Деградация нуклеотидов

Нуклеотиды принадлежат к наиболее сложным метаболитам. Их биосинтез требует много времени и высоких затрат энергии (см. с. 190). Поэтому понятно, что нуклеотиды не полностью разрушаются, а по большей части снова участвуют в синтезе. Прежде всего это относится к пуриновым основаниям аденину и гуанину, В организме высших животных около 90% пуриновых оснований снова превращаются в нуклеозидмонофосфаты, связываясь с фосфорибозилдифосфатом (PRPP) (ферменты [1] и [2]). Участие пиримидиновых оснований в ресинтезе весьма незначительно.

А. Деградация нуклеотидов

Распад пуринов (1) и пиримидинов (2) протекает различными путями. В организме человека пурины распадаются до мочевой кислоты и в такой форме выводятся с мочой. Пуриновое кольцо при этом остается незатронутым. Напротив, кольцо пиримидиновых оснований (урацила, тимина и цитозина) разрушается до небольших фрагментов, которые снова включаются в метаболизм или могут выводиться из организма (подробнее см. на с. 407).

Гуанозинмонофосфат [ГМФ (GMP), 1] распадается в две стадии до гуанозина, а затем — до гуанина (Gua). Гуанин дезаминируется с образованием другого пуринового основания, ксантина. В наиболее важном пути распада аденозинмонофосфата [АМФ (AMP)] нуклеотид дезаминируется с образованием инозинмонофосфата [ИМФ (IMP)]. Из ИМФ, аналогично распаду ГМФ, образуется пуриновое основание гипоксантин. Один и тот же фермент, ксантиноксидаза [3], превращает гипоксантин в ксантин, а ксантин — в мочевую кислоту. На каждой из этих стадий реакции в субстрат вводится оксогруппа окислением молекулярным кислородом. В качестве другого продукта реакции образуется токсичный пероксид водорода (Н₂О₂), который удаляется пероксидазами.

У большинства млекопитающих мочевая кислота разрушается в результате раскрытия кольца под действием уриказы с последующим выведением из организма образующегося аллантоина. В организме приматов, в том числе человека, аллантоин не образуется, а конечным продуктом катаболизма пуринов является мочевая кислота (как у птиц и многих рептилий). У большинства других животных деградация пуринов приводит к аллантоиновой кислоте или мочевине и глиоксилату.

При разрушении пиримидиновых нуклеотидов (2) важными промежуточными соединениями являются свободные основания урацил (Ura) и тимин. Оба соединения распадаются одинаковым способом: пиримидиновое кольцо сначала восстанавливается, а затем гидролитически расщепляется. На следующей стадии при отщеплении СО₂ и NH₃ в качестве продукта распада урацила образуется β-аланин, дальнейшая деградация которого приводит к ацетату, CO₂ и NH₃. Аналогичным образом из β-аминоизомасляной кислоты, продукта распада тимина, образуются пропионат, CO₂ и NH₃ (см. рис. 407).

Б. Гиперурикемия

Важно отметить, что у человека расщепление пуринов заканчивается уже на стадии мочевой кислоты. Мочевая кислота в противоположность аллантоину очень плохо растворима в воде. При избыточных количествах или нарушении катаболизма повышается концентрация мочевой кислоты в крови (гиперурикемия) и как следствие этого происходит отложение кристаллов мочевой кислоты в органах. Отложение мочевой кислоты в суставах является причиной сильных болей при подагре. В большинстве случаев гиперурикемия связана с нарушением выведения мочевой кислоты почками (1). Неблагоприятным фактором является высокое содержание пуринов в пище (например, мясная диета) (2). Редкое наследственное заболевание синдром Леша-Найхана связано с дефектом гипоксантин-фосфорибозилтрансферазы (схема А, фермент [1]). В этом случае нарушение кругооборота пуриновых оснований приводит к гиперурикемии и тяжелым неврологическим расстройствам. Для лечения гиперурикемии применяют аллопуринол, ингибитор ксантиноксидазы.