Тема: обмен нуклеиновых кислот и нуклеотидов в организме человека.

 

Обмен нуклеотидов в организме включает процессы анаболизма (биосинтез пуриновых — основной и резерв­ный путь — и пиримидиновых нуклеотидов) и катаболиз­ма (распад нуклеиновых кислот (НК), пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов до конечных продуктов). Пере­варивание НК протекает в двенадцатиперстной кишке под влиянием ДНК-азы и РНК-азы, выделяемых поджелудоч­ной железой, и в тонком кишечнике под действием ферментов: 3', 5'-фосфодиэстеразы, нуклеозидазы, нуклеотидазы, фосфатазы.

Продукты переваривания: пуриновые и пиримидиновые азотистые основания, пентозы и фосфорная кисло­та — всасываются в кровь.

В норме 90% продуктов переваривания превраща­ются в конечные продукты: пуриновые основания — в мочевую кислоту и мочевину, пиримидиновые основания — в мочевину, b-аланин и b-кетомасляную кислоту.

Основной путь биосинтеза пуриновых нуклеотидов «заново» протекает в две стадии через образование инозиновой кислоты.

Для биосинтеза пуриновых нуклеотидов необходи­мы: рибозо-5-фосфат. 5 молекул АТФ, 2 молекулы глутамина, 1 молекула глицина, 1 молекула аспартата, N⁵, N¹⁰-метенил-ТГФК, Mg²⁺, СО₂, N¹⁰-формил-ТГФК.

В молекуле пурина 4-й и 5-й атомы углерода и 7-й атом азота имеют своим источником глицин, 3-й и 9-й атомы азота происходят из амидной группы глутамина, 1-й атом азота — из аспарагиновой кислоты, 2-й углерод­ный атом — из N¹⁰-формил-ТГФК, 8-й атом углерода — из N⁵, N¹⁰-метенил-ТГФК, 6-й атом углерода — из СО₂.

Резервный путь регенерации пуриновых нуклеоти­дов (10 — 20%) идет из свободных пуриновых оснований: из аденина и 5-фосфорибозил-1-пирофосфата (ФРПФ) (фермент аденинфосфорибозилтрансфераза) и из гипоксантина, гуанина и ФРПФ — под действием фермента гипоксантин-гуанин-фосфорибозилтрансферазы (ГГФТ).

Резервный путь усилен при беременности, опухолевом ро­сте, регенерации обширных ран, при усилении кроветво­рения. У детей встречается генетический дефект, при ко­тором фермент ГГФТ отсутствует (синдром Леша—Нихана), что приводит к гиперурикемии, образованию камней из мочевой кислоты и сопровождается умственной отста­лостью, агрессивностью, нарушением координации дви­жений, судорогами, попытками нанесения себе ран.

Биосинтез пиримидиновых нуклеотидов идет в ци­топлазме из NH₃ (из ГЛН), СО₂ с участием АТФ через об­разование карбамоилфосфата под действием карбамоил-фосфатсинтетазы II.

В биосинтезе пиримидиновых нуклеотидов участву­ют также 1 молекула АСП, ФРПФ и ферменты: аспартат-карбамоилтрансфераза, дигидрооротаза, дигидрооротат-дегидрогеназа (НАД⁺), оротат-фосфорибозил-трансфераза, декарбоксилаза.

Мочевая кислота относится к небелковым азотистым веществам крови. В норме концентрация мочевой кисло­ты в цельной крови 0,2—0,50 ммоль/л (3—4 мг/100 мл), в сыворотке крови 0,2—0,56 ммоль/л (5 мг/100 мл). В суточном количестве мочи содержание мочевой кислоты в норме составляет 270—600 мг.

При подагре наблюдается повышение в 2—3 раза содержания мочевой кислоты в сыворотке крови (гиперурикемия). Причиной повышения биосинтеза мочевой кис­лоты при подагре является активация фермента ксантиноксидазы, окисляющего гипоксантин в ксантин и далее в мочевую кислоту.

Приступы подагрического артрита обусловлены об­ложением уратов в суставах. Применение аллопуринола при подагре основано на конкурентном ингибировании ксантиноксидазы.

Повышение уровня мочевой кислоты в крови может наблюдаться при заболеваниях почек, сердечной деком­пенсации, диабетической коме, при лейкозах, гемолити­ческой анемии, множественной миеломе, сопровождаю­щихся усиленным распадом нуклеотидов («вторичная подагра»).

Матричные биосинтезы включают:

1. Репликацию (снятие «копии» с ДНК),
2. Репарацию («ремонт» ДНК),
3. Транскрипцию (биосинтез м-РНК, т-РНК, и-РНК),
4. Трансляцию (биосинтез белка).

Основная схема передачи генетической информации

ДНК РНК белок

репликация транскрипция репликация

 

Репликация (в ядре клетки) — синтез дочерней мо­лекулы ДНК на матрице материнской молекулы ДНК, основанный на принципе комплементарности азотистых оснований (А=Т, ГºЦ), происходит в S-фазу клеточно­го цикла.

Механизм репликации — полуконсервативный. В ре­зультате репликации образуются 2 новые молекулы ДНК, в каждой из них — 1-я цепь «материнская», 2-я — «до­черняя».

Этапы репликации:

 

1) инициация,

2) элонгация,

3) терминация.

Субстратами и источниками энергии, необходимы­ми для репликации, являются д-АТФ, д-ГТФ, д-ЦТФ, д-ТТФ, матрицей — двухспиральная молекула ДНК.

Ферментами репликативного комплекса являются ДНК-полимераза, ДНК-лигаза, эндонуклеаза, ДНК-раскручивающие белки.

Кофакторами служат Mg²⁺.

Репарация (в ядре клетки) — устранение повреж­дений молекулы ДНК, вызванных эндогенными и экзо­генными факторами. Для репарации необходима одна неповрежденная цепь ДНК. Этапами репарации явля­ются:

1) узнавание места повреждения и разрыв 3'-5'-фосфодиэфирных связей,

2) удаление поврежденных мононуклеотидов,

3) биосинтез нового фрагмента по принципу комплементарности,

4) связывание нового участка ДНК со старой цепью.

Ферменты репарации: эндонуклеаза, экзонуклеаза, ДНК-полимераза репарирующая, ДНК-лигаза.

Субстратами и источниками энергии являются д-АТФ, д-ГТФ, д-ТТФ, д-ЦТФ.

Репарация не происходит, если:

1) отсутствуют ферменты репарации или имеются в не­достаточном количестве,

2) повреждаются комплементарные азотистые основа­ния во второй цепи ДНК.

При нарушении репарации возникают наследствен­ные заболевания, онкозаболевания, происходит преждев­ременное старение клетки.

 

Транскрипция

 

Транскрипция — биосинтез молекул РНК на матри­це ДНК, локализован в ядре клетки, идет постоянно, не­зависимо от цикла клетки.

Субстратами и источниками энергии для биосинтеза РНК являются: АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ.

Ферментом транскрипции является РНК-полимераза ДНК-зависимая.

Кофакторами являются Mg²⁺.

 

Этапы транскрипции:

 

1) инициация,

2) элонгация,

3) терминация.

Транскрипция осуществляется по правилу комплементарности в направлении 5'-3' со скоростью 40—50 нуклеотидов в 1 сек.

Созревание РНК (процессинг) происходит в ядре вне матрицы под действием РНК-аз, затем зрелая РНК выхо­дит из ядра с помощью транслоказ.

Биосинтез белка

 

Биосинтез белка (трансляция) протекает в полисомах и приводит к построению полипептидной цепи из амино­кислот (первичной структуры белка). Для процесса транс­ляции необходимы: матрица (м-РНК), субстраты — 20 видов активированных аминокислот, энергия (1 молеку­ла АТФ и 3 молекулы ГТФ для присоединения каждой аминокислоты), ферменты, факторы инициации, элонгации, терминации, кофакторы Mg²⁺, K⁺, адапторные моле­кулы т-РНК. Трансляция идет постоянно, усиливаясь во время митоза.

Этапами трансляции являются: инициация, элонга­ция, терминация.

Предварительный этап — образование активирован­ных аминокислот с участием фермента аминоацил-т-РНК-синтетазы, 1 молекулы АТФ, Mg²⁺, 61 вида т-РНК.

Инициация требует наличия инициирующего кодона АУГ, 1 молекулы ГТФ, м-РНК, факторов инициации (IF₁ IF₂, IF₃), Mg²⁺, малой и большой субъединиц рибо­сом, инициаторной аминоацил-т-РНК (мет-т-РНК^мет).

Элонгация требует наличия инициирующего ком­плекса, 2 молекул ГТФ, активированной а-а-т-РНК, фактора элонгации (EF₁ EF₂, EG-транслоказа, EF—Tu, EF—Ts), Mg²⁺.

Для терминации необходимы терминирующие кодоны (УАА, УГА, УАГ) и рилизинг-факторы (RF₁ RF₂, RS).