МЕТАБОЛИЗМ НУКЛЕОТИДОВ

[Xasiyev Huseyn]

МЕТАБОЛИЗМ НУКЛЕОТИДОВ
ПУРИНЫ
ПИРИМИДИНЫ

Биосинтез пиримидинов: метаболическая карта I

Биосинтез пиримидинов: метаболическая карта II

Пиримидины: реакции и ферменты
ASP+CARBAM=Pi+CARASP аспартаткарбамоилтрансфераза EC 2.1.3.2

DOROT+H2O=CARASP дигидрооротаза EC 3.5.2.3

DOROT+NAD=NADH+OROT оротатредуктаза(NADH) EC 1.3.1.14
EC 1.3.3.1 дигидрооротатоксидаза

EC 1.3.1.15 оротатредуктаза(NADPH)

EC 1.3.99.11 Дегидрооротатдегидрогеназа )

OROT+PRPP=PPi+OROTP оротатфосфорибозилтрансфераза EC 2.4.2.10

OTOTP=CO2+UMP оротидин-5'-фосфатдекарбоксилаза EC 4.1.1.23

DHURCL+H2O=URPROP дигидропиримидиназа EC 3.5.2.2

DHTHYM+H2O=UISBUT дигидропиримидиназа EC 3.5.2.2

URPROP+H2O=CO2+NH3+BALA уреидопропионаза[бета-] EC 3.5.1.6

UISBUT+H2O=CO2+NH3+BAIBU уреидопропионаза[бета-] EC 3.5.1.6

DHURCL+NADP=NADPH+URAC дигидропиримидиндегидрогеназа(NADP) EC 1.3.1.2

DHTHYM+NADP=NADPH+THYM дигидропиримидиндегидрогеназа(NADP) EC 1.3.1.2

UMP+PPi=PRPP+URAC урацилфосфорибозилтрансфераза EC 2.4.2.9

URID+H2O=URAC+DRIB уридиннуклеозидаза EC 3.2.2.3

CYT+H2O=URAC+NH3 цитозиндеаминаза EC 3.5.4.1

URID+Pi=RB1P+URAC уридинфосфорилаза EC 2.4.2.3

dCYTD+ATP=ADP+dCMP дезоксицитидинкиназа EC 2.7.1.74

dCDP+H2O=Pi+dCMP dCTP-пирофосфатаза EC 3.6.1.12

dCTP+H2O=PPi+dCMP dCTP-пирофосфатаза EC 3.6.1.12

UDP+THREDH=THRED+H20+dUDP рибонуклеозиддифосфатредуктаза EC 1.17.4.1

CDP+THREDH=THRED+H20+dCDP рибонуклеозиддифосфатредуктаза EC 1.17.4.1

THRED+NADPH=NADP+THREDH тиоредоксинредуктаза(NADPH) EC 1.6.4.5

URID+ATP=ADP+UMP уридинкиназа EC 2.7.1.48

CITD+ATP=ADP+CMP уридинкиназа EC 2.7.1.48

CYTD+H2O=NH3+URID цитидиндеаминаза EC 3.5.4.5

CDP+ATP=ADP+CTP нуклеозиддифосфаткиназа EC 2.7.4.6

dCDP+ATP=ADP+dCTP нуклеозиддифосфаткиназа EC 2.7.4.6

UDP+ATP=ADP+UTP нуклеозиддифосфаткиназа EC 2.7.4.6

dUDP+ATP=ADP+dUTP нуклеозиддифосфаткиназа EC 2.7.4.6

dTMP+ATP=ADP+dTDP дезоксинуклеотидкиназа-Т2-индуцируемая EC 2.7.4.12

dTDP+ATP=ADP+dTTP нуклеозиддифосфаткиназа EC 2.7.4.6

CTP+AMP=CDP+ADP нуклеозидтрифосфатаденилаткиназа EC 2.7.4.10

UTP+AMP=UDP+ADP нуклеозидтрифосфатаденилаткиназа EC 2.7.4.10

ATP+UMP=ADP+UDP цитидилаткиназа EC 2.7.4.14 , нуклеозидфосфаткиназа EC 2.7.4.4

ATP+CMP=ADP+CDP цитидилаткиназа EC 2.7.4.14 , нуклеозидфосфаткиназа EC 2.7.4.4

ATP+dTMP=ADP+dTDP тимидилаткиназа EC 2.7.4.9

ATP+dUMP=ADP+dUDP деоксинуклеозидфосфаткиназа EC 2.7.4.13

ATP+dCMP=ADP+dCDP цитидилаткиназа EC 2.7.4.14 , деоксинуклеозидфосфаткиназа EC 2.7.4.13

UMPRm+UTP=PPi+UMPRm' RNA-полимераза-DNA-ориентированная EC 2.7.7.6 , RNA-полимераза-RNA-ориентированная EC 2.7.7.48

CMPRm+CTP=PPi+CMPRm' RNA-полимераза-DNA-ориентированная EC 2.7.7.6 , RNA-полимераза-RNA-ориентированная EC 2.7.7.48

UMPRm=UM3P+UMPRm' рибонуклеаза T1 EC 3.1.27.3

CMPRm=CM3P+CMPRm' рибонуклеаза T1 EC 3.1.27.3

CMPRm=CMP+CMPRm' рибонуклеаза II EC 3.1.13.1

UMPRm=UMP+UMPRm' рибонуклеаза II EC 3.1.13.1

dCMPDm=dCMP+dCMPDm' Катализируют последовательно 2 фермента:

1) дезоксирибонуклеаза II EC 3.1.21.1

2) нуклеотидпирофосфатаза EC 3.6.1.9

dTMPDm=dTMP+dTMPDm' Катализируют последовательно 2 фермента:

1) дезоксирибонуклеаза I EC 3.1.21.1

2) нуклеотидпирофосфатаза EC 3.6.1.9

dCMPDm=dCM3P+dCMPDm' дезоксирибонуклеаза II EC 3.1.22.1

dTMPDm=dTM3P+dTMPDm' дезоксирибонуклеаза II EC 3.1.22.1

dCMPDm+CTP=PPi+dCMPDm' DNA-полимераза-DNK-ориентированная EC 2.7.7.7 , DNA-полимераза-RNA-ориентированная EC 2.7.7.49

dTMPDm+TTP=PPi+dTMPDm' DNA-полимераза-DNK-ориентированная EC 2.7.7.7 , DNA-полимераза-RNA-ориентированная EC 2.7.7.49

UDP+H2O=Pi+UMP нуклеозиддифосфатаза(3.6.1.6) EC 3.6.1.6 , нуклеозидтрифосфатаза EC 3.6.1.15

CTP+H20=Pi+CDP нуклеозидтрифосфатаза EC 3.6.1.15

CDP+H20=Pi+CMP нуклеозидтрифосфатаза EC 3.6.1.15

dTDP+H20=Pi+dTMP нуклеозидтрифосфатаза EC 3.6.1.15

UTP+H20=Pi+UDP нуклеозидтрифосфатаза EC 3.6.1.15 , тимидинтрифосфатаза EC 3.6.1.39

UTP+H20=PPi+UMP нуклеозидтрифосфатпирофосфатаза EC 3.6.1.19

CTP+H20=PPi+CMP нуклеозидтрифосфатпирофосфатаза EC 3.6.1.19

dCMP+H2O=dUMP+NH3 деаминаза[dCMP-] EC 3.5.4.12

dCTP+H2O=dUTP+NH3 деаминаза[dCTP-] EC 3.5.4.13

TYMID+ATP=ADP+TMP тимидинкиназа EC 2.7.1.21

TYMID+AMP=ADNSIN+TMP тимидинкиназа[AMP-] EC 2.7.1.114

TYMID+ADP=AMP+TMP тимидинкиназа[ADP-] EC 2.7.1.118

THYMID+Pi=dRB1P+THIM тимидинфосфорилаза EC 2.4.2.4

dUMP+CH2THF=THF+dTMP тимидилатсинтаза EC 2.1.1.45

dUTP+H2O=PPi+dUMP дезоксиуридинтрифосфатаза EC 3.6.1.23

UMP+H20=Pi+URID нуклеотидаза[5'-] , нуклеотидаза[2'-,3'-,5'-]

CMP+H20=Pi+CYTDнуклеотидаза[5'-] , нуклеотидаза[2'-,3'-,5'-]

CM3P+H2O=Pi+CYTD нуклеотидаза[3'-] , нуклеотидаза[2'-,3'-,5'-]

UM3P+H2O=Pi+URID нуклеотидаза[3'-] , нуклеотидаза[2'-,3'-,5'-]

dCMP+H2O=Pi+dCYTD нуклеотидаза[2'-,3'-,5'-]

dCM3P+H2O=Pi+dCYTD нуклеотидаза[2'-,3'-,5'-]

dTM3P+H2O=Pi+THYMIDнуклеотидаза[2'-,3'-,5'-]

CYTD+Pi=RB1P+CYT пиримидиннуклеозидфосфорилаза

dTMP+H2O=Pi+THYMID тимидилатнуклеотидаза

dTTP+H2O=Pi+dTDP тимидинтрифосфатаза

dUTP+H2O=Pi+dUDP тимидинтрифосфатаза EC 3.6.1.39

BAIBU+PYR=ALA+MMSA аминометилпропионатпируватаминотрансфераза EC 2.6.1.40

UTP+ATP+GLN=GLU+ADP+Pi+CTP цитидинтрифосфатсинтаза EC 6.3.4.2

UMP+H2O=RB5P+URAC пиримидин-5'-нуклеотиднуклеозидазаEC 3.2.2.10

CMP+H2O=RB5P+CYT пиримидин-5'-нуклеотиднуклеозидаза EC 3.2.2.10

dTMP+H2O=dRB5P+THYM пиримидин-5'-нуклеотиднуклеозидаза EC 3.2.2.10

Пиримидины: биосинтез

Пиримидины: пути регенерации
Клетки млекопитающих не располагают эффективными средствами использования свободных пиримидиновых оснований для синтеза нуклеотидов. В то же время они обладают способностью утилизировать пиримидиновые рибонуклеозиды уридин и цитидин , а также 2`- дезоксирибонуклеозид ы тимидин и дезоксицитидин путем превращения их в соответствующие нуклеотиды. 2` - Дезоксицитидин фосфорилируется дезоксицитидинкиназой - ферментом, способным также фосфорилировать дезоксигуанозин и дезоксиаденозин .

Фермент оротатфосфорибозилтрансфераза , необходимый для синтеза пиримидин ов de novo, отвечает за фосфорибозилирование оротовой кислоты с образованием ОМР, хотя оротовая кислота, строго говоря, и не является истинным пиримидиновым основанием. Оротатфосфорибозилтрансфераза не может использовать в качестве субстратов нормальные пиримидиновые основания, но способна фосфорибозилировать аллопуринол (4-гидроксипиразолопиримидин) до нуклеотидного производного, в котором рибозилфосфат присоединен к атому N-1 пиримидинового кольца этого лекарственного соединения. Противоопухолевый препарат 5-фторурацил также фосфорибозилируется этим ферментом

Пиримидины: катаболизм пиримидинов
В результате катаболизма пиримидинов, протекающего в основном в печени, образуются хорошо растворимые конечные продукты . Именно этим они отличаются от конечных продуктов катаболизма пурин ов ( мочевая кислота и ее натриевая соль обладают слабой растворимостью). Выделение СО2, происходящего из уреидного углерода (С-2) пиримидинового кольца, представляет собой главный путь катаболизма урацил а, цитозин а и тимин а. Основные конечные продукты катаболизма этих оснований - бета-аланин и бета-аминоизобутират .

Тимин выступает в роли предшественника бета-аминоизобутирата у человека и обычных лабораторных животных. Экскреция бета-аминоизобутирата увеличивается при лейкемии и после рентгеновского облучения, что, без сомнения, отражает ускорение гибели клеток и деструкцию их ДНК . Выделение аномально больших количеств бета-аминоизобутирата может наблюдаться и у здоровых во всех остальных отношениях людей. Этот признак наследуется как рецессивный и, следовательно, проявляется только у гомозигот по соответствующему аллелю. Примерно у 25% обследованных индивидов ( японцев и китайцев по происхождению) обнаружено повышение уровня экскреции бета-аминоизобутирата. Сравнительно немного известно о механизме деградации бета-аминоизобутирата в организме человека. Фермент, катализирующий обратимое трансаминирование этого соединения, обнаружен в почках свиньи. Бета-аминоизобутират превращается в метилмалоновый полуальдегид , затем в пропионат , который в свою очередь преобразуется в сукцинат .

Начальные стадии деградации пиримидиновых нуклеотидов, включающие этап отщепления углевод-фосфатного фрагмента по N- гликозидной связи, весьма напоминают обращенные последние стадии пути биосинтеза. Для псевдоуридина, образующегося n situ в результате внутренней перестройки, не существует механизма гидролиза или фосфоролиза до урацил а. Соответственно этот необычный нуклеотид у здоровых индивидов экскретируется с мочой неизмен

Пиримидины: регуляция биосинтеза
Путь биосинтеза пиримидиновых нуклеотидов регулируется двумя различными механизмами. Активность первых двух ферментов находится под контролем аллостерических эффекторов. Кроме того, три первых и два последних фермента являются объектами координированной репрессии - дерепрессии. Карбамоилфосфатсинтаза ингибируется UTP , пуриновыми нуклеотидами , но активируется PRPP . Аспартаттранскарбамоилаза особенно чувствительна к ингибирующему влиянию CTP . Аллостерические свойства аспартаттранскарбамоилазы микроорганизмов явились предметом интенсивных и ставших уже классическими исследований механизмов аллостерической регуляции активности ферментов.

Скорость биосинтеза пиримидинов коррелирует со скоростью биосинтеза пурин ов, что указывает на координированный контроль синтеза нуклеотидов обоих типов. PRPP-синтетаза - фермент, катализирующий образование предшественников обоих путей путей биосинтеза, - ингибируется по принципу обратной связи как пуриновыми, так и пиримидиновыми нуклеотидами. Карбамоилфосфатсинтаза также подвержена ингибированию по принципу обратной связи нуклеотидами обоих типов, а ФРПФ ( PRPP ) активирует этот фермент. Таким образом, на нескольких этапах биосинтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов осуществляется перекрестная регуляция.

Пиримидины: заболевания, связанные с нарушением метаболизма
Конечными продуктами метаболизма пурин ов являются хорошо растворимые в воде соединения, такие как СО2, аммиак, бета-аланин и пропионат . Вот почему при состояниях, характеризующихся избыточным образованием пиримидин ов, клинические симптомы слабо выражены. В случаях гиперурикемии , обусловленной избыточной продукцией PRPP , наблюдаются повышенный синтез пиримидиновых нуклеотидов и соответственно увеличенная экскреция конечных продуктов метаболизма, в частности бета-аланина. Поскольку для синтеза тимидилат а необходим 5,10-метилентетрагидрофолат , нарушения метаболизма фолат а и витамина В12 приводят к дефициту ТМР (влияние недостатка витамина В12 реализуется опосредованно).

Экскреция с мочой бета-аминоизобутират а - аутосомный рецессивный признак. Он распространен главным образом среди жителей Востока. Это нарушение не рассматривается как патологическое состояние.

Пиримидины: заболевания: оротовая ацидурия
Описаны два типа первичной наследственной оротовой ацидурии . Более распространенная форма (хотя и встречающаяся весьма редко) связана с утратой во всех тестированных типах клеток функции двух ферментов - оротатфосфорибозилтрансферазы и оротидилатдекарбоксилазы . Организм пациентов с этим типом оротовой ацидурии можно считать ауксотрофным по пиримидин у. Заболевание легко поддается лечению уридином. В детском возрасте для больных характерны отставание в развитии, мегалобластическая анемия и " оранжевая кристаллоурия ". При отсутствии лечения пиримидиновыми нуклеозидами пациенты подвержены инфекциям. Второй тип наследуемой оротовой ацидурии (тип II) связан с недостатком только оротидилатдекарбоксилазы. У пациентов, страдающих оротовой ацидурией первого типа, основным продуктом экскреции является оротовая кислота . При обследовании больного ацидурией второго типа оказалось, что у него экскретируется главным образом оротидин и лишь небольшое количество оротовой кислоты. В эритроцитах пациентов с оротовой ацидурией типа I были значительно повышены удельные активности аспартаттранскарбамоилазы и дигидрооротазы ; они, однако, возвратились к норме при пероральном приеме пациентами уридин а. Эти наблюдения свидетельствуют о том, что конечные продукты пути биосинтеза пиримидинов регулируют активность рассматриваемых ферментов. В условиях недостатка конечных продуктов происходит дерепрессия, вероятно, координированного характера, по крайней мере этих двух ферментов.

Данные по энзимологии пути биосинтеза пиримидинов позволяют предполагать, что в одной белковой молекуле локализованы активные центры карбамоилфосфатсинтазы, аспартаттранскарбамоилазы и дигидрооротазы, а в другой - активные центры оротат-фосфорибозилтрансферазы и оротидилатдекарбоксилазы.

У больных с недостаточностью орнитинтранскарбамоилазы - митохондриального фермента клеток печени, ответственного за раннюю стадию синтеза мочевины и аргенин а, наблюдается увеличение экскреции оротовой кислоты, урацила и уридина. По-видимому, в митохондриях этих пациентов в результате снижения активности орнитинтранскарбамоилазы накапливается карбамоилфосфат . Митохондриальный карбамоилфосфат диффундирует в цитозоль , где используется как субстрат для синтеза пиримидиновых нуклеотидов de novo. При избыточном образовании оротовой кислоты диагностируется оротовая ацидурия . Обычно она проявляется в легкой форме и не сопровождается образованием кристаллов. Синтез и экскреция оротовой кислоты у таких больных усиливаются при употреблении в пищу продуктов богатых азотом, таких, как мясо.

Мегалобластная анемия встречается при некоторых наследственных болезнях. Она характерна для оротовой ацидурии - заболевания, обусловленного нарушением метаболизма пиримидина из-за недостаточности оротидин-5'-фосфатдекарбоксилазы и оротатфосфорибозилтрансферазы и проявляющегося задержкой роста и повышенной экскрецией оротовой кислоты .

Пиримидины: заболевания: оротовая ацидурия, вызванная лекарствами
Оротовую ацидурию могут вызывать по крайней мере два лекарственных препарата. Аллопуринол (4-гидроксипиразолопиримидин) - пуриновый аналог, ингибирующий ксантиноксидазу . Этот препарат широко используется для лечения некоторых форм подагры . Аллопуринол может фосфорибозилироваться оротатфосфорибозилтрансферазой , конкурентно ингибируя фосфорибозилирование оротовой кислоты . Более того, образующийся необычный нуклеотид подавляет оротидилатдекарбоксилазу , вызывая тем самым оротовую ацидурию и оротидинурию . Однако путь биосинтеза пиримидин ов, по крайней мере у человека, "приспосабливается" к такому ингибированию, и "пиримидиновое голодание" имеет место только на ранних стадиях лечения препаратом.

6-Азауридин после превращения в 6-азауридилат функционирует как конкурентный ингибитор оротидилатдекарбоксилазы, что приводит к увеличению экскреции оротовой кислоты и оротидин а.

При специфическом поражении митохондрий клеток печени (синдром Рейе) имеет место вторичная оротовая ацидурия. Дело в том, что пораженные минохондрии оказываются неспособными утилизировать карбамоилфосфат , который, как и в случае наследуемой недостаточности орнитинтранскарбамоилазы , вызывает избыточное образование оротовой кислоты.
Наследуемые нарушениния метаболизма пиримидинов