Обмен нуклеотидов

доцент Суменкова Дина Валерьевна

человека: участвуют в синтезе нуклеиновых кислот, нуклеотидных коферментов (NAD, NADP,

FAD, FMN), участвуют в образовании активных форм углеводов (УДФ-глюкоза), аминокислот (SAM), «энергетических молекул» (АТФ, ГТФ), участвуют в передаче сигнала гормонов в клетку (цАМФ, цГМФ).
Нарушение процессов обмена нуклеотидов лежит в основе патогенеза некоторых заболеваний человека (подагра, мегалобластная анемия, иммунодефицитные состояния).
В основе механизма действия ряда противовирусных и противоопухолевых препаратов лежит ингибирование процессов синтеза нуклеотидов.

и катаболизм пуриновых нуклеотидов: ход процесса, регуляция, «запасные» пути синтеза.

Нарушения обмена пуриновых нуклеотидов
Синтез и катаболизм пиримидиновых нуклеотидов: ход процесса, регуляция, «запасные» пути синтеза. Нарушения обмена пиримидиновых нуклеотидов
Образование дезоксирибонуклеотидов
Синтез нуклеотидов – мишень действия лекарственных препаратов (задание для самостоятельной работы, см. слайд 38)

обмене нуклеотидов необходимы для понимания:
механизмов возникновения заболеваний у детей и

подростков, связанных с нарушением синтеза и катаболизма нуклеотидов
механизма действия противоопухолевых и противовирусных лекарственных препаратов – ингибиторов синтеза нуклеотидов

пиримидиновых рибо- и дезоксирибонуклеотидов нуклеотидов
Виды химических связей в нуклеотидах
Роль нуклеотидов

в организме человека

пиримидина)
ПЕНТОЗА (рибоза или дезоксирибоза)
ОСТАТОК ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ (нуклеотид моно-, ди- или

трифосфаты)

Виды химических связей между компонентами нуклеотида:
N-гликозидная связь между АО (N9 у пуриновых и N1 у пиримидиновых) и пентозой (1᾽)
5᾽ -фосфоэфирная связь между пентозой и фосфорной кислотой

нуклеиновых кислот тканей и пищи используются повторно в незначительной степени.
Образование

ФРДФ – центральное место в синтезе пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов
Источник образования ФРДФ: рибозо-5-фосфат
(продукт ПФП окисления глюкозы)

рибозо-5-фосфат + АТФ → 5-фосфорибозил-1-дифосфат + АМФ (ФРДФ синтаза)

основания осуществляется на ФРДФ при участии глицина, глутамина, аспартата, СО2

и одноуглеродных производных Н4-фолата в цитозоле:
формирование 5-членного кольца
формирование 6-членного кольца
образование первого пуринового нуклеотида – инозинмонофосфата (ИМФ: гипоксантин – рибоза – фосфат)
Синтез ИМФ включает 10 стадий и требует затрат 6 АТФ
образование АМФ и ГМФ из ИМФ путем присоединения аминогруппы к 6С с образованием аденина (источник аминогруппы – аспартат) или к 2С с образованием гуанина (источник аминогруппы – глутамин)

АМФ из ИМФ участвует аспартат
В образовании ГМФ из ИМФ

участвует глутамин
Схема реакций представлена на след. слайде.
Нуклеозидди- и трифосфаты синтезируются при участии АТФ и киназ:
АМФ + АТФ ↔ 2АДФ (аденилаткиназа)
ГМФ + АТФ → ГДФ + АДФ (гуанилаткиназа)
ГДФ + АТФ → ГТФ + АДФ
Внимание! Образование АТФ происходит путем субстратного (в процессе гликолиза, цикла Кребса)
и окислительного (в процессе тканевого дыхания) фосфорилирования АДФ

АМФ из ИМФ участвуют ферменты:
1 – аденилосукцинатсинтетаза
2 – аденилосукциназа
В синтезе

ГМФ из ИМФ участвуют ферменты:
3 – ИМФ-дегидрогеназа
4 – ГМФ-синтетаза
КМФ – ксантозин-5-монофосфат

активного роста тканей синтез пуриновых нуклеотидов из простых предшественников не

способен полностью обеспечить нуклеиновые кислоты субстратами, поэтому в этих условиях важную роль играют запасные пути, или «пути спасения»
Для синтеза нуклеотидов по «пути спасения» используются азотистые основания и нуклеозиды, образующиеся в процессе катаболизма нуклеиновых кислот

– гипоксантин-гуанинфосфорибозилтрансфераза
2 – аденинфосфорибозилтрансфераза
3 - аденозинкиназа

катаболизма: ксантиноксидаза (аэробная дегидрогеназа); кофакторы: Fe 3+, Мо 2+, FAD
Конечный

продукт: мочевая кислота
образуется в основном в печени и кишечнике
выводится с мочой и через кишечник
слабая кислота: в биологических жидкостях находится в комплексе с белками или в виде натриевой соли (ураты)
в крови: 0,15 – 0,47 ммоль/л (3-7 мг/дл)
выводится в сутки: 0,4 – 0,6 г мочевой кислоты и уратов

аденозиндезаминаза
3 – пуриннуклеозидфосфорилаза
4 – гуаназа
5 - ксантиноксидаза

к аллостерическим ингибиторам
снижение активности гипоксантин-гуанинфосфорибозилтрансферазы (отсутствие активности вызывает тяжелое заболевание

синдром Леша-Нихена, сопровождающееся психическими отклонениями)
Проявления: гиперурикемия
Длительная гиперурикемия вызывает подагру (отложение мочевой кислоты в суставах)
Аллопуринол (лекарственный препарат) – структурный аналог гипоксантина - используется в лечении подагры.
Каков механизм действия препарата?
Катаболизм пуринов останавливается на стадии гипоксантина, который лучше растворяется в жидкостях организма, чем мочевая кислота.

аспартата, СО2
Образование нуклеотида ОМФ путем переноса фосфорибозила с ФРДФ на

оротат (ОМФ: оротат – рибоза – фосфат)
Образование нуклеотида УМФ путем декарбоксилирования оротата в составе ОМФ (при декарбоксилировании оротата образуется урацил)
Фосфорилирование УМФ с образованием УТФ (источник фосфата – АТФ)
Образование ЦТФ из УТФ путем присоединения аминогруппы к урацилу (источник аминогруппы – глутамин)

Н2О → карбамоилфосфат + 2 АДФ + Рi (карбамоилфосфатсинтетаза II)
присоединение

аспартата (образование карбамоиласпартата), отщепление воды (образование циклического дигидрооротата)
Данные реакции катализирует мультиферментный комплекс КАД-фермент:
карбамоилфосфатсинтетаза
аспартаттранскарбамоилаза
дигидрооротаза

окисление дигидрооротата при участии дигидрооротатдегидрогеназы (NAD-дегидрогеназа) с образованием оротата
перенос фосфорибозила с ФРДФ на оротат с образованием ОМФ и декарбоксилирование оротидинфосфата с образованием УМФ (УМФ-синтаза: трансфераза и декарбоксилаза)

УМФ из оротата и вызывает наследственное заболевание, которое сопровождается оратацидурией
Клинические

проявления: мегалобластная анемия, нарушение работы ЖКТ, сердца, интеллектуальной и двигательной активности
Причина проявлений: «пиримидиновый голод», нарушение синтеза нуклеиновых кислот и деления клеток
Для лечения применяют уридин или цитидин (нуклеозиды: азотистое основание + рибоза), которые используются в «запасных» путях синтеза УМФ и ЦМФ путем фосфорилирования при участии АТФ

УДФ + АДФ
УДФ + АТФ → УТФ + АДФ
Реакции

катализируют киназы
Образование ЦТФ:
УТФ + глутамин + АТФ → ЦТФ + глутамат + АДФ +H3PO4
(ЦТФ синтетаза)

ингибирует КФС II в составе КАД-фермента
УМФ и ЦМФ ингибируют УМФ-синтазу
ЦТФ

ингибирует ЦТФ-синтетазу

играют существенной роли:
Урацил или Цитозин + ФРДФ → УМФ или

ЦМФ + РРi (пиримидинфосфорибозилтрансфераза)
Урацил + рибозо-1-фосфат → уридин + H3PO4 (уридинфосфорилаза)
Уридин + АТФ → УМФ + АДФ (уридинкиназа)

пуриновых нуклеотидов)
Пиримидиновые основания разрушаются ферментными системами: например
Цитозин → СО2 +

NH3 + бета-аланин
Конечные продукты – растворимы в воде
Бета-аланин включается в состав карнозина и ансерина (мышечные пептиды, антиоксиданты)

перед делением клеток во время репликации (дезоксирибонуклеотиды необходимы только для

репликации)
Образование дНДФ (А, Г, Ц, У) из НДФ
Образование дТМФ из дУМФ
2 ферментных комплекса:
Рибонуклеотидредуктаза (РНР) (восстановление рибонуклеотидов АДФ, ГДФ, ЦДФ, УДФ с образованием дезоксипроизводных) включает:
рибонуклеотидредуктаза (разные формы для определенных нуклеотидов)
белок-восстановитель тиоредоксин
тиоредоксинредуктаза
Тимидилатсинтаза (для образования дТМФ)

ДНК (регуляция по механизму индукции)
Аллостерическая регуляция:
Отрицательные эффекторы: дНТФ
дАТФ – ингибитор

восстановления всех рибонуклеотидов
дГТФ – ингибитор восстановления пиримидиновых НДФ

АМФ)
В этом случае, накопление дАТФ приводит к ингибированию РНР

и лишает клетки-предшественники В и Т-лимфоцитов образования дезоксирибонуклеотидов (пуриновых и пиримидиновых). Нарушается синтез ДНК, деление клеток. Возникают тяжелые формы клеточного и гуморального иммунодефицита. Дети погибают от частых инфекций.
2) недостаточность пуриннуклеозидфосфорилазы (см. катаболизм ГМФ)
В этом случае, накопление дГТФ приводит к ингибированию РНР и нарушению синтеза пиримидиновых дезоксирибонуклеотидов. Снижается клеточный иммунитет. Больные страдают частыми инфекционными заболеваниями.

метотрексатом

путем переноса СН2 с метилен-Н4-фолата)
Дигидрофолатредуктаза
Сериноксиметилтрансфераза (перенос оксиметильной группы с серина

на Н4-фолат с образованием метилен-Н4-фолата)
Запасные пути синтеза:
Тимидин + АТФ → дТМФ + АДФ (тимидинкиназа)

– мишени действия противоопухолевых и противовирусных препаратов» (см. литературу)
Составить таблицу

(препарат – механизм действия – область применения) и охарактеризовать препараты: фторурацил, метотрексат, ацикловир, азидотимидин

простых предшественников (с участием аминокислот, производных фолиевой кислоты). Центральное место

в синтезе нуклеотидов занимает образование фосфорибозилдифосфата.
«Запасные» пути синтеза (из имеющихся в клетке азотистых оснований и нуклеозидов) играют важную роль в образовании пуриновых нуклеотидов.
Нарушение метаболизма пуриновых нуклеотидов лежит в основе патогенеза подагры, синдрома Леша-Нихена. Нарушение синтеза пиримидиновых нуклеотидов лежит в основе патогенеза мегалобластной анемии.
Механизм действия ряда противовирусных и противоопухолевых лекарственных препаратов связан с нарушением синтеза нуклеотидов.

2014. -768 с. (раздел 10)
Биологическая химия с упражнениями и задачами: учебник

/ ред. С. Е. Северин. - М. : ГЭОТАР-Медиа, 2013. - 624 с. (С. 476 – 495, для выполнения самостоятельной работы «Лекарственные препараты-ингибиторы синтеза нуклеотидов» см. С. 487)
Биологическая химия: учебник для студентов медицинских вузов / А.Я. Николаев. – М.: Мед. информ. агенство, 2007. – 568 с.