Обмен нуклеотидов и нуклеионых кислот. Патология обмена нуклеотидов. Клиническая биохимия
Материал подготовлен резидентом КазНМУ им. С.Д. Асфендиярова Енцовым Д.В.
Клиническое значение изучения темы заключается в необходимости понимания путей метаболизма нуклеиновых кислот, в том числе реакций образования их компонентов, что важно с точки зрения правильности применения цитостатических противоопухолевых препаратов, понимания механизмов канцерогенеза, генетических (наследственных) заболеваний, некоторых видов нарушений обмена веществ, гиповитаминозов.
Нуклеотиды - это компоненты нуклеиновых кислот. Пуриновые и пиримидиновые азотистые основания являются производными ароматических гетероциклических соединений - пурина и пиримидина. Молекула пурина состоит из двух конденсированных колец: пиримидина и имидазола. В состав ДНК входят аденин, гуанин, цитозин, тимин, в РНК вместо тимина присутствует урацил. Кроме главных азотистых оснований в нуклеиновых кислотах присутствуют в небольшом количестве т.н. минорные основания: в ДНК - 5-метилцитозин, 5-метиладенин, в тРНК - тиоурацил, ксантин, гипоксантин, оротовая кислота, ацетилцитозин (всего около 60).
Нуклеотиды состоят из пиримидинового или пуринового азотистого основания, пентозы (рибоза, дезоксирибоза) и фосфорной кислоты. Соединение основания и пентозы - это нуклеозид (аденозин, гуанозин, цитидин, уридин, тимидин): β-гликозидная связь образована первым атомом углерода пентозы с первым атомом азота в пиримидиновых нуклеозидах и девятым атомом азота в пуриновых нуклеозидах. В клетках присутствуют различные нуклеотиды (нуклеозидмонофосфаты, нуклеозиддифосфаты, нуклеозидтрифосфаты). Все нуклеотиды - сильные кислоты, так как остаток фосфорной кислоты легко диссоциирует.
Нуклеиновые кислоты представляют собой полинуклеотиды, число нуклеотидов в которых колеблется от 700 до сотен миллионов. Роль мостика между нуклеотидами выполняет 3,5-фосфодиэфирная связь, соединяющая рибозы двух соседних нуклеотидов. На одном конце полинуклеотидной цепи остается свободной 5’-ОН-группа (начало цепи), на другом - 3’-ОН-группа (конец цепи). Полинуклеотидная цепь несет множество фосфатных групп, которые легко диссоциируют, вследствие чего она приобретает отрицательный заряд. В связи с этим нуклеиновые кислоты в клетке во многих случаях связаны с основными белками, образуя нуклеопротеины.
Функции нуклеотидов:
1. Предшественники и структурные компоненты нуклеиновых кислот.
2. Цикл АДФ-АТФ участвует в трансформации энергии окисления в энергию, расходуемую в различных метаболических регуляторных процессах, например, транспорт ионов.
3. Остаток адениловой кислоты входит в состав НАД, выполняющего коферментную и субстратную функции, ФАД, выполняющего функцию кофермента, КоА (кофермента ацилирования), УТФ, ГТФ, ЦТФ выполняют роль коферментов в реакциях переноса моносахаридных остатков, ЦТФ является коферментом холинтрансферазы.
4. Циклические нуклеотиды являются вторичными посредниками в клетке.