Основы биохимии Том 2 - А. Ленинджер 1985

Биоэнергетика и метаболизм
Биосинтез аминокислот и нуклеотидов
Пуриновые нуклеотиды синтезируются сложным путем

Рассмотрим теперь биосинтез нуклеотидов, в котором аминокислоты играют роль важных предшественников. Почти все живые организмы, за исключением лишь некоторых видов бактерий, обладают способностью синтезировать пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды. Два обычных пуриновых нуклеотида, входящих в состав нуклеиновых кислот, - это аденозин-5'-монофосфат (АМР), называемый также аденилатом, и гуанозин-5'-монофосфат (GMР), или гуанилат. В состав этих нуклеотидов входят пуриновые основания - соответственно аденин и гуанин. Первым важным ключом к расшифровке путей биосинтеза пуриновых нуклеотидов послужили результаты исследований, в которых животным скармливались различные меченые метаболиты, после чего определялось место включения изотопной метки в пуриновое ядро. Такие опыты проводились на птицах; азот у них выводится из организма главным образом в форме мочевой кислоты (разд. 19.20), которая является одним из продуктов окисления пуринов и легко может быть выделена в чистом виде из птичьего помета. На рис. 22-14 показано происхождение различных атомов углерода и азота в пуриновом ядре, выявленное в опытах, проведенных на голубях. На рисунке видно, что каждый из четырех атомов азота в молекуле пурина происходит от одной из аминокислот.

Рис. 22-14. Происхождение атомов, образующих пуриновое ядро. Выяснено на основании экспериментов с использованием предшественников. меченных изотопами ¹⁴С или ¹⁵N.

Хотя можно было бы думать, что при биосинтезе пуриновых нуклеотидов образуется пуриновое ядро, а уже затем к нему присоединяется рибозофосфатная часть молекулы, в действительности синтез начинается с рибозо-5-фосфата, на котором последовательно, в несколько этапов строится пуриновое ядро. Таким образом, на первых этапах этого синтеза de novo образуется ациклический предшественник рибонуклеотида, из которого на последующих этапах после замыкания открытой цепи возникает пуриновый нуклеотид.

Главные стадии процесса, ведущего к образованию АМР и GMP, выясненные американскими биохимиками Джоном Бьюкененом и Дж. Робертом Гринбергом, показаны на рис. 22-15-22-17. Сначала в положение 1 рибозо-5-фосфата переносится аминогруппа от глутамина; этот перенос включает две сложные стадии (рис. 22-15). Затем к новой аминогруппе присоединяется аминокислота глицин. Далее следует еще несколько этапов, завершающихся замыканием кольца. Таким путем образуется пятичленное имидазольное кольцо пуринового ядра (рис. 22-16). На это кольцо переносится затем аминогруппа от аспартата, после чего происходит замыкание второго кольца, и в результате образуется пуриновое ядро, состоящее из двух конденсированных колец. Первый промежуточный продукт этого биосинтетического пути, содержащий готовое пуриновое ядро, представляет собой инозиновую кислоту (рис. 22-16 и 22-17). Для последующего превращения инозиновой кислоты в адениловую кислоту (АМР) требуется введение еще одной аминогруппы, донором которой тоже является аспартат; однако это введение аминогруппы происходит довольно сложным путем, который мы здесь рассматривать не будем. Превращение инозиновой кислоты в гуаниловую кислоту (GMP) осуществляется в реакциях, сопровождающихся гидролизом АТР (рис. 22-17). Описанный путь биосинтеза пуриновых нуклеотидов называют синтезом de novo. Позже мы узнаем, что пуриновые нуклеотиды могут синтезироваться также и из готовых продуктов (путем реутилизации пуринов).

Рис. 22-15. Превращение D-рибозо-5-фосфата в 5-фосфо-β-D-рибозиламин.

Рис. 22-17. Превращение инозиновой кислоты в адениловую и гуаниловую кислоты. На красном фоне показаны изменения в пуриновой кольцевой системе.

АМР фосфорилируется до ADP в реакции, катализируемой аденилаткиназой (разд. 14.17)

Образовавшийся ADP фосфорилируется затем до АТР в результате гликолиза или же в результате переноса электронов по дыхательной цепи. За счет АТР образуется сначала GDP, а затем GTP в реакциях. катализируемых соответственно нуклеозидмонофосфаткиназой и нуклеозиддифосфаткиназой

Рис. 22-16. Этапы образования пуринового ядра инозиновой кислоты. На красном фоне показаны структуры, возникающие на каждом из этих последовательных ферментативных этапов. R (на сером фоне) означает 5-фосфо-D-рибозильную группу, на которой строится пуриновая кольцевая система.