Раздел 25.3 Биосинтез пуриновых нуклеотидов.

25.3.1. Ключевым соединением в биосинтезе как пуриновых, так и пиримидиновых нуклеотидов является 5- фосфорибозил-1-пирофосфат (ФРПФ). Это соединение участвует также в синтезе коферментов НАД+ и НАДФ+.

ФРПФ образуется при взаимодействии рибозо-5-фосфата и АТФ. Источниками рибозофосфата служат пентозофосфатный путь и распад нуклеотидов. Катализирует реакцию фермент ФРПФ-синтаза.

Внутриклеточная концентрация ФРПФ обычно низкая и строго регулируется. Скорость синтеза ФРПФ зависит от наличия субстратов синтеза, особенно рибозо-5-фосфата, и каталитической активности ФРПФ-синтазы, на которую влияют концентрация неорганического фосфата и концентрация АМФ, ГМФ и ИМФ, выступающих в качестве эффекторов.

25.3.2. Молекула ФРПФ служит основой для последующего синтеза пуринового ядра. Источниками атомов углерода и азота являются аминокислоты глутамин, глицин и аспартат, СО 2 и два одноуглеродных производных ТГФК – формил-ТГФК и метенил-ТГФК (рисунок 25.4).

Рисунок 25.4. Происхождение атомов пуринового ядра.

Сначала в реакции, катализируемой фосфорибозил-пирофосфат-амидотрансферазой, из ФРПФ при участии глутамина образуется 5-фосфорибозиламин.

ФРПФ-амидотрансфераза – второй регуляторный фермент синтеза пуриновых нуклеотидов, он ингибируется АМФ и ГМФ по принципу обратной связи. Роль этого фермента в биосинтезе пуринов de novo, однако, менее существенна, чем ФРПФ-синтазы.

Далее к атому азота последовательно присоединяются все остальные компоненты пуринового ядра. Первым продуктом биосинтеза, содержащим готовую пуриновую структуру, является инозинмонофосфат (ИМФ). В его состав входит азотистое основание гипоксантин.

25.3.3. ИМФ является предшественником аденилового и гуанилового нуклеотидов (рисунок 25.5). В синтезе АМФ из ИМФ при взаимодействии аспартатом образуется аденилосукцинат. В следующей реакции отщепляется фумарат и образуется АМФ.

Рисунок 25.5. Образование АМФ и ГМФ из инозинмонофосфата.

Синтез ГМФ из ИМФ также включает две стадии. Сначала ИМФ окисляется в ксантозинмонофосфат, затем добавляется NH 2 -группа из глутамина.

Интересно отметить, что синтез АМФ требует участия ГТФ, а синтез ГМФ – участия АТФ. Эта особенность биосинтеза способствует поддержанию нужного соотношения адениловых и гуаниловых нуклеотидов в клетке.

25.3.4. Наряду с биосинтезом пуриновых нуклеотидов в клетке de novo существуют пути регенерации пуриновых нуклеотидов из свободных азотистых оснований, образующихся при гидролизе нуклеиновых кислот и нуклеотидов. Эти реакции проще, чем пути синтеза нуклеотидов de novo, и энергетическая цена их значительно меньше. Наибольшее значение имеет механизм фосфорибозилирования пуриновых оснований.

В клетках имеются 2 фермента, участвующих в реакциях синтеза нуклеотидов из пуриновых оснований.

Аденин-фосфорибозилтрансфераза (АФРТ) катализирует перенос фосфорибозы с ФРПФ на аденин:

Гипоксантин-гуанин-фосфорибозилтрансфераза(ГГФРТ) катализирует перенос фосфорибозы с ФРПФ на гуанин или гипоксантин:

Реакции с участием второго фермента протекают более активно, чем синтез АМФ из аденина.

25.3.5. Нарушения обмена пуриновых нуклеотидов. При нарушениях пуринового обмена часто наблюдается гиперурикемия – повышение содержания мочевой кислоты в крови. Гиперурикемия может быть первичной или вторичной.

Первичная гиперурикемия является ведущим симптомом подагры – полиэтиологического заболевания, как правило, наследственной природы. Гиперурикемия при подагре обусловлена главным образом, избыточным образованием образованием мочевой кислоты, а также снижением её экскреции с мочой. Значительная и длительная гиперурикемия сопровождается отложением солей мочевой кислоты в хрящевой ткани, сухожилиях и слизистых сумках суставов. Накопление кристаллов уратов в тканях может вызывать резкую воспалительную реакцию (подагрический артрит), что приводит впоследствии к деформации сустава. Избыток мочевой кислоты способствует также образованию уратных камней в нижних отделах мочевыводящих путей.

Повышение уровня мочевой кислоты в крови отмечается также при наследственных дефектах некоторых ферментов:

Синдром Леша-Нихана (полное отсутствие ГГФРТ) наследуется как сцепленный с Х-хромосомой рецессивный признак. Болезнь характеризуется параличом, сопровождающимся судорогами, стремлением к членовредительству и тяжёлой гиперурикемией. Вследствие ферментативного дефекта нарушается переход гуанина и гипоксантина в ГМФ и ИМФ соответственно и указанные пуриновые основания превращаются в мочевую кислоту. Кроме того, повышенная концентрация ФРПФ способствует усилению синтеза пуринов de novo. Биохимическая основа неврологических отклонений при синдроме Леша-Нихана неизвестна.

Гликогеноз I типа или болезнь Гирке (дефицит глюкозо-6-фосфатазы) сопровождается повышением активности пентозофосфатного пути и приводит к повышению внутриклеточного уровня рибозо-5-фосфата, из которого синтезируется ФРПФ. Повышенный уровень ФРПФ приводит к увеличению синтеза пуринов de novo. Для данного заболевания характерен также лактатный ацидоз, приводящий к повышению порога секреции уратов почками; это способствует накоплению уратов в организме.

Вторичная гиперурикемия сопутствует заболеваниям, сопровождающимся усиленным распадом клеток (лейкозы, серповидно-клеточная анемия, сахарный диабет, псориаз).

Реже встречается гипоурикемия – снижение содержания мочевой кислоты в крови. Она может быть связана с понижением реабсорбции уратов из клубочкового фильтрата в почках. В этом случае наблюдается увеличение экскреции мочевой кислоты с мочой.

Гипоурикемия развивается и при недостаточности ксантиноксидазы, возникающей при генетическом дефекте фермента или при тяжёлом поражении печени. Это состояние сопровождается повышенной экскрецией гипоксантина и ксантина (ксантинурией), а также образованием в почках ксантиновых камней.