Биоэнергетика и обмен углеводов и нуклеотидов, АТФ

Основа жизни — нуклеотиды — фосфорные эфиры нуклеозидов как свободные (АТФ, АДФцАМФ) и составляющие  многих коферментов и всех нуклеиновых кислот  (цикл.см.ниже)

фосфорилированы киназами клетки по первичной спиртовой группе сахара, нуклеотиды[1]  на основе аденозина — фосфорные производные аденина С5H5N5 (м 135,14 г/моль, с 3Н2О дает кристаллогидрат) как основания (pKa1=4,15; pKa2=9,8). Он раньше назывался витамином B4[1], и может терять аминогруппу, превращаясь в гипоксантин (6-оксипурин),
Более распространены  β-N-гликозиды пуринов или пиримидинов и пентоз — в зависимости от структуры D-рибозы или D-2-дезоксирибозы  различают рибонуклеотиды и дезоксирибонуклеотиды,  мономеры макромолекул  био полимеров (полинуклеотидов) — соответственно РНК или ДНК[1].
   Из множества вопросов, например, модификации нуклеотидов — наших лекарств от рака и  биофизиков МГУ, Твердислова (восстановления симметрии левых АК — белков с правыми углеводами- нуклеотидами и спиралью ДНК — где д-сахара связаны с правой спиралью, откуда лекарства с левыми типа нашей 1-ксилозы), нарушающих спираль АК — не асимметричного Гли и близкого углеводам и витамину С (фуранам) О-Про, в углеводах «богатый гидроксипролином белок составляет 2-10% массы первичной оболочки и связан в гликопротеин — экстенсин. По Лампорту, первичную оболочку составляют переплетенные сетки микрофибрилл целлюлозы (30% оболочки с ковалентными и Н-связями с матриксом) и экстенсина в матриксе из ГМЦ и пектиновых веществ. Т.о. ядро оболочек кроме мех.функции целлюлозы включает азотно-белковый +заряд.  1-2-3-е спирали также связана с ОН-ПроГли,

Глицин — источник ОУФ и нуклеотидов, холина (холе-желчь — благодаря его +заряду, ПАВ), в церебролизине (1,65–1,80 мг/мл)[1], в пищевой промышленности  пищевая добавка E640 как модификатор вкуса и аромата.

Обмен азота для связывания в организме более токсичного  аммиака без воды завершает мочевина у большинства позвоночных, а конечным и пуринового и белкового обмена птиц, ряда пресмыкающихся и большинства наземных насекомых оказываются пурины — мочевая кислота (выводимая с минимальным количеством воды и в твёрдом виде; экскременты птиц — гуано до 25 % МК), также встречается у растений.

У человека и приматов это конечный продукт обмена пуринов (см. Пуриновые основания), в результате ферментативного окисления ксантина под действием ксантиноксидазы; у остальных млекопитающих превращается в аллантоин. Небольшие количества ее в тканях (мозг,печень, кровь), моче и поте, и накопление ее и её кислых солей (уратов) в организме (камни в почках и мочевом пузыре, подагрические отложения, гиперурикемия), в крови  человека —называется гиперурикемия (возможны точечные как укусы комара аллергии), а отложения кристаллов урата натрия (соль мочевой кислоты) в суставах — подагрой— см. Uric acid — Lab Tests OnlineUric acid blood test — MedlinePlus

Фосфатный остаток в нуклеотидах обычно образует сложноэфирную связь с 2′-, 3′- или 5′-гидроксильными группами рибонуклеозидов, в случае 2′-дезоксинуклеозидов этерифицируются 3′- или 5′-гидроксильные группы.

Кроме моноэфиров ортофосфорной кислоты известны и диэфиры нуклеотидов,  этерифицированы два гидроксильных остатка — например, циклические нуклеотиды циклоаденин- и циклогуанин монофосфаты (цАМФ и цГМФ), и моно- и диэфиры пирофосфорной кислоты (аденозиндифосфат) и моноэфиры триполифосфорной кислоты (аденозинтрифосфат). Соединения 2-3 их называют ди- и тринуклеотидами, из большего числа — олиго- и полинуклеотидами, или  нуклеиновыми кислотами (НК).

Латинские и русские коды для нуклеиновых оснований: A — А: Аденин; G — Г: Гуанин; C — Ц: Цитозин; T — Т: Тимин (5-метилурацил), встречается в РНК, занимает место урацила в ДНК; U — У: Урацил, встречается в ДНК у бактериофагов, занимает место тимина в РНК.

Международным союзом теоретической и прикладной химии (International Union of Pure and Applied Chemistry, сокращённо — англ. IUPAC, ИЮПАК) и Международным союзом биохимии и молекулярной биологии (International Union of Biochemistry and Molecular Biology (англ.), сокращённо — англ. IUBMB) приняты (при секвенировании  ДНК или РНК) для определения нуклеотида, помимо пяти основных (A, C, T, G, U),  другие буквы латинского алфавита в зависимости  вероятности и обозначения вырожденных (не совпадающих у разных гомологичных последовательностей) позиций, например при записи последовательности праймеров для ПЦР. Длину секвенированных участков ДНК (гена, сайта, хромосомы) или всего генома указывают в парах нуклеотидов (пн), или парах оснований (англ. base pairs, сокращённо bp), как элемент.-единиц двухцепочечной молекулы НК.

  Означает Комплементарная пара
A A T в ДНК; U в РНК
C C G
G G C
T или U T в ДНК; U в РНК A
M A или C K
R A или G Y
W A или T W
S C или G S
Y C или T R
K G или T M
V A или C  или G B
H A или C или T D
D A или G или T H
B C или G или T V
X или N A или C или G или T (U) любой

*Названия нуклеотидов представляют собой аббревиатуры в виде стандартных трёх- или четырёхбуквенных кодов, с «д» (англ. d), — дезоксирибонуклеотид; без «д» означает рибонуклеотид, с «ц» (англ. c) — цикл. нуклеотида (например, цАМФ).

Первая прописная буква аббревиатуры указывает азотистое основание или группу возможных нуклеиновых оснований, вторая буква —  количество (М — моно-, Д — ди-, Т — три-) остатков фосфорной кислоты — третья буква — Ф («-фосфат»; англ. P).

 

Биороль: 1. Универсальный источник энергии (АТФ и его аналоги)- ниже

2. Являются активаторами и переносчиками мономеров в клетке(УДФ-глюкоза)

3. Выступают в роли коферментов (ФАД, ФМН, НАД+, НАДФ+)

4. Циклические мононуклеотиды являются вторичными посредниками при действии гормонов и других сигналов, клеточными медиаторами, регуляции метаболизма, в т.ч. ионов (Са2+) и мышечного.* Как производные адениловой и гуаниловой кислот, рациональные химические названия — циклический 3,5-аденозинмонофосфат (цАМФ) и циклический 3,5-гуанозинмонофосфат (цГМФ)

5. Аллостерические регуляторы активности ферментов.

6. Являются мономерами в составе нуклеиновых кислот, связанные 3′-5′-фосфодиэфирными связями.

В домолекулярной генетике  ДНК — мутации термины рекон. мутон — единиц мутации — наименьших элементов соответствуют одному нуклеотиду ( Abbreviations and Symbols for Nucleic Acids, Polynucleotides and their Constituents IUPAC-IUB Commission on Biochemical Nomenclature (CBN) Accessed 03 Jan 2006)

9-β-D-рибофуранозиладенин-5′-трифосфат, или
9-β-D-рибофуранозил-6-амино-пурин-5′-трифосфат.

Химически АТФ представляет собой эфир трифосфорной кислоты (α, β и γ) и аденозина — 5′-углерода рибозы (соединяемой связью 1′-углерода β-N-гликозидной с аденином  — азотистое основание)

Трифосфаты:

нуклеозидтрифосфаты (Nucleoside triphosphate, NTP) — это нуклеозиды с тремя фосфатами как аденозинтрифосфат (ATP), гуанозинтрифосфат  (GTP), цитидинтрифосфат (CTP), тимидинтрифосфатом (TTP) и уридинтрифосфат (UTP), содержат сахар рибозу. С дезоксирибозой приставка дезокси- в имени и d- в сокращении: дезоксиаденозинтрифосфат (dATP), dUTP и т.д.)

определяют обмен энергии и веществ в организмах;  как универсальный источник энергии для всех их — АТФ (открыт в 1929 в Гарвардской медшколе — Карлом Ломаном, Сайрусом Фиске и  Й.Суббарао[1], как основной переносчик энергии в клетке[2] показал в 1941 году Фриц Липман, НП 63 с Кребсом).

Синтез — фосфорилирование АДФ + H3PO4 + энергия → АТФ + H2O   включает три способа — субстратное фосфорилирование (путем гликолиза или переноса фосфатной группы с других макроэргических соединений),  окислительное фосфорилирование (на мембранах митохондрий в ходе окислительного фосфорилирования H-зависимой АТФ-синтазой) и  фото-синтез растений (ОВ).

АТФ относится к так называемым макроэргическим соединениям, то есть к химическим соединениям, содержащим связи, при гидролизе которых происходит освобождение значительного количества энергии. Гидролиз макроэргических связей молекулы АТФ, сопровождаемый отщеплением 1 или 2 остатков фосфорной кислоты, приводит к выделению, по различным данным, от 40 до 60 кДж/моль.

Циклы АТФ — суть энергетического обмена и обновления веществ; у человека время жизни одной молекулы АТФ менее 1 мин, с 2000—3000 циклов ресинтеза в сутки (синтезируя около 40 кг АТФ в день, содержит в каждый момент примерно 250 г).

Как носитель двух высокоэнергетических связей, АТФ служит непосредственным источником энергии для множества энергозатратных биохимических и физиологических процессов, синтеза сложных веществ в организме: осуществление активного переноса молекул через биологические мембраны,  трансмембранного электрического потенциала; мышечного сокращения.

Энергетическая  функция синтеза обща для НК и цНМФ, г.о.  циклического аденозинмонофосфата — вторичного посредника передачи в клетку гормонального сигнала, регуляции (аллостерическим эффектором ферментов), медиатора в синапсах и сигнального вещества в других межклеточных взаимодействиях (пуринергическая передача сигнала).

цНМФ представляют циклизацию (ядра) нуклеотидов, симметризацию их молекулы, где С3+(Пир)кольцу пурина отвечает С3-фосфатное ОРО-(вместо мочевины) и может быть переходным состоянием гидролиза и др. х.р. внутри клетки, передавая  действие от гормонов снаружи клетки на их — ферменты и ДНК-память, как чувство (например, лактозы …- 1ас-оперон, через иРНК-посредник и индукцию ферментов, НП -65 Жакоба-Моно)

обмен и содержание цАМФ  зависит от активности двух ферментов — аденилатциклазы (АЦ, катализ циклизации АТФ в цАМФ + пирофосфат) и расщепления- фосфодиэстеразы (ФДЭ). Встроенная в мембрану АЦ катализирует синтез цАМФ из АТФ; ФДЭ ствляет гидролиз до АМФ [Sutherland W. et al., 1968, НП 71]. Действует на обмен через систему протеинкиназ (ПК) и изменения уровня кальция [Cheung W., 1972].
ПК  сложны, из 2 субъединиц — соединение цАМФ с регуляторной  освобождает каталитическую, путем фосфорилирования ряда ферментов и структурных белков контролирующую физио процессы метаболизма гликогена, жирных кислот, мембран — электролитов и прежде всего кальция, работу генетического аппарата клетки и др. [Буларгина Т. В. и др., 1980; Северин Е. С. и др., 1980].

цНМФ могут относиться к ДНК как чувство к памяти, развитие и старение заменяет их (привычкой, по Гегелю, Биша, Фролькис и др.).*

Связь между чувством-гормоном или др. химическим сигналом (первый посредник) и цAMФ (второй посредник) осуществляет аденилатциклазный комплекс, включающий настроенный на первые рецептор на внешней стороне клеточной мембраны, и АЦ внутри, образует из АТФ  цAMФ с концентраций выше гормонов на 2 порядка, в 100 раз. Действия цAMФ — например, через  протеинкиназы, аллостерический эффект-ор ПК A и ионных каналов. Связь с регуляторной субъединицей протеинкиназы приводит к диссоциации — освобождению его каталитической субъединицы,  фосфорилирования белков, ферментов — в морфологии, подвижности, пигментации клеток, в кроветворении, клеточном иммунитете, вирусной инфекции и др.

В бактериях, реакции на среду — культивации, уровень цАМФ низок, если в качестве источника углерода используется глюкоза (ингибируя Ац транспортом глюкозы в клетку. Транскрипционный фактор CRP (cAMP receptor protein), = CAP (протеин активации катаболизма) формирует комплекс с цАМФ и  с ДНК, увеличивает экспрессию большого количества генов, ферментов запасания энергии не глюкозы. В +регуляции lac оперона в среде с низкой концентрацией глюкозы, цАМФ накапливается и связывается с аллостерическим сайтом транскрипционного регулятора CRP. Этот белок переходит в активную форму и связывается со специфическим сайтом левее lac промотора, облегчая посадку РНК полимеразы на соседний промотер для старта транскрипции с lac оперона, увеличивая скорость транскрипции lac оперона. При высокой концентрации глюкозы, концентрация цАМФ падает, и CRP диссоциирует из lac оперона

*Например, по V. Novak (1972), чувствительность ПК к цАМФ из эмбриональных мышц (лишенных соматической иннервации) в 4 — 6 раз выше, чем в зрелых. Одновременно система цАМФ путем фосфорилирования специфических белков сарколеммы обеспечивает активное состояние пассивных ионных каналов [Spereakis N., Sheider К., 1976] и подавляет работу натриевого и кальциевого насосов, т. е. участвует в формировании потенциала действия.

Участие цАМФ в регуляции уровня кальция — 
связующего между нервным сигналом, инициацией мышечного сокращения и усилением реакций, поставляющих ему энергию  [Fisher Е., 1977]. Регулируя активности отдельных ферментов,  главным образом системы цАМФ — их эффекты взаимосвязаны, м.б. и нейтрализацией заряда и осаждением СаНФ.

Увеличение цАМФ при стимуляции симпатической нервной системы ведет к  активности ПК и  каскаду биохимических реакций. Соматическая НС, видимо,  противоположно действует на циклазную систему, изменяя сродство ПК и цАМФ.


Система цАМФ ткани мышц

Система цАМФ ткани мышц


Деполяризация плазмолеммы сопутствует увеличению тока кальция через систему медленных ионных каналов и освобождению иона из участков мышечных мембран, под контролем цАМФ-зависимой ПК — АЦ, соответственно увеличивает скорость тока и ингибирует работу кальциевого насоса.
Увеличение содержания кальция иниц. масс. переход иона в саркоплазму из цистерн саркоплазматического ретикулума, но ограничивает  увеличение цАМФ из-за активации ФД и торможения АЦ. С определенной концентрацией Са устремляются в миофиламенты, где захватываются тропонином [Mayer F. et al., 1970].
Удаление иона кальция из саркоплазмы в цистерны саркоплазматического ретикулума после акта сокращения также зависит от состояния циклазной системы [Fisher Е. et al., 1976], ретикулум обладает АЦ- и ПК-ной активностью и максимум интенсивности фосфорилирования специфических его белков совпадает с пиком поглощения иона кальция («Нервно-мышечные болезни», Б.М.Гехт, Н.А.Ильина).

 

 

Элементы — составляющие соединения (АФК — АпФ-полиА/Н = НК)

Пурины — открытая Карлом Шееле (1776) в составе мочевых камней «каменная кислота» — acide lithique, была найдена им и в моче и названа мочевой Фуркруа, её элементарный состав установлен Либихом. Ее нашли в гуано, до 25 %, представляли соединением мочевины и «урила» (С2ИО), общего окисленным и ее- до аллоксана,  аллантоин, затем гидантоин и парабановая кислота), синтезировал Горбачёвский в 1882 году при нагревании гликоколя (амидоуксусной кислоты) с мочевиной до 200—230 °С.

NH2-CH2-COOH + 3CO(NH2)2 = C5H4N4O3+ 3NH3 + 2H2O

— сложно, с малым выходом, проще (1888 г.) с изодиалуровой кислотой, или в конденсации мочевины с цианоуксусным эфиром и дальнейшей изомеризации продукта в урамил (аминобарбитуровую кислоту),  конденсации его с изоцианатами, изотиоцианатами или цианатом калия.

пурин был синтезирован Эмилем Фишером из мочевой кислоты  (8-замещением кислорода на хлор и  восстановлением : FischerPurineSynthesis.gif

(сейчас- цинковой пылью, др.лабораторный метод синтеза — циклизация 4,5-диаминопиримидина действием муравьиной кислоты или формамида (синтез Траубе).

Мочевая кислота — исходный продукт для промышленного синтеза и кофеина, с 1840-х — красителя мурексида. Nakamura, T. (April 2008). [Historical review of gout and hyperuricemia investigations]. Nippon Rinsho 66 (4): 624-635.

Производные пурина  в химии природных соединений —пуриновые основания ДНК и РНК;кофермент NAD; алкалоиды, кофеин, теофиллин и теобромин; токсины, сакситоксин и родственные соединения;мочевая кислота), важны в фармацевтике.

Purines.gif

Аденинсодержащие соединения сердца. АМФ в сердце …

Аденозин способен рефосфорилироваться с участием АТФ и … АМФ зависит от интенсивности дефосфорилирования, дезаминирования нуклеотида.

Метаболизм Пуриновых и Пиримидиновых нуклеотидов Схема катаболизма нуклеиновых кислот и нуклеотидов. …. При этом АТФгидролизуется до АМФ и ФФн . …. дезаминирования дЦМФ.  
Биологическая химия (fb2) | КулЛиб — Классная … — CoolLib уклеотиды – доноры и акцепторы остатка фосфорной кислоты; …… 1. повреждения одиночных оснований (дезаминирование… 
https://books.google.by/books?isbn=5457364135
О. Осипова, ‎А. Шустов — 2015 — ‎Science

Пиримидиновое ядро пиримидиновых нуклеотидов синтезируется из диоксида … Цитидиловые нуклеотиды образуются по следующему пути: УМФ + АТФ — УДФ … Цитозин в результате дезаминирования превращается в урацил.

МОДУЛЬ 10 ОБМЕН НУКЛЕОТИДОВ — Vmede.org 10 стадий и идет с затратой шести молекул АТФ. ….. накапливающееся при снижении скорости дезаминирования адениловых нуклеотидов, …  обмен нуклеиновых кислот

Главная х.р. и связь РНК-ДНК-форм — восстановление.

Синтез дезоксирибонуклеотидов идёт с заметной скоростью только в  S-фазах клеток, готовящихся к синтезу ДНК и делению. В покоящихся клетках дезоксинуклеотиды практически отсутствуют. Все дезоксинуклеотиды, кроме тимидиловых, образуются из рибонуклеотидов путём прямого восстановления ОН-группы у второго углеродного атома рибозы в составе рибонуклеозиддифосфатов до дезоксирибозы. Тимидиловые нуклеотиды синтезируются из dУМФ особым путём с участием N5,N10-метилен-Н4-фолата (ниже).

А. Рибонуклеотидредуктазный комплекс

Реакцию восстановления НДФ в дезоксипроизводные катализирует рибонуклеотидредук-тазный комплекс: собственно рибонуклеотидредуктаза (РНР), белок тиоредоксин и фермент тиоредоксинредуктаза, обеспечивающий регенерацию восстановленной формы тиоредоксина (рис. 10-17).

Рибонуклеотидредуктаза — олигомерный белок, состоящий из двух В1— и двух В2-субъединиц, и содержит негеминовое железо в качестве кофактора.

Непосредственным донором водорода в реакции восстановления рибозы служит низкомолекулярный белок тиоредоксин, его 2 SH-группы, отдавая водород, окисляются с образованием дисульфидного мостика. Второй фермент комплекса — тиоредоксинредуктаза — катализирует гидрирование окисленного тиоредоксина с использованием NADPH.

При участии комплекса РНР образуются: dАДФ, dГДФ, dУДФ и dЦДФ, которые с помощью НДФ-киназ превращаются в дНТФ, 3-кроме дУДФ используются в синтезе ДНК.  дНДФ + АТФ → дНТФ + АДФ.

Б. Биосинтез тимидиловых нуклеотидов

Тимидин-5′-монофосфат (дТМФ) образуется из дУМФ в реакции, катализируемой тимиди-латсинтазой (рис. 10-18). Донором метильной группы, появляющейся в 5-положении пиримидинового кольца в молекуле дТМФ, служит кофермент тимидилатсинтазы — N5,N10-метилен-Н4-фолат. С помощью этого кофермента в молекулу дУМФ включается метиленовая группа и восстанавливается в метальную, используя 2 атома водорода от Н4-фолата.

Тимидинкиназа катализирует реакцию: Тимидин + АТФ → дТМФ + АДФ. Дезоксицитидинкиназа + АТФ → дЦМФ + АДФ.

Г. Регуляция синтеза дезоксирибонуклеотидов

Рибонуклеотидредуктаза, тимидилатсинтаза и тимидинкиназа — индуцируемые ферменты, их количество в клетке регулируется на генетическом уровне по механизму индукции и репрессии. Синтез этих белков начинает нарастать в G1-периоде, достигает максимума во время активного синтеза ДНК, снижаясь практически до нуля в G2— и М-периоды клеточного цикла.

 РНР в сложной аллостерической регуляции обеспечивает сбалансированное образование всех дНДФ, последовательное восстановление всех рибонуклеозиддифосфатов — от пиримидиновых до дАДФ, фосфорилируется в дАТФ,  прекращающий восстановление всех остальных рибонуклеозиддифосфатов.

Д. Нарушения в работе РНР, вызванные недостаточностью ферментов катаболизма пуриннуклеотидов

Аденозиндезаминаза (АДА) и пуриннуклеозидфосфорилаза (ПНФ) участвуют в превращении пуриновых нуклеозидов в азотистые основания. Их недостаточность сопровождается развитием тяжёлых форм иммунодефицита.

Недостаточность аденозиндезаминазы. АДА катализирует гидролитическое дезаминирование аденозина и дезоксиаденозина:

Аденозин + Н2О → Инозин + NH3,

Дезоксиаденозин + Н2О → Дезоксиинозин + NH3.

Фермент АДА обнаружен во многих органах и тканях, однако его недостаточность имеет наиболее тяжёлые последствия для клеток лимфоци-тарного ряда. Низкая активность этого фермента нарушает пролиферацию и созревание Т- и В-лимфоцитов и сопровождается тяжёлыми формами клеточного и гуморального иммунодефицита. Дети, страдающие этой патологией, как правило, погибают в раннем возрасте от бактериальных, вирусных или грибковых инфекций.

Столь тяжёлые последствия недостаточности АДА для клеток лимфоцитарного ряда объясняют тем, что при снижении скорости дезаминирования адениловых и дезоксиадениловых нук-леотидов в клетках увеличивается концентрация дАТФ, который ингибирует РНР. Это нарушает синтез всех дНТФ и лишает клетки субстратов для синтеза ДНК. Для нелимфоцитарных клеток недостаточность АДА не сопровождается нарушениями метаболизма в связи с тем, что в них активно работает фосфатаза дАТФ, которая предотвращает накопление основного ингибитора РНР — дАТФ.

Фермент обладает групповой субстратной специфичностью и использует в качестве субстратов некоторые производные аденозина, которые применяются в терапии онкологических и противовирусных заболеваний (аденозинарабинозид, формицин).

Недостаточность пуриннуклеозидфосфорилазы (ПНФ). ПНФ катализирует фосфоролиз пуриновых рибо- и дезоксирибонуклеозидов с освобождением азотистых оснований и рибозо- или дезоксирибозо-1-фосфата. Субстратами служат гуанозин, дезоксигуанозин и инозин.

Нуклеозид + Н3РО4 → Азотистое основание + Рибозо-1-фосфат.

Фермент обнаружен во многих органах и тканях, но особенно активен в клетках-предшественниках Т-лимфоцитов в процессе их созревания в тимусе. При наследственной недостаточности пуриннуклеозидфосфорилазы, вызванной генными мутациями, в крови снижается образование и количество зрелых Т-лимфоцитов. Нарушение созревания Т-лимфоцитов вызвано тем, что в этих клетках высокой активностью обладает дезоксигуанозинкиназа, а это приводит к накоплению дГТФ в концентрациях, которые, подобно дАТФ, ингибируют РНР.

У детей снижен клеточный иммунитет, хотя гуморальный иммунитет не страдает, так как в В-лимфоцитах дезоксигуанозинкиназа малоактивна и накопления дГТФ в токсических концентрациях не отмечают.

Недостаточность ПНФ  легче АДА.

IX. Азотсодержащие соединения — производные аминокислот 512
РАЗДЕЛ 10. Обмен нуклеотидов (С.А. Силаева) 521
I. Переваривание нуклеиновых кислот пищи в желудочно-кишечном тракте 522
II. Синтез пуриновых нуклеотидов 522
III. Катаболизм пуриновых нуклеотидов 529
IV. Нарушения обмена пуриновых нуклеотидов

Связь обмена нуклеотидов и углеводов

В ПФЦ рибулозо-5-фосфат превращается в рибозо-5-фосфат и ксилулозо-5-фосфат, и  переносом углеродных фрагментов в метаболиты гликолиза — фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат (ферменты: эпимераза, изомераза, транскетолаза и трансальдолаза), без ОВ — только для синтеза пентоз. Фермент рибулозо-5-фосфат-З-эпимераза изменяет стехиометрическое положение одной ОН-группы у третьего атома углерода, превращая рибулозо-5-фосфат в ксилулозо-5-фосфат. Другой фермент — рибулозо-5-фосфатизомераза — катализирует превращение рибулозо-5-фосфата в рибозо-5-фосфат (рис. 7-63). Рибозо-5-фосфат, образующийся в неокислительной фазе, обеспечивает клетки рибозой, для синтеза нуклеотидов,  ко-ферментов дегидрогеназ и нуклеиновых кислот.

Ферменты транскетолаза и трансальдолаза катализируют перенос двух- и трёхуглеродных фрагментов, соответственно используя в качестве донора углеродных фрагментов кетозу, а альдозу — в качестве акцептора. На рис. 7-64 транскетолаза расщепляет связь С-С между кетогруппой и соседним атомом углерода в молекуле ксилулозо-5-фосфат, в результате чего кетосахар превращается в альдозу, глицеральдегид-3-фосфат, содержащую на 2 атома углерода меньше. И переносит двухуглеродный фрагмент на альдегидную группу альдосахара, образую новую кетозу — седргептулозо-7-фосфат.  Трансальдолаза переносит его С3 на глицеральдегид-3-фосфат, образуя эритрозо-4-фосфат и фруктозо-6-фосфат (рис. 7-65).

Эта реакция подобна реакции альдольного расщепления гликолитического пути, за исключением С3-кето переноса  на альдосахар глицеральдегид-3-фосфат,  а  не    дигидроксиацетонфосфата. Перенос двухуглеродного фрагмента от ксилулозо-5-фосфата на эритрозо-4-фосфат дает фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат (рис. 7-66).

Так как все реакции неокислительного этапа обратимы, образование рибозо-5-фосфата может происходить не только в результате изомерного превращения продукта окислительной фазы пентозофосфатного пути рибулозо-5-фосфата в рибозо-5-фосфат под действием изомеразы, но также и из промежуточных продуктов гликолиза — фруктозо-6-фосфата и глицеральдегид-3-фосфата. Последовательность превращений, приводящих к образованию рибозо-5-фосфата из таких продуктов гликолитического пути, можно представить в виде:

2 Фруктозо-6-фосфат + Глицеральдегид-3-фосфат → 2 Ксилулозо-5-фосфат + Рибозо-5-фосфат 2 Ксилулозо-5-фосфат → 2 Рибулозо-5-фосфат 2 Рибулозо-5-фосфат → 2 Рибозо-5-фосфат.

Суммарный результат метаболизма 3 молекул рибулозо-5-фосфата в неокислительной фазе пентозофосфатного пути — образование 2 молекул фруктозо-6-фосфата и 1 молекулы глицеральдегид-3-фосфата. Далее фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат могут превратиться в глюкозу. С учётом стехиометрического коэффициента, равного 2, для образования 5 молекул глюкозы (содержащих 30 атомов углерода) потребуются 4 молекулы фруктозо-6-фосфата и 2 молекулы глицеральдегид-3-фосфата (в сумме содержащие также 30 атомов углерода) или, соответственно, 6 молекул рибулозо-5-фосфата. .. возвращения пентоз в фонд гексоз.

В. Пентозофосфатный цикл — Окислительный этап образования пентоз и неокислительный путь возвращения пентоз в гексозы:

6 Глюкозо-6-фосфат + 12 NADP+ + 2 Н2О → 5 Глюк

Рис. 7-63. Превращения рибулозо-5-фосфата.

Рис. 7-63. Превращения рибулозо-5-фосфата.

Рис. 7-64. Реакция переноса двухуглеродного фрагмента, катализируемая транскетолазои.

Рис. 7-64. Реакция переноса двухуглеродного фрагмента, катализируемая транскетолазои.

фазы превращают 6 молекул рибулозо-5-фосфат в 5 молекул глюкозы (гексозы). При последовательном проведении этих реакций единственным полезным продуктом является NADPH, образующийся в окислительной фазе пентозофосфатного пути. Такой процесс назьюают пентозофосфатным циклом (рис. 7-67).

Альдопентозы и 2-кетопентозы широко распространены в природе, встречаются в свободном виде, входят в состав гликозидов, полисахаридов и нуклеиновых кислот. В виде фосфатов  пентозы (как рибулоза) участвуют в углеводом обмене[2] Другие Моносахариды — Альдозы и Кетозы  — в зависимости от наличия кето— или альдогруппы различают кетопентозы (рибулоза, ксилулоза и две 3-кетопентозы) и альдопентозы (рибоза, арабиноза, ксилоза , ликсоза).

У альдопентоз три хиральных центра и, следовательно, возможно наличие восьми различных стереоизомеров.

У 2-кетопентоз по два хиральных центра, и, следовательно, возможны четыре различных стереоизомеров.

Наиболее массовое органическое вещество — древесина, в растениях составляя ствол, ксилему — и от их названия

Ксилоза — «древесный сахар», моносахарид из группы пентоз с эмпирической формулой C5H10O5, принадлежит к альдозам[1]. Все свойства и связи (см. в БД-

PubChem 6027

Удельное вращение водного раствора +18,8°. Не сбраживается обычными дрожжами. При восстановлении образует многоатомный спирт ксилит[2]. При окислении образует ксилоновую, а затем триоксиксилоглутаровую кислоту, используемую в аналитической химии и как заменитель лимонной кислоты в пищевой промышленности[3].

Содержится в эмбрионах растений в качестве эргастического вещества. Входит в состав растительных слизей, гумми, является одним из мономеров полисахарида клеточных стенок — гемицеллюлозы ксилана. Образуется в растениях при декарбоксилировании глюкуроновой кислоты.

Получают путём кислотного гидролиза отрубей, соломы, древесины, хлопковой шелухи, кукурузных кочерыжек. На растворах ксилозы возможно выращивание дрожжеподобных организмов, используемых для получения ценного корма для скота[2] (Страйер, «Биохимия», 1984 г.  Ленинджер А. Основы биохимии: В 3-х т. — М.: Мир, 1985. — 386 с. Перейти к:1 2 Кретович В. Л. Биохимия растений. — М.: Высшая школа, 1986. — 503 с.)

В молекуле 3-кетопентоз один хиральный центр, поэтому возможно всего два стереоизомера.

(См.Каррер, П. Курс органической химии. — М.: Химия, 1960. — 1216 с. Кочетков, Н.К. Химия углеводов / Н. К. Кочетков, А. Ф. Бочков, Б. А. Дмитриев. – М.: Наука, 1967. – 672 с.  Lindhorst, Th. K. Essentials of Carbohydrate Chemistry and Biochemistry / Th. K. Lindhorst. — 1st. — Wiley-VCH, 2007. — 828 р.)

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *