Обмен сложных белков

16.1 Обмен нуклеопротеидов

Нуклеопротеиды и их производные выполняют в организме многообразные функции, участвуя:

- в синтезе нуклеиновых кислот и нуклеотидных коферментов;

- в реакциях запасания и использования энергии;

- в образовании активных форм сахаров, азотистых оснований, сульфатов и метионина;

- в трансдукции сигналов в клетку, являясь вестником действия на клетку гормонов, факторов роста, нейромедиаторов и других регуляторных молекул.

В пищеварительном тракте под действием соляной кислоты, пепсина, трипсина от нуклеопротеидов отщепляется белковая часть, которая гидролизуется до аминокислот. Простетическая группа – нуклеиновые кислоты – при участии нуклеаз (ДНКазы, РНКазы) распадается на мономеры – мононуклеотиды. Они частично всасываются, а остальные под действием фосфатаз и нуклеозидаз, расщепляются на составные части – азотистые основания, пентозы и фосфорную кислоту, которые всасываются более активно. Так же происходит распад и нуклеопротеидов тканей организма. Фосфорная кислота пополняет запасы организма, пентозы в основном принимают участие в синтезе новых нуклеиновых кислот и коферментов.

Одновременно в клетках происходит постоянный синтез специфических нуклеиновых кислот. Это сложный процесс, исходными веществами для которого являются пентозофосфаты (рибозо- и дезоксирибозо-5-фосфат), образующиеся в основном при апотомическом пути окисления углеводов. Кроме того, участвуют соединения – глицин, глутамин, аммиак, углекислый газ, муравьиная и аспарагиновая кислоты, АТФ и соответствующие ферменты.

Пути возникновения пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов различны, но есть некоторые черты сходства:

1) широкое использование гли, асн и глн в качестве источников азота и гетероциклических колец.

2) Включение в состав пуриновых и пиримидиновых циклов атомов углерода из СО₂и формиата

3) Построение пуринового основания и завершение синтеза пиримидинового основания на рибозо-5-фосфате, в результате чего образуются нуклеотид-5-фосфаты

4) Ферментативный характер всех реакций, осуществляющихся в процессе новообразования нуклеотидов

5) Возникновение на определенном этапе биосинтеза предшественников, из которых потом формируются уже индивидуальные нуклеотид-5-фосфаты.

Последовательность реакций, приводящих к образованию пуриновых нуклеотидов:

1. Образование 5-фосфорибозил-1-дифосфата (ФРДФ): рибозо-5-фосфат → ФДРФ (общий предшественник фосфорибозы в синтезе пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов).

2. Перенос аминогруппы Глн на ФРДФ с образованием 5-фосфорибозил-1-амина (фермент - амидотрансфераза).

3. При участии глицина, амидного азота Глн, α-NH₂-группы Асп, СО₂, и одноуглеродистых производных образуется пуриновое кольцо на остатке рибозо-5-фосфат.

4. Синтез первого пуринового нуклеотида – инозиновая кислота (ИМФ), которая может превращаться в АМФ или ГМФ.

5. Место образования пуриновых оснований является печень. Она снабжает пуринами ткани, не способные к их образованию – эритроциты, лейкоциты и частично мозг.

6. Синтез нуклеотиддифосфатов и нуклеотидтрифосфатов происходит при участии АТФ и ферментов – нуклеотидмонофосфатаз и нуклеотиддифосфокиназ.

7. Пуриновые нуклеотиды синтезируются «запасным путем» из азотистых оснований и нуклеозидов. Этот путь имеет вспомогательное значение, давая от 10 до 20% общего количества нуклеотидов. Катализируют эти процессы два фермента – аденинфосфорибозилтрансфераза, отвечающий за образование АМФ из ФРДФ и гипоксантингуанинфосфорибозилтрансфераза, который катализирует образование инозиновой кислоты.

Катаболизм пуриновых нуклеотидов приводит к образованию мочевой кислоты. Азотистые пуриновые основания подвергаются превращениям:

NН₂ ОН

N N

N N - NН₃

+ Н₂О

N NН

N NН

Аденин Гипоксантин

ОН ОН

N N

N N - NН₃ Ксантин

NН₂ + Н₂О ОН

N NН N NН

Гуанин

ОН

N N

ОН N NН ОН

Мочевая кислота

Мочевая кислота выводится из организма.

Пиримидиновые основания распадаются так:

ОН

СН₂ – NН₂

|

СН₂ + NН₃ + СО₂

|

СООН

ОН

N Урацил β-аланин

Синтез пиридиновых нуклеотидов протекает в цитозоле клеток при участии ферментов – полифункционалов:

О

//

NН₃ + СО₂ + АТФ → АДФ + NH₂ - С

\

О ~ Ф

Карбамоилфосфат

О СООН

// | аспартаткарбамилтрансфераза

Н₂N – С + СН₂

\ |

О~Ф NH₂ – СН – СООН

Карбамоилфосфат Аспарагиновая кислота

О СООН

// |

Н₂N – С СН₂ + Н₃РО₄

\ |

О – NH – СН – СООН Карбамиласпарагиновая кислота

О

// | НN СН₂

Н₂N – С СН₂ дегидрооротаза

\ | СН – СОО^-

О – NH – СН – СООН //

Карбамиласпарагиновая кислота О NН Дигидрооротат

О О

|| ||

НN СН₂ NН СН

СН – СОО^- // С – СОО^-

// О

О NН NН

Дигидрооротат Оротовая кислота

О

СН₂ОФО ОН ||

NН СН

+

С – СОО^-

ОН ОН //

О NН

О

NН СН

С – СОО^-

//

О N

СН₂ОФ О

- СО₂

ОН ОН

Оритидинмонофосфат

О

||

NН СН

// СН

О

СН₂ОФ О N

ОН ОН Уридинмонофосфат

Глн (при участии СО₂, АТФ и ФРДФ) → Карбамоилфосфат (+ аспарагиновая кислота) → Карбамоиласпартат → Дигидрооротат (НАД⁺) → Оротат → Оротатмонофосфат (ФРДФ) → УМФ → УДФ → УТФ