2 Биосинтез пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований
1.Синтез пуриновых
Синтез пуриновых оснований происходит во всех клетках организма, главным образом в печени. Исключение составляют эритроциты, полиморфноядерные лейкоциты, лимфоциты.
Условно все реакции синтеза можно разделить на 4 этапа:
1. Синтез 5'-фосфорибозиламина
Первая реакция синтеза пуринов заключается в активации углерода в положении С1 рибозо-5-фосфата, это достигается синтезом 5-фосфорибозил-1-дифосфата (ФРДФ). Рибозо-5-фосфат является тем якорем, на основе которого синтезируется сложный пуриновый цикл.
Вторая реакция – это перенос NH2-группы глутамина на активированный атом С1 рибозо-5-фосфата с образованием 5'-фосфорибозиламина. Указанная NH2-группа фосфорибозиламина уже принадлежит будущему пуриновому кольцу и ее азот будет атомом номер 9.
2. Синтез инозинмонофосфата
5-фосфорибозиламин вовлекается в девять реакций, и в результате образуется первый пуриновый нуклеотид – инозинмонофосфорная кислота (ИМФ). В этих реакциях источниками атомов пуринового кольца являются глицин, аспартат, еще одна молекула глутамина, углекислый газ и производные тетрагидрофолиевой кислоты (ТГФК). В целом на синтез пуринового кольца затрачивается энергия 6 молекул АТФ.
3. Синтез аденозинмонофосфата и гуанозинмонофосфата
Гуанозинмонофосфат (ГМФ) образуется в двух реакциях – сначала он окисляется ИМФ-дегидрогеназой до ксантозилмонофосфата, источником кислорода является вода, акцептором водорода – НАД. После этого работает ГМФ-синтетаза, она использует универсальный клеточный донор NH2-групп – глутамин, источником энергии для реакции служит АТФ.
Аденозинмонофосфат (АМФ) также образуется в двух реакциях, но в качестве донора NH2-группы выступает аспарагиновая кислота. В первой, аденилосукцинат-синтетазной, реакции на присоединение аспартата используется энергия распада ГТФ, во второй реакции аденилосукцинат-лиаза производит удаление части аспарагиновой кислоты в виде фумарата.
Реакции синтеза АМФ и ГМФ
4. Образование нуклеозидтрифосфатов АТФ и ГТФ.
Синтез ГТФ осуществляется в 2 стадии посредством переноса макроэргических фосфатных групп от АТФ. Синтез АТФ происходит несколько иначе. АДФ из АМФ образуется также за счет макроэргических связей АТФ. Для синтеза же АТФ из АДФ в митохондриях есть фермент АТФ-синтаза, образующий АТФ в реакциях окислительного фосфорилирования.
Реакции синтеза АТФ и ГТФ
2.Синтез пиримидиновых нуклеотидов
Синтез пиримидиновых оснований происходит во всех клетках организма. В реакциях синтеза участвует аспарагиновая кислота, глутамин, СО2, затрачивается 2 молекулы АТФ. В отличие от разветвленного синтеза пуринов этот синтез происходит линейно, т.е. пиримидиновые нуклеотиды образуются последовательно, друг за другом.
Условно можно выделить 3 общих этапа синтеза и реакции синтеза УТФ и ЦТФ:
1. Образование карбамоилфосфата
Образование карбамоилфосфата в отличие от синтеза мочевины происходит в цитозоле большинства клеток организма.
2. Образование пиримидинового кольца
Формирование пиримидинового кольца происходит после присоединения аспартата и реакций дегидратации и окисления. Первым пиримидиновым основанием является оротовая кислота.
3. Синтез оротидинмонофосфата и уридинмонофосфорной кислоты
В реакции с фосфорибозилдифосфатом (ФРДФ) к оротовой кислоте присоединяется рибозо-5-фосфат и образуется оротидилмонофосфат, при декарбоксилировании превращающийся в уридинмонофосфат (УМФ).
Источником фосфорибозилдифосфата является первая из двух реакций синтеза фосфорибозиламина при образовании пуринов.
Синтез уридинмонофосфата
4. Синтез уридинтрифосфата
Синтез УТФ осуществляется из УМФ в 2 стадии посредством переноса макроэргических фосфатных групп от АТФ.
Синтез УТФ
5. Синтез цитидинтрифосфата
Образование цитидинтрифосфата (ЦТФ) происходит из УТФ с затратой энергии АТФ при участии глутамина, являющегося донором NH2-группы.
Синтез ЦТФ
Билет 14
1 Общие закономерности обмена веществ и энергии
Обмен веществ и энергии – это обязательное условие существования живых организмов. Организм из внешней среды получает энергию и строительные вещества, затем эти вещества перерабатываются и, наконец, ненужные продукты переработки выделяются из организма в окружающую среду. Таким образом, обмен веществ может быть представлен в виде трех процессов.
1. Пищеварение – это процесс в ходе которого пищевые вещества, как правило, высокомолекулярные и для организма чужеродные, под действием пищеварительных ферментов расщепляются и превращаются в простые соединения – универсальные для всех живых организмов. Белки, например, распадаются на аминокислоты точно такие же как аминокислоты самого организма. Из углеводов пищи образуется универсальный моносахарид – глюкоза. Поэтому конечные продукты пищеварения могут вводиться во внутреннюю среду организма и использоваться клетками для разнообразных целей.
2. Метаболизм – это совокупность химических реакций, протекающая во внутренней среде организма.Правда, иногда слово «метаболизм» понимают как синоним обмена веществ.
3. Выделение – это процесс удаления отработанных веществ из организма. Этот процесс происходит, как на последних этапах пищеварения, так и в ходе метаболизма. В последнем случае в выделении участвует кровьи особые органы выделения продуктов распада азотистых веществ -почки.
Выделяют внешний и промежуточный виды обмена веществ. Внешний обмен веществ – это внеклеточное превращение веществ на путях их поступления и выделения. Этот вид обмена обычно изучается в курсах физиологии человека.Промежуточный обмен веществ– обмен веществ внутри клеток, включающий превращение компонентов пищи после их переваривания и всасывания. Промежуточный обмен является предметом изучения биохимии. Часто именно к внутриклеточным процессам применяют термин метаболизм. Метаболизм представляет собой множество последовательных ферментативных реакций.
Клеточный метаболизм складывается из двух потоков реакций – энергетического (катаболизма) и конструктивного метаболизма (анаболизма).Катаболизм (диссимиляция) – это процесс распада поступающих извне питательных веществ с образованием энергетических субстратов. Энергетический метаболизм приводит к накоплению клеточной энергии, которая затем расходуется во всех клеточных энергозависимых процессах.
Анаболизм (ассимиляция) – это процесс биосинтеза, обеспечивающий построение компонентов клетки из поступающих извне веществ. Анаболизм связан с потреблением энергии. Анаболизм и катаболизм сопряжены, и общая их часть называется – амфиболизмом или центральными метаболическими реакциями. Итак,амфиболизм– это сопряженная часть катаболических и анаболических процессов.
В обмене веществ выделяют два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса - анаболизм и катаболизм. Анаболизм (ассимиляция)представляет собой совокупность химических реакций, в результате которых из простых соединений образуются сложные органические вещества, специфичные для организма (нуклеиновые кислоты, белки и др.). Анаболические реакции протекают с использованием химической энергии в виде макроэргических связей (в основном АТФ) и восстановительных эквивалентов (НАДН2 и НАДФН2), образованных при распаде биоорганических соединений
Таким образом, организм человека, как и другие живые системы, неразрывно связан с внешней средой. В течение всей жизни из внешней среды в организм поступают питательные вещества (углеводы, жиры, белки), а также вода и кислород. Используются они либо на построение собственных веществ организма, либо для извлечения энергии. Продукты обмена веществ и часть энергии, в основном в виде тепла, выделяется из организма в окружающую среду. Взрослый человек за 40 лет жизни съедает тонны питательных веществ и выпивает около 20000 л воды без изменения массы тела. Это свидетельствует о том, что организм человека, являясь открытой системой, способен создавать и поддерживать постоянство химического состава внутренней среды – гомеостаз. Такое свойство живого организма обеспечивает его самообновление и самосохранение, что возможно благодаря постоянно протекающему обмену веществ