Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Метаболизм нуклеиновых кислот - это процесс, при котором нуклеиновые кислоты ( ДНК и РНК ) синтезируются и разрушаются. Нуклеиновые кислоты - это полимеры нуклеотидов . Синтез нуклеотидов - это анаболический механизм, обычно включающий химическую реакцию фосфата , пентозного сахара и азотистого основания . Разрушение нуклеиновой кислоты - это катаболическая реакция. Кроме того, части нуклеотидов или азотистых оснований могут быть спасены для воссоздания новых нуклеотидов. Для реакций синтеза и разложения требуются ферменты.чтобы облегчить мероприятие. Дефекты или недостаток этих ферментов могут привести к различным заболеваниям. [1]

Состав нуклеотидов, составляющих нуклеиновые кислоты.

Синтез нуклеиновых кислот [ править ]

Нуклеотиды можно разделить на пурины и пиримидины . У более сложных многоклеточных животных они в основном продуцируются в печени. Оба они содержат сахар и фосфат, но имеют азотистые основания разного размера. Из-за этого две разные группы синтезируются по-разному. Однако весь синтез нуклеотидов требует использования фосфорибозилпирофосфата (PRPP), который отдает рибозу и фосфат, необходимые для создания нуклеотида.

Синтез пурина [ править ]

Происхождение атомов, составляющих пуриновые основания.

Аденин и гуанин - два нуклеотида, классифицируемые как пурины. При синтезе пуринов PRPP превращается в монофосфат инозина , или IMP. Производство IMP из PRPP требует , среди прочего, глутамина , глицина , аспартата и 6 АТФ . [1] IMP затем превращается в AMP ( аденозинмонофосфат ) с использованием GTP и аспартата, который превращается в фумарат . Хотя ИМФ можно напрямую преобразовать в АМФ, синтез GMP ( гуанозинмонофосфат ) требует промежуточной стадии, на которой НАД + используется для образования промежуточного продукта.ксантозинмонофосфат или XMP. Затем XMP превращается в GMP путем гидролиза 1 АТФ и превращения глутамина в глутамат . [1] АМФ и ГМФ затем могут быть преобразованы в АТФ и ГТФ , соответственно, с помощью киназ, которые добавляют дополнительные фосфаты.

АТФ стимулирует выработку ГТФ, а ГТФ стимулирует выработку АТФ. Эта перекрестная регуляция сохраняет относительные количества АТФ и ГТФ одинаковыми. Избыток любого из нуклеотидов может увеличить вероятность мутаций ДНК, в которые вставлен неправильный пуриновый нуклеотид. [1]

Синдром Леша-Найхана вызван дефицитом гипоксантин-гуанинфосфорибозилтрансферазы или HGPRT, фермента, который катализирует обратимую реакцию производства гуанина из GMP. Это врожденный порок, связанный с полом, который вызывает гиперпродукцию мочевой кислоты, а также умственную отсталость, спастичность и побуждение к членовредительству. [1] [2] [3]

Синтез пиримидина [ править ]

Уридин-трифосфат (UTP), слева, реагирует с глутамином и другими химическими веществами с образованием цитидин-трифосфата (CTP), справа.

Пиримидиновые нуклеотиды включают цитидин , уридин и тимидин . Синтез любого пиримидинового нуклеотида начинается с образования уридина. Для этой реакции требуется аспартат , глутамин , бикарбонат и 2 молекулы АТФ (для обеспечения энергии), а также PRPP, который обеспечивает рибозо-монофосфат. В отличие от синтеза пуринов, сахарная / фосфатная группа из PRPP не добавляется к азотистому основанию до конца процесса. После синтеза уридин-монофосфата он может реагировать с 2 АТФ с образованием уридин-трифосфата или UTP. UTP может быть преобразован в CTP (цитидин-трифосфат) в реакции, катализируемойCTP-синтетаза . Синтез тимидина сначала требует восстановления уридина до дезоксиуридина ( см. Следующий раздел ), прежде чем основание может быть метилировано с образованием тимидина. [1] [4]

АТФ , пуриновый нуклеотид, является активатором синтеза пиримидина, а ЦТФ, пиримидиновый нуклеотид, является ингибитором синтеза пиримидина. Это регулирование помогает поддерживать одинаковые количества пурина / пиримидина, что полезно, потому что для синтеза ДНК требуются равные количества пуринов и пиримидинов. [1] [5]

Дефицит ферментов, участвующих в синтезе пиримидина, может привести к генетическому заболеванию оротовая ацидурия, которое вызывает чрезмерное выведение оротовой кислоты с мочой. [1] [6]

Преобразование нуклеотидов в дезоксинуклеотиды [ править ]

Изначально нуклеотиды состоят из рибозы в качестве сахарного компонента, что является особенностью РНК . Однако ДНК требует дезоксирибозы , в которой отсутствует 2'-гидроксил (группа -ОН) на рибозе. Реакция удаления этого -ОН катализируется рибонуклеотидредуктазой . Этот фермент преобразует НПД ( п ucleoside- д я р hosphate) к dNDPs ( d eoxy п ucleoside- д я р hosphate). Чтобы реакция могла протекать, нуклеотиды должны быть в дифосфатной форме. [1]

Чтобы синтезировать тимидин , компонент ДНК, который существует только в дезокси-форме, уридин превращается в дезоксиуридин ( рибонуклеотидредуктазой ), а затем метилируется тимидилатсинтазой с образованием тимидина. [1]

Разложение нуклеиновых кислот [ править ]

Общая схема деградации нуклеиновых кислот пуринов.

В клетке постоянно происходит распад ДНК и РНК. Нуклеозиды пурина и пиримидина могут либо разлагаться до продуктов жизнедеятельности и выводиться из организма, либо могут быть утилизированы как компоненты нуклеотидов. [4]

Катаболизм пиримидинов [ править ]

Цитозин и урацил превращаются в бета-аланин, а затем в малонил-КоА, который , помимо прочего, необходим для синтеза жирных кислот . Тимин, с другой стороны, превращается в β-аминоизомасляную кислоту, которая затем используется для образования метилмалонил-КоА . Оставшиеся углеродные скелеты, такие как ацетил-КоА и сукцинил-КоА, затем могут быть окислены циклом лимонной кислоты . Разложение пиримидина в конечном итоге заканчивается образованием аммония , воды и диоксида углерода . Затем аммоний может попасть в цикл мочевины.который происходит в цитозоле и митохондриях клеток. [4]

Пиримидиновые основания также можно утилизировать. Например, основание урацила можно комбинировать с рибозо-1-фосфатом с образованием уридинмонофосфата или UMP. Аналогичную реакцию можно провести с тимином и дезоксирибозо-1-фосфатом . [7]

Дефицит ферментов, участвующих в катаболизме пиримидина, может привести к таким заболеваниям, как дефицит дигидропиримидиндегидрогеназы, который имеет негативные неврологические эффекты. [8]

Катаболизм пуринов [ править ]

Разложение пуринов происходит в основном в печени человека и требует набора ферментов для разложения пуринов до мочевой кислоты. Во-первых, нуклеотид теряет свой фосфат через 5'-нуклеотидазу . Затем нуклеозид, аденозин, дезаминируется и гидролизуется с образованием гипоксантина через аденозиндезаминазу и нуклеозидазу соответственно. Затем гипоксантин окисляется с образованием ксантина, а затем мочевой кислоты под действием ксантиноксидазы . Другой пуриновый нуклеозид, гуанозин, расщепляется с образованием гуанина. Затем гуанин дезаминируется с помощью гуаниндезаминазы.с образованием ксантина, который затем превращается в мочевую кислоту. Кислород является конечным акцептором электронов при деградации обоих пуринов. Затем мочевая кислота выводится из организма в разных формах в зависимости от животного. [4]

Свободные пуриновые и пиримидиновые основания, которые высвобождаются в клетку, обычно транспортируются межклеточно через мембраны и спасаются для создания большего количества нуклеотидов за счет спасения нуклеотидов . Например, аденин + PRPP -> AMP + PPi. Для этой реакции необходим фермент аденинфосфорибозилтрансфераза . Свободный гуанин утилизируется таким же образом, за исключением того, что для него требуется гипоксантин-гуанинфосфорибозилтрансфераза .

Нарушения катаболизма пуринов могут привести к различным заболеваниям, включая подагру , которая возникает из-за накопления кристаллов мочевой кислоты в различных суставах, и дефицит аденозиндезаминазы , вызывающий иммунодефицит . [9] [10] [11]

Взаимопревращение нуклеотидов [ править ]

После того, как нуклеотиды синтезированы, они могут обмениваться фосфатами друг с другом с целью создания моно-, ди- и трифосфатных молекул. Превращение нуклеозид-дифосфата (NDP) в нуклеозид-трифосфат (NTP) катализируется нуклеозиддифосфаткиназой , которая использует АТФ в качестве донора фосфата. Точно так же нуклеозид-монофосфаткиназа осуществляет фосфорилирование нуклеозид-монофосфатов. Аденилаткиназа - это специфическая нуклеозид-монофосфаткиназа, которая действует только на аденозин-монофосфате. [1] [7]

См. Также [ править ]

  • Углеводный обмен
  • ДНК
  • Нуклеиновая кислота
  • Метаболизм белков
  • РНК

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e f g h i j k Воет, Дональд; Воет, Джудит; Пратт, Шарлотта (2008). Основы биохимии: жизнь на молекулярном уровне (3-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Уайли. ISBN 9780470129302.
  2. ^ Nyhan, WL (1973). «Синдром Леша-Нихана». Ежегодный обзор медицины . 24 : 41–60. DOI : 10.1146 / annurev.me.24.020173.000353 . PMID 4575865 . 
  3. ^ "Леш-Нихан" . Lesch-Nyhan.org . Проверено 31 октября 2014 года .
  4. ^ a b c d Нельсон, Дэвид Л .; Кокс, Майкл М .; Ленингер, Альберт Л. (2008). Принципы биохимии Ленингера (5-е изд.). Макмиллан. ISBN 978-0716771081.
  5. ^ "Метаболизм нуклеотидов II" . Штат Орегон . Архивировано из оригинального 11 февраля 2017 года . Проверено 20 октября 2014 года .
  6. Перейти ↑ Bailey, CJ (2009). «Оротовая ацидурия и уридинмонофосфатсинтаза: переоценка». Журнал наследственных метаболических заболеваний . 32 : S227-33. DOI : 10.1007 / s10545-009-1176-у . PMID 19562503 . S2CID 13215215 .  
  7. ^ a b «Метаболизм нуклеотидов» . Страница медицинской биохимии . Проверено 20 октября 2014 года .
  8. ^ «Дефицит дигидропиримидиндегидрогеназы» . Домашний справочник по генетике . Проверено 31 октября 2014 года .
  9. ^ «Нуклеотиды: их синтез и деградация» . Молекулярная биохимия II . Проверено 20 октября 2014 года .
  10. ^ Келли, RE; Андерссон, ХК (2014). «Расстройства пуринов и пиримидинов». Справочник по клинической неврологии . 120 : 827–38. DOI : 10.1016 / B978-0-7020-4087-0.00055-3 . ISBN 9780702040870. PMID  24365355 .
  11. ^ «Дефицит аденозиндезаминазы (ADA)» . Учись . Генетика . Архивировано из оригинала 3 ноября 2014 года . Проверено 31 октября 2014 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Nucleic Acids Book (бесплатная онлайн-книга по химии и биологии нуклеиновых кислот)
  • Интерактивный обзор метаболизма нуклеиновых кислот.