ХИМИЯ И ОБМЕН НУКЛЕОПРОТЕИНОВ Лектор Лисицына Лариса Прохоровна

ХИМИЯ И ОБМЕН НУКЛЕОПРОТЕИНОВ Лектор: Лисицына Лариса Прохоровна

Нуклеопротеины – сложные белки, простетической группой которых являются нуклеиновые кислоты (ДНК или РНК). Белковая часть – гистоны ( + заряд), связь между белком и НК – ионная.

Нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК) – биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды (не < 70) Нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (пентозы) и остатка фосфорной кислоты

Азотистые основания (с. 113) Пуриновые Пиримидиновые Аденин (А), Гуанин (Г) Урацил (У), Тимин (Т), Цитозин (Ц) Пентозы Рибоза Дезоксирибоза

АО + пентоза = НУКЛЕОЗИД 5/ 1/ N-гликозидная связь Нумерация атомов: в АО – 1, 2, 3… Номенклатура: -----ОЗИН; в пентозе – 1/, 2/, 3/… -----ИДИН

Нуклеотид = нуклеозид + 1 -3 остатка H 3 PO 4 Номенклатура: нуклеозид-5/-монофосфат (-дифосфат, -трифосфат) Пример: аденозин - 5/-монофосфат, АМФ, адениловая кислота ( или дезокси. АМФ, д. АМФ) 5/

Биологическая роль нуклеотидов (с. 115) 1. Универсальный источник энергии в клетке (АТФ, ГТФ) 2. 3. Активаторы и переносчики мономеров в клетке (УДФ-глюкоза, ЦДФ-холин) 4. Аллостерические регуляторы активности ферментов 5. Входят в состав коферментов (НАД+, НАДФ+ , ФАД, Ко. А) 6. Циклические мононуклеотиды (ц. АМФ, ц. ГМФ) –вторичные посредники действия гормонов на клетку 7. Мономеры в составе нуклеиновых кислот

Первичная структура ДНК и РНК это последовательность мононуклеотидов в полинуклеотидной цепи 3’ – 5’ – фосфодиэфирная связь

Вторичная структура ДНК Двойная спираль Принципы построения: Комплементарность Антипараллельность

Вторичная структура ДНК Силы, стабилизирующие двойную спираль: Ø Водородные

Силы, стабилизирующие двойную спираль (продолжение): Ø Гидрофобные

Вторичная структура ДНК Нобелевская премия по физиологии и медицине 1962 Rosalind Franklin (1920 – 1958) Френсис Крик United Kingdom Джеймс Уотсон USA Фредерик Уилкинс United Kingdom

Третичная структура ДНК формируется только в связи с белками Белки, входящие в состав нуклеопротеинов: А. Гистоновые: богаты АРГ и ЛИЗ, имеют «+» заряд (основные). 5 классов гистонов – Н 1, Н 2 А, Н 2 В, Н 3, Н 4 Б. Негистоновые: ферменты и регуляторы репликации, репарации, транскрипции

Уровни третичной структуры ДНК 1. Нуклеосомный. Нуклеосома – октамер 2 х( Н 2 А, Н 2 В, Н 3, Н 4) +ДНК (1, 5 витка). Гистон Н 1 связывает нуклеосомы

2. Соленоидный (обеспеч. гистоном Н 1) 3. Петлевой 4. Метафазной хромосомы 2 3 Функция ДНК –хранение и передача генетич. информации 4

Третичная структура ДНК Нуклеосома

Третичная структура ДНК Белки, входящие в состав нуклеопротеинов (продолжение): Б. Негистоновые: • Ферменты • Регуляторы репликации, репарации, транскрипции

Примеры взаимодействия негистоновых (регуляторных) белков с ДНК «Лейциновая застежка» «Цинковые пальцы»

Структура и функции РНК (отличия от ДНК) • Азотистые основания • Сахар • Присутствуют А У Г Ц рибоза МИНОРНЫЕ азотистые основания и нуклеозиды (псевдоуридин, дигидроуридин, риботимидин) • Разновидности р. РНК, т. РНК, и. РНК, гя. РНК, мя. РНК Молекула одноцепочечная • Функции: передача генетич. информации, синтез белков

80% РНК клетки составляет р. РНК + белки = рибосома Строение рибосом прокариот (слева) и эукариот (справа)

15 % РНК клетки составляет т. РНК вторичная и третичная структура Функции: 1. Активирование и перенос АК на рибосому 2. Адапторная

Переваривание нуклеопротеинов пищи (стр. 119) Нуклеопротеины ДНК, РНК ДНКаза РНКаза Белки Мононуклеотиды Фосфатазы АК В желудочнокишечном тракте Ф Нуклеозиды Нуклеозидазы Н 2 О Азотистое основание + пентоза Н 3 РО 4 Нуклеозид- фосфорилазы Азотистое основание + пентозо-1 -фосфат В клетке

Дальнейшая судьба пищевых азотистых оснований и нуклеозидов ~ 10 % ~ 90 % Реутилизация (использование для синтеза нуклеотидов и нуклеиновых кислот в тканях) Распад до конечных продуктов Конечные продукты распада пиримидиновых АО; -аланин и -аминоизобутират, мочевина Конечный продукт распада пуриновых АО: мочевая кислота

Катаболизм пуриновых нуклеозидов Аденозин Фн Рибозо-1 -фосфат NH 3 Фн Рибозо-1 -фосфат Гуанозин Инозин О 2, Н 2 О NH 3 Н 2 О 2 Гипоксантин O N HN N N H Гуанин Ксантин O Ксантиноксидаза О 2 Н 2 О Мочевая кислота O NH HN O O N H Н 2 О 2 N HN O N H

Синтез нуклеотидов 2 пути (способа): Основной – синтез de novo (80 – 90%) Запасной – повторное использование (реутилизация) азотистых оснований и нуклеозидов (10 – 15%) Ведущее место в реакциях обоих путей занимает фосфорибозилпирофосфат (ФРПФ, активная форма рибозо-5 -фосфата):

Синтез нуклеотидов de novo Важную роль играет ФОЛИЕВАЯ КИСЛОТА (витамин В 9, фолацин) Функция: перенос одноуглеродных фрагментов для синтеза нуклеотидов Активная форма: Метил-ТГФК -СН 3 ТГФК (тетрагидрофолиевая кислота) Метилен-ТГФК -СН 2 - Формил-ТГФК -СНО Метенил-ТГФК -СН=

Недостаточность фолатов Ø Мегалобластная макроцитарная анемия Ø В период беременности – выкидыши, отслойка плаценты, врожденные пороки развития плода

Структурные аналоги (антагонисты) фолиевой кислоты Ø Противоопухолевое действие - метотрексат Ø антибактериальное действие – сульфаниламиды (аналоги ПАБК)

Синтез пуриновых нуклеотидов de novo (этапы) 1. Синтез фосфорибозилпирофосфата рибоза -5 -фосфат +АТФ → ФРПФ + АМФ ФРПФ - синтетаза 2. Образование N – гликозидной связи 3. Образование Пуринового кольца

Синтез пуриновых нуклеотидов de novo (с. 122) ФРПФ Глн Ключевая реакция ФРПФамидотрансфераза Глу Гли, Глн, Асп Фосфорибозиламин(ФРА) ИМФ СО 2, формил-ТГФК, метенил-ТГФК N Р Р NH 2

Инозинмонофосфат (ИМФ) Синтетаза Асп ГТФ Аденилоянтарная кислота Лиаза фумарат НАД+ ДГ Ксантиловая кислота Глн АТФ Синтетаза АМФ +АТФ ГМФ АДФ ГДФ АТФ ГТФ +АТФ

Регуляция синтеза пуриновых нуклеотидов 1. Аллостерическая амидотрансфераза + _ _ пиримидины пурины 2. Перекрестная: АТФ стимулир. синтез ГТФ; ГТФ – синтез АТФ

пуриновые нуклеотиды (-) пиримидиновые, ФРПФ (+) 2. АТФ активирует синтез ГТФ, ГТФ активирует синтез АТФ

Нарушения обмена пуринов: гиперурикемия, подагра ПРИЧИНЫ: (стр. 123) Избыточный синтез пуриновых нуклеотидов (нечувствительность ферментов к регуляторам) Снижение активности ферментов реутилизации пуринов Патология почек

ПОДАГРА

Александр Македонский Юлий Цезарь Микеланджело Буонарроти Иван IV ( Грозный) Людвиг ван Бетховен Рафаэль Санти Христофор Колумб Петр I (Великий) Вольтер Галилео Галилей Чарли Чаплин Уинстон Черчилль

Лечение: Диета: . Это ограничение употребления: мясных и рыбных продуктов, бобовых, щавеля, шпината, цветной капусты, , инжира, шоколада, крепкого чая, кофе, алкоголя Рекомендуется обильное питье: клюквенный морс, щелочные минеральные воды (до 2 -х л/сутки) аллопуринол – ингибитор ксантиноксидазы О 2, Н 2 О 2 Гипоксантин O N HN N N H Ксантин O Ксантиноксидаза О 2 Н 2 О 2 Мочевая кислота O NH HN O O N H N HN O N H

Пути реутилизации АТФ 1. Нуклеозидкиназа ФРПФ 2. АДФ Нуклеозидмонофосфат ФФн Азотистое основание Фосфорибозил- Нуклеозидмонофосфат трансфераза Наиболее активно эти пути используются в эмбриональных, стволовых, половых, эпителиальных и опухолевых клетках

Синдром Леша – Нихана (дефект гуанин ФРПФ трансферазы)

Синтез пиримидиновых нуклеотидов de novo (с. 124) 1. Построение кольца 2. Образование Nгликозидной связи ГЛН+ HCO 3 - + 2 АТФ Ключевая реакция -+ Карбамоилфосфатсинтетаза II H 2 N — C ~ P + 2 АДФ + Фн ГЛУ + ll О Карбамоилфосфат

Синтез пиримидиновых нуклеотидов de novo (с. 124) Карбамоилфосфат + Аспартат трансфераза * Карбамоиласпартат Н 2 О Дигидрооротаза Дигидрооротовая кислота НАД+ ДГ НАДНН+ Оротовая кислота Фосфорибозилтрансфераза ФРПФ Оротидинмонофосфат Декарбоксилаза СО 2 УМФ СООН

Синтез пиримидиновых нуклеотидов de novo (продолжение) УМФ УДФ УТФ АТФ Глн Глу ЦТФ-синтетаза ЦТФ Регуляция синтеза пиримидиновых нуклеотидов: Синтез ингибируется избытком пиримидиновых нуклеотидов, активируется пуринами и ФРПФ.

Синтез тимидиловых нуклеотидов (стр. 124) УДФ д. УДФ Ф Тимидилатсинтаза д. ТМФ д. УМФ метилен-ТГФК Гли д. ТТФ ДГФК В 6 Сер д. ТДФ ТГФК Дигидрофолатредуктаза (НАДФНН+)

Синтез дезоксирибонуклеотидов (с. 125) нон д. АДФ Рибонуклеозиддифосфат- (д. НДФ) (НДФ) редуктаза Тиоредоксин SH НАДФ+ Тиоредоксин SH S Тиоредоксинредуктаза S НАДФНН+

Применение производных АО, нуклеозидов в медицине Противоопухолевые : 5 -фторурацил, ингибитор тимидилатсинтазы метатрексат, ингибитор дигидрофолатредуктазы Противовирусные : ацикловир (ациклогуанозин) – вирус герпеса АЗТ (азидотимидин) –вирус ВИЧ Механизм: встраиваются в ДНК и подавляют размножение и деление клеток опухоли, вирусов