олизма (см. ниже).

24.1.3.1. Превращение пуриновых нуклеозидмонофосфатов в трифосфаты

Превращение пуриновых нуклеозидмонофосфатов в трифосфаты катализируется специфическими киназами:

аденозин-5'-фосфат АТР < > аденозин-5'-дифосфат -f- ADP гуанозин-5'-фосфат + АТР ч * гуанозин-5'-дифосфат + ADP

Эти реакции стимулируются регенерацией АТР и дальнейшим фос-форилированием дифосфатов неспецифической нуклеозиддифос-фаткиназой:

аденозин-5'-дифосфат -f- АТР ч > аденозин-5'-трифосфат + ADP гуанозин-5'-дифосфат -f- АТР ¦< > гуанозин-5'-трифосфат -f- ADP

24.1.4. Регуляция синтеза пуриновых нуклеотидов

Как было отмечено (разд. 24.1), ключевой стадией биосинтеза пуринов является образование 5-фосфорибозиламина. Катализирующий эту реакцию фермент глутамин-фосфорибозилпирофос-фат — амидотрансфераза ингибируется моно-, ди- и трифосфатами гуанознна и аденозина, что замедляет соответствующие реакции основного пути биосинтеза. Так как смесь адеииновых и гуанино-вых производных ингибирует гораздо сильнее, чем отдельные соединения, то было предположено, что у фермента имеются отдельные участки связывания для адениновых и гуаниновых ингибиторов.

IMP является предшественником как для АМР, так и для GMP (разд. 24.1.2). GMP ингибирует образование ХМР, а АМР ингибирует синтез аденилосукцината из IMP. В результате, этот механизм обратной связи предотвращает дальнейшее образование АМР или GMP, когда какой-либо из них присутствует в избыточном количестве, в синтезе de novo или по запасному пути. Некоторые регуляторные стадии синтеза пуриновых нуклеотидов показаны на рис. 24.1. Следует, однако, отметить, что сведения об этих ферментах получены главным образом при использовании печени голубя и Е. coli, а механизмы контроля изучались практически только на бактериальных ферментах. Контрольные механизмы действуют также и в тканях млекопитающих, но детали еще не выяснены.

978

III. метаболизм

PRPP

(GDP, GTP) GMP

AMP (ADP, ATP)

5-фосфорибоэиламин

аЭенин AMP

AMP

ATP

IMP

AMP ADP

S

ааенилосцкцинагп

GMP

ADP

гипоксантин

гуанин

Рис. 24.1. Взаимосвязь и некоторые контрольные механизмы путей биосинтеза пуриновых нуклеотидов. Жирной стрелкой обозначена активация, штриховой линией — ингибирование.

24.1.5. Пути синтеза de novo пиримидиновых нуклеотидов

Сведения о предшественниках биосинтеза пиримидинов были сначала получены при исследованиях на микроорганизмах. Оротовая кислота (6-карбоксиурацил), обнаруженная впервые в коровьем молоке, полностью обеспечивала рост тех мутантов N euros рога, которые не были способны синтезировать пиримидины. Структура оротовой кислоты и урацила (для сравнения) приведена ниже.

О о II II

?. гх

Н№45СН HN СН

I II I II

о=с* jjX—СООН °=cv /сн ? N ? ? оротовая кислота урацил (6-карбоксиурацил)

24.1.5.1. Карбамоилфосфат

Путь, ведущий к образованию оротовой кислоты и пиримидиновых нуклеотидов de novo, начинается с синтеза карбамоилфос-

24. МЕТАБОЛИЗМ ПУРИНОВЫХ И ПИРИМИДИНОВЫХ НУКЛЕОТИДОВ 979

фата. Как было отмечено, существуют две различные карбамоил-фосфат синтетазы (СРБазы) в тканях млекопитающих — одна из них связана с образованием цитруллина при биосинтезе аргинина и присутствует преимущественно в печени (разд. 21.4.3.4) и использует ??3 в качестве субстрата; вторая присутствует во всех тканях животных и способна участвовать в синтезе пиримидиновых нуклеотидов, утилизирует глутамин, и является регуляторным участком для биосинтеза пиримидиновых нуклеотидов в животных тканях.

глутамин -+- НСОз + 2АТР -f Н20 NH2COOPO|-+ глутаминовая кислота + 2? DP-f-Р,

Как н следовало ожидать, СРБазы ингибируются аналогами глутамина— азасерином и б-диазо-б-оксо-ь-аминогексановой кислотой.

24.1.5.2. Карбамоиласпарагиновая кислота

Аспартат-транскарбамоилаза (АТСаза) катализирует вторую стадию синтеза de novo пиримидиновых нуклеотидов, синтез карб-амоиласпарагиновой кислоты.

О NH2

II I H2N—С—ОР03Н2 + ноос—сн2—сн—соон

карбвмоилсросфат L-аспарвгиновая кислота

Равновесие этой реакции сильно смещено в сторону образования карбамоиласпарагиновой кислоты. Эта стадия является ключевой в биосинтезе пиримидиновых нуклеотидов у Е. coli и является объектом ингибирования конечным продуктом биосинтеза пиримидинов— цитидинтрифосфатом; механизм подобной регуляции обсуждался ранее (разд. 8.7.1). На активность АТСаз из различных животных тканей не влияют на цитидинтрифосфат, ни другие пи-римидиновые нуклеозидфосфаты, и эти ферменты не являются ре-гуляторными участками на пути биосинтеза пиримидиновых нуклеотидов.

24.1.5.3. Дигидрооротовая кислота

Замыкание цикла катализируется дигидрооротазой и приводит к l -дигидрооротовой кислоте. В состоянии равновесия соотношение

О

II

НО—С. H2N СН2

о=с НС—СООН N ?

?-карбамоилвспарагиновая кислота

S80

III. метаболизм

урендопроизводного к дигидрооротовой кислоте равно 2: 1.

о II

но—с. h2n сн2

о

II I о=с НС—СООН ; ~"2° ? о=с \. / + н2о

hn^^h

n ?

?-карбамоиласпарагино-вая кислота

соон

L-Эигиброорогловая кислота

24.1.5.4. Оротовая кислота

Днгидрооротовая кислота окисляется до оротовой с помощью дигидрооротат-дегидрогеназы; слабо охарактеризованный мито-хондриальный фермент содержит Fe2+ и Zn2+ и in vivo может восстанавливать цитохром Ь (разд. 13.2.2).

о II

. _ hn^^h

l-Зигиороорото-

вая кислота + nad+ 0=с JZ—соон + nadh + н+

n ?

оротовая кислота

В животных клетках первые три фермента, участвующие в синтезе оротовой кислоты (СРБаза, АТСаза и дигидрооротаза), входят в состав единой полипептидной цепи (М 210 000) аналогично синтетазе жирных кислот (гл. 17).

24.1.5.5. Образование моиофосфатов пиримидиинуклеозидов

Нуклеотиды образуются в результате реакции оротовой кислоты с PRPP, катализируемой оротат-фосфорибозилтрансферазой.

О

IL

hn^ >сн I

0=Cv ^jC-COOH + PPj

оротовая N. 2.

кмслота + PRPP . н,0,Р0СН, /?

он он орот иЗи . -5 - фосфат

24. МЕТАБОЛИЗМ ПУРИНОВЫХ И ПИРИМИДИНОВЫХ НУКЛЕОТИДОВ 981

При декарбоксилировании оротидин-5'-фосфата при помощи ороти-дин-5'-фосфатдекарбоксилазы образуется уридин-5'-фосфат.

О

II

опоглиЭин- ?? СН

5'-сросфат -> ? г~г\

о=с ^JCH +t-U2

? ?

рибозо-Р уриЭин-5' фосфат (UMP)

24.1.5.6. Превращение монофосфатов пнримнднннуклеозндов в трифосфаты

Уридин-5'-фосфат превращается в уридин-5'-дифосфат с помощью специфической уридилаткиназы и затем в соответствующий трифосфат с помощью нуклеозид-дифосфат — киназы.

уридин-5'-фосфат -\- АтР < > уридин-5'-дифосфат -\- ADP уридин-5'-дифосфат -f- АТР < > уридин-5'-трифосфат -(- ADP

Для образования цитидинтрифосфата известен единственный путь — аминирование уридинтрифосфата. Рибозо-РРР обозначает рибозо-б'-трифосфат

О II

HN СН

I II + глутамин + АТР

о=с Jzh а

N I

рибозо-РРР .урийингприфосфат ЩТР)

NH2

Mg2<

I

^ N (CH

"* + ADP + Р. + ?,? -(-глутамат.

o=c ^CH N

рибозо-РРР цитиЭинглрифосфат (СТР)

Стехиометрическое отщепление одного моля Pj от АТР свидетельствует о том, что в ходе реакции образуется фосфорилированный промежуточный продукт. Гуаниновые нуклеотиды стимулируют эту реакцию.

982

III. МЕТАБОЛИЗМ

Цитидинтрифосфат может также образовываться из цитидин--б'-монофосфата путем последовательного переноса фосфатного остатка с АТР и промежуточного образования цитидин-б'-дифосфа-та. Эти реакции катализируются специфической цитидилаткиназой и нуклеозид-дифосфат—киназой.

Наследственное нарушение метаболизма пиримидинов у человека, известное как оротовая ацидурия, характеризуется накоплением оротовой кислоты и ее выделением с мочой. Дети с таким расстройством не растут нормально и страдают мегалобластиче-ской анемией. В этом случае сильно понижена активность как фос-форибозилтрансферазы, так и декарбоксилазы, необходимых для ¦образования UMP. Прием уридина или цитидина восстанавливает нормальный рост, прекращает анемию и уменьшает выделение оротовой кислоты. Все это свидетельствует о том, что это заболевание является следствием дефекта механизма генетического контроля.

Следует отметить, что при синтезе пуринов de novo все промежуточные продукты являются производными рибозо-5-фосфата. При биосинтезе пиримидинов пиримидиновое кольцо образуется до конденсации с рибозофосфатом. Хотя пурины содержат пири-мидиновый цикл, сконденсированный с имидазольным, но предшественники этих двух гетероциклических систем различны. Следует также отметить, что первичные нуклеотиды в обоих случаях— инозиновая и оротидиловая кислоты — не являются основными компонентами нуклеиновых кислот.

24.1.6. Запасные пути синтеза пиримидиновых нуклеотидов

Аналогично пуриновым нуклеотидам пиримидиновые нуклеотиды также могут образовываться из свободных пиримидинов или нуклеозидов по запасным метаболическим путям. Урацил (и 5-фторурацил) могут быть превращены в UMP и 5-F-UMP прямой реакцией с PRPP, катализируемой урацил-фосфорибозилтрансфе-разой, которая имеется в клетках как животных, так и микробов. Цитозин не является субстратом для этого фермента

урацил -f - PRPP < > уридин-5'-фосфат -f - PPj

UMP может образовываться также из уридина с помощью уридин-цитидинкиназы

м?2+

уридин + ??? -*¦ уридин-5'-фосфат + ADP

В этой реакции субстратами могут служить уридин, цитидин и соответствующие фторпроизводные, но не оротидин. Наконец, уридин может синтезироваться из урацила с помощью реакции, катализи-

24. МЕТАБОЛИЗМ ПУРИНОВЫХ II ПИРИМИДИНОВЫХ НУКЛЕОТИДОВ 983

руемой уридинфосфорилазой, которая в обратном направлении приводит к фосфоролизу уридина.

урацил-f-рибозо-]-фосфат < >¦ уридин -f-Pj

Фосфоролитическое расщепление цитидина неизвестно; однако после дезаминирования цитидиндезаминазой образовавшийся уридин является субстратом для фосфорилазы. Аналогичный фермент, ти-мидинфосфорилаза, будет рассмотрен ниже.

24.1.7. Образование дезоксирибонуклеотидов

Пуриновые и пиримидиновые дезоксирибонуклеотиды образуются в результате восстановления рибозного остатка соответствующего рибонуклеотида. Впервые заключение о прямом восстановлении