stringtranslate.com

Пуриновый обмен

Пуриновый метаболизм относится к метаболическим путям синтеза и расщепления пуринов , которые присутствуют во многих организмах.

Биосинтез

Пурины биологически синтезируются в виде нуклеотидов и, в частности, в виде риботидов, т.е. оснований, присоединенных к рибозо-5-фосфату . И аденин , и гуанин происходят из нуклеотида инозинмонофосфата (ИМФ), который является первым соединением на пути, имеющим полностью сформированную пуриновую кольцевую систему.

ИМП

Синтез ИМФ .
Цветовая схема следующая: ферменты , коферменты , названия субстратов , ионы металлов , неорганические молекулы.

Инозинмонофосфат синтезируется на основе уже существующего рибозофосфата сложным путем (как показано на рисунке справа). Источником атомов углерода и азота пуринового кольца, 5 и 4 соответственно, являются различные источники. Аминокислота глицин вносит все свои атомы углерода (2) и азота (1), а также дополнительные атомы азота от глутамина (2) и аспарагиновой кислоты (1), а также дополнительные атомы углерода от формильных групп (2), которые переносятся из коэнзим тетрагидрофолат как 10-формилтетрагидрофолат и атом углерода из бикарбоната (1). Формильные группы образуют углерод-2 и углерод-8 в пуриновой кольцевой системе, которые действуют как мостики между двумя атомами азота.

Ключевым регуляторным этапом 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 пуринов, поскольку PRPP также используется в синтезе и путях утилизации пиримидинов.

Первым обязательным шагом является реакция PRPP, глутамина и воды с 5'-фосфорибозиламином (PRA), глутаматом и пирофосфатом , 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 которого составляет 38 секунд при pH 7,5 и 37 °C, исследователи предположили, что соединение передается от амидофосфорибозилтрансферазы к GAR-синтетазе in vivo. [1]

ПРА + Глицин + АТФ → ГАР + АДФ + Пи

Третий катализируется фосфорибозилглицинамидформилтрансферазой .

ГАР + фТГФ → фГАР + ТГФ

Четвертый катализируется фосфорибозилформилглицинамидинсинтазой .

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

Пятый катализируется AIR-синтетазой (FGAM-циклазой) .

фГАМ + АТФ → АИР + АДФ + Пи + Н 2 О

Шестой катализируется фосфорибозиламиноимидазолкарбоксилазой .

ВОЗДУХ + CO 2 → CAIR + 2H+

Седьмой катализируется фосфорибозиламиноимидазолсукцинокарбоксамидсинтазой .

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

Восьмерка катализируется аденилосукцинатлиазой .

САЙКАР → АЙКАР + фумарат

Продукты AICAR и фумарат распространяются двумя разными путями. AICAR служит реагентом на девятом этапе, в то время как фумарат транспортируется в цикл лимонной кислоты, который затем может пропускать этапы выделения углекислого газа с образованием малата. Превращение фумарата в малат катализируется фумаразой. Таким образом, фумарат связывает синтез пуринов с циклом лимонной кислоты. [2]

Девятый катализируется фосфорибозиламиноимидазолкарбоксамидформилтрансферазой .

AICAR + fTHF → FAICAR + THF

Последний этап катализируется инозинмонофосфатсинтазой .

ФАЙКАР → ИМП + H 2 O

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

И девятый, и десятый этап выполняются с помощью одного белка, называемого бифункциональным белком биосинтеза пуринов PURH, кодируемого геном ATIC.

GMP

AMP

Деградация

Пурины метаболизируются несколькими ферментами :

Гуанин

Аденин

Регуляция биосинтеза пуриновых нуклеотидов

Образование 5'-фосфорибозиламина из глутамина и PRPP, катализируемое аминотрансферазой PRPP, является точкой регуляции синтеза пуринов. Фермент является аллостерическим ферментом, поэтому он может превращаться из ИМФ, ГМФ и АМФ в высокой концентрации, связывая фермент и оказывая ингибирующее действие, в то время как PRPP в больших количествах связывается с ферментом, вызывающим активацию. Таким образом, IMP, GMP и AMP являются ингибиторами, а PRPP — активатором. Между образованием 5'-фосфорибозила, аминоимидазола и ИМФ не существует известной стадии регуляции.

Спасение

Пурины, образующиеся в клеточных нуклеиновых кислотах (или из пищи), также можно сохранить и повторно использовать в новых нуклеотидах.

расстройства

Когда дефектный ген приводит к появлению пробелов 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 некоторых, пока неизвестных. Симптомы могут включать подагру , анемию, эпилепсию, задержку развития, глухоту, компульсивное самокусание, почечную недостаточность или камни или потерю иммунитета.

Пуриновый обмен может иметь дисбаланс, который может возникнуть из-за включения вредных нуклеотид-трифосфатов в ДНК и РНК, что в дальнейшем приводит к генетическим нарушениям и мутациям и, как следствие, приводит к нескольким типам заболеваний. Некоторые из заболеваний:

  1. Тяжелый иммунодефицит вследствие потери аденозиндезаминазы.
  2. Гиперурикемия и синдром Леша-Нихана вследствие потери гипоксантин-гуанинфосфорибозилтрансферазы.
  3. Различные виды рака связаны с увеличением активности ферментов, таких как дегидрогеназа IMP. [4]

Фармакотерапия

Модуляция пуринового обмена имеет фармакотерапевтическое значение.

Ингибиторы синтеза пуринов подавляют пролиферацию клеток, особенно лейкоцитов . Эти ингибиторы включают 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 ингибирует синтез пуринов, блокируя инозинмонофосфатдегидрогеназу (IMPDH). [5] Метотрексат также косвенно ингибирует синтез пуринов, блокируя метаболизм фолиевой кислоты (он является ингибитором дигидрофолатредуктазы ) .

Аллопуринол – 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, образующим кристаллы в суставах.

Пребиотический синтез пуриновых рибонуклеозидов

Чтобы понять, как возникла жизнь , необходимы знания о химических путях, которые позволяют формировать ключевые строительные блоки жизни в вероятных пребиотических условиях . Нам и др. [6] продемонстрировали прямую конденсацию пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований с рибозой с образованием рибонуклеозидов в водных микрокапельках, что является ключевым этапом, ведущим к образованию РНК. Кроме того, Becker et al. представили возможный пребиотический процесс синтеза пуриновых рибонуклеозидов. [7]

Биосинтез пуринов в трех сферах жизни

Организмы во всех трех сферах жизни — эукариоты , бактерии и археи — способны осуществлять биосинтез пуринов de novo . Эта способность отражает необходимость пуринов для жизни. Биохимический путь синтеза очень похож у эукариот и бактерий, но более изменчив у 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, у которых полностью или почти полностью отсутствовали гены, кодирующие пурин. По-видимому, виды архей, неспособные синтезировать пурины, способны приобретать экзогенные пурины для роста [8] и, таким образом, подобны пуриновым мутантам эукариот, например, пуриновым мутантам гриба Ascomycete Neurospora crassa [9] , которым также необходимы экзогенные пурины для роста. рост.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Антле В.Д., Лю Д., МакКеллар Б.Р., Каперелли Калифорния, Хуа М., Винс Р. (апрель 1996 г.). «Субстратная специфичность глицинамидрибонуклеотидсинтетазы из куриной печени». Журнал биологической химии . 271 (14): 8192–5. дои : 10.1074/jbc.271.14.8192 . ПМИД  8626510.
  2. ^ Гарретт Р.Х., Гришэм К.М. (2016). Биохимия (6-е изд.). Cengage Обучение. стр. 666, 934. ISBN. 9781305577206. ОСЛК  914290655.
  3. ^ Ансари М.Ю., Экубал А., Дихит М.Р., Мансури Р., Рана С., Али В. и др. (февраль 2016 г.). «Установление корреляции между анализом in silico и in vitro против Leishmania HGPRT с ингибиторами». Международный журнал биологических макромолекул . 83 : 78–96. doi : 10.1016/j.ijbiomac.2015.11.051. ПМИД  26616453.
  4. ^ Панг Б., Макфалин Дж.Л., Бургис Н.Е., Донг М., Тагизаде К., Салливан М.Р. 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. Бибкод : 2012PNAS..109.2319P. дои : 10.1073/pnas.1118455109 . JSTOR  41477470. PMC 3289290 . ПМИД  22308425. 
  5. ^ «Монография микофенолата для профессионалов». Наркотики.com . Архивировано из оригинала 21 апреля 2020 года . Проверено 28 октября 2019 г.
  6. ^ Нам I, Нам Х.Г., Заре Р.Н. (январь 2018 г.). «Абиотический синтез пуриновых и пиримидиновых рибонуклеозидов в водных микрокапельках». Proc Natl Acad Sci США . 115 (1): 36–40. дои : 10.1073/pnas.1718559115. ПМЦ 5776833 . ПМИД  29255025. 
  7. ^ Беккер С., Тома И., Дойч А., Герке Т., Майер П., Зипсе Х., Карелл Т. (май 2016 г.). «Высокопродуктивный, строго региоселективный путь образования пребиотических пуриновых нуклеозидов». Наука . 352 (6287): 833–6. doi : 10.1126/science.aad2808. ПМИД  27174989.
  8. ^ abc Браун AM, Хупс С.Л., Уайт Р.Х., Сариски, Калифорния (декабрь 2011 г.). «Биосинтез пуринов у архей: вариации на тему». Биол Директ . 6:63 . дои : 10.1186/1745-6150-6-63 . ПМК 3261824 . ПМИД  22168471. 
  9. ^ Бернштейн Х (1961). «Соединения имидазола, накопленные пуриновыми мутантами Neurospora crassa ». Дж. Генерал Микробиол . 25 (1): 41–46. дои : 10.1099/00221287-25-1-41.

Внешние ссылки