Биологическая химия - часть 124

Распад пиримидиновых нуклеозидов

Последовательность ферментативных реакций гидролиза пиримидиновых

нуклеозидов можно представить в виде схемы:

501

рибоза

Аденозин

Аденозин-

дезаминаза

рибоза

Инозин

Рибозо

Нуклеозидфос-
форилаза

Гипоксантин

Ксантиноксидаза

рибоза

Гуанозин

Нуклеозидфос-

форилаза

Рибозо

Гуанин

Гуаниндез-

аминаза

Ксантин

Ксантин-

оксидаза

Мочевая кислота

Уриказа

Аллантоин

Аллан-

тоиназа

Аллантоиновая

кислота

Аллантоиказа

Мочевина

Глиоксиловая

кислота

Н

2

O

NH

3

H

3

PO

4

H

3

PO

4

Н

2

О

NH

3

.

Н

2

О

2

Н

2

О

O

2

H

2

O

 + O

2

Н

2

O

2

O

2

СО

2

H

2

O

2Н

2

O

502

Цитидин

Рибоза

Цитидиндезаминаза

Рибоза

Уридин

Уридинфосфорилаза

Уридиннук-

леозидаза

Рибозо

Рибоза

Урацил

Дигидроурацил

N-карбамоилпропионовая

кислота

β-Аланин

Дезоксирибоза

Тимидин

Уридиннук

леозидаза

2'-Дезок-

сирибоза

Тимидинфос-

форилаза

2'-Дезокси

рибозо-1

Тимин

Дигидроурацилде-

гидрогеназа

Дигидротимин

Дигидропиримидиназа

N-карбамоилизомасляная

кислота

Мочевина

β-Аминоизомасляная

кислота

Н

2

O

NH

3

Н

3

РO

4

Н

2

O

Н

2

O

Н

3

РO

4

Н

+

 + НАДФН

НАДФ

+

НАДФН + Н

+

НАДФ

+

Н

2

O

Н

2

O

H

2

O

СO

2

NH

3

Н

2

O

СO

2

NH

3

Начальные этапы реакции распада пиримидиновых нуклеотидов ка-

тализируются специфическими ферментами. Конечными продуктами реак-

ции являются СО

2

, NH

3

, мочевина, β-аланин и β-аминоизомасляная кис-

лота. Следует указать, что гидролитический путь распада пиримидинов

является, очевидно, главным путем образования β-аланина, который может

служить источником для синтеза ансерина и карнозина (см. главу 20),

а также для образования КоА. Известно, что β-аланин в животных тканях

подвергается дальнейшему распаду. В тканях животных открыта специ-

фическая аминотрансфераза, катализирующая трансаминирование между

β-аланином и пировиноградной кислотой. В процессе этой обратимой

реакции синтезируются α-аланин и формилацетат (полуальдегид малоновой

кислоты):

Образовавшийся формилацетат далее подвергается окислительному

декарбоксилированию с образованием углекислоты и ацетил-КоА.

ОБМЕН ХРОМОПРОТЕИНОВ

Проблемы синтеза и распада хромопротеинов привлекают внимание как

исследователей, так и практических врачей по двум основным причинам.

Во-первых, вследствие широкого разнообразия биологически важных

функций гемоглобина, хлорофилла и цитохромов, в молекулах которых

центральную роль играет ядро порфирина, обладающее способностью

координационно связываться с ионами металлов (см. главу 2). Во-вторых,

изменения синтеза или распада порфиринов и соответственно их комплек-

сов с белками приводят к нарушению жизненно важных функций и раз-

витию болезней у человека и животных.

В данном разделе будут рассмотрены современные представления о

синтезе и распаде железопорфиринов, в частности гемоглобина – наиболее

изученного хромопротеина.

В организме человека содержится около 4,5–5,0 г железа. На долю

гемоглобина крови из этого количества (если принять за 100% все железо

в организме) приходится 60–70%, миоглобина – 3–5%, ферритина – 20% (от

17 до 23%), трансферрина – около 0,18%, функционального железа тканей –

до 5%. Содержание железа в организме регулируется главным образом

интенсивностью всасывания в кишечнике поступающего с пищей железа.

Избыток его не всасывается. Потребность в железе резко возрастает при

анемиях различного происхождения. Железо всасывается в кишечнике

в виде неорганического двухвалентного иона Fe

2+

 после освобождения его

из комплексов с белками. В клетках слизистой оболочки кишечника железо

уже в трехвалентной форме Fe

3+

 соединяется с белком апоферритином

с образованием стабильного комплекса ферритина. Дальнейший транспорт

железа к местам кроветворения осуществляется в комплексе с β

1

-глобу-

503

β-Аланин

ПВК

α-Аланин

Формилацетат

линами сыворотки крови (комплекс получил название трансферрина)

или железо соединяется с апоферритином тканей, где и депонируется

в виде ферритина. При некоторых заболеваниях (например, при гемо-

хроматозе) избыток железа откладывается в клетках системы макро-

фагов в виде гемосидерина – метаболически инертного соединения желе-

за с белком.

Источниками железа для синтетических целей являются пищевые про-

дукты, а также железо, освобождающееся при постоянном распаде эритро-

цитов в клетках печени и селезенки (около 25 мг в сутки). Простетические

группы пищевых хромопротеинов (гемоглобин, миоглобин), включая хло-

рофиллпротеины, не используются для синтеза железопротеинов орга-

низма, поскольку после переваривания небелковый компонент гем под-

вергается окислению в гематин, который, как и хлорофилл, не всасывается

в кишечнике. Обычно эти пигменты выделяются с содержимым толстой

кишки в неизмененной форме или в виде продуктов распада под действием

ферментов кишечных бактерий. Следовательно, гемсодержащие соединения

пищи не используются в качестве источника порфиринового ядра, а синтез

сложного пиррольного комплекса в организме протекает из низкомоле-

кулярных предшественников de novo.

Биосинтез гемоглобина

Учитывая, что белковая часть молекулы гемоглобина (глобин) синте-

зируется, как и все остальные белки, далее подробно рассмотрен биосинтез

его простетической группы, т.е. синтез тетрапиррольного соединения – гема

(см. главу 2).

К настоящему времени почти полностью выяснены основные пути

образования порфиринов и протопорфиринов, являющихся непосредствен-

ными предшественниками гема и хлорофилла. Благодаря исследованиям

Д. Шемина и др. выяснены основные пути синтеза гема. С помощью

меченых предшественников было показано, что в синтезе гема в бес-

клеточных экстрактах эритроцитов птиц специфическое участие принимают

глицин, уксусная и янтарная кислоты. Источником всех 4 атомов азота

и 8 атомов углерода тетрапиррольного кольца оказался глицин, а ис-

точником остальных 26 из 34 атомов углерода – янтарная кислота (сук-

цинат), точнее ее производное сукцинил-КоА. Последовательность хими-

ческих реакций синтеза тетрапирролов в организме животных можно

условно разделить на несколько стадий.

На I стадии, протекающей в 2 этапа, сукцинил-КоА взаимодействует

с глицином и образованием δ-аминолевулиновой кислоты (δ-АЛК).

504

Сукцинил-КоА

Глицин

δ-Аминолевулинатсинтаза

δ-АЛК

HS-KoA

CO

2