Катаболизм нуклеиновых кислот

В живых организмов нуклеиновые кислоты деполимеризуются при помощи ферментов – нуклеаз (кл. гидролазы). Они ускоряют реакции разрыва фосфоэфирных связей между нуклеотидами.

Классификация нуклеаз

1. По виду нуклеиновой кислоты, служащей субстратом. Различают рибонуклеазы (РНК-азы) и дезоксирибонуклеазы (ДНК-азы).
2. По тому, концевые (экзо-) или внутренние (эндо-) фосфоэфирные связи распадаются, выделяют экзо- и эндонуклеазы.
3. По тому, какая связь фосфорного остатка с пентозой атакуется – с 5’- или 3’-углеродными атомами.

Примеры нуклеаз:

I. Эндонуклеазы

1) ДНК-аза-I. Ускоряет гидролиз внутренних фосфоэфирных связей между остатком фосфата и 3’-углеродным атомом дезоксирибозы.

	А		Г		Ц		Т		А

ДНК-аза- I

ОН

Ф

Ф

Ф

Ф

Ф

ДНК+(n-1)Н О n олигодезоксирибонуклеозид-5’-фосфаты

Примером может служить панкреатическая ДНК-аза. Фермент состоит из 257 аминокислот, Mr=31000. Образуются олигодезоксирибонуклеотиды, состоящие из четырех нуклеотидов.

2) ДНК-аза-II. Ускоряет гидролиз внутренних фосфоэфирных связей, но между остатком фосфата и 5’-углеродным атомом дезоксирибозы.

	А		Г		Ц		Т		А

ДНК-аза- II

ОН

Ф

Ф

Ф

Ф

Ф

	ДНК-аза- II

ДНК+(х-1) Н О х олигодезоксирибонуклеозид-3’-фосфаты

Примером может служить ДНК-аза-II селезенки. Фермент состоит из 348 аминокислот, Mr=38000, содержит углевод.

Деполимеризация идет путем парных разрывов фосфоэфирных связей в цепях ДНК. Образуются олигодезоксирибонуклеотиды, состоящие из 6 нуклеотидных звеньев. Возможно, ДНК-аза-II является димером.

II. Экзонуклеазы.

Они последовательно ускоряют гидролиз концевых фосфоэфирных связей с оборазованием нуклеотидов. Субстратами служат ДНК, РНК и олигонуклеотиды, полученные с помощью эндонуклеаз. Гидролиз идет либо по 3’-, либо по 5’-углеродным атомам пентоз. В результате совместного действия эндонуклеаз и экзонуклеаз нуклеиновые кислоты распадаютсяна свобоные нуклеотиды: рибо- и дезоксирибонуклеозид-3’ 5’-фосфаты.

Распад нуклеотидов

Прежде всего от них отщепляется фосфат. Например:

Аденозин-5’-фосфат

Аденозин

Фосфорная кислота

5’-нуклеотидаза аденозин-5’-фосфатфосфо- гидролаза

+Н ОО

 

Далее возможны два пути распада:
а) происходит перенос остатка рибозы от нуклеозида на фосфат:

Аденозин

аденин

Рибозо-1-фосфат

аденозин:ор-тофосфатрибо-зилтрансфераза

аденозин- фосфорилаза

 

б) гидролиз нуклеозидов на азотистое основание и пентозу.

Распад пуриновых оснований

Прежде всего происходит дезаминирование азотистых оснований:

а) аденин превращается в гипоксантин

Гипоксантин

Аденин

аденинамино-гидролаза

адениназа

 

б) гуанин превращается в ксантин

Ксантин

Гуанин

гуанинамино-гидролаза

гуаниназа

 

Далее гипоксантин и ксантин окисляются до мочевой кислоты:

оксидаза

[О] ксантин-

Мочевая кислота

Ксантин

Гипоксантин

оксидаза

[О] ксантин-

 

У человекообразных обезьян, птиц, рептилий и человека мочевая кислота является конечным продуктом распада пуриновых оснований и с мочой выводится из организма.

У большинства животных и растений мочевая кислота распадается дальше.

Распад мочевой кислоты

У млекопитающих и насекомых она окисляется в аллантоин, у костистых рыб аллантоин превращается в аллантоиновую кислоту, а у амфибий и большинства растений она распадается на мочевину и глиоксилевую кислоту:

Глиоксилевая кислота

Мочевина

аллантоиназа

Аллантоиновая кислота

Аллантоин

Мочевая кислота (урат)

аллантоиназа

уратоксидаза