Презентация на тему "Обмен пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Обмен нуклеотидов

  Дисциплина: биохимия (С.2.Б.4) Специальность: 060101 лечебное дело НГМУ, кафедра медицинской химии Д.б.н., доцент Суменкова Дина Валерьевна

• 
  Слайд 2

  Лекция 15. Обмен пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов

  2

• 
  Слайд 3

  Актуальность темы

  Нуклеотиды и их производные выполняют многообразные функции в организме человека: участвуют в синтезе нуклеиновых кислот, нуклеотидных коферментов (NAD, NADP, FAD,FMN), участвуют в образовании активных форм углеводов (УДФ-глюкоза), аминокислот (SAM), «энергетических молекул» (АТФ, ГТФ), участвуют в передаче сигнала гормонов в клетку (цАМФ, цГМФ). Нарушение процессов обмена нуклеотидов лежит в основе патогенеза некоторых заболеваний человека (подагра, мегалобластная анемия, иммунодефицитные состояния). В основе механизма действия ряда противовирусных и противоопухолевых препаратов лежит ингибирование процессов синтеза нуклеотидов. 3

• 
  Слайд 4

  План лекции

  Образование фосфорибозилдифосфата (ФРДФ) – ключевой момент в синтезе нуклеотидов Синтез и катаболизм пуриновых нуклеотидов: ход процесса, регуляция, «запасные» пути синтеза. Нарушения обмена пуриновых нуклеотидов Синтез и катаболизм пиримидиновых нуклеотидов: ход процесса, регуляция, «запасные» пути синтеза. Нарушения обмена пиримидиновых нуклеотидов Образование дезоксирибонуклеотидов Синтез нуклеотидов – мишень действия лекарственных препаратов (задание для самостоятельной работы, см. слайд 34) 4

• 
  Слайд 5

  Цель лекции

  Знать: Основные метаболические пути превращения пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов Использовать знания об обмене нуклеотидов для понимания механизмов возникновения заболеваний, связанных с нарушением их синтеза и катаболизма Использовать знания об обмене нуклеотидов для понимания механизма действия противоопухолевых и противовирусных лекарственных препаратов 5

• 
  Слайд 6

  Вспомните самостоятельноиз курса химии

  Пуриновые и пиримидиновые азотистые основания Структура пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов Виды химических связей в нуклеотидах Роль нуклеотидов в организме человека 6

• 
  Слайд 7

  Образование фосфорибозилдифосфата (ФРДФ)

  Почти все клетки способны к синтезу нуклеотидов. Продукты расщепления нуклеиновых кислот тканей и пищи используются повторно в незначительной степени. Образование ФРДФ – центральное место в синтезе пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов Источник образования ФРДФ: рибозо-5-фосфат (продукт ПФП окисления глюкозы) рибозо-5-фосфат + АТФ → 5-фосфорибозил-1-дифосфат + АМФ (ФРДФ синтетаза) 7

• 
  Слайд 8

  Синтез пуриновых нуклеотидов(см. схему синтеза на слайде 9)

  Сборка пуринового гетероциклического основания осуществляется на ФРДФ при участии глицина, глутамина, аспартата, СО2 и одноуглеродных производных Н4-фолата в цитозоле: формирование 5-членного кольца формирование 6-членного кольца образование первого пуринового нуклеотида – инозинмонофосфата (ИМФ) Синтез ИМФ включает 10 стадий и требует затрат 6 АТФ образование АМФ и ГМФ 8

• 
  Слайд 9
  

  9

• 
  Слайд 10
  

  Происхождение атомов С и N в пуриновом основании 10

• 
  Слайд 11

  Образование АМФ и ГМФ из ИМФОбразование АДФ, ГДФ, ГТФ

  В образовании АМФ из ИМФ участвует аспартат В образовании ГМФ из ИМФ участвует глутамин Схема реакций представлена на слайде 12. Нуклеозидди- и трифосфаты синтезируются при участии АТФ и киназ: АМФ + АТФ ↔ 2АДФ (аденилаткиназа) ГМФ + АТФ → ГДФ + АДФ (гуанилаткиназа) ГДФ + АТФ → ГТФ + АДФ Внимание! Образование АТФ происходит только путем субстратного и окислительного фосфорилирования 11

• 
  Слайд 12
  

  12

• 
  Слайд 13

  Ферменты синтеза АМФ И ГМФ:подписи к схеме слайда 12.

  В синтезе АМФ из ИМФ участвуют ферменты: 1 – аденилосукцинатсинтетаза 2 – аденилосукциназа В синтезе ГМФ из ИМФ участвуют ферменты: 3 – ИМФ-дегидрогеназа 4 – ГМФ-синтетаза КМФ – ксантозин-5-монофосфат 13

• 
  Слайд 14

  Регуляция синтеза пуриновых нуклеотидов

  Аллостерические ферменты: ФРДФ-синтетаза амидофосфорибозилтрансфераза ИМФ-дегидрогеназа Аденилосукцинатсинтетаза Отрицательные эффекторы: АМФ, ГМФ 14

• 
  Слайд 15

  Запасные пути синтеза пуриновых нуклеотидов : «пути спасения»

  В период активного роста тканей синтез пуриновых нуклеотидов из простых предшественников не способен полностью обеспечить нуклеиновые кислоты субстратами, поэтому в этих условиях важную роль играют «пути спасения» 15

• 
  Слайд 16
  

  16 Пути спасения в синтезе пуриновых нуклеотидов

• 
  Слайд 17

  Ферменты «пути спасения» в синтезе пуриновых нуклеотидов

  К слайду 16: 1 – гипоксантин-гуанинфосфорибозилтрансфераза 2 – аденинфосфорибозилтрансфераза 3 - аденозинкиназа 17

• 
  Слайд 18

  Катаболизм пуриновых нуклеотидов (см. схему реакций на слайде 19)

  Терминальный фермент катаболизма: ксантиноксидаза(аэробная дегидрогеназа) Кофакторы: Fe 3+, Мо 2+, FAD Конечный продукт: мочевая кислота образуется в основном в печени и кишечнике выводится с мочой и через кишечник слабая кислота: в биологических жидкостях находится в комплексе с белками или в виде натриевой соли (ураты) в крови: 0,15 – 0,47 ммоль/л (3-7 мг/дл) выводится в сутки: 0,4 – 0,6 г мочевой кислоты и уратов 18

• 
  Слайд 19
  

  19 Схема реакций катаболизма пуриновых нуклеотидов

• 
  Слайд 20

  Ферменты катаболизма пуриновых нуклеотидов

  К слайду 19: 1 – фосфатаза (нуклеотидаза) 2 – аденозиндезаминаза 3 – пуриннуклеозидфосфорилаза 4 – гуаназа 5 - ксантиноксидаза 20

• 
  Слайд 21

  Нарушения обмена пуриновых нуклеотидов

  Дефект генов ферментов гиперактивация или устойчивость ФРДФ-синтетазы к аллостерическим ингибиторам снижение активности гипоксантин-гуанинфосфорибозилтрнасферазы (отсутствие активности вызывает тяжелое заболевание синдром Леша-Нихена, сопровождающееся психическими отклонениями) Подагра (гиперурикемия, отложение мочевой кислоты в суставах) Аллопуринол (лекарственный препарат) – структурный аналог гипоксантина - используется в лечении подагры. Каков механизм действия препарата? Катаболизм пуринов останавливается на стадии гипоксантина, который лучше растворяется в жидкостях организма, чем мочевая кислота. 21

• 
  Слайд 22

  Синтез пиримидиновых нуклеотидов

  Основные этапы синтеза: Формирование пиримидинового кольца (оротата) из глутамина, аспартата, СО2 Взаимодействие оротата с ФРДФ с образованием УМФ Фосфорилирование УМФ Образование ЦТФ из УТФ 22

• 
  Слайд 23

  Образование оротата и УМФ

  глутамин + СО2 + 2 АТФ + Н2О → карбамоилфосфат + 2 АДФ + Рi (карбамоилфосфатсинтетазаII) присоединение аспартата (образование карбамоиласпартата), отщепление воды (образование циклического дигидрооротата) Данные реакции катализирует мультиферментный комплекс КАД-фермент: карбамоилфосфатсинтетаза аспартаттранскарбамоилаза дигидрооротаза окисление дигидрооротата при участии NAD-дегидрогеназы с образованием оротата реакция с ФРДФ: перенос фосфорибозила на оротат и декарбоксилированиеоротидинфосфата с образованием УМФ (УМФ-синтаза: трансфераза и декарбоксилаза) 23

• 
  Слайд 24

  Нарушения образования оротата

  Мутация в гене УМФ-синтазыприводит к нарушению образования УМФ их оротата и вызывает наследственное заболевание, которое сопровождается оратацидурией Клинические проявления: мегалобластная анемия, нарушение работы ЖКТ, сердца, интеллектуальной и двигательной активности Причина проявлений: «пиримидиновый голод» 24

• 
  Слайд 25

  Фосфорилирование УМФ иобразование ЦТФ

  Фосфорилирование УМФ: образование УТФ УМФ + АТФ → УДФ + АДФ УДФ + АТФ → УТФ + АДФ Реакции катализируют киназы Образование ЦТФ: УТФ + глутамин + АТФ → ЦТФ + глутамат + АДФ +H3PO4 (ЦТФ синтетаза) 25

• 
  Слайд 26

  Регуляция синтеза пиримидиновых нуклеотидов

  Аллостерическая регуляция по механизму отрицательной обратной связи: УТФ ингибирует КФС II в составе КАД-фермента УМФ и ЦМФ ингибируют УМФ-синтазу ЦТФ ингибирует ЦТФ-синтетазу 26

• 
  Слайд 27

  Запасные пути синтеза пиримидиновых нуклеотидов

  Запасные пути синтеза пиримидиновых нуклеотидов не играют существенной роли: У или Ц + ФРДФ → УМФ или ЦМФ + РРi (пиримидинфосфорибозилтрансфераза) Уридин + АТФ→ УМФ + АДФ (уридинкиназа) Урацил + рибозо-1-фосфат → уридин + H3PO4(уридинфосфорилаза) 27

• 
  Слайд 28

  Катаболизм пиримидиновых нуклеотидов

  Отщепление остатков фосфорной кислоты и рибозы (аналогично катаболизму пуриновых нуклеотидов) Пиримидиновые основания разрушаются ферментными системами: например Цитозин→ СО2 + NH3 + бета-аланин Конечные продукты – растворимы в воде Бета-аланин включается в состав карнозина и ансерина (мышечные пептиды) 28

• 
  Слайд 29

  Образование дезоксирибонуклеотидов

  Образование дНДФ (А, Г, Ц, У) Образование дТМФиз дУМФ Внутриклеточная концентрация дезоксирибонуклеотидов низкая Активность процесса их образования повышается перед делением клеток во время репликации 2 ферментных комплекса: рибонуклеотидредуктаза (восстановление рибонуклеотидов с образованием дезоксипроизводных): рибонуклеотидредуктаза белок-восстановитель тиоредоксин тиоредоксинредуктаза тимидилсинтаза 29

• 
  Слайд 30
  

  30 «Работа» рибонуклеотидредуктазы

• 
  Слайд 31

  Регуляция активности рибонуклеотидредуктазногокомлпекса

  Аллостерический фермент Отрицательные эффекторы: дНТФ дАТФ – ингибитор восстановления всех рибонуклеотидов Иммунодефициты: накопление дАТФ, связанное со снижением активности аденозиндезаминазы (фермент реакции гидролитического дезаминирования аденозина) приводит к ингибированию рибонуклеотидредуктазы и лишает клетки-предшественники В и Т-лимфоцитов образования дезоксирибонуклеотидов и синтеза ДНК 31

• 
  Слайд 32

  Синтез тимидиловых нуклеотидов

  32 Тимидилсинтазный комплекс ферментов и его ингибирование фторурацилом и метотрексатом

• 
  Слайд 33

  Тимидилсинтаза и запасные пути синтеза

  Тимидилсинтаза (включение одноуглеродного радикала в дУМФ) Дигидрофолатредуктаза Сериноксиметилтрансфераза (перенос оксиметильной группы с серина на Н4-фолат с образованием метилен-Н4-фолата) Запасные пути синтеза: Тимидин + АТФ → дТМФ + АДФ (тимидинкиназа) 33

• 
  Слайд 34

  Задание для самостоятельной работы

  Изучить информацию по теме: «Ферменты синтеза нуклеотидов – мишени действия противоопухолевых и противовирусных препаратов» (см. литературу) Составить таблицу (препарат – механизм действия – область применения) и охарактеризовать препараты: фторурацил, метотрексат, ацикловир, азидотимидин 34

• 
  Слайд 35

  Заключение

  Большая часть используемых в клетках нуклеотидов синтезируется de novoиз простых предшественников (с участием аминокислот, производных фолиевой кислоты). Центральное место в синтезе нуклеотидов занимает образование фосфорибозилдифосфата. «Запасные» пути синтеза (из имеющихся в клетке азотистых оснований и нуклеозидов) играют важную роль в образовании пуриновых нуклеотидов. Нарушение катаболизма пуриновых нуклеотидов лежит в основе патогенеза подагры. Нарушение синтеза пиримидиновых нуклеотидов лежит в основе патогенеза мегалобластной анемии. Механизм действия ряда противовирусных и противоопухолевых заболеваний связан с нарушением синтеза нуклеотидов. 35

• 
  Слайд 36

  Литература

  Биохимия: учебник для студентов медицинских ВУЗов / Е. С. Северин -М.: ГЭОТАР-Медиа, 2014. -768 с. (раздел 10) Биологическая химия с упражнениями и задачами: учебник для студентов ВУЗов / ред. С. Е. Северин. - М. : ГЭОТАР-Медиа, 2013. - 624 с. (С. 476 – 495, для выполнения самостоятельной работы «Лекарственные препараты-ингибиторы синтеза нуклеотидов» см. С. 487) Биологическая химия: учебник для студентов медицинских вузов / Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин – М.: Медицина, 2004. – С. 470 - 477. 36