Пуриновый обмен: различия между версиями

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Интерактивная навигация по истории
[отпатрулированная версия][отпатрулированная версия]
Следующая правка →
Содержимое удалено Содержимое добавлено
ВизуальныйВики-текст
← Новая страница: «Пури́новый обме́н (пури́новый метаболи́зм) — совокупность протекающих в живых…»
 
дополнение, оформление
Строка 1: Строка 1:
Пури́новый обме́н (пури́новый метаболи́зм) — совокупность протекающих в живых организмах процессов [[Биосинтез|синтеза]] и [[Биодеградация|распада]] [[Пурины|пуринов]] и пуриновых [[Нуклеотиды|нуклеотидов]].
'''Пури́новый обме́н''' ('''пури́новый метаболи́зм''') — совокупность протекающих в живых организмах процессов [[Биосинтез|синтеза]] и [[Биодеградация|распада]] [[Пурины|пуринов]] и пуриновых [[Нуклеотиды|нуклеотидов]].


== Биосинтез ==
== Биосинтез ==
Строка 5: Строка 5:


=== Новообразование ===
=== Новообразование ===
Биосинтез пуринового ядра ''[[de novo]]'' осуществляется эволюционно консервативным метаболическим путём (с небольшими различиями у эволюционно отдалённых групп). Построение пуринового ядра начинается и полностью протекает на рибозо-5-фосфате, в результате чего сразу образуются нуклеотиды (нуклеозид-5′-фосфаты), а не свободные азотистые основания. Материалом служат очень простые, хорошо доступные соединения; все реакции носят ферментативный характер. На определённом этапе возникает общий предшественник (нуклеотид [[Инозиновая кислота|IMP]]), из которого образуются другие пуриновые нуклеотиды. Следует отметить и ещё одну характерную черту — процесс синтеза энергозатратен, так как необходимый для его эффективности сдвиг равновесия отдельных реакций происходит за счёт сопряжённого гидролиза [[Аденозинтрифосфат|ATP]].
Биосинтез пуринового ядра ''[[de novo]]'' осуществляется эволюционно консервативным метаболическим путём (с небольшими различиями у эволюционно отдалённых групп). Построение пуринового ядра начинается и полностью протекает на рибозо-5-фосфате (промежуточные соединения — риботиды), в результате чего сразу образуются нуклеотиды (нуклеозид-5′-фосфаты), а не свободные азотистые основания. Материалом служат очень простые, хорошо доступные соединения; построение пуринового ядра носит характер последовательной сборки; все реакции носят ферментативный характер. На определённом этапе возникает общий предшественник (нуклеотид [[Инозиновая кислота|IMP]]), из которого образуются другие пуриновые нуклеотиды. Следует отметить и ещё одну характерную черту — процесс синтеза энергозатратен, так как необходимый для его эффективности сдвиг равновесия отдельных реакций происходит за счёт сопряжённого гидролиза [[Аденозинтрифосфат|ATP]].


Синтез IMP у ''[[Escherichia coli]]'', ''[[Microcystis aeruginosa]]'', ''[[Streptomyces avermitilis]]'', ''[[Bacillus subtilis]]'':
Синтез IMP у ''[[Escherichia coli]]'', ''[[Microcystis aeruginosa]]'', ''[[Streptomyces avermitilis]]'', ''[[Bacillus subtilis]]'':
Строка 20: Строка 20:


[[Файл:Nucleotides syn1.png|мини|центр|500 px|<div style="border-width: 0px; border-bottom: 1px solid black; text-align: left;">'''Биосинтез IMP'''</div>Цветовая схема: <span style="font-weight: bold;"><span style="color: rgb(151,149,45);">названия субстратов</span>, <span style="color: blue;">ферменты</span>, <span style="color: rgb(219,155,36);">коферменты</span>, <span style="color: rgb(227,13,196);">ионы металлов</span>, <span style="color: rgb(128,0,0);">неорганические молекулы</span>. </span>]]
[[Файл:Nucleotides syn1.png|мини|центр|500 px|<div style="border-width: 0px; border-bottom: 1px solid black; text-align: left;">'''Биосинтез IMP'''</div>Цветовая схема: <span style="font-weight: bold;"><span style="color: rgb(151,149,45);">названия субстратов</span>, <span style="color: blue;">ферменты</span>, <span style="color: rgb(219,155,36);">коферменты</span>, <span style="color: rgb(227,13,196);">ионы металлов</span>, <span style="color: rgb(128,0,0);">неорганические молекулы</span>. </span>]]

==== Новообразование пуринов у животных и человека ====
Новообразование пуриновых нуклеотидов протекает в [[Цитозоль|цитозоле]] большинства клеток организма. Однако не все клетки и ткани организма одинаково способны к биосинтезу ''de novo'' пуринов — [[эритроциты]], полиморфноядерные [[лейкоциты]] и частично [[мозг]] неспособны к новообразованию пуринов, и их потребности в пуринах обеспечиваются, в основном, за счёт синтеза в клетках [[Печень|печени]].{{.ref|<ref name="Учебник Северина">{{книга|автор=Коллектив авторов|часть=Тема 10.1. Биосинтез и катаболизм пуриновых рибонуклеотидов. Заболевания, связанные с нарушением их метаболизма|ссылка часть= |заглавие=Биологическая химия с упражнениями и задачами|оригинал= |ссылка= |викитека= |ответственный=Под ред. чл.-корр. РАМН С. Е. Северина|издание= |место=М.|издательство=ГЭОТАР-Медиа|год=2011|том= |страницы=477—481|столбцы= |страниц=624|серия= |isbn=978-5-9704-1755-3|тираж=2000|ref= }}</ref>}}


=== Биосинтез адениловых нуклеотидов ===
=== Биосинтез адениловых нуклеотидов ===
Строка 27: Строка 30:
[[Гуанозинмонофосфат|GMP]] образуется из [[Инозиновая кислота|IMP]] в две реакции. Сначала IMP окисляется [[Никотинамидадениндинуклеотид|NAD]]-зависимой дегидрогеназой в [[Ксантозинмонофосфат|XMP]]. Во второй реакции XMP аминируется в GMP. Донором аминогруппы может быть амидный азот [[глутамин]]а или же [[аммоний]]. Реакция сопряжена с гидролизом [[Аденозинтрифосфат|ATP]] до AMP и [[Дифосфорная кислота|неорганического пирофосфата]].
[[Гуанозинмонофосфат|GMP]] образуется из [[Инозиновая кислота|IMP]] в две реакции. Сначала IMP окисляется [[Никотинамидадениндинуклеотид|NAD]]-зависимой дегидрогеназой в [[Ксантозинмонофосфат|XMP]]. Во второй реакции XMP аминируется в GMP. Донором аминогруппы может быть амидный азот [[глутамин]]а или же [[аммоний]]. Реакция сопряжена с гидролизом [[Аденозинтрифосфат|ATP]] до AMP и [[Дифосфорная кислота|неорганического пирофосфата]].


=== Биосинтез дифосфатов и трифосфатов рибо- и дезоксирибонуклеотидов ===

Образовавшиеся AMP и GMP фосфорилируются [[Киназы|киназами]] до дифосфатов, которые далее фосфорилируюся до [[Нуклеозидтрифосфат|трифосфатов]] в реакциях субстратного (ADP, GDP) или сопряжённого (ADP) [[Фосфорилирование|фосфорилирования]], либо же киназами. Восстановление рибозы до [[Дезоксирибоза|2-дезоксирибозы]] в процессе биосинтеза [[Дезоксирибонуклеотид|дезоксирибонуклеотидов]] у большинства организмов происходит на уровне дифосфатов (у многих прокариот вместе с этим или вместо этого происходит восстановление на уровне трифосфатов).
Образовавшиеся AMP и GMP фосфорилируются [[Киназы|киназами]] до дифосфатов, которые далее фосфорилируюся до [[Нуклеозидтрифосфат|трифосфатов]] в реакциях субстратного (ADP, GDP) или сопряжённого (ADP) [[Фосфорилирование|фосфорилирования]], либо же киназами. Восстановление рибозы до [[Дезоксирибоза|2-дезоксирибозы]] в процессе биосинтеза [[Дезоксирибонуклеотид|дезоксирибонуклеотидов]] у большинства организмов происходит на уровне дифосфатов (у многих прокариот вместе с этим или вместо этого происходит восстановление на уровне трифосфатов).


=== Пуриногенные аминокислоты ===

[[Аминокислоты]], выступающие донорами атомов в биосинтезе пуринов, называют ''пуриногенными аминокислотами''. Пуриногенные аминокислоты — это [[глицин]], [[глутамин]] и [[аспартат]].
[[Аминокислоты]], выступающие донорами атомов в биосинтезе пуринов, называют ''пуриногенными аминокислотами''. Пуриногенные аминокислоты — это [[глицин]], [[глутамин]] и [[аспартат]].


⚫
=== Реутилизация пуриновых оснований ===
⚫
Биосинтез пуринов ''de novo'' — относительно сложный, многоэтапный процесс, требующий значительных затрат энергии. Этим отчасти оправдывается функционирование в клетке так называемого пути реутилизации пуринов («путь сбережения», «путь спасения»). При этом большая часть свободных пуриновых оснований, которые образуются в результате ферментативного или спонтанного расщепления нуклеотидов, не выводится из клетки или организма и не подвергается дальнейшему распаду, а вновь включается в состав нуклеотидов. Химизм реутилизации заключается в том, что свободные пуриновые основания в присутствии специфических фосфорибозилтрансфераз взаимодействуют с 5-фосфорибозил-1-пирофосфатом (PRPP) с образованием [[рибонуклеотид]]ов и [[Дифосфорная кислота|неорганического пирофосфата]] (последний ''[[in vivo]]'' быстро гидролизуется пирофосфатазой, что делает реакцию практически необратимой). В пиримидиновом обмене путь реутилизации не имеет большого значения.{{sfn-1|Филиппович|1999|loc=|p=|pp=|s=|с=245|g=|name=}}


=== История изучения биосинтеза пуринов ===
Пионерами в изучении биосинтеза пуринов были американские биохимики Джон Мехлин Бьюкенен (1917—2007), Дж. Роберт Гринберг (1918—2005), [[Артур Корнберг]] (1918—2007). Бьюкенен скармливал птицам (голубям) различные [[Меченые атомы|меченые]] соединения, затем выделял из их экскрементов [[Мочевая кислота|мочевую кислоту]] и изучал включение и распределение радиоактивной метки. Работы Бьюкенена являются классическим примером расшифровки метаболических путей при помощи изотопных меток и энзимологической дифференциации на отдельные этапы.
Пионерами в изучении биосинтеза пуринов были американские биохимики Джон Мехлин Бьюкенен (1917—2007), Дж. Роберт Гринберг (1918—2005), [[Артур Корнберг]] (1918—2007). Бьюкенен скармливал птицам (голубям) различные [[Меченые атомы|меченые]] соединения, затем выделял из их экскрементов [[Мочевая кислота|мочевую кислоту]] и изучал включение и распределение радиоактивной метки. Работы Бьюкенена являются классическим примером расшифровки метаболических путей при помощи изотопных меток и энзимологической дифференциации на отдельные этапы.

⚫
=== Реутилизация пуриновых оснований ===
⚫
Биосинтез пуринов ''de novo'' — относительно сложный, многоэтапный процесс, требующий значительных затрат энергии. Этим отчасти оправдывается функционирование в клетке так называемого пути реутилизации пуринов («путь сбережения», «путь спасения»). При этом большая часть свободных пуриновых оснований, которые образуются в результате ферментативного или спонтанного расщепления нуклеотидов, не выводится из клетки или организма и не подвергается дальнейшему распаду, а вновь включается в состав нуклеотидов. Химизм реутилизации заключается в том, что свободные пуриновые основания в присутствии специфических фосфорибозилтрансфераз взаимодействуют с 5-фосфорибозил-1-пирофосфатом (PRPP) с образованием [[рибонуклеотид]]ов и [[Дифосфорная кислота|неорганического пирофосфата]] (последний ''[[in vivo]]'' быстро гидролизуется пирофосфатазой, что делает реакцию практически необратимой). В пиримидиновом обмене путь реутилизации не имеет большого значения.{{sfn-1|Филиппович|1999|loc=|p=|pp=|s=|с=245|g=|name=}}


== Биодеградация ==
== Биодеградация ==
Строка 54: Строка 57:
=== Биосинтез гистидина ===
=== Биосинтез гистидина ===
Донором одного атома углерода и одного атома азота в биосинтезе [[гистидин]]а выступает [[Аденозинтрифосфат|ATP]], который в результате превращается в AICAR.
Донором одного атома углерода и одного атома азота в биосинтезе [[гистидин]]а выступает [[Аденозинтрифосфат|ATP]], который в результате превращается в AICAR.

=== Биосинтез тиамина ===
[[Пиримидин]]овый фрагмент молекулы [[тиамин]]а ''de novo'' образуется из AIR при участии [[S-Аденозилметионин|''S''-аденозилметионина]] или из [[пиридоксальфосфат]]а, в зависимости от вида организма.


== Вторичные метаболиты ==
== Вторичные метаболиты ==

Версия от 22:42, 10 января 2015

Пури́новый обме́н (пури́новый метаболи́зм) — совокупность протекающих в живых организмах процессов синтеза и распада пуринов и пуриновых нуклеотидов.

Биосинтез

Из трёх составных частей нуклеотида — ортофосфорной кислоты, пентозы и азотистого основания — первая всегда присутствует в клетках, вторая непременно возникает в процессе углеводного обмена и только азотистое основание синтезируется специфическим путём.[1] Клетки большинства организмов (за исключением определённых паразитических форм и некоторых видов бактерий) способны к новообразованию пуринов.

Новообразование

Биосинтез пуринового ядра de novo осуществляется эволюционно консервативным метаболическим путём (с небольшими различиями у эволюционно отдалённых групп). Построение пуринового ядра начинается и полностью протекает на рибозо-5-фосфате (промежуточные соединения — риботиды), в результате чего сразу образуются нуклеотиды (нуклеозид-5′-фосфаты), а не свободные азотистые основания. Материалом служат очень простые, хорошо доступные соединения; построение пуринового ядра носит характер последовательной сборки; все реакции носят ферментативный характер. На определённом этапе возникает общий предшественник (нуклеотид IMP), из которого образуются другие пуриновые нуклеотиды. Следует отметить и ещё одну характерную черту — процесс синтеза энергозатратен, так как необходимый для его эффективности сдвиг равновесия отдельных реакций происходит за счёт сопряжённого гидролиза ATP.

Синтез IMP у Escherichia coli, Microcystis aeruginosa, Streptomyces avermitilis, Bacillus subtilis:

PRPP → 5-PRA → GAR → FGAR → FGAM → AIR → NCAIR ⇌ CAIR ⇌ SAICAR ⇌ AICAR → FAICAR ⇌ IMP

Синтез IMP у Arabidopsis thaliana, Saccharomyces cerevisiae, Neurospora crassa, Drosophila melanogaster, Danio rerio, Homo sapiens:

PRPP → 5-PRA → GAR → FGAR → FGAM → AIR ⇌ CAIR ⇌ SAICAR ⇌ AICAR → FAICAR ⇌ IMP

У птиц открыта альтернативная реакция для первого шага:

R5P → 5-PRA

Биосинтез IMP
Цветовая схема: названия субстратов, ферменты, коферменты, ионы металлов, неорганические молекулы.

Новообразование пуринов у животных и человека

Новообразование пуриновых нуклеотидов протекает в цитозоле большинства клеток организма. Однако не все клетки и ткани организма одинаково способны к биосинтезу de novo пуринов — эритроциты, полиморфноядерные лейкоциты и частично мозг неспособны к новообразованию пуринов, и их потребности в пуринах обеспечиваются, в основном, за счёт синтеза в клетках печени.Шаблон:.ref

Биосинтез адениловых нуклеотидов

AMP образуется из IMP в две реакции. Сначала IMP при взаимодействии с аспартатом даёт аденилосукцинат. Реакция сопряжена с гидролизом GTP до GDP и ортофосфата. Затем аденилосукцинат расщепляется до AMP и фумарата, причём за реакцию ответственен тот же фермент, который катализирует превращение SAICAR ⇌ AICAR.

Биосинтез гуаниловых нуклеотидов

GMP образуется из IMP в две реакции. Сначала IMP окисляется NAD-зависимой дегидрогеназой в XMP. Во второй реакции XMP аминируется в GMP. Донором аминогруппы может быть амидный азот глутамина или же аммоний. Реакция сопряжена с гидролизом ATP до AMP и неорганического пирофосфата.

Биосинтез дифосфатов и трифосфатов рибо- и дезоксирибонуклеотидов

Образовавшиеся AMP и GMP фосфорилируются киназами до дифосфатов, которые далее фосфорилируюся до трифосфатов в реакциях субстратного (ADP, GDP) или сопряжённого (ADP) фосфорилирования, либо же киназами. Восстановление рибозы до 2-дезоксирибозы в процессе биосинтеза дезоксирибонуклеотидов у большинства организмов происходит на уровне дифосфатов (у многих прокариот вместе с этим или вместо этого происходит восстановление на уровне трифосфатов).

Пуриногенные аминокислоты

Аминокислоты, выступающие донорами атомов в биосинтезе пуринов, называют пуриногенными аминокислотами. Пуриногенные аминокислоты — это глицин, глутамин и аспартат.

Реутилизация пуриновых оснований

Биосинтез пуринов de novo — относительно сложный, многоэтапный процесс, требующий значительных затрат энергии. Этим отчасти оправдывается функционирование в клетке так называемого пути реутилизации пуринов («путь сбережения», «путь спасения»). При этом большая часть свободных пуриновых оснований, которые образуются в результате ферментативного или спонтанного расщепления нуклеотидов, не выводится из клетки или организма и не подвергается дальнейшему распаду, а вновь включается в состав нуклеотидов. Химизм реутилизации заключается в том, что свободные пуриновые основания в присутствии специфических фосфорибозилтрансфераз взаимодействуют с 5-фосфорибозил-1-пирофосфатом (PRPP) с образованием рибонуклеотидов и неорганического пирофосфата (последний in vivo быстро гидролизуется пирофосфатазой, что делает реакцию практически необратимой). В пиримидиновом обмене путь реутилизации не имеет большого значения.[2]

История изучения биосинтеза пуринов

Пионерами в изучении биосинтеза пуринов были американские биохимики Джон Мехлин Бьюкенен (1917—2007), Дж. Роберт Гринберг (1918—2005), Артур Корнберг (1918—2007). Бьюкенен скармливал птицам (голубям) различные меченые соединения, затем выделял из их экскрементов мочевую кислоту и изучал включение и распределение радиоактивной метки. Работы Бьюкенена являются классическим примером расшифровки метаболических путей при помощи изотопных меток и энзимологической дифференциации на отдельные этапы.

Биодеградация

Известно несколько путей распада пуриновых оснований.

Уриколитический путь

Аденин дезаминируется в гипоксантин, гуанин — в ксантин. Гипоксантин окисляется в ксантин. Ксантин окисляется в мочевую кислоту (урат). Мочевая кислота в результате окислительного расщепления пиримидинового цикла превращается в аллантоин. В результате дальнейшего гидролитического расщепления имидазольного цикла из (S)-аллантоина образуется аллантоиновая кислота (аллантоевая кислота, аллантоат). В результате дальнейшего последовательного гидролитического отщепления двух молекул мочевины в качестве конечного продукта уриколиза образуется глиоксиловая кислота (глиоксилат).[3]

Большинство микроорганизмов, растения, многие рыбы, а также амфибии содержат полный набор уриколитических ферментов — конечными продуктами пуринового обмена у этих организмов является мочевина и глиоксилат, который вовлекается в метаболизм. Костистые рыбы в качестве конечного продукта пуринового обмена выделяют аллантоат. У большинства млекопитающих и некоторых насекомых уриколиз завершается образованием аллантоина. У большинства наземных насекомых и наземных моллюсков, у рептилий, птиц, человека и приматов ферменты расщепления урата отсутствуют и основным конечным продуктом распада пуриновых оснований является мочевая кислота. Стоит отметить, что у урикотелических животных (птицы, большинство рептилий, большинство наземных насекомых и наземных брюхоногих моллюсков) мочевая кислота является основным конечным продуктом не только пуринового, но и азотистого обмена.[3]

Первичные метаболиты

Разумеется, нуклеотиды являются первичными метаболитами, но они также служат и предшественниками в синтезе других очень важных соединений.

GTP — исходный субстрат в биосинтезе рибофлавина, тетрагидробиоптерина, фолата, молибдоптерина, тетрагидрометаноптерина.

Биосинтез гистидина

Донором одного атома углерода и одного атома азота в биосинтезе гистидина выступает ATP, который в результате превращается в AICAR.

Биосинтез тиамина

Пиримидиновый фрагмент молекулы тиамина de novo образуется из AIR при участии S-аденозилметионина или из пиридоксальфосфата, в зависимости от вида организма.

Вторичные метаболиты

Метаболизм пуринов у различных организмов порождает некоторый набор вторичных метаболитов. Некоторые из этих метаболических производных обладают выраженной физиологической активностью, хорошо известны и имеют практическое применение (кофеин, теофиллин, теобромин). Некоторые структурные производные с выраженным пуриновым скелетом (сакситоксин) не являются метаболическими производными пуриновых азотистых оснований и синтезируются совершенно иначе.

Нарушения обмена

Фармакотерапия

См. также

Примечания

  1. ↑ Филиппович, 1999, с. 235.
  2. ↑ Филиппович, 1999, с. 245.
  3. ↑ 1 2 Филиппович, 1999, с. 233—234. Ошибка в сносках?: Неверный тег <ref>: название «Уриколиз» определено несколько раз для различного содержимого

Литература

Филиппович Ю. Б. Основы биохимии. — 4-е изд., перераб. и доп.. — М.: «Агар», 1999. — 512 с. — ISBN 5-89218-046-8.

Ссылки

Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Пуриновый_обмен&oldid=67846409