Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

рибонуклеотидов до дезоксирибонуклеотидов было сделано на основе исследований, в которых цитидин, иС-меченный как по ядру, так и по сахарному остатку, вводили крысам. Было обнаружено, что удельная радиоактивность цитозина и дезоксирибозы в ДНК такая же, что и в инъецированном цитидине. Это свидетельствует о том, что превращение рибозы в дезоксирибозу идет без расщепления связи рибозы с пиримидином.

Механизм этого превращения был выяснен сначала при изучении восстановления рибонуклеотидов в экстрактах Е. coli. Один фермент — рибонуклеозид-дифосфат-редуктаза — катализирует восстановление всех четырех рибонуклеозиддифосфатов ADP, GDP, CDP и LJDP в их дезоксипроизводные dADP, dGDP, dCDP и dUDP соответственно. Этот фермент (М 245 000) состоит нз двух субъединиц: В1 (А1 160 000) и В2 (М 78 000). Субъединица В2 состоит из двух идентичных полипептидных цепей и содержит не-гемное железо; В1 состоит из двух неидентичных полипептидов. Механизм восстановления включает атаку гидрид-ионом Н~ по атому С-2' рибозного остатка, что приводит к замещению гидр-оксильной группы у С-2 на атом водорода без изменения конфигурации.

Источник восстанавливающей способности рибонуклеозид-ре-дуктазы in vivo неизвестен. Однако было показано, что in vitro активны два донора водорода. Одним является маленький серосодержащий белок тиоредоксин (разд. 20.4.1.1) (711 12 000), две сульф-гидридные группы которого окисляются с образованием днсуль-фидного мостика. Тиоредоксин может быть возвращен в восстановленную форму с помощью NADPH и тиоредоксинредуктазы, ????-рая представляет собой флавопротеид, содержащий два моля фла-винадениндинуклеотида на моль фермента (М 68 000). Вторым донором водорода является восстановленный глутатион, который работает в присутствии нового белка — глутаредоксина. Окисленный глутатион может быть возвращен в активное восстановлен-

S84

III. МЕТАБОЛИЗМ

ное состояние с помощью глутатионредуктазы, сопряженной с NADPH (разд. 13.2).

Активность рибонуклеозид-дифосфат-редуктазы аллостерически регулируется нуклеозидтрифосфатами, одни из них работают как стимуляторы, другие—-как ингибиторы. Так, восстановление CDP и UDP сильно стимулируется АТР (рис. 24.2), а восстановление ADP и GDP стимулируют dGTP и dTTP. dATP ингибирует восстановление всех четырех рибонуклеозиддифосфатов.

Общая система эффекторов и ингибиторов делает возможным сбалансированное поступление восстановленных дифосфатов и, следовательно, трифосфатов, непосредственных предшественников синтеза ДНК (гл. 25).

ингибирование всех субстратов

активация всех четырех еифосфатов

dATP

dTTP рибонуклеоэиЭ-Эифосфат-реЭуктаза

АТР

dGTPJ активации

ADP + GDP

активация CDP + UDP

Рис. 24.2. Схематическое изображение аллостерического влияния нуклеозидтри-фосфатов на рибонуклеозиддифосфатредуктазу Е. coli [Larsson ?., Reichard P., J. Biol. Chem., 241, 2540, 1966].

Редуктазные системы, выделенные из различных животных клеток, имеют такие же свойства, что и описанная выше система из Е. coli.

Другая система была обнаружена у различных видов Lactobacillus и Euglena. Перечислим основные характеристики последних систем. 1) Предпочтительными субстратами служат рибонуклео-зидтрифосфаты, АТР, GTP, СТР и UTP, восстановление которых катализируется одним ферментом. 2) Дигидролипоат может служить донором водорода, хотя настоящий восстановитель до сих пор не идентифицирован. 3) 5,6-Диметилбензимидазолкобаламид-ный кофермент (кофермент витамина ??2, гл. 50) является необходимым компонентом системы. 4) Mg2+ и АТР (dATP) стимулируют восстановление СТР и ингибируют восстановление UTP и GTP. 5) Различные дезоксирибонуклеозидтрифосфаты работают как эффекторы, стимуляторы и ингибиторы: их действие лишь в деталях отличается от действия на систему из Е. coli.

24. МЕТАБОЛИЗМ ПУРИНОВЫХ И ПИРИМИДИНОВЫХ НУКЛЕОТИДОВ

985

24.1.7.1. Образование тимидиновых нуклеотидов

dUMP, непосредственный предшественник dTMP, образуется при гидролизе UTP, катализируемом дезоксиуридинтрифосфатди-фосфогидролазой (dUTPa3ofl).

дезоксиуридин-5'-трифосфат + Н20 -*¦ дезоксиуридин-5'-фосфат + PPi

Эта реакция служит также для предотвращения включения урацила в ДНК (гл. 25).

Дезаминирование dCMP дезоксицитидилатгидролазой также приводит к образованию dUMP. В приведенных ниже формулах

Г2 ?

I II + н20-> I II + NH3

о=с гн о=с ^CH

? ? I I

d-рибозо-Р d-рибозо-Р Эезоксицити0ин-5'-фосфвт ЭеэоксицриЭин- S-фосфат

d-рибозо-Р отражает дезоксирибозо-5'-фосфат.

Этот фермент, присутствующий в печени, также катализирует дезаминирование метил- и оксиметилдезоксицитидиловых кислот.

5'-метилдезоксицитидин-5'-фосфат -j- Н20 -»- тимидин-5'-фосфат -|- NH3

5-оксиметилдезоксицитидин-5'-фосфат + Н20 -»-

5-оксиметилдезоксиуридин-5'-фосфат -f- NH3

В присутствии Са2+, Mg2+ или Mn2+ dCTP является аллостерическим активатором этого фермента, a dTTP — ингибитором. Метилирование dUMP катализируется тимидилатсинтетазой.

дезоксиуридин-5' -фосфат -f- №,10-метилентетрагидроф' -»¦ тимидин-5'-фосфат -f- дигидрофолат

Mg2 юлат--

Тетрагидрофолат служит как источником углерода, так и непосредственным донором водорода в этой сложной реакции. Образующийся дигидрофолат восстанавливается до тетрагидрофола-та в сопряженной с NADP реакции, катализируемой дигидрофо-латредуктазой.

29—1358

Е86 III. МЕТАБОЛИЗМ

Аналогичная реакция, но без восстановления идет при образовании 5-оксиметилдезоксицитидин-5'-фосфата из СМР при инфицировании Е. coli бактериофагами Т2, Т4 или Т6 (гл. 28).

NHZ

I

N СН

I II

N5' -метпилентетрагиЭрофолиевая , 0=С /СН ·->

кислота

d-рибозо-Р ЭеэоксицитиЭи н- 5 - фосфат

N С—СН,ОН _| II

тетрэгийрофолмевая кислота + \

^сн

d-рибозо-Р 5-оксиметил&езоксмиитиаин-5-фосфат

dTMP может также образовываться по запасному пути из тимина при участии тимидинфосфорилазы и тимидинкиназы.

тимин -j- дезоксирибозо-1 -фосфат .< А тимидин-j-Pj тимидин -{- АТР -> тимидин-5'-фосфат + ADP

Уровень тимидинкиназы резко возрастает при инфицировании клеток некоторыми вирусами или в условиях повышенной скорости роста, например при регенерации печени. Этот фермент регулируется аллостерически — ингибируется dTTP и стимулируется различными дезоксирибонуклеозиддифосфатами.

Образование дезоксирибонуклеозидди- и трифосфатов из монофосфатов идет при помощи специфических дезоксирибонуклеотид-киназ и неспецифических нуклеозиддифосфаткиназ, как описано для рибонуклеотидов (разд. 24.1.3). Общая схема основных взаимопревращений пиримидиновых дезоксирибонуклеотидов приведена на рис. 24.3.

dTTP

dCTP ? dUTP-, ?

I dCDP 1 UDP —> dUDP

? ? /

dCMP -> dUMP -

?

dTDP

?

dTMP <—шимиЭин <— тимин

Рис. 24.3. Общая схема основных взаимопревращений пиримидиновых дезоксирибонуклеотидов.

24. МЕТАБОЛИЗМ ПУРИНОВЫХ И ПИРИМИДИНОВЫХ НУКЛЕОТИДОВ

987

24.1.8. Регуляция синтеза нуклеотидов

Из вышесказанного ясно, что раздельные регуляторные механизмы осуществляют контроль за образовавшем пуриновых нуклеотидов (разд. 24.1.4), пиримидиновых нуклеотидов (24.1.5) и дезоксирибонуклеотидов (разд. 24.1.7). Рибонуклеозидтрифосфаты используются при образовании всех типов РНК (гл. 26), а дезокси-нуклеозидтрифосфаты являются непосредственными предшественниками биосинтеза ДНК (гл. 25). То, что свободные дезоксирибо-нуклеозидтрифосфаты присутствуют в клетках в очень малой концентрации, свидетельствует о том, что синтез дезоксинуклеотидов является скоростьлимитирующей стадией при синтезе ДНК- Таким образом, сбалансированные рост и размножение клеток нуждаются в синтезе большого количества нуклеозидтрифосфатов, которые должны поступать в нужном соотношении. Непосредственным источником энергии при образовании всех этих соединений является АТР; регулирование образования АТР зависит от энергетических потребностей клетки и находится под контролем различных механизмов. Однако доступность АТР однозначно определяет скорость образования всех рибо- и дезоксирибонуклеозид-трифосфатов, так как 5-фосфорибозил-1-пирофосфат является исходным веществом при образовании всех нуклеотидов и большие количества АТР необходимы для образования этого ключевого соединения. Фермент, катализирующий синтез 5-фосфорибозил-1-пирофосфата, сильно ингибируется ADP и GDP, что ограничивает синтез этого ключевого соединения при уменьшении энергоснабжения клетки. Влияние ADP как отрицательного эффектора гораздо сильнее, чем GDP. Триптофан и гистидин оказывают слабое влияние, хотя PRPP является предшественником синтеза этих аминокислот (гл. 21).

24.1.9. Образование нуклеотидных коферментов

Все рибонуклеотиды, обнаруженные в РНК, играют и другую важную роль в метаболизме. Так, были обнаружены реакции, в которых участвуют адениловая, гуаниловая, уридиловая, цитидило-вая и тимидиловая кислоты и соответствующие ди- и трифосфаты. Биосинтез и роль этих соединений были рассмотрены ранее. Также было обращено внимание на нуклеотиды, содержащие остатки, не обнаруженные в нуклеиновых кислотах, — никотинамид, флавин и пантотеновую кислоту. Биосинтез нуклеотидов, содержащих эти остатки, нуждается, как правило, в АТР.

24.1.9.1. Флавиновые нуклеотиды

Рибофлавин — 7,8-диметил-10-(1'-О-рибитил)изоаллоксазин — (гл. 50) является необходимым компонентом пищи млекопитаю-

29*

988

III. МЕТАБОЛИЗМ

щих. Как уже обсуждалось, он функционирует в виде моно- или динуклеотида в качестве простетической группы ряда ферментов. Флавинмононуклеотид (рибофлавин-5'-фосфат) образуется нз рибофлавина и АТР в ходе реакции, катализируемой флавокиназой

Mg2+

рибофлавин -j- АТР ->- флавинмононуклеотид (FMN) -(- ADP

Флавинадениндинуклеотид образуется из мононуклеотида с помощью обратимой реакции, катализируемой флавиннуклеотидфосфо-рилазой

Mg2+

флавинмононуклеотид -f- АТР < > флавинадениндинуклеотид (FAD) + PPi

24.1.9.2. Пиридиннуклеотиды

Никотинамидадениндинуклеотид (NAD) (разд. 12.1.1) содержит никотинамид, важный компонент пищи млекопитающих (гл. 50). Путь образования de novo никотиновой кислоты из триптофа

страница 90
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 2" (8.40Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(21.10.2019)