Материал: Биохимия учебное пособие

Происхождение каждого атома пуринового гетероцикла установлено экспериментально с использованием изотопов. Как видно, два атома азота (N3 и N9) пуринового кольца происходят из амидной группы глутамина, третий атом азота (N1) – из аспартата, и, наконец, четвертый (N7) – из глицина. Из глицина происходят также четвертый и пятый атомы углерода. Атомы углерода (С2 и С8) происходят из формиата, а шестой атом углерода – из СО2.

ИзИМФобразуются другиенуклезидмонофосфаты, например, АМФ и ГМФ. Существует альтернативный путь синтеза пуриновых нуклеотидов. Это обусловлено тем, что на синтез циклической структуры пуринов затрачивается значительное количество энергии в форме АТФ. Поэтому в клетке содержатся ферменты, которыеиспользуют («реутилизируют») пуриновыеоснования, образующиеся при катаболизме нуклеотидов, до их превращения в ксантин и мочевую кислоту:

Ферментыаденинфосфорибозилтрансферазаи гипоксантингуанинфосфорибозилтрансфераза утилизируютсвободныепурины, превращаяихснова в нуклеотиды при взаимодействии с ФРПФ.

5.11.2. Биосинтез пиримидиновых мононуклеотидов

Биосинтезпиримидиновыхмононуклеотидов происходитпоэтапнои включает6 ферментативных реакций (рис. 27). Всинтезе уридинмонофосфата циклическая пиримидиновая структура формируется доприсоединения к рибозо-5-фосфату.

На первомэтапеизСО2, глутаминаи АТФобразуетсякарбамоилфосфат. Затем изкарбомоилфосфата и аспарагиновой кислотысинтезируетсянеобычноеазотис- тоеоснование–оротоваякислота, котораясодержитпиримидиновоекольцо. Оротоваякислота присоединяетсякрибозо-5-фосфатуи возникаетпиримидиновый нуклеотид оротидинмонофосфат. Далее оротовая кислота в составе нуклеотида преобразуетсяв уридин пиримидиновые нуклеотиды.

100

СО2, глутамин, аспартат, ФРПФ

2 АТФ

... 6 ферментативных реакций

2 АДФ + 2 Фн

Из аспартата

Рис. 27. Биосинтез пиримидиновыхмононуклеотидов

5.11.3. Биосинтез нуклеозидтрифосфатов

Нуклеозидтрифосфаты образуются при участии АТФ из нуклеотид-монофос- фатов (НМФ) в результатедвух последовательнопротекающих реакций фосфорилирования:

Уридинмонофосфат (УМФ) служит предшественником для трифосфонуклеотидов УТФ и ЦТФ. Причем, образованиеУТФ происходит в описанныевыше две стадии фосфорилирования, а ЦТФ образуется из УТФ путем аминирования в положении 4 пиримидинового кольца.

101

ПредшественникомГТФи АТФявляетсяинозин-5 -монофосфат(ИМФ).Вобо- ихслучаях сначала модифицируется гипоксантиновоекольцоИМФс образованиемсоответствующих монофосфонуклеотидов ГМФ и АМФ, которыезатем фосфорилируются.

5.11.4. Биосинтез дезоксирибонуклеотидов

Дезоксирибонуклеотидыобразуютсяизсоответствующихрибонуклеозидфосфатов путем восстановления входящей в них рибозы в дезоксирибозу при участии фермента рибонуклеотид-редуктазы.

Источником восстановительных эквивалентов является термостабильный белок – тиоредоксин, который содержит двесвободные SH-группы. Тиоредоксинредуктаза катализируетНАДФН-зависимоевосстановлениетиоредоксина (рис. 28).

Рис. 28. Биосинтез дезоксирибонуклеотидов

Если в реакцию вступают нуклеозиддифосфаты, то синтезируются дезоксирибонуклеотиды: дУДФ, дЦДФ, дГДФ и дАДФ. Дезоксирибонуклеозиддифосфаты дЦДФ, дГДФ и дАДФ далее могут фосфорилироваться до соответствующих дезоксирибонуклеозидтрифосфатов дЦТФ, дГТФ и дАТФ. дУДФ служит предшественником дТТФ.

102

Биосинтез всех дезоксирибонуклеозид-5 -трифосфатов и рибонуклеозид-5 - трифосфатов регулируется в клетке таким образом, что они образуются зависимо друг от друга в строго определенных соотношениях.

5.12. Синтез нуклеиновыхкислот

Для синтеза нуклеиновых кислот используются мононуклеотиды обязательновтрифосфатной форме. Такиенуклеотидысодержатв своеймолекулетри остатка фосфорнойкислотыиобладаютповышеннымзапасомэнергии. ДлясинтезаРНК используются АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ, а для синтеза ДНК, соответственно, дАТФ, дГТФ, дТТФ, дЦТФ.

Процессрепликации,или редупликации,ДНК иначеможноназватьудвоением. Он происходит перед делением клетки. Для реализации репликации необходимы: матрица – расплетенная цепь ДНК; субстраты, участвующие в полимеризации ДНК (дезоксирибонуклеозидтрифосфаты); ферменты, катализирующие этот процесс; ионы Mg2+, а также белковые факторы, обеспечивающие деспирализацию двухнитевой ДНК. Синтез ДНК осуществляет фермент ДНК-полимераза. Этот фермент достраивает к каждой из них комплементарную ей цепь. Таким образом, из одной молекулы образуются две одинаковые дочерние молекулы, причем обе цепи ДНК служат матрицами для дочерних цепей. Процесс является полуконсервативным, так как по завершении репликации каждая дочерняя молекула ДНК содержитоднуродительскуюи однувновьсинтезированнуюцепь. Помереприсоединения к матрице нуклеотиды связываются в полинуклеотидные нити, которые сразу же закручиваются в двойную спираль. Биологический смысл репликации состоит в том, что из одной молекулы ДНК появляются две ее полные копии. Процесс этот идет с очень высокой точностью – ошибки крайне редки.

ПроцесссинтезаРНК наДНК-матриценазываетсятранскрипцией.Транскрип- цию осуществляет фермент РНК-полимераза. Этот фермент соединяет между собой рибонуклеотиды, составляющие остов молекулы РНК. Делает это фермент на основании считывания последовательности молекулы ДНК и достраивания комплементарной ей последовательности. Показано, что в этом процессе только одна из двух цепей ДНК играет роль матрицы.

103

Вопросы для проверки усвоения материала

1.Аминокислоты:определение, биологическоезначение. Классификацияаминокислот по строению, полярности боковых радикалов, физиологическим свойствам. Изомерияаминокислот, биологическоезначение. Растворимостьаминокислот и кислотно-основные свойства, понятие об изоэлектрической точке.

2.Биологические функции белков: ферментативная, структурная, регуляторная, защитная, рецепторная, транспортная, двигательная, энергетическая.Особенности строения структурных (коллаген, кератин, фиброин)и транспортных(гемоглобин) белков.

3.Нуклеиновые кислоты. Нуклеотиды и нуклеозиды, строение, биологические функции. Важнейшиепредставители мононуклеотидов и олигонуклеотидов. ДНК

иРНК:строение, биологическиефункции.

4.Пути обмена аминокислот в клетке: реакции декарбоксилирования, переаминирования и дезаминирования, биологическое значение. Судьба безазотистого остатка аминокислот, глюкогенные и кетогенные аминокислоты. Использование аминокислот для синтеза биологически активных веществ.

5.Образование, токсичность и обезвреживание аммиака. Цикл мочевины: реакции, регуляция, биологическое значение. Взаимосвязь обмена аминокислот с циклом Кребса, обменом углеводов и липидов.

6.Этапыбиосинтеза белка (рекогниция, транскрипция,трансляция):сущность процессов, субстраты, ферменты, локализацияв клетке. Катаболизм белка в лизосомахи протеасомах, механизмыи биологическоезначение. Рольгормонов и нервной системы в регуляции белкового обмена.

Письменное домашнее задание

О б я з а т е л ь н о е 1. Переваривание белков в желудке обеспечивает фермент желудочного сока

пепсин. Главный протеолитический фермент сока поджелудочной железы – трипсин –продолжаетперевариваниев двенадцатиперстной кишке. Известно, чтопепсин преимущественногидролизует пептидныесвязи, образованныеаминогруппами ароматических аминокислот, а трипсин – карбоксильными группами оснóвных аминокислот. На какие фрагменты будет расщеплен полипептид следующего строения

H2N–Ala–Gly–Phe–Leu–Ser–Lys–Ala–Val–Ile–Met–Arg–Ser–Glu–Tyr–Gly–COOH

при действии пепсина, трипсина и последовательном действии обоихферментов? 2. Напишите химические реакции обмена аминокислот в клетках и дайте на-

звания катализирующимих ферментам: а)декарбоксилированиегистидина;

б) окислительное дезаминирование глутамата; в) переаминирование глутамата и оксалоацетата;

104