Metabolismul purinelor ( metabolismul purinelor ) este un ansamblu de procese de sinteză și degradare a purinelor și nucleotidelor purinice care apar în organismele vii .
Dintre cele trei componente ale unei nucleotide - acid fosforic , pentoză și o bază azotată - prima este întotdeauna prezentă în celule, a doua are loc cu siguranță în procesul de metabolism al carbohidraților și numai baza azotată este sintetizată într-un mod specific. [1] Celulele majorității organismelor (cu excepția anumitor forme parazitare și a unor tipuri de bacterii) sunt capabile de neoformarea purinelor.
Biosinteza de novo a nucleului purinic este realizată printr-o cale metabolică conservatoare din punct de vedere evolutiv (cu diferențe ușoare în grupurile îndepărtate evolutiv). Construcția nucleului purinic începe și se desfășoară complet pe riboză-5-fosfat (intermediari - ribotide), în urma căruia se formează imediat nucleotide (nucleozide-5'-fosfați) și nu baze azotate libere. Materialul este compuși foarte simpli, ușor disponibili; construcția miezului de purină este de natura unui ansamblu secvenţial; Toate reacțiile sunt enzimatice. La o anumită etapă, apare un precursor comun ( nucleotida IMP ), din care se formează alte nucleotide purinice. Procesul de sinteză este consumator de energie, deoarece schimbarea echilibrului reacțiilor individuale, necesară pentru eficiența sa, are loc datorită hidrolizei conjugate a ATP .
Sinteza IMP la Escherichia coli , Microcystis aeruginosa , Streptomyces avermitilis , Bacillus subtilis :
PRPP → 5-PRA → GAR → FGAR → FGAM → AIR → NCAIR ⇌ CAIR ⇌ SAICAR ⇌ AICAR → FAICAR ⇌ IMP
Sinteza IMP la Arabidopsis thaliana , Saccharomyces cerevisiae , Neurospora crassa , Drosophila melanogaster , Danio rerio , Homo sapiens :
PRPP → 5-PRA → GAR → FGAR → FGAM → AIR ⇌ CAIR ⇌ SAICAR ⇌ AICAR → FAICAR ⇌ IMP
Păsările au un răspuns alternativ deschis pentru primul pas:
R5P → 5-PRA
Nouă formare de purine la animale și la oameniO nouă formare de nucleotide purinice are loc în citosolul majorității celulelor corpului. Cu toate acestea, nu toate celulele și țesuturile corpului sunt la fel de capabile de biosinteza de novo a purinelor - eritrocitele , leucocitele polimorfonucleare și parțial creierul sunt incapabile de neoformare a purinelor, iar nevoile lor de purine sunt asigurate în principal datorită sintezei în celulele hepatice . 2] .
AMP se formează din IMP în două reacții. În primul rând, IMP reacționează cu aspartatul pentru a da adenilosuccinat . Reacția implică hidroliza GTP la GDP și ortofosfat . Adenilosuccinatul este apoi scindat la AMP și fumarat , iar aceeași enzimă care catalizează transformarea SAICAR ⇌ AICAR este responsabilă de reacție.
GMP se formează din IMP în două reacții. În primul rând, IMP este oxidat de dehidrogenază dependentă de NAD la XMP . În a doua reacție, XMP este aminat la GMP. Donorul grupării amino poate fi azotul amidic al glutaminei sau amoniului . Reacția implică hidroliza ATP la AMP și pirofosfat anorganic .
AMP și GMP rezultate sunt fosforilate de kinaze la difosfați, care sunt în continuare fosforilați la trifosfați în reacțiile de fosforilare a substratului (ADP, GDP) sau cuplat (ADP) sau prin kinaze. Reducerea ribozei la 2-dezoxiriboză în timpul biosintezei dezoxiribonucleotidelor în majoritatea organismelor are loc la nivelul difosfaților (la multe procariote, împreună cu aceasta sau în schimb, reducerea are loc la nivelul trifosfaților).
Aminoacizii care acționează ca donatori de atomi în biosinteza purinelor sunt numiți aminoacizi purinogeni . Aminoacizii purinici sunt glicina , glutamina și aspartatul .
Biosinteza de novo a purinelor este un proces relativ complex, în mai multe etape, care necesită o cantitate semnificativă de energie. Acest lucru justifică parțial funcționarea așa-numitei căi de reciclare a purinelor în celulă („calea mântuirii”, „calea mântuirii”). În același timp, majoritatea bazelor purinice libere care se formează ca rezultat al scindării enzimatice sau spontane a nucleotidelor nu sunt îndepărtate din celulă sau organism și nu sunt degradate în continuare, ci sunt din nou incluse în compoziția nucleotidelor. Chimia reutilizării este că bazele purinice libere în prezența unor fosforiboziltransferaze specifice interacționează cu 5-fosforibozil-1-pirofosfat (PRPP) pentru a forma ribonucleotide și pirofosfat anorganic (acesta din urmă este hidrolizat rapid de pirofosfatază in vivo , ceea ce face reacția aproape ireversibilă ). ). În metabolismul pirimidinelor, calea de reciclare nu are o importanță deosebită. [3]
Pionierii studiului biosintezei purinelor au fost biochimiștii americani John Mechlin Buchanan (1917-2007), J. Robert Greenberg (1918-2005), Arthur Kornberg (1918-2007). Buchanan a hrănit păsări (porumbei) cu diverși compuși marcați , apoi a izolat acid uric din excrementele acestora și a studiat încorporarea și distribuția etichetei radioactive. Lucrarea lui Buchanan este un exemplu clasic de descifrare a căilor metabolice folosind etichete izotopice și diferențierea enzimologică în etape separate.
Sunt cunoscute mai multe căi de descompunere a bazelor purinice.
Adenina este dezaminată în hipoxantină și guanina în xantină . Hipoxantina este oxidată în xantină. Xantina este oxidată în acid uric (urat). Acidul uric, ca rezultat al clivajului oxidativ al ciclului pirimidinic, este transformat în alantoină . Ca rezultat al scindării hidrolitice suplimentare a inelului imidazol , acidul alantoic (acid alantoic, alantoat) se formează din ( S )-alantoină . Ca rezultat al scindării hidrolitice succesive a două molecule de uree , acidul glioxilic (glioxilat) se formează ca produs final al uricolizei . [patru]
Majoritatea microorganismelor , plantelor , mulți pești și amfibieni conțin un set complet de enzime uricolitice - produsele finale ale metabolismului purinelor în aceste organisme sunt ureea și glioxilatul, care este implicat în metabolism. Peștii osoși secretă alantoat ca produs final al metabolismului purinelor. La majoritatea mamiferelor și la unele insecte , uricoliza culminează cu formarea alantoinei. Majoritatea insectelor terestre și a moluștelor terestre , reptilele , păsările , oamenii și primatele nu au enzime de scindare a uratilor, iar acidul uric este principalul produs final al descompunerii bazei purinice. La animalele uricotelice (păsări, majoritatea reptilelor, majoritatea insectelor terestre și gasteropodele terestre ), acidul uric este principalul produs final al metabolismului nu numai al purinei, ci și al azotului . [patru]
Desigur, nucleotidele sunt metaboliții primari, dar servesc și ca precursori în sinteza altor compuși foarte importanți.
GTP este substratul inițial în biosinteza riboflavinei , tetrahidrobiopterinei , folatului , molibdopterinei , tetrahidrometanopterinei .
Donatorul unui atom de carbon și a unui atom de azot în biosinteza histidinei este ATP , care este convertit în AICAR ca rezultat.
Fragmentul de pirimidină al moleculei de tiamină este format de novo din AIR cu participarea S -adenosilmetioninei sau din fosfat de piridoxal , în funcție de tipul de organism.
Metabolismul purinelor în diferite organisme generează un set de metaboliți secundari . Unii dintre acești derivați metabolici au activitate fiziologică pronunțată, sunt bine cunoscuți și au aplicații practice ( cofeină , teofilină , teobromină ). Unii derivați structurali cu un schelet purinic pronunțat ( saxitoxină ) nu sunt derivați metabolici ai bazelor azotate purinice și sunt sintetizați destul de diferit.
Filippovici Yu. B. Fundamentele biochimiei. - Ed. a IV-a, revizuită. și suplimentare .. - M . : „Agar”, 1999. - 512 p. — ISBN 5-89218-046-8 .