Биосинтез аминокислот и нуклеотидов

Биосинтез аминокислот. Белки – полимеры L- a -аминокислот, общая формула которых:

R-СНNН₂-СООН

или при рН, близких к нейтральным:

R-СНNН₃⁺-СОО^-

Остатки аминокислот соединены в белках между собой амидными (пептидными) связями:

Н₂N-СНR-CO-NH-CHR-COOH

Полимеры, построенные из остатков a -аминокислот с помощью пептидных связей – полипептиды. Белки могут быть представлены одной или несколькими полипептидными цепями. В состав природных белков входят 19 аминокислот и одна иминокислота – пролин. К незаменимым относятся 10 аминокислот: триптофан, фенилаланин, валин, изолейцин, лейцин, метионин, лизин, аргинин, гистидин, треонин (в дополнение – цистеин, который может быть синтезирован в клетках высших животных из метионина и тирозин – из фенилаланина).

Большинство микроорганизмов способны синтезировать все аминокислоты.

Углеродные скелеты аминокислот образуются из промежуточных продуктов обмена (ПВК, a -кетоглутарата, оксалоацетата, фумарата, эритрозо-4-фосфата, рибозо-5-фосфата и АТФ). Аминогруппа, как правило, вводится в состав молекулы на последних этапах синтеза. Некоторые аминокислоты образуются в результате превращения других аминокислот (ввод аминогруппы в состав молекулы не нужен).

Аминогруппы вводятся в реакциях прямого аминирования или переаминирования (окисленные формы азота NO₃^- NO₂^- предварительно восстанавливаются в процессе ассимиляционной нитратредукции).

Лишь часть аминокислот образуется в реакциях прямого аминирования NH₄⁺. В первичной ассимиляции NH₄⁺ участвуют L-глутаматдегидрогеназа и L-аланиндегидрогеназа, которые осуществляют восстановительное аминирование a -оксокислот (АТФ в этом процессе не участвует). Большинство аминокислот получает аминогруппу от первичных аминокислот в результате трансаминирования (из свободных аминокислот в цитоплазме преобладает глутаминовая – более 50% от общего количества аминокислот).

Аминокислоты подразделяются на группы (семейства):

-глутамата (пролин, аргинин);

-аспартата (лизин, метионин, треонин, изолейцин);

-пирувата (аланин, лецин, валин);

-серина (глицин, цистеин);

-ароматических аминокислот (триптофан, тирозин, фенилаланин);

-гистидина (гистидин).

Рисунок (схема):

Биосинтез нуклеотидов. Пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды являются структурными блоками для синтеза нуклеиновых кислот. Кроме того, нуклеотиды входят в состав многих коферментов и участвуют в активации и переносе: остатков аминокислот, сахаров, а также синтезе компонентов клеточной стенки и липидов.

Нуклеотиды состоят из остатка пентозы (рибозы, дезоксирибозы), этерифицированного по одной ОН-группе (С₅) остатком фосфорной кислоты и связанные N-гликозидной связью с азотсодержащим гетероциклом:

-производным 1,2-дигидро-2-оксопиримидина (урацил, тимин, цитозин) – пиримидиновые;

-производным пурина (аденин и гуанин) – пуриновые.

В состав ДНК входят азотистые основания аденин, гуанин, тимин и цитозин, а в состав РНК – аденин, гуанин, цитозин и урацил.

Синтез всех пуриновых нуклеотидов идёт общим путём. Разветвление происходит лишь на стадии инозиновой кислоты (образование адениловой и гуаниловой кислот). Общим является и синтез пиримидинов (разделение на стадии уридиновой кислоты).

Исходное соединение для образования пентозного компонента нуклеотидов – рибозо-5-фосфат образуется двумя путями:

-окислительным – из глюкозо-6-фосфата (пентозофосфатный путь);

-неокислительным – из фруктозо-6-фосфата и глицеральдегид-3-фосфата в результате реакций, катализируемых трансальдолазой и транскетолазой.

Для синтеза нуклеотидов рибозо-5-фосфат используется в высокоэнергетической форме (5-фосфорибозил-1-пирофосфат).

Сборка гетероцикла пуриновых нуклеотидов осуществляется на остатке рибозы, а сборка гетероцикла пиримидинов в несвязанной форме. Образование 2-дезоксирибозы происходит на заключительных этапах синтеза с участием белка тиоредоксина на уровне нуклеозиддифосфатов.