КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМ. С.Д. АСФЕНДИЯРОВА
КАФЕДРА БИОХИМИИ
СРС
НА ТЕМУ:
«ОБМЕН НУКЛЕОПРОТЕИДОВ»
ВЫПОЛНИЛ СТУДЕНТ
II КУРСА
ГР. № 2110
КОТОВ ЕВГЕНИЙ
АЛМАТЫ, 2009
СОДЕРЖАНИЕ
- ВВЕДЕНИЕ
- БИОСИНТЕЗ ПУРИНОВЫХ НУКЛЕОТИДОВ
- ИНОЗИНОВАЯ КИСЛОТА, КАК ПРЕДШЕСТВЕННИК АМФ И ГМФ
- ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О БИОСИНТЕЗЕ И РАСПАДЕ ПИРИМИДИНОВЫХ НУКЛЕОТИДОВ
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
НУКЛЕОПРОТЕИДЫ, комплексы нуклеиновых кислот с белками. Содержатся в каждой клетке и выполняют важные функции, связанные с хранением и реализацией генетической информации. Нуклеопротеиды образуются с участием как ДНК (дезоксирибонуклеопротеиды, или ДНП), так и РНК (рибонуклеопротеиды, или РНП). Типичные представители РНП — рибосомы (комплексы рибосомных РНК с белками) и информосомы (комплексы матричных РНК с белками); типичный ДНП — хроматин (комплекс ДНК с гистонами и негистоновыми белками). К нуклеопротеидам относят также вирусы (бактериофаги, вирусы растений и животных без внеш. оболочки) и нуклеокапсиды вирусов (комплексы вирусных РНК и ДНК с белками у вирусов с внеш. оболочкой).
В отличие от многочисленных короткоживущих комплексов нуклеиновых кислот с белками, образующихся при биосинтезе и распаде нуклеиновых кислот (комплексы нуклеиновых кислот с ферментами их синтеза и гидролиза, с регуляторными белками и т. п.), нуклеопротеиды существуют в клетке длительное время.
Основные характеристики нуклеопротеидов: соотношение молекулярных масс нуклеиновых кислот и белков, стабильность в растворах с различной ионной силой, конформация и плотность упаковки нуклеиновых кислот в нуклеопротеидах, взаимная укладка макромолекул нуклеиновых кислот и белков. Все эти параметры варьируют для разных нуклеопротеидов в широких пределах.
Стабильность нуклеотидов поддерживается различными видами нуклеиново-белковых нековалентных взаимодействием с водородными связями между аминокислотами и гетероциклическими основаниями, электростатическим взаимодействием отрицательно заряженных фосфатных групп нуклеиновых кислот с положительно заряженными центрами белков, гидрофобными взаимодействуют между остатками ароматических аминокислот и гетероциклическими основаниями и др. Диссоциацию нуклеопротеидов на нуклеиновые кислоты и белки вызывают агенты, разрушающие эти связи, — соли в высоких концентрациях, мочевина, ионные ПАВ, некоторые др. органические вещества (фенол, формамид, диметил-формамид).
Нуклеиново-белковые взаимодействия в нуклеопротеидах бывают специфическими, когда белок связан с участком нуклеиновой кислоты строго определенной нуклеотидной последовательности, и неспецифическими, когда с белком взаимодействует любая нуклеотидная последовательность. Специфические нуклеиново-белковые взаимодействия лежат в основе обнаруженной для некоторых нуклеотидов (рибосом, вируса табачной мозаики) способности к самосборке, когда структура природного нуклеотида. может быть полностью реконструирована из его отдельных компонентов: нуклеиновых кислот и белков. Процесс образования нуклеотидов всегда сопровождается сильными изменениями конформации нуклеиновых кислот, а иногда и белков, причем в составе нуклеотидов нуклеиновая кислота имеет, как правило, существенно более компактную структуру, чем в изолированном виде.
Помимо природных нуклеотидов, выделяемых из биологических объектов, существуют искусственные нуклеотиды, которые получают из синтетических полинуклеотидов и белков. Последние широко используют в исследованиях как модели природных нуклеотидов.
БИОСИНТЕЗ ПУРИНОВЫХ НУКЛЕОТИДОВ
Схема биосинтеза пуриновых нуклеотидов
Как видно из приведенной схемы, синтез инозиновой кислоты начинается с D-рибозо-5-фосфата, который, как известно, является продуктом пентозофосфатного цикла и на который переносится в необычной реакции пирофосфатная группа АТФ. Образовавшийся 5-фосфорибозил-1-пирофосфат (ФРПФ) взаимодействует с глутамином, являющимся донором NH2-группы, в результате чего образуется β-5-фосфорибозиламин, причем в процессе реакции наряду с освобождением пирофосфата и свободной глутаминовой кислоты происходит изменение его конфигурации (из α- в β-). Таким образом, данная стадия становится ключевой реакцией в синтезе пуринов. На следующей стадии присоединяется вся молекула глицина к свободной NH2-группе β-5-фосфорибозиламина с образованием глицинамидрибонуклеотида. Затем, на следующей стадии, цепь удлиняется за счет присоединения формильной группы из N5,N10-метенил-ТГФК с образованием формилглицинамид-рибонуклеотида. На формильную группу последнего переносится далее амидная группа глутамина и синтезируется формилглицинамидинрибо-нуклеотид. На следующей стадии замыкается пятичленное имидазольное кольцо и образуется 5-аминоимидазолрибонуклеотид, который способен акцептировать СО2 с образованием рибонуклеотида 5-аминоимидазол-4-карбоновой кислоты.
В последующем двухступенчатом процессе, в котором участвуют аспарагиновая кислота и АТФ, образуется 5-аминоимидазол-4-карбоксамид-рибонуклеотид и освобождается фумаровая кислота. В этих реакциях азот аспарагиновой кислоты включается в 1-е положение будущего пуринового ядра. Последний углеродный атом пиримидинового остатка кольца пурина вводится в виде формильного остатка, который присоединяется к 5-NH2-группе. После этого отщепляется молекула воды и второе кольцо замыкается. В результате образуется первый пуриновый нуклеотид – инозиновая кислота (ИМФ), которая является предшественником пуриновых нуклеотидов в составе нуклеиновых кислот.
АМФ и ГМФ образуются из ИМФ, причем в синтезе обоих мононуклеотидов участвуют по два фермента, различных по своему механизму действия. Образование ГМФ из ИМФ катализируют ИМФ-дегидрогеназа и ГМФ-синтетаза, а образование АМФ из того же предшественника катализируется последовательным действием аденилосукцинатсинтетазы и аденилосукцинат-лиазы. Механизм двухэтапного синтеза АМФ и ГМФ можно представить в виде химических реакций.
ИНОЗИНОВАЯ КИСЛОТА, КАК ПРЕДШЕСТВЕННИК АМФ И ГМФ
АМФ и ГМФ образуются из ИМФ, причем в синтезе обоих мононуклеотидов участвуют по два фермента, различных по своему механизму действия. Образование ГМФ из ИМФ катализируют ИМФ-дегидрогеназа и ГМФ-синтетаза, а образование АМФ из того же предшественника катализируется последовательным действием аденилосукцинатсинтетазы и аденилосукцинат-лиазы. Механизм двухэтапного синтеза АМФ и ГМФ можно представить в виде химических реакций.
Схема образования АМФ и ГМФ из инозиновой кислоты
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О БИОСИНТЕЗЕ И РАСПАДЕ ПИРИМИДИНОВЫХ НУКЛЕОТИДОВ
Синтез пиримидиновых нуклеотидов начинается с элементарных уровней (СО2, NH3, аспартат), и специфическую ключевую роль выполняет оротовая кислота.
Последовательность химических реакций синтеза пиримидиновых нуклеотидов, в частности УМФ, можно представить в следующем виде:
Схема синтеза пиримидиновых нуклеотидов
Как видно, I стадия синтеза УМФ включает катализируемое цитоплазматической карбамоилфосфатсинтетазой образование карбамоилфосфата из глутамина.
На II стадии карбамоилфосфат реагирует с аспартатом, в результате чего образуется N-карбамоиласпарагиновая кислота. Последняя подвергается циклизации с отщеплением молекулы воды, при этом образуется дигидрооротовая кислота, которая, подвергаясь дегидрированию, превращается в оротовую кислоту. В этой реакции участвует специфический НАД-содержащий фермент дигидро-оротатдегидрогеназа. Оротовая кислота обратимо реагирует с ФРПФ, являющимся донатором рибозо-фосфата, с образованием оротидин-5′-фос-фата (ОМФ). Декарбоксилирование последнего приводит к образованию первого пиримидинового нуклеотида – уридин-5-фосфата (УМФ).
Последовательность ферментативных реакций гидролиза пиримидиновых нуклеозидов можно представить в виде схемы:
Начальные этапы реакции распада пиримидиновых нуклеотидов катализируются специфическими ферментами. Конечными продуктами реакции являются СО2, NH3, мочевина, β-аланин и β-аминоизомасляная кислота. Следует указать, что гидролитический путь распада пиримидинов является, очевидно, главным путем образования β-аланина, который может служить источником для синтеза ансерина и карнозина, а также для образования КоА. Известно, что β-аланин в животных тканях подвергается дальнейшему распаду. В тканях животных открыта специфическая аминотрансфераза, катализирующая трансаминирование между β-аланином и пировиноградной кислотой. В процессе этой обратимой реакции синтезируются α-аланин и формилацетат.
Образовавшийся формилацетат далее подвергается окислительному декарбоксилированию с образованием углекислоты и ацетил-КоА.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Сайт http://www.xumuk.ru
- Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. 1998 г.
- Кольман Я., Рем К.-Г. Наглядная биохимия. 2000 г.
