Катаболизм пиримидиновых нуклеотидов

Общий механизм расщепления

Процесс разрушения пиримидиновых нуклеотидов начинается с подготовки молекулы к расщеплению самого азотистого основания. Этот подготовительный этап протекает по механизмам, которые полностью аналогичны путям распада пуриновых нуклеотидов.

В первую очередь происходит последовательное отщепление остатков фосфорной кислоты и углеводного компонента — рибозы. Только после того как от нуклеотида останется свободное пиримидиновое основание, в работу вступают специализированные ферментные системы, задачей которых является разрушение циклической структуры пиримидина до простых алифатических соединений.

Катаболический путь цитозина и урацила

Цитозин и урацил объединены в один метаболический путь, так как цитозин в процессе катаболизма превращается в урацил. Расщепление этих оснований происходит в несколько последовательных этапы, требующих участия воды и восстановительных эквивалентов.

1. На первом этапе цитозин подвергается реакции дезаминирования: от него отщепляется молекула аммиака, в результате чего образуется урацил.
2. Далее урацил восстанавливается. С помощью кофермента NADH и протона водорода он превращается в дигидроурацил.
3. Следующим шагом является гидролитическое раскрытие кольца. При присоединении молекулы воды дигидроурацил преобразуется в $eta$-уреидопропионат.
4. На финальной стадии происходит еще одна реакция с участием воды. $eta$-уреидопропионат расщепляется с выделением углекислого газа и аммиака. Главным углеродным скелетом, который остается после этой реакции, является $eta$-аланин.

Катаболический путь тимина

Тимин, в отличие от цитозина и урацила, имеет в своей структуре дополнительную метильную группу, что обуславливает образование иного конечного продукта. Однако логика ферментативных реакций остается схожей.

• На начальной стадии тимин подвергается восстановлению при участии NADH и протона водорода. В результате этой реакции образуется промежуточное соединение — дигидротимин.
• Затем ферментные системы разрушают структуру дигидротимина. В ходе распада выделяются молекулы углекислого газа и аммиака, а основным конечным продуктом становится $eta$-аминоизобутират.

Свойства и дальнейшая судьба конечных продуктов

Важнейшей отличительной чертой катаболизма пиримидинов является физико-химическая природа образующихся метаболитов. Продукты распада пиримидинов хорошо растворимы в воде, что делает их выведение и дальнейшее использование безопасным и эффективным (для сравнения, распад пуринов ведет к образованию плохо растворимой мочевой кислоты).

Судьба $eta$-аланина:

• Это соединение имеет колоссальное физиологическое значение и постоянно циркулирует в плазме крови, а также содержится в различных тканях.
• В мышечной ткани $eta$-аланин является ключевым строительным блоком для синтеза специализированных мышечных пептидов: карнозина и ансерина.
• Бактерии активно используют $eta$-аланин в качестве сырья для синтеза пантотеновой кислоты, которая, в свою очередь, является неотъемлемым компонентом коэнзима А (HS-KoA).

Судьба $eta$-аминоизобутирата:

• Часть образовавшегося $eta$-аминоизобутирата просто экскретируется из организма вместе с мочой.
• Другая часть вовлекается в энергетический обмен: соединение подвергается реакции трансаминирования, превращаясь в метилмалонил полуальдегид. Этот промежуточный метаболит затем трансформируется в Сукцинил-КоА, который напрямую поступает в цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса) для дальнейшего окисления.

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Механизмы отщепления фосфорной кислоты и рибозы от нуклеотидов
• Ферменты реакции дезаминирования цитозина
• Роль кофермента NADH в восстановлении пиримидиновых колец
• Биохимические функции карнозина и ансерина в мышечной ткани
• Реакция трансаминирования при превращении бета-аминоизобутирата

Другие темы раздела «Обмен нуклеотидов»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.