Катаболизм нуклеопротеинов.

Тема 5. ОБМЕН НУКЛЕОПРОТЕИНОВ. БИОСИНТЕЗ И РАСПАД ПУРИНОВЫХ И ПИРИМИДИНОВЫХ НУКЛЕОТИДОВ.

Практическая значимость темы. Нуклеотиды - одни из наиболее важных компонентов клетки, принимающие участие во многих биохимических процессах. Они являются структурными единицами ДНК и РНК, участвуют в активации промежуточных продуктов реакций биосинтеза (УДФ-глюкоза, ЦДФ-холин), входят в состав коферментов (НАД, ФАД, КоА-SH, АТФ), служат аллостерическими регуляторами процессов метаболизма (АМФ) и внутриклеточными посредниками действия гормонов (цАМФ, цГМФ). Образование нуклеотидов в организме происходит главным образом в процессе поэтапной сборки из эндогенных предшественников, реже путём реутилизации азотистых оснований, высвобождаемых при расщеплении нуклеиновых кислот в тканях.
Скорость синтеза пуриновых и пиримидиновых рибо- и дезоксирибонуклеотидов в организме является объектом тонкой регулировки. Знание процессов биосинтеза и распада нуклеотидов позволяет понять патогенез ряда заболеваний, связанных с нарушениями обмена пуринов и пиримидинов (подагра, ксантинурия, оротацидурия), грамотно использовать в качестве противоопухолевых препаратов структурные аналоги азотистых оснований, нуклеозидов (6-меркаптопурин, 5-фторурацил, фторафур) и антагонисты коферментов, участвующих в биосинтезе нуклеотидов (аметоптерин, аминоптерин).

Цель занятия. После изучения данной темы студент должен знать особенности биосинтеза и распада пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, механизмы регуляции этих процессов и основные виды их нарушений, уметь применять приобретённые знания для решения теоретических и практических задач.

Исходный уровень знаний.

1. Строение пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований, нуклеозидов, нуклеотидов, их роль в организме.
2. Строение аминокислот (глицин, глутамин, аспартат).
3. Пентозофосфатный путь окисления: роль в организме.
4. Коферментные функции витаминов (фолиевая кислота).
5. Механизмы регуляции активности ферментов.
6. Принципы диагностики врождённых дефектов ферментов.

Катаболизм нуклеопротеинов.

5.1.1. Нуклеопротеины – сложные белки, содержащие в качестве простетической группы нуклеиновые кислоты (РНК или ДНК). В зависимости от того, какая кислота входит в их состав, различают рибонуклеопротеины и дезоксирибонуклеопротеины.

Структурными единицами РНК и ДНК являются нуклеотиды, каждый из которых в свою очередь состоит из азотистого основания и пентозы (образующих нуклеозид), соединённых с остатком фосфорной кислоты.

Пентоза и азотистое основание в каждом нуклеотиде связаны N-гликозидной связью, фосфат и пентоза – сложноэфирной связью. Отдельные нуклеотиды в ДНК или РНК связаны 3’,5’-фосфодиэфирной связью (см. рисунок).

Рисунок 5.1. Схема строения фрагмента полинуклеотидной цепи. Примечание. Пентоза – рибоза в РНК, дезоксирибоза в ДНК. Азотистое основание – аденин, гуанин, цитозин, урацил в РНК, аденин, гуанин, цитозин, тимин в ДНК. Цифрами обозначены типы связей: 1 – N-гликозидные; 2 – сложноэфирные в нуклеотиде; 3 – 3’,5’-фосфодиэфирные (между нуклеотидами).

5.1.2. Катаболизм нуклеопротеинов в желудочно-кишечном тракте. Нуклеопротеины, поступающие в организм с пищей, подвергаются расщеплению под действием протеолитических ферментов кишечника. Высвобождаемые нуклеиновые кислоты гидролизуются при участии рибонуклеаз и дезоксирибонуклеаз панкреатического сока до мононуклеотидов. Действие панкреатических нуклеаз дополняют фосфоэстеразы кишечного сока. Схематично это можно представить следующим образом:

Далее, под воздействием нуклеотидаз и фосфатаз происходит гидролиз нуклеотидов до нуклеозидов, которые либо всасываются, либо под воздействием ферментов слизистой кишечника расщепляются до пуриновых и пиримидиновых оснований.

В организме человека большая часть пуриновых и пиримидиновых оснований, высвободившихся из нуклеиновых кислот, которые поступают с пищей, превращается в конечные продукты (при этом не происходит их включения во вновь образующиеся молекулы нуклеиновых кислот в тканях организма). То есть, нуклеиновые кислоты пищи практически не выступают в роли поставщика непосредственных предшественников нуклеиновых кислот тканей организма.

В то же время нуклеотиды и нуклеозиды, введённые парентерально, могут включаться в нуклеиновые кислоты без всяких изменений. Это послужило основой методов исследования метаболизма нуклеиновых кислот путём введения меченных радиоактивными изотопами азотистых оснований.