stringtranslate.com

Метаболизм пуринов

Метаболизм пуринов относится к метаболическим путям синтеза и расщепления пуринов , присутствующих во многих организмах.

Биосинтез

Пурины биологически синтезируются как нуклеотиды и, в частности, как риботиды, т.е. основания, присоединенные к рибозо-5-фосфату . Как аденин , так и гуанин происходят от нуклеотидинозинмонофосфата ( ИМФ), который является первым соединением в пути, имеющим полностью сформированную пуриновую кольцевую систему.

ИМП

Синтез ИМФ .
Цветовая схема выглядит следующим образом: ферменты , коферменты , названия субстратов , ионы металлов , неорганические молекулы.

Инозинмонофосфат синтезируется на уже существующем рибозофосфате через сложный путь (как показано на рисунке справа). Источник атомов углерода и азота пуринового кольца, 5 и 4 соответственно, поступает из нескольких источников. Аминокислота глицин вносит все свои атомы углерода (2) и азота (1), с дополнительными атомами азота от глутамина (2) и аспарагиновой кислоты (1), и дополнительными атомами углерода от формильных групп (2), которые переносятся из кофермента тетрагидрофолата в виде 10-формилтетрагидрофолата , и атома углерода от бикарбоната (1). Формильные группы образуют углерод-2 и углерод-8 в системе пуринового кольца, которые действуют как мостики между двумя атомами азота.

Ключевым регуляторным шагом является производство 5-фосфо-α- D -рибозил-1-пирофосфата ( PRPP ) рибозофосфатпирофосфокиназой, которая активируется неорганическим фосфатом и инактивируется пуриновыми рибонуклеотидами. Это не обязательный шаг к синтезу пурина, поскольку PRPP также используется в синтезе пиримидина и путях утилизации.

Первым обязательным этапом является реакция PRPP, глутамина и воды с образованием 5'-фосфорибозиламина (PRA), глутамата и пирофосфата , катализируемая амидофосфорибозилтрансферазой , которая активируется PRPP и ингибируется AMP , GMP и IMP .

PRPP + L-глутамин + H 2 O → PRA + L-глутамат + PPi

На втором этапе происходит реакция PRA , глицина и АТФ с образованием GAR , ADP и пирофосфата, катализируемая фосфорибозиламин-глицинлигазой (GAR-синтетазой). Из-за химической лабильности PRA, период полураспада которой составляет 38 секунд при pH 7,5 и 37 °C, исследователи предположили, что соединение передается от амидофосфорибозилтрансферазы к GAR-синтетазе in vivo. [1]

PRA + Глицин + АТФ → GAR + АДФ + Pi

Третий катализируется фосфорибозилглицинамидформилтрансферазой .

ГАР + фТГФ → фГАР + ТГФ

Четвертый катализируется фосфорибозилформилглицинамидинсинтазой .

fGAR + L-глутамин + АТФ → fGAM + L-глутамат + АДФ + Pi

Пятый катализируется синтетазой AIR (циклазой FGAM) .

фГАМ + АТФ → ВОЗДУХ + АДФ + Pi + H2O

Шестой катализируется фосфорибозиламиноимидазолкарбоксилазой .

ВОЗДУХ + CO2 → CAIR + 2H+

Седьмой катализируется фосфорибозиламиноимидазолсукцинокарбоксамидсинтазой .

CAIR + L-аспартат + АТФ → SAICAR + АДФ + Pi

Восьмерка катализируется аденилосукцинатлиазой .

SAICAR → AICAR + фумарат

Продукты AICAR и фумарат переходят на два разных пути. AICAR служит реагентом для девятого шага, в то время как фумарат транспортируется в цикл лимонной кислоты, который затем может пропустить этапы выделения диоксида углерода, чтобы произвести малат. Превращение фумарата в малат катализируется фумаразой. Таким образом, фумарат связывает синтез пурина с циклом лимонной кислоты. [2]

Девятый катализируется фосфорибозиламиноимидазолкарбоксамидформилтрансферазой .

AICAR + fTHF → FAICAR + THF

Последний этап катализируется инозинмонофосфатсинтазой .

FAICAR → ИМБ + H2O

У эукариот второй, третий и пятый этапы катализируются трифункциональным пуриновым биосинтетическим белком аденозином-3 , который кодируется геном GART.

Девятый и десятый этапы выполняются одним белком, называемым бифункциональным белком биосинтеза пуринов PURH, кодируемым геном ATIC.

НМП

АМП

Деградация

Пурины метаболизируются несколькими ферментами :

гуанин

Аденин

Регуляция биосинтеза пуриновых нуклеотидов

Образование 5'-фосфорибозиламина из глутамина и PRPP, катализируемое PRPP-аминотрансферазой, является точкой регуляции для синтеза пурина. Фермент является аллостерическим ферментом, поэтому он может быть преобразован из IMP, GMP и AMP в высокой концентрации, связывается с ферментом, чтобы оказывать ингибирование, в то время как PRPP в большом количестве связывается с ферментом, который вызывает активацию. Таким образом, IMP, GMP и AMP являются ингибиторами, в то время как PRPP является активатором. Между образованием 5'-фосфорибозила, аминоимидазола и IMP нет известного этапа регуляции.

Спасение

Пурины, образующиеся в результате обмена клеточных нуклеиновых кислот (или из пищи), также могут быть восстановлены и повторно использованы в новых нуклеотидах.

Расстройства

Когда дефектный ген вызывает пробелы в процессе метаболической переработки пуринов и пиримидинов, эти химические вещества не метаболизируются должным образом, и взрослые или дети могут страдать от любого из двадцати восьми наследственных заболеваний, возможно, еще от нескольких, пока неизвестных. Симптомы могут включать подагру , анемию, эпилепсию, задержку развития, глухоту, компульсивное самокусывание, почечную недостаточность или камни или потерю иммунитета.

Метаболизм пуринов может иметь дисбаланс, который может возникнуть из-за вредных нуклеотидтрифосфатов, включающихся в ДНК и РНК, что в дальнейшем приводит к генетическим нарушениям и мутациям, и в результате вызывает несколько типов заболеваний. Вот некоторые из заболеваний:

  1. Тяжелый иммунодефицит из-за потери аденозиндезаминазы.
  2. Гиперурикемия и синдром Леша-Нихана из-за потери гипоксантин-гуанинфосфорибозилтрансферазы.
  3. Различные типы рака за счет увеличения активности ферментов, таких как ИМФ-дегидрогеназа. [4]

Фармакотерапия

Модуляция метаболизма пуринов имеет фармакотерапевтическое значение.

Ингибиторы синтеза пуринов подавляют пролиферацию клеток, особенно лейкоцитов . К этим ингибиторам относится азатиоприн , иммунодепрессант, используемый при трансплантации органов , аутоиммунных заболеваниях, таких как ревматоидный артрит , или воспалительных заболеваниях кишечника, таких как болезнь Крона и язвенный колит .

Микофенолата мофетил — иммунодепрессант, используемый для предотвращения отторжения при трансплантации органов; он подавляет синтез пуринов, блокируя инозинмонофосфатдегидрогеназу (ИМФДГ). [5] Метотрексат также косвенно подавляет синтез пуринов, блокируя метаболизм фолиевой кислоты (он является ингибитором дигидрофолатредуктазы ) .

Аллопуринол — это препарат, который ингибирует фермент ксантиноксидоредуктазу и, таким образом, снижает уровень мочевой кислоты в организме. Это может быть полезно при лечении подагры, заболевания, вызванного избытком мочевой кислоты, образующей кристаллы в суставах.

Пребиотический синтез пуриновых рибонуклеозидов

Чтобы понять, как возникла жизнь , необходимо знание химических путей, которые позволяют формировать ключевые строительные блоки жизни в вероятных пребиотических условиях . Нам и др. [6] продемонстрировали прямую конденсацию пуриновых и пиримидиновых нуклеиновых оснований с рибозой, чтобы получить рибонуклеозиды в водных микрокаплях, ключевой шаг, ведущий к образованию РНК. Кроме того, вероятный пребиотический процесс синтеза пуриновых рибонуклеозидов был представлен Беккером и др. [7] .

Биосинтез пуринов в трех сферах жизни

Организмы во всех трех доменах жизни, эукариоты , бактерии и археи , способны осуществлять биосинтез пуринов de novo . Эта способность отражает важность пуринов для жизни. Биохимический путь синтеза очень похож у эукариот и видов бактерий, но более изменчив среди видов архей. [8] Было установлено, что почти полный или полный набор генов, необходимых для биосинтеза пуринов, присутствует у 58 из 65 изученных видов архей. [8] Однако также были идентифицированы семь видов архей с полностью или почти полностью отсутствующими генами, кодирующими пурины. По-видимому, виды архей, неспособные синтезировать пурины, способны приобретать экзогенные пурины для роста., [8] и, таким образом, похожи на пуриновых мутантов эукариот, например, пуриновых мутантов гриба-аскомицета Neurospora crassa , [9] , которым также требуются экзогенные пурины для роста.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Antle VD, Liu D, McKellar BR, Caperelli CA, Hua M, Vince R (апрель 1996 г.). «Субстратная специфичность глицинамидрибонуклеотидсинтетазы из куриной печени». Журнал биологической химии . 271 (14): 8192–5. doi : 10.1074/jbc.271.14.8192 . PMID  8626510.
  2. ^ Garrett RH, Grisham CM (2016). Биохимия (6-е изд.). Cengage Learning. стр. 666, 934. ISBN 9781305577206. OCLC  914290655.
  3. ^ Ansari MY, Equbal A, Dikhit MR, Mansuri R, Rana S, Ali V и др. (февраль 2016 г.). «Установление корреляции между анализом in-silico и in-vitro теста на связь HGPRT Leishmania с ингибиторами». Международный журнал биологических макромолекул . 83 : 78–96. doi : 10.1016/j.ijbiomac.2015.11.051. PMID  26616453.
  4. ^ Pang B, McFaline JL, Burgis NE, Dong M, Taghizadeh K, Sullivan MR и др. (февраль 2012 г.). «Дефекты метаболизма пуриновых нуклеотидов приводят к существенному включению ксантина и гипоксантина в ДНК и РНК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (7): 2319–24. Bibcode : 2012PNAS..109.2319P. doi : 10.1073/pnas.1118455109 . JSTOR  41477470. PMC 3289290. PMID  22308425 . 
  5. ^ "Монография микофенолата для профессионалов". Drugs.com . Архивировано из оригинала 21 апреля 2020 г. Получено 28 октября 2019 г.
  6. ^ Nam I, Nam HG, Zare RN (январь 2018 г.). «Абиотический синтез пуриновых и пиримидиновых рибонуклеозидов в водных микрокаплях». Proc Natl Acad Sci USA . 115 (1): 36–40. Bibcode : 2018PNAS..115...36N. doi : 10.1073/pnas.1718559115 . PMC 5776833. PMID  29255025 . 
  7. ^ Becker S, Thoma I, Deutsch A, Gehrke T, Mayer P, Zipse H, Carell T (май 2016 г.). «Высокопродуктивный, строго региоселективный пребиотический путь образования пуриновых нуклеозидов». Science . 352 (6287): 833–6. Bibcode :2016Sci...352..833B. doi :10.1126/science.aad2808. PMID  27174989.
  8. ^ abc Brown AM, Hoopes SL, White RH, Sarisky CA (декабрь 2011 г.). «Биосинтез пуринов у архей: вариации на тему». Biol Direct . 6 : 63. doi : 10.1186/1745-6150-6-63 . PMC 3261824. PMID  22168471 . 
  9. ^ Бернстайн Х (1961). «Соединения имидазола, накопленные пуриновыми мутантами Neurospora crassa». J. Gen. Microbiol . 25 (1): 41–46. doi : 10.1099/00221287-25-1-41 .

Внешние ссылки