МЕТАБОЛИЗМ НУКЛЕОТИДОВ ØБиосинтез пуриновых нуклеотидов - синтез de novo - регуляция биосинтеза - реутилизация пуриновых оснований ØБиосинтез пиримидиновых нуклеотидов - синтез de novo - регуляция биосинтеза - реутилизация пиримидиновых оснований ØРаспад пуриновых и пиримидиновых фнуклеотидов ØНарушения метаболизма нуклеотидов
Основные пути синтеза нуклеотидов • Синтез через реутилизацию Активированная рибоза оснований (salvage pathway) основание Нуклеотид Активированная рибоза • Синтез нуклеотидов de novo Нуклеотид аминокислоты
UMP (УМФ) УРИДИНМОНОФОСФАТ IMP (ИМФ) ИНОЗИНМОНОФОСФАТ O C CO 2+H 3 N C H HN HC CH 2 + HCO 3 CH 2 P -O-CH 2 CONH 2 N IMP C N CH N O OH PRPP + Gln C OH AMP GMP
Исследователи биосинтеза пуринов 1950 -е John Buchanan (University of Pennsylvania and MIT) Robert Greenberg (University of Michigan) Мочевая кислота
ПРОИСХОЖДЕНИЕ АТОМОВ ПУРИНОВОГО КОЛЬЦА Глицин Аспартат Формиат Амидный N глутамина
Синтез фосфорибозилпирофосфата (ФРПФ, PRPP) Рибозофосфатпирофосфокиназа (ФРПФ-синтетаза) Рибозо-5 -фосфат +ATP 5 -фосфо-α-D-рибозил-1 -пирофосфат (ФРПФ, PRPP) +AMP
Синтез пуринового кольца на PRPP O- O-O-P-O-CH 2 O O OH CO 2+H 3 N Gln C H CH 2 O- CH 2 O P OO O OH O-O-P-O-CH 2 O O CONH 2 OH OH 1 PRPP PPi + Glu 5 -фосфорибозиламин ФРПФ-амидотрансфераза Gly H N CH 2 CHO OO=C -O-P-O-CH NH 2 O O FGAR N 10 -formyl-THF ATP CH 2 -NH 3+ CO 2 - ГАР-синтетаза THF NH 2 ADP + Pi 2 CH 2 -NH 3+ OO=C -O-P-O-CH NH 2 O O GAR OH OH 3 ГАР-трансформилаза OH OH
Gln NH CH 2 CHO O=C P -O-CH 2 NH O FGAR OH CO 2 - +H 3 N C H …продолжение синтеза пуринового кольца на PRPP… NH CH 2 CHO ФГАР-амидотрансфераза CH 2 HN=C P -O-CH 2 NH CONH 2 4 O CH 2 Glu + ADP + Pi ATP OH OH ФГАМ-циклаза (АИР-синтетаза) OH ATP 5 ADP + Pi -O 2 C C H 2 N-C P -O-CH 2 O КАИРмутаза N CH КАИРсинтетаза 6 7 CAIR HC H 2 N-C P -O-CH 2 N ADP + Pi OH HCO 3 - O АИРкарбоксилаза CH N ATP OH OH N OH AIR
…завершение синтеза c образованием IMP -O 2 C C H 2 N-C P -O-CH 2 CAIR O OH CO 2 - - CH 2 N H-C-NH 3 CH CO 2 N CH-NH-C САИКАРсинтетаза + O IMP HN HC P -O-CH 2 N C C 8 P -O-CH 2 THF OH H 2 O FAICAR ИМФсинтаза N fumarate P -O-CH 2 11 CH OH C H 2 N-C N N 9 O H 2 N-C N 10 -formyl-THF O OH N CH H 2 N-C - САИКАРлиаза O C C CO 2 - ADP + Pi ATP OH CH 2 Asp SAICAR O N CH N 10 АИКАРтрансформилаза AICAR OH OH
Q G For Q CO 2 D For 9 457 8 3 6 1 2 Q 9 CO 2 6 G 457 For 8 D 1 Q 3 For 2
Биосинтез AMP и GMP из IMP Аденилосукцинат лиаза Аденилосукцинат синтаза Аденилосукцинат Аденилат AMP Инозинат IMP дегидрогеназа Азотистое основание в IMP гипоксантин XMPглутамино трансфераза Ксантилат XMP Гуанилат GMP
Регуляция биосинтеза пуриновых нуклеотидов Ribose-5 -phosphate ФРПФ-синтетаза 5 -Phosphoribosyl-1 -pyrophosphate (PRPP) ФРПФ-амидотрансфераза ⊖ ⊕ ⊖ ⊖ 5 -Phosphoribosylamine IMP ⊖ ⊖ Adenylosuccinate XMP AMP GMP
Реутилизация пуриновых оснований Аденилфосфорибозилтрансфераза (КФ 2. 4. 2. 7): аденин + PRPP → AMP + PPi Гипоксантин-гуанинрибозилтрансфераза (КФ 2. 4. 2. 8): гипоксантин гуанин
БИОСИНТЕЗ ПИРИМИДИНОВ Карбамоилфосфат Аспартат
Синтез карбамоилфосфата карбамоилфосфат синтетаза II CO 2+H 3 N C H CH 2 + HCO 3 - CH 2 CONH 2 Gln 2 ATP 2 ADP + Pi CO 2 O O H 2 N-C-O-P-OOкарбамоил фосфат +H + 3 N C H CH 2 CO 2 Glu
Бактериальная карбамоилфосфат синтетаза II имеет три каталитических центра, соединенных каналом Gln 1 ATP + HCO 3 2 O O H 2 N-C-O-P-OOкарбамоил-фосфат синтетаза II человека – часть большого мультифункционального белка. 3 ATP
Синтез пиримидинового кольца O -O-C NH 2 O=C + O O-P-OO- H 2 N карбамоилфосфат аспартаттранс карбамоилаза CH 2 NH 2 CH-CO 2 - O=C Pi N-карбамоиласпартат O -O-C N H CH-CO 2 - Asp H 2 O дигидрооротат дегидрогеназа O C O=C N H C-CO 2 оротат O C CH 2 HN CH HN дигидрооротаза O=C - NADH NAD+ N H CH-CO 2 - дигидрооротата
Присоединение пиримидинового кольца к ФРПФ O- O-O-P-O-CH 2 O O OH O- O P OO O HN O OH C O C CH N H оротат C-CO 2 - PPi PRPP оротат-фосфорибозилтрансфераза HN уридин 5’-фосфат (уридилат, UMP) HN C O O-O-P-O-CH 2 O O OH O C C CH N CH CO 2 O O-O-P-O-CH 2 O O OH оротидилатдекарбоксилаза OH O C CH N C-CO 2 - OH оротидин 5’-фосфат (оротидилат)
цитидин 5’трифосфат (CTP) NH 2 Синтез UTP и затем CTP O UMP O- HN -O-P-O-CH O C O 2 C N CH O- O OH O HN C O O- O- OO-P-O-P-O-CH 2 O O OH C N ATP Glu CH CO 2 - CH +H 3 N C H CH 2 OH C OH ADP + Pi 2 ATP уридин 5’-трифосфат (UTP) O O- N O-P-O-P-O-CH 2 O O OH 2 ADP O- C CONH 2 Gln OH CH CH
Регуляция пиримидинового биосинтеза у бактерий Gln + HCO 3 - Pi Asp 2 ATP 2 ADP + Pi N-карбамоиласпартат карбамоилфосфат Аспартат aspartate транскарбамоилаза transcarbamoylase carbamoylphosphate Карбамоил synthetase II синтетаза II +- оротат ортидилат UMP UTP ATP (пурин) CTP (пиримидин)
Аспартаттранскарбамоилаза E. coli пример аллостерического фермента R No CTP + ATP C Rate C + CTP R 0 10 20 30 [Aspartate] (m. M) C R
2 ATP + Gln + HCO 3 - carbamoylphosphate synthetase II carbamoylphosphate 1 2 ADP + Glu + Pi O HN C O C N H H 2 O C N-carbamoylaspartate UMP HN orotate O phosphoribosyl C transferase CH HN CH C-CO 2 - N H orotate PRPP O 2 dihydroorotidase CH-CO 2 - O HN 3 CH 2 NAD+ C aspartate transcarbamoylase У млекопитающих 5 этапов синтеза пиримидиновых нуклеотидов Asp осуществляется двумя мультиферментными Pi комплексами PPi 4 5 C-CO 2 C ON O -O-P-O-CH 2 O O orotidylate decarboxylase OH OH O C CH CH C ON O -O-P-O-CH 2 O O OH CO 2 OH
Регуляция пиримидинового биосинтеза млекопитающих ATP H 2 O O HN O C C N H CH 2 CH-CO 2 - dihydroorotate + ADP + Glu - ATP + Gln + HCO 3 - CTP carbamoylphosphate synthetase II N-carbamoylaspartate Asp Pi
Конверсия нуклеотидов Нуклеотидмонофосфаткиназы: NMP + ATP → NDP + ADP Нуклеотиддифосфаткиназы: NDP + ATP → NTP + ADP
Синтез дезоксирибонуклеотидов
Реакция, катализируемая рибонуклеотидредуктазой: NDP → d. NDP
Источники восстановительных эквивалентов для рибонуклеотидредуктазы
Структура R 1 -субъединицы рибонуклеотиддифосфатредуктазы
Структура R 2 -субъединицы рибонуклеотиддифосфатредуктазы
Механизм действия рибонуклеотидредуктазы
Синтез d. TMP
Синтез d. TMP из d. UMP Тимидилатсинтаза N 5, N 10 -метилен-ТГФ – донор метильной группы
ТЕТРАГИДРОФОЛИЕВАЯ КИСЛОТА (THF) Высшие организмы должны получать фолиевую кислоту (фолат) с пищей Дигидрофолатредуктаза В обеих реакциях окисляется NADPH.
ДНК, РНК нуклеазы Нуклеотиды (3’ или 5’) нуклеотидазы Нуклеозиды Рибозо-1 -фосфат Дезоксирибозо-1 -фосфат нуклеозид фосфорилазы Азотистые основания: Урацил, тимин Гуанин, гипоксантин (из аденина) Деградация нуклеотидов
5’-нуклеотидаза аденозин дезаминаза 5’-нуклеотидаза нуклеозидаза Образование мочевой кислоты из пуриновых нуклеотидов нуклеозидаза ксантин оксидаза гуанин дезаминаза Мочевая кислота
Конечные продукты распада пуринов Мочевая кислота Приматы, птицы, рептилии, насекомые уратоксидаза Н 2 О Аллантоин Большинство млекопитающих аллантоиназа Аллантоат Костистые рыбы
аллантоиназа Аллантоат Костистые рыбы аллантоиказа Глиоксилат Мочевина Амфибии, хрящевые рыбы уреаза Аммиак Морские беспозвоночные
Катаболизм пиримидинов + СО 2 + Н 2 О Урацил β-аланин
Катаболизм пиримидинов β-аминоизобутират тимин СООН-СН 2 -CO~S-Ко. А сукцинил-Ко. А пропионат
Нарушения метаболизма нуклеотидов • ПОДАГРА (GOUT) • Избыточное образование мочевой кислоты • ↓ • Повышенное содержание мочевой кислоты в сыворотке • ↓ • Отложение кристаллов уратов в суставах и почках
Лечение: аллопуринол – мощный конкурентный ингибитор ксантиноксидазы
Синдром Леша – Нихана (Lesh-Nyhan) Почти полное отсутствие гипоксантин-гуанин-фосфорибозилтрансферазы ↓ Повышенная концентрация ФРПФ Увеличенная скорость биосинтеза de novo Повышенное содержание мочевой кислоты IMP + diphosphate <=> hypoxanthine + 5 -phospho-alpha-D-ribose 1 -diphosphate неврологическая дисфункция, когнитивные и поведенческие нарушения ( «самоповреждение» )
Скачать презентацию МЕТАБОЛИЗМ НУКЛЕОТИДОВ ØБиосинтез пуриновых нуклеотидов — синтез de
Lect17 Мет НК.ppt