.

 9Минорные нуклеотиды  образуются в клетках в результате химической

 9модификации главных нуклеотидов ;  они отличаются от главных нук-

 9леотидов

        9- или особенностями структуры азотистых оснований (  мети-

 9лированные, гидроксиметилированные, ацетилированные и т.д. произ-

 9водные );

        9- или особенностями структуры углеводного компонента ( как

 9правило 0, 9 это метилированные производные пентоз );

        9- или  аномальной структурой связи между азотистым основа-

 9нием и пентозой ( так  в  псевдоуридиловой  кислоты  присутствует

 9связь, которую можно назвать как 7  b 9-С 55 0-гликозидную связь).

К настоящему времени идентифицировано до пяти десятков  различных

минорных нуклеотидов.

.

                              - 3 -

                2.Биологическая роль нуклеотидов

     Нуклеотиды выполняют в клетках несколько функций:

     во-первых, рибонуклеотиды  пуринового или пиримидинового ря-

дов (АМФ, ГМФ,УМФ и ЦМФ и их минорные производные) также как и их

дезоксибонуклеотидные аналоги ( дАМФ,  дГМФ, дТМФ и дЦМФ и их ми-

норные производные ) выполняют структурную функцию, являясь моно-

мерными единицами нуклеиновых кислот;

     во-вторых, дифосфатные производные мононуклеотидов участвуют

во многих  метаболических процессах в клетке в качестве активато-

ров переносчиков различных группировок  ( Примерами могут служить

УДФ-глюкоза, ГДФ-манноза, ЦДФ-холин и др.);

     в тертьих,  АТФ и ГТФ выступают в клетке как  акумуляторы  и

переносчики энергии, высвобождающейся при биологическом окислении:

     в четвертых,  НАД 5+ 0 , НАДФ 5+ 0 , ФАД, ФМН являются переносчиками

восстановительных эквивалентов  в  клетках ( промежуточными пере-

носчиками протонов и электронов );

     в пятых,  мононуклеотиды выступают в клетках в качестве био-

регуляторов. Достаточно вспомнить роль АТФ  как  аллостерического

ингибитора ключевых  ферментов  ряда  метаболических путей ( фос-

фофруктокиназы гликолитического метаболона или цитрансинтазы цик-

ла Кребса):

     в шестых,  такие соединения как цАМФ или цГМФ выполняют роль

мессенджеров или вторых вестников в реализации клеткой внеклеточ-

ного регуляторного сигнала ( при действии глюкагона на гепатоциты

в ускорении мобилизации гликогена играет существенную роль  повы-

шение концентрации цАМФ в этих клетках)

.

                              - 4 -

     3.Усвоение экзогенных нуклеиновых кислот и  нуклеотидов

     Человек практически  не нуждается во внешних источниках нук-

леотидов, полностью покрывая свои  потребности в этих соединениях

за счет  эндогенного  синтеза при условии,  что в клетках имеется

необходимое количество исходных соединений для  синтеза.  Естест-

венно, что проблемы с синтезом таких нуклеотидов как НАД 5+ 0 или ФАД

могут возникнуть при недостаточности в организме витаминов В 45 0 или

В 42 0. В  дальнейшем мы остановимся лишь на обмене пуриновых и пири-

мидиновых нуклеотидов.

     Нуклеиновые кислоты  поступают  с пищей в виде нуклеопротеи-

дов, расщепление белковой части которых начинается уже в  желудке

и завершается  в  тонком кишечнике.  Высвобождающиеся нуклеиновые

кислоты расщепляются в тонком кишечнике  до  мононуклеотидов  под

действием рибонуклеаз и дезоксирибонуклеаз панкреатического сока.

Кроме того, стенкой кишечника выделяются ферменты полинуклеотида-

зы и фосфодиэстеразы,  которые также участвуют в расщеплении нук-

леиновых кислот до  мононуклеотидов.

     Мононуклеотиды в стенку кишечника не всасываются,  а подвер-

гаются дальнейшему расщеплению до нуклеоэидов и далее до  свобод-

ных азотистых оснований , пентоз и фосфорной кислоты под действи-

ем нуклеотидаз и фосфатаз кишечной  стенки.  В  стенку  кишечника

всасываются нуклеозиды, а также перечисленные продукты полного ра-

сщепления нуклеотидов; далее они поступают в кровяное русло.

     В организме человека большая часть поступивших в кровь пури-

нов и пиримидинов не используется, а деградирует до конечных про-

дуктов их обмена и выводится из организма.  Таким образом,  экзо-

.

                              - 5 -

генные нуклеиновые кислоты практически не  выступают  в  качестве

поставщиков непосредственных предшественников нуклеотидов в орга-

низме человека.

     В просвете кишечника, вероятно, под действием его микрофлоры,

часть пуриновых нуклеотидов превращается в гипоксантин, ксантин и

мочевую кислоту  и в таком виде поступают во внутреннюю среду ор-

ганизма.

          4. Метаболизм нуклеотидов пиримидинового ряда

     Бисинтез нуклеотидов  пиримидинового ряда начинается в цито-

золе, где при участии цитозольной  1 карбамоилфосфатсинтетазы 0  обра-

зуется карбамоилфосфат 1, 0  причем  источником азота для его синтеза

является глутамин:

    СО 42 0 + Глн + 2АТФ ───>  NH 42 0─ CO ─ O ─ PO 43 0H 42 0 + 2АДФ + Ф + Глу

Далее карбамоилфосфат взаимодействуя с аспартатом в реакции, ката-

лизируемой 1 аспартаттранскарбамоилозай 0,  превращается в  карбамои-

ласпартат, а затем при участии 1 дигигидрооротазы 0 - в дигидроорото-

вую кислоту:

.

                              - 6 -

                COOH            NH 42 0   COOH              С=О

                │               │     │                /

                CH 42 0             CO    CH 42 0            HN   CH 42

 NH 42 0-CO-Ф +     │     ──┬───>   │     │    ───┬───>   │   │

            NH 42 0─CH             NH ── CH           O=C   CH

                │       Ф             │      H 42 0O       / COOH

                COOH                  COOH              NH

               4Аспартат          0  4Карбамоил-       Дигидрооротовая

                                  4аспартат            кислота

    Дигидрооротовая кислота при участии митохондриального  ферме-

нта  1дигидрооротатдегидрогеназы 0 переходит в оротовую кислоту:

             С=О                              С=О

            /                               /

          HN   CH 42 0                         HN   CH

           │   │        ──────────────>     │   │

         O=C   CH        НАД 5+ 0─────┐       O=C   C

            / COOH                        / COOH

             NH                НАДН+Н 5+ 0        NH

                                         4Оротовая кислота

     В следующей реакции принимает  участие  фосфорибозилпирофос-

фат. Он образуется из рибозо-5-фосфата с участием АТФ в ходе реа-

кции, катализируемой ферментом фосфорибозилпирофосфатсинтетазой:

.

                              - 7 -

                                 РО 43 0Н 42 0-О-СН 42 0            ОН  ОН

Рибозо-5-фосфат + АТФ ──┬───>            │    О         │   │

                                        С         С -О-Р-О-Р=О

                       АМФ               нн     н/н    О   │

                                           С ─── С          ОН

                                           ОН    ОН

                                          4Фосфорибозилпирофосфат

Реакция синтеза фосфорибозилпирофосфата ( ФРПФ ) не является спе-

цифичной для синтеза пиримидиновых нуклеотидов, в ходе этой реак-

ции синтезируется ФРПФ, необходимый для синтеза  различных  моно-

нуклеотидов.

     Оротовая кислота при участии  фермента 1   оротат-фосфорибозил-

 1трансферазы 0 переносится на остаток рибозо-5-фосфата с образованием

оротидиловой кислоты,  которая подвергается декарбоксилированию, в

ходе  которого образуется первый "настоящий" нуклеотид пиримидино-

вого ряда - уридин-5-монофорная кислота ( уридиловая  кислота  или

УМФ ). Последняя реакция катализируется оротидилатдекарбоксилазой.

        С=О          Ф-Ф         С=О                   С=О                                       С=О

       /      ФРПФ            /          CO 42 0       /

     HN   CH     └────┘       HN   CH              HN   CH

      │   │    ──────────>     │   │     ────┴───>   │   │

    O=C   CH                 O=C   CH              O=C   CH

       / COOH                / COOH             /

        NH                       N                     N

                                 └─ Рибозо-            └─ Рибозо-

                                  -5-фосфат             -5-фосфат

                              4Оротидиловая           Уридиловая

                                 4кислота              кислота

.

                              - 8 -

      Все остальные  нуклеотиды пиримидинового ряда синтезируются

из уридиловой кислоты в соответствии с нижеследующей схемой:

             1Киназа             0   1 Киназа

      УМФ ──────────>   УДФ   ───────────> УТФ

           ┌─────┐       │       ┌─────┐     │

          АТФ           │      АТФ         │

                АДФ      │          АДФ      │

                         │                   │

                    1Рибонуклеотид-      ЦТФ-синтетаза

                      1редуктаза 0               │

                          9 0          АТФ ────┐│┌── Глн

                        9дУДФ 0                 │││

                          9│ 0         АДФ+Ф<───┘│└──>Глу

                         ├──> Ф              │

                                            

                       дУМФ           Цитидинтрифосфат

                         │                 ( ЦТФ )

                  1Тимидилатсинтетаза

                         │

    N 55 0,N 510 0-Метилен-ТГФ ─┐│

                        ││

       Дигидрофолат <───┘│

                        

                 Дезокситимидиловая

                 кислота ( дТМФ )

     В ходе синтеза пиримидиновых нуклеотидов используются глута-

мин, СО 42 0,  АТФ, аспартат и ФРПФ. Все эти соединения синтезируются

.

                              - 9 -

в клетках. Лишь при образовании из дУМФ дезокситимидиловой кисло-

ты используется N 55 0,N 510 0-тетрагидрофолат; это значит, что при недос-

татке фолиевой кислоты ( В 49 0) в организме будет нарушен синтез де-

зокситимидиловой кислоты,  необходимой для  последующего  синтеза

ДНК в клетках.

    При образовании дТМФ из дУМФ происходит превращение ТГФ в ди-

гидрофолат. Обратный переход ДГФ в тетрагидрофолат катализируется

ферментом дигидрофолатредуктазой.  Лекарственный препарат  метот-

рексат ( аметоптерин ),  широко применяемый при противоопухолевой

терапии, является мощным ингибитором дигидрофолатредуктазы.

     Пиримидиновые нуклеозиды,  образующиеся в клетках при дегра-

дации соответствующих нуклеотидов,  могут с  помощью  специальных

ферментов киназ вновь превращаться в мононуклеотиды по схеме:

                          1Цитидинкиназа

          Цитидин ──────────────────────────────> ЦМФ

                      ┌────────────────┐

                     АТФ              

                                      АДФ

В то же время образующиеся в ходе внутриклеточного  распада  сво-

бодные азотистые  основания  пиримидинового  ряда повторно не ис-

пользуются и подвергаются расщеплению до конечных  продуктов.

     Расщепление пиримидиновых  нуклеотидов начинается с отщепле-

ния рибозофосфатного остатка,  а образовавшееся свободное азотис-

.

                             - 10 -

тое основание расщепляется без образования специфических конечных

продуктов. На схеме представлен путь распада уридиловой кислоты:

                       НАДФН+Н 5+ 0                     СООН

                 С=О    │    НАДФ 5+ 0     С=О          │

                /       5│ 0       5 0      /            СН 42

              HN   CH   └──────┘    HN   CH 42 0  +H 42 0O  │

 УМФ ─ ─ ┬ ─ > │   │   ──────────>   │   │   ─────> СН 42 0  NH 42 0 ──>

            O=C   CH              O=C   CH 42 0        │    │

      Рибозо-   /                    /           NH ─ CO

     5-фосфат    NН                    NH

               4Урацил                Дигидро-       7b 4-Уреидопро-

                                      4урацил          пионат

           ────> CO 42 0 + H 42 0O + H 42 0N-CH 42 0-CH 42 0-COOH ( 7b 0-аланин)

Конечными продуктами распада урацила,  как это следует из  схемы,

являются углекислый газ,  вода и 7 b 0-аланин. При расщеплении тимина

в клетках в качестве одного из промежуточных продуктов образуется

 7b 0-аминоизобутират, который после дезаминирования в конечном итоге

преобразуется через пропионат в сукцинил-КоА.

             5.Метаболизм нуклеотидов пуринового ряда

     При синтезе нуклеотидов пуринового ряда, в отличие от синте-

за пиримидиновых нуклеотидов, формирование гетероциклического яд-

ра идет непосредственно на рибозо-5-фосфата. Вначале синтезирует-

.

                                - 11 -

ся  ФРПФ,  который при взаимодействии с глутамином превращается в

5-фосфорибозиламин:

                АМФ               Глу

                                  

            АТФ  │          Глн    │     PO 43 0H 42 0-O-CH 42 0       NH 42

             └───┘           └─────┘             │    O    │

 Рибозо-5-Ф ─────────> ФРПФ ────────────>        C         C 4  ── 0>

             3ФРПФ-син- 1       ФРПФ-амидо- 0          нн     н/н

             3тетаза 1          трансфераза 0            C─────C

                                                   ОН   ОН

                                              45-фосфорибозиламин

Затем следует большая последовательность реакций,  в ходе которых

формируется пуриновое  ядро.  Первым нуклеотидом,  образующимся в

ходе синтеза является инозиновая кислота ( ИМФ ):

                     C=O

                    /

                  HN   C ─ N

─ ─ ─ ─ ─ ─>       │   │     CH

                  HC   C - N/         СН 42 0-О-РО 43 0Н 42

                    /    │    O     │

                     N     C          C

                           нн      н/н

                             C──────C

                             ОН     ОН

В процессе синтеза 1 молекулы инозиновой кислоты клеткой расходу-

ется 6 молекул АТФ.

.

                             - 12 -

     Источниками атомов углерода и азота при синтезе пуринового

ядра являются указанные на нижеследующей схеме соедиения:

               CO 42 0 ──>  2С 0  ┌─────┬─── Глицин

                      2/ 0    2 0    

      Аспартат ──>   2N 0      2С 0 ──── 2N

                     2│ 0      2│ 0        2CH 0 <──── N 55 0,N 510 0-метенил-ТГФ

N 510 0-формил-ТГФ ──>   2С 0      2С 0 ──── 2N

                      2 0    2/ 0     

                        2N 0 <───── Глутамин

     Глутамин, аспартат,  глицин, углекислый газ образуются в ор-

ганизме, однако в условиях недостатка фолиевой кислоты могут воз-

никнуть  проблемы с обеспеченностью синтеза пуриновых нуклеотидов

одноуглеродными группировками,  переносчиками  которых  служит  в

клетках ТГФ.

     Из ИМФ синтезируются другие нуклеотиды пуринового ряда.  При

синтезе АМФ ( см.  далее следующую схему ) идет аминирование ИМФ,

источником аминогруппы служит аспартат. Реакция идет в два этапа,

а затраты энергии покрываются за счет гидролиза ГТФ.

     При  синтезе гуаниловой кислоты вначале остаток гипоксантина

в ИМФ окисляется до ксантина с образованием КМФ,а затем идет ами-

нирование и превращение КМФ в ГМФ. Донором аминогруппы  выступает

глутамин, энергетика реакции обеспечивается расщеплением АТФ.

     Образовавшиеся АМФ и ГМФ в ходе реакций  трансфосфорилирова-

ния с АТФ преобразуются в АДФ и ГДФ,  а затем последние подверга-

ются фосфорилированию за счет энергии,  выделяющейся при биологи-

ческом окислении, превращаясь в АТФ и ГТФ.

.

                             - 13 -

          Схема синтеза АТФ и ГТФ из инозиновой кислоты

                Фумарат              АДФ

          Асп                АТФ         Ф+Е 4биол.Окисл.

           └──────┘            └──────┘       

       ┌──────────────>  АМФ ──────────> АДФ ───────> АТФ

       │   ┌──────┐

       │  ГТФ    

       │        ГДФ+Ф

 ИМФ ──┤                       АДФ          АДФ

       │    Н 42 0О         АТФ         АТФ          Ф+Е 4биол.Окисл.

       │                └──────┘     └──────┘        

       └──────────> КМФ ────────>ГМФ ─────────>ГДФ ────────> ГТФ

        ┌──────┐         ┌─────┐

       НАД 5+ 0            Глн   

             НАДН+Н 5+ 0          Глу

      Описанный синтез пуриновых нуклеотидов с  использованием  в

качестве пластического  материала  атомных группировок из молекул

других соединений получил название синтеза  de  novo.  В  клетках

млекопитающих работают также механизмы реутилизации образовавших-

ся в ходе внутриклеточного расщепления пуриновых нуклеотидов азо-

тистых оснований. Этот механизм синтеза пуриновых нуклеотидов по-

лучил название "синтез сбережения."

      Наиболее важным  путем реутилизации является фосфорибозили-

рование свободных азотистых оснований. Известны два варианта это-

.

                             - 14 -

го процесса:

   а. При участии фермента 1  гипоксантин-гуанин  ─  фосфорибозилт-

 1рансферазы 0 свободные  гипоксантин или гуанин превращаются в ИМФ и

ГМФ соотвественно:

          Гипоксантин  + ФРПФ ──────> ИМФ + пирофосфат

          ( гуанин )                 (ГМФ)

    б. При участии фермента 1 аденин-фосфорибозилтрансферазы 0 в ана-

логичной реакции свободный аденин превращается в АМФ.

    Кстати говоря,такого механизма для реутилизации пиримидиновых

азотистых оснований  не  существует.  Имеющаяся  в  клетках  оро-

тат-фосфорибозилтрансфераза не  может катализировать фосфорибози-

лирование тимина, цитозина или урацила.

      Превращение пуриновых нуклеозидов в нуклеотиды катализирует

фермент 1 аденозинкиназа 0:

                Аденозин + АТФ ─────────> АМФ + АДФ.

Этот фермент катализирует также фосфорилирование гуанозина,  ино-

зина и их дезоксипроизводных.

     Расщепление пуриновых нуклеотидов идет во всех клетках.  Ко-

нечным продуктом катаболизма образующихся при расщеплении нуклео-

тидов  пуриновых азотистых оснований является мочевая кислота.  С

наибольшей интенсивностью образование мочевой кислоты идет в  пе-

чени,  тонком кишечнике и почках. Установлено, что до 20% мочевой

кислоты у человека может расщепляется до СО 42 0 и NH 43 0  и  выделяться

через кишечник, причем это расщепление мочевой кислоты не связано

с действием кишечной микрофлоры.

.

                             - 15 -

             Схема катаболизма пуриновых нуклеотидов

                                                     C=O

                                                    /

АМФ ─────> Аденозин ──────>  Инозин ────────>     HN   C ─ N

    ┌───┐           ┌────┐           ┌────┐        │   │     CH

   Н 42 0О            H 42 0O              Ф           HC   C - N/

        Ф                NH 43 0           Рибозо-      /    Н

                                      -фосфат        N

                                                   Гипоксантин

                                                        │

                                                  1Ксантиноксидаза

                                                         1

                                                      C=O

                                                     /

  ГМФ───────> Гуанозин ───────> Гуанин ─────────>  HN   C ─ N

     ┌───┐              ┌────┐          ┌────┐      │   │     CH

    Н 42 0О                Ф             H 42 0O       О 1= 0C   C - N/

         Ф                Рибозо-            NH 43 0     /    Н

                          -фосфат                     N

                                                     Ксантин

                                                        │

                          C=O                     1Ксантиноксидаза

                         /                              1│

                       HN   C ─ N    <─────────────────┘

                        │   │     C=О

                      О 1= 0C   C - N/

                          /    Н

                          N

                      Мочевая кислота

.

                             - 16 -

    Нуклеотиды в  клетках подвергаются дефосфорилирования с обра-

зованием аденозина или гуанозина.  Аденозин при участии  фермента

 1аденозиндезаминазы 0 превращается  в инозин и  далее путем фосфоро-

лиза в гипоксантин.  Гипоксантин при участии 3 ксантиноксидазы 0 вна-

чале окисляется  в ксантин,  а затем при участии того же фермента

ксантин переходит в мочевую кислоту.  При расщеплении ГМФ вначале

в несколько этапов происходит образование свободного гуанина, ко-

торый при участии фермента 1 гуаназы 0  переходит  непосредственно  в

ксантин, а затем окисляется в мочевую кислоту.

    Образовавшаяся мочевая кислота поступает в кровь и  выводится

через почки с мочей. Нормальное содержание мочевой кислоты в кро-

ви составляет 0,12 - 0,46 мМ/л. Общее количество растворенной мо-

чевой кислоты  в жидкой фазе организма ( уратный пул ) составляет

для мужчин величину порядка 1,2 г.  Ежесуточно с мочой  выводится

от О,5 до 0,7 г мочевой кислоты.

                 6.Синтез дезоксирибонуклеотидов

    Специального пути  синтеза  дезоксирибонуклеотидов  в клетках

не существует.Дезоксирибонуклеотиды образуются из рибонуклеотидов

путем восстановления последних.  Источником восстановительных эк-

вивалентов для образования дезокрибонуклеотидов служит  специаль-

ный белок тиоредоксин, который может существовать в форме дитиола

или же после отдачи атомов водорода в форме  дисульфида.  Дисуль-

фидная форма  тиоредоксина может превращаться в клетке в дитиоль-

ную форму; донором восстановительных эквивалентов в последнем слу-

.

                             - 17 -

чае является НАДФН+Н 5+ 0. Эти превращения представлены на схеме:

 Рибонуклеозид-     1Рибонуклеотидредуктаза     0  Дезоксирибонуклео-

   дифосфат       1── 0────────────────────── 1── 0>  1    0зиддифосфат + Н 42 0О

                 ┌────────────────────────┐

                 │                        │

                SH                            S

               /                             / │

    Тиоредоксин                  Тиоредоксин   │

                                            │

                SH                         │   S

                                          │

                 └─────────────────────────┘

      НАДФ 5+ 0    <──────────────────────────────  НАДФН+Н 5+

                     1Тиоредоксинредуктаза

                 7.Регуляция синтеза нуклеотидов

     Скорость синтеза нуклеотидов должна соответствовать  потреб-

ностям клетки, в связи с чем она должна эффективным образом регу-

лироваться. В работе механизмом регуляции синтеза пуриновых и пи-

римидиновых нуклеотидов  много общего:  решающую роль в регуляции

играет ретроингибирование - снижение скорости синтеза нуклеотидов

при достижении  их достаточной концентрации в клетках за счет ал-

лостерического ингибирования ключевых  ферментов  соответствующих

метаболических путей.

.

                             - 18 -

     Основные регуляторные механизмы в системе синтеза  пиримиди-

новых нуклеотидов представлены на нижеследующей схеме:

              Е 41 0                  Е 42

    АТФ+СО 42  0──────> Карбамоил- ───────> Карбамоил-  ─ ─ ─ ─> УМФ

     +Глн          фосфат             аспартат             │

            |   |                 |                      4  0     │

           (+) (-)               (-)                          │

            |   |                 |                           │

            |   |                 |                           │

    ФРПФ─ ─ ┘   |                 |                           │

               |                ГТФ <────  УТФ <──── УДФ <───┘

   Е 43 0│<─ (-) ┐  |                            |         │

     │       |  └─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┘        

    Рибозо-  └ дТДФ <────  дТМФ <────── дУМФ <────── дУДФ

   5-фосфат

    + АТФ

    Основными регуляторными ферментами метаболического пути синте-

за  пиримидиновых  нуклеотидов  являются карбамоилфосфатсинтетаза

( Е 41 0 ) и аспартаттранскарбамоилаза ( Е 42 0 ). Активность первого фер-

мента ( Е 41 0 ) ингибируется по аллостерическому  механизму высокими

концентрациями УТФ в клетке, а активность второго фермента ( Е 42 0 )

- высокими  концентрациями  ГТФ.  Активность   карбамоифосфатсин-

тетазы, кроме того, активируется высокими концентрациями  ФРПФ. С

другой стороны,  синтез  ФРПФ  тормозится высокими концентрациями

дТДФ за счет аллостерического ингибирования ФРПФ-синтетазы ( Е 43 0).

.

                             - 19 -

    Накопление избыточных количеств пуриновых нуклеотидов в клет-

ке также приводит к торможению их синтеза ( см. схему ):

           ┌ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┬ ─ ─ ┐

           |          ┌ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┐|     |

          (-)        (-)                       ┌ ─ ─ ┐||     |

                                            (-)    АМФ ──> АДФ

 Рибозо-  Е 41 0          Е 42 0   5-фосфо-            └ ─>/

5-фосфат ────> ФРПФ ─────> рибозил-  ── ─ ─ ──> ИМФ

 + АТФ                    амин               ┌ ─>

          (-)        (-)                      (-)    ГМФ ──> ГДФ

           |          |                        └ ─ ─ ┘||     |

           |          └ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┘|     |

           └ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┴ ─ ─ ┘

     Прежде  всего  следует отметить, что накопление в клетке как

адениловых , так и гуаниловых нуклеотидов по аллостерическому ме-

ханизму тормозит активность ФРПФ-синтетазы (  Е  ).  Одновременно

накопление АМФ  и ГМФ также по аллостерическому механизму снижает

активность ФРПФ-амидотрансферазы ( Е ),  причем ингибирующий  эф-

фект высоких концентраций ГМФ более выражен, нежели у АМФ. Тормо-

жение пуриновыми нуклеотидами активности ФРПФ-синтетазы имеет для

регуляции их   синтеза   большее   значение,   чем  ингибирование

ФРПФ-амидотрансферазы, так как в первом случае выключается и син-

тез пуриновых  нуклеотидов  de novo и "синтез сбережения",  тогда

как во втором случае прекращается лишь синтез de novo.

     Далее, избыточные  концентрации АМФ ингибируют синтез АМФ из

ИМФ, а высокие концентрации ГМФ тормозят образование этого нукле-

.

                             - 20 -

отида из ИМФ. В обоих случаях работают механизмы аллостерического

ингибирования ферментов, участвующих в этих превращениях.

     Наконец, синтез АМФ из ИМФ стимулируется ГТФ,  поскольку ГТФ

является источником энергии для синтеза. В свою очередь, АТФ сти-

мулирует синтез ГМФ из ИМФ по той же самой причиной. Наличие это-

го регуляторного механизма позволяет сбалансировать объемы синте-

за адениловых и гуаниловых нуклеотидов в клетке.

     Регуляция синтеза дезоксирибонуклеотидов обеспечивает скоор-

динированный в количественном отношении синтез различных дезокси-

нуклеотидов, необходимых для последующей сборки дезоксиполинукле-

отидных цепей ДНК. Важнейшую роль в этой регуляции играет

фермент рибонуклеозиддифосфатредуктаза.  Этот  фермент  имеет два

типа аллостерических участков:  один из них регулирует общую  ак-

тивность фермента,  а  другой - субстратную специфичность.  Общая

каталитическая активность снижается при связывании в первом цент-

ре дАТФ,  последний служит сигналом об избытке дезоксинуклеотидов

в клетке.  Связывание различных дНуДФ ил дНуТФ в  аллостерических

участках второго  типа позволяет ферменту более или менее избира-

тельно нарабатывать недостающие в данный момент в клетке  те  или

иные дезоксирибонуклеозиддифосфаты

          8. Нарушения обмена нуклеотидов при патологии

     Пиримидиновые нуклеотиды  не  имеют  специфических  конечных

продуктов обмена,  видимо,  поэтому при состояниях, характеризую-

щихся избыточным синтезом пиримидинов,  как правило, нет выражен-

ных клинических признаков.  При торможении синтеза дезокситимиди-

.

                             - 21 -

ловой кислоты,  обусловленном недостатком  в  организме  фолиевой

кислоты или кобаламина, идет одновременно и нарушение синтеза пу-

риновых нуклеотидов,  что проявляется в  виде  нарущения  синтеза

нуклеиновых кислот с развитием той или иной формы анемии.

     Наиболее известным вариантом нарушения  синтеза  пиримидинов

является оротатацидурурия - повышенное выделение с мочой продукта

неполного синтеза пиримидинов - оротовой кислоты.  Оротатацидурия

чаще всего является следствием генетически обусловленного наруше-

ния синтеза двух ферментов: оротат-фосфорибозилтрансферазы и оро-

тидилатдекарбоксилазы. Синтезируемая  оротовая кислота не исполь-

зуется в клетках и накапливается в органах и тканях,  она в повы-

шенных количествах выделяется с мочей. Для детей с этой патологи-

ей характерны отставание в развитии,  мегалобластическая анемия и

"оранжевая кристаллоурия",  последняя  обусловлена образованием в

моче кристаллов оротовой кислоты, имеющих оранжевый цвет. Для ле-

чения таких детей используется уридин,  который достаточно хорошо

усваиваивается организмом, однако уридин становится еще одним не-

заменимым компонентом пищи.

     Наиболее известным заболеванием, тесно связанным с нарушени-

ем обмена  пуриновых нуклеотидов,  является подагра.  У больных с

этой патологией наблюдается повышенное содержание мочевой кислоты

в крови  и  тканях,  а также избыточное количество уратов в моче.

В норме концентрация мочевой кислоты в крови и других биологичес-

ких жидкостях  достаточно близка к насыщающей.  Поэтому повышение

ее содержания в биологических жидкостях приводит  к  появлению  в

них кристаллов мочевой кислоты.  Если кристаллы появляются в сус-

тавной жидкости,  развивается  подагрические  артриты.  Выпадение

.

                             - 22 -

кристаллов мочевой кислоты непосредственно в ткани вызывает асеп-

тическое воспаление с последующим инкапсулированием образовавших-

ся кристаллов и формированием подагрических узелков. Наиболее тя-

желым проявлением этого заболевания является подагрическая нефро-

патия с нарушением функции почек.

     От подагры страдает от 0,3% до 1,7% населения, причем у  муж-

чин подагра встречается в 20 раз чаще, чем у женщин. Развитие за-

болевания тесно связано с гиперурекемией - повышеннным содержани-

ем мочевой  кислоты  в крови.  В норме содержание мочевой кислоты

составляет 3 - 7 мг/дл ( 0,12 - 0,46 мМ/л ). Среди лиц с содержа-

нием мочевой кислоты в пределах 7 - 8 мг/дл 20% больных подагрой;

если же содержание мочевой кислоты в крови превышает  9  мг/дл  -

число больных подагрой возрастает до 90 и более процентов.

     Причинами подагры в ряде случаев является нарушение функцио-

нирования таких ферментов как ФРПФ-синтетаза или гипоксантин-гуа-

нин-фосфорибозилтрансфераза. У ряда больных было обнарушено повы-

шение активности  фермента  ФРПФ-синтетазы  или снижение чувстви-

тельности фермента к ингибирующему действию  пуриновых  нуклеоти-

дов. В  обоих  вариантов объем синтеза пуриновых нуклеотидов воз-

растает, что приводит к гиперпродукции мочевой кислоты.

     При снижении   активности  гипоксантин-гуанин-фосфорибозилт-

рансферазы в клетках снижается уровень  повторного  использования

образующихся в  них  гипоксантина  и  гуанина  за счет торможения

"синтеза сбережения".  Возникает нехватка пуриновых  нуклеотидов,

которая компенсируется активацией синтеза пуринов de novo,  что в

конечном итоге ведет к повышенному образованию пуринов в организ-

ме и,  соответственно,  к  повышения содержания мочевой кислоты в

организме.

.

                             - 23 -

    При лечении  подагры стремятся уменьшить в рационе количество

продуктов, содержащих нуклеиновые кислоты или  соединения  группы

пурина. Хороший эффект дает использование лекарственного препара-

та - аллопуринола.  Аллопуринол в клетках под действием  фермента

ксантиноксидазы окисляется до аллоксантина, а аллоксантин являет-

               C=O                         C=O

              /     H                    /     H

            HN   C ─ C                 HN   C ─ С

             │   │     NH                │   │     NH

            HC   C - N/                О 1= 0C   C - N/

              /    Н                    /    Н

               N                           N

            Аллопуринол                 Аллоксантин

ся мощным конкурентным ингибитором  ксантиноксидазы.  Образование

ксантина и мочевой кислоты в клетках резко снижается,  а из орга-

низма в качестве конечного продукта обмена пуринов начинает выде-

ляться гипоксантин,  растворимость  которого в биологических жид-

костях в несколько раз выше, чем растворимость мочевой кислоты.

    При полном отсутствии в клетках гипоксантин-гуанин-фосфорибо-

зилтрансферазы развивается болезнь Леш-Нихана, для которой харак-

терны высокий уровень гиперурикемии, камни в мочевыводящих путях,

.

                             - 24 -

корковый паралич,  судороги и крайне агрессивное поведение. в том

числе и стремление к членовредительству (Ребенок, например. может

обкусать собственные пальцы или губы).

    Гиперурикемия может  также встречаться при воздействии на че-

ловека ионизирующей радиации. В этом случае гиперурикемия являет-

ся отражением  интенсификации  распада нуклеиновых кислот в облу-

ченных органах и тканях.