Jump to content

Пуриновый нуклеотидный цикл

Фосфагенная система (АТФ-ПЦр) и пуриновый нуклеотидный цикл (ПНК) [1]

Пуриновый нуклеотидный цикл представляет собой метаболический путь метаболизма белков, требующий аминокислот аспартата и глутамата . Цикл используется для регулирования уровня адениновых нуклеотидов , в которых аммиак и фумарат . образуются [2] AMP превращается в ИМФ и побочный продукт - аммиак. ИМФ превращается в S-АМФ ( аденилсукцинат ), который затем превращается в АМФ и фумарат побочного продукта. Фумарат продолжает производить АТФ (энергию) посредством окислительного фосфорилирования , когда он входит в цикл Кребса , а затем в цепь переноса электронов . Ловенштейн первым описал этот путь и подчеркнул его важность в процессах, включая катаболизм аминокислот и регуляцию потока посредством гликолиза и цикла Кребса . [2] [3] [4]

АМФ вырабатывается после интенсивного мышечного сокращения, когда резервуар АТФ низкий (АДФ > АТФ) в результате аденилаткиназной (миокиназной) реакции. [5] [6] AMP также производится непосредственно из аденина и аденозина; однако АМФ может вырабатываться менее прямыми метаболическими путями, такими как синтез ИМФ de novo или путем утилизации гуанина (пурина) и любых пуриновых нуклеотидов и нуклеозидов . ИМФ синтезируется de novo из глюкозы посредством пентозофосфатного пути , который производит рибозу 5-P , которая затем превращается в PRPP , который с помощью аминокислот глицина, глутамина и аспартата ( см. Пуриновый метаболизм ) может быть дополнительно преобразован в ИМФ. [7]

Цикл включает три реакции , катализируемые ферментами . Первая стадия — дезаминирование пуринового нуклеотида аденозинмонофосфата (АМФ) с образованием инозинмонофосфата (ИМФ), катализируемое ферментом АМФ-дезаминазой :

АМФ + Н 2 О + Н + → ИМФ + NH 3

Вторая стадия — образование аденилсукцината из ИМФ и аминокислоты аспартата , сопровождающееся энергетически выгодным гидролизом ГТФ и катализируемое ферментом аденилсукцинатсинтетазой :

Аспартат + ИМФ + ГТФ → Аденилосукцинат + ВВП + P i

Наконец, аденилосукцинат расщепляется ферментом аденилосукцинатлиазой с высвобождением фумарата и регенерацией исходного материала АМФ:

Аденилосукцинат → АМФ + фумарат

Недавнее исследование показало, что активация HIF-1α позволяет кардиомиоцитам поддерживать потенциал митохондриальной мембраны во время аноксического стресса за счет использования фумарата, продуцируемого аденилосукцинатлиазой, в качестве альтернативного терминального акцептора электронов вместо кислорода. Этот механизм должен помочь обеспечить защиту ишемизированного сердца. [8]

возникновение

[ редактировать ]

Пуриновый нуклеотидный цикл происходит в цитозоле жидкости) саркоплазмы скелетных мышц и в цитоплазмы компартменте ( внутриклеточной миоцитов сердечных и . гладких мышц цитозольном Цикл возникает, когда запасы АТФ истощаются (АДФ > АТФ), например, при напряженных физических нагрузках, голодании или голодании. [5] [9]

Белки катаболизируются до аминокислот, а аминокислоты являются предшественниками пуринов, нуклеотидов и нуклеозидов, которые используются в пуриновом нуклеотидном цикле. [7] аминокислоты Глутамат используется для нейтрализации аммиака, образующегося при превращении АМФ в ИМФ. Другая аминокислота, аспартат , используется вместе с ИМФ для производства S-АМФ в цикле. Скелетные мышцы содержат аминокислоты, используемые при катаболизме, известные как пул свободных аминокислот; однако недостаточное снабжение углеводами и/или напряженные физические упражнения требуют катаболизма белка для поддержания свободных аминокислот. [9]

Когда фосфагенная система (АТФ-ПЦр) истощает фосфокреатин (креатинфосфат), пуриновый нуклеотидный цикл также помогает поддерживать миокиназную реакцию за счет уменьшения накопления АМФ, образующегося после мышечного сокращения в реакции, указанной ниже. [6]

Во время мышечного сокращения:

Н 2 О + АТФ → Н + + АДФ + P i ( Mg 2+ вспомогательное использование АТФ для мышечного сокращения с помощью АТФазы )
ЧАС + + АДФ + ЦП → АТФ + Креатин (Мг 2+ при содействии, катализируемом креатинкиназой , АТФ снова используется в вышеуказанной реакции для продолжения мышечного сокращения)
2 АДФ → АТФ + АМФ (катализируется аденилаткиназой /миокиназой, когда СР истощается, АТФ снова используется для мышечного сокращения)

Мышца в состоянии покоя:

АТФ + Креатин → H + + АДФ + ЦП (Мг 2+ при содействии, катализируемом креатинкиназой )
АДФ + P i → АТФ (при анаэробном гликолизе и окислительном фосфорилировании )

АМФ может дефосфорилироваться до аденозина и диффундировать из клетки; Таким образом, цикл пуриновых нуклеотидов может также уменьшать потерю аденозина из клетки, поскольку нуклеозиды проникают через клеточные мембраны, тогда как нуклеотиды - нет. [6]

Последствия

[ редактировать ]

Синтез аспартата и глутамата

[ редактировать ]
Взаимодействие аминокислот с разветвленной цепью и пуринового нуклеотидного цикла в мышцах

Фумарат , образующийся в цикле пуриновых нуклеотидов, является промежуточным продуктом цикла ТСА и попадает в митохондрии путем превращения в малат и использования малатного челнока , где он превращается в щавелевоуксусную кислоту (ОАА). Во время тренировки ОАА либо входит в цикл ТСА , либо превращается в аспартат в митохондриях. [10]

Поскольку пуриновый нуклеотидный цикл производит аммиак (см. ниже синтез аммиака) , скелетным мышцам необходимо синтезировать глутамат таким образом, чтобы не увеличивать содержание аммиака, и поэтому использование глутаминазы для производства глутамата из глутамина не было бы идеальным. Кроме того, глютамин в плазме (выделяемый почками) требует активного транспорта в мышечные клетки (потребления АТФ). [11] Следовательно, во время тренировки, когда запас АТФ низкий (АДФ>АТФ), глутамат вырабатывается из аминокислот с разветвленной цепью (BCAA) и α-кетоглутарата, а также из аланина и α-кетоглутарата. [12] Глутамат затем используется для производства аспартата. Аспартат вступает в пуриновый нуклеотидный цикл, где используется для превращения ИМФ в S-АМФ. [10] [13]

BCAA + α-кетоглутарат ⇌ Глутамат + кетокислоты с разветвленной цепью (BCKA) (катализируются аминотрансферазами с разветвленной цепью (BCAT) )
Аланин + α-кетоглутарат ⇌ Пируват + Глутамат (катализируется аланиновой трансаминазой )
Щавелосуксусная кислота + Глутамат ⇌ α-кетоглутарат + Аспартат (катализируется аспартатаминотрансферазой )

Когда скелетные мышцы находятся в состоянии покоя (АДФ<АТФ), аспартат больше не нужен для пуринового нуклеотидного цикла и поэтому может использоваться с α-кетоглутаратом для производства глутамата и щавелевоуксусной кислоты (описанная выше реакция обратная).

α-кетоглутарат + аспартат ⇌ щавелевоуксусная кислота + глутамат (катализируется аспартатаминотрансферазой )

Синтез аммиака и глутамина

[ редактировать ]

Во время тренировки, когда запас АТФ низкий (АДФ>АТФ), пуриновый нуклеотидный цикл производит аммиак (NH 3 ), превращая АМФ в ИМФ. (За исключением дефицита АМФ-дезаминазы , при котором аммиак образуется во время физических упражнений, когда аденозин из АМФ превращается в инозин). Во время покоя (АДФ<АТФ) аммиак образуется в результате превращения аденозина в инозин аденозиндезаминазой.

АМФ + Н 2 О + Н + → ИМФ + NH 3 (катализируется АМФ-дезаминазой в скелетных мышцах)
Аденозин + H 2 O → Инозин + NH 3 (катализируется аденозиндезаминазой в скелетных мышцах, крови, печени)

Аммиак токсичен, нарушает функции клеток и проникает через клеточные мембраны. Аммиак превращается в аммоний (NH 4 + ) в зависимости от pH клетки или плазмы. Аммоний относительно нетоксичен и с трудом проникает через клеточные мембраны. [14]

NH 3 + Н + ⇌ НХ 4 +

Аммиак (NH 3 ) диффундирует в кровь, циркулируя в печени, где нейтрализуется в цикле мочевины . (Nb- мочевина — это не то же самое, что мочевая кислота , хотя обе они являются конечными продуктами пуринового нуклеотидного цикла, состоящими из аммиака и нуклеотидов соответственно.) Когда скелетные мышцы находятся в состоянии покоя (АДФ<АТФ), аммиак (NH 3 ) соединяется с глутаматом. для производства глютамина , что является энергозатратным этапом, и глютамин поступает в кровь. [15] [11]

Глутамат + NH 3 + АТФ → Глутамин + АДФ + P i (катализируется глутаминсинтетазой в покоящихся скелетных мышцах)

Избыток глутамина используется проксимальными канальцами почек для аммиагенеза, что может противодействовать любому метаболическому ацидозу, вызванному анаэробной активностью скелетных мышц. [15] В почках глютамин дважды дезаминируется с образованием глутамата, а затем α-кетоглутарата . Эти молекулы NH 3 нейтрализуют органические кислоты ( молочную кислоту и кетоновые тела ), вырабатываемые в мышцах.

Глютамин + H 2 O → Глутамат + NH 4 + (катализируется глутаминазой в почках)

Патология

[ редактировать ]

Некоторые метаболические миопатии связаны с недостаточным или избыточным использованием пуринового нуклеотидного цикла. Метаболические миопатии вызывают низкий уровень АТФ в мышечных клетках (АДФ > АТФ), что приводит к чрезмерному накоплению АМФ в мышцах, вызванному физической нагрузкой, и последующей гиперурикемии, вызванной физической нагрузкой (миогенная гиперурикемия) за счет превращения избыточного АМФ в мочевую кислоту посредством АМФ. → аденозин или AMP → IMP.

Во время напряженных физических упражнений АМФ создается за счет реакции аденилаткиназы (миокиназы) после того, как фосфагенная система истощена креатинфосфатом, а другими путями вырабатывается недостаточно АТФ (см. Реакцию выше в « Происхождение разделе ») . Для людей, страдающих метаболическими миопатиями, упражнения, которые обычно не считаются тяжелыми для здоровых людей, однако являются для них напряженными из-за низкого уровня АТФ в мышечных клетках. Это приводит к регулярному использованию миокиназной реакции для нормальной повседневной деятельности.

Помимо миокиназной реакции, высокое потребление АТФ и низкий уровень резервуара АТФ также увеличивают катаболизм белков и утилизацию ИМФ, что приводит к увеличению АМФ и ИМФ. Эти два нуклеотида затем могут войти в цикл пуриновых нуклеотидов с образованием фумарата, который затем будет производить АТФ путем окислительного фосфорилирования. Если цикл пуриновых нуклеотидов блокируется (например, из-за дефицита АМФ-дезаминазы) или если физические упражнения прекращаются и повышенное производство фумарата больше не требуется, то избыток нуклеотидов преобразуется в мочевую кислоту.

Дефицит АМФ-дезаминазы (MADD)

[ редактировать ]

Дефицит АМФ-дезаминазы (формально известный как дефицит миоаденилатдезаминазы или MADD) представляет собой метаболическую миопатию , которая приводит к чрезмерному накоплению АМФ, вызванному физической нагрузкой. АМФ-деаминаза необходима для превращения АМФ в ИМФ в пуриновом нуклеотидном цикле. Без этого фермента чрезмерное накопление АМФ первоначально происходит из-за реакции аденилаткиназы (миокиназы), которая возникает после мышечного сокращения. [16] Однако АМФ также используется для аллостерической регуляции фермента миофосфорилазы ( см. § Регуляция гликогенфосфорилазы ), поэтому первоначальное накопление АМФ заставляет фермент миофосфорилазу высвобождать мышечный гликоген в глюкозу-1-Ф (гликоген → глюкоза-1-Ф), [17] что в конечном итоге истощает мышечный гликоген, что, в свою очередь, запускает белковый метаболизм, который затем производит еще больше АМФ. При дефиците АМФ-дезаминазы избыток аденозина превращается в мочевую кислоту в следующей реакции:

АМФ → Аденозин → Инозин → Гипоксантин → Ксантин → Мочевая кислота

Гликогенозы (ГСД)

[ редактировать ]

Миогенная гиперурикемия , возникающая в результате цикла пуриновых нуклеотидов, когда запасы АТФ в мышечных клетках низкие (АДФ > АТФ), является общей патофизиологической особенностью гликогенозов , таких как GSD-III , GSD-V и GSD-VII , поскольку они метаболические миопатии , которые нарушают способность производства АТФ (энергии) в мышечных клетках. При этих метаболических миопатиях миогенная гиперурикемия вызывается физической нагрузкой; Уровень инозина, гипоксантина и мочевой кислоты увеличивается в плазме после тренировки и снижается в течение нескольких часов во время отдыха. [18] Избыток АМФ (аденозинмонофосфата) превращается в мочевую кислоту . [18]

АМФ → ИМФ → Инозин → Гипоксантин → Ксантин → Мочевая кислота

Гипераммониемия также наблюдается после тренировки при болезни МакАрдла (GSD-V) и дефиците фосфоглюкомутазы (PGM1-CDG, ранее GSD-XIV) из-за цикла пуриновых нуклеотидов, когда резервуар АТФ низкий из-за гликолитического блока. [19] [20] [21] [22] [23] [24]

АМФ + Н 2 О + Н + → ИМФ + NH 3

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Льюис, Эми и Гишери, Ойвин и Датта, Сурджит и Хантен, Джерри и Келлемс, Родни. (1996). Структура и экспрессия гена аденилосукцинатсинтетазы мышечной ткани. Журнал биологической химии. 271. 22647-56. 10.1074/jbc.271.37.22647.
  2. ^ Jump up to: а б Ловенштейн Дж. М. (1972). «Производство аммиака в мышцах и других тканях: цикл пуриновых нуклеотидов». Физиологические обзоры . 52 (2): 382–414. дои : 10.1152/physrev.1972.52.2.382 . ПМИД   4260884 .
  3. ^ Салвей, Дж. Г. (2004). Метаболизм с первого взгляда (3-е изд.). Молден, Массачусетс: Паб Blackwell. ISBN  1-4051-0716-2 . OCLC   53178315 .
  4. ^ Воэт, Дональд (2011). Биохимия . Воэт, Джудит Г. (4-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons. ISBN  978-0-470-57095-1 . OCLC   690489261 .
  5. ^ Jump up to: а б Вальберг, Стефани Дж. (1 января 2008 г.), Канеко, Дж. Джерри; Харви, Джон В.; Брасс, Майкл Л. (ред.), «Глава 15 - Функция скелетных мышц» , Клиническая биохимия домашних животных (шестое издание) , Сан-Диего: Academic Press, стр. 459–484, ISBN  978-0-12-370491-7 , получено 10 октября 2023 г.
  6. ^ Jump up to: а б с Н.В. Бхагаван, Чунг-Ын Ха, в «Основах медицинской биохимии» (второе издание), 2015. Глава 19. Сократительные системы: реакция и пуриновый нуклеотидный цикл.
  7. ^ Jump up to: а б «Синтез пуринов: синтез пуриновых рибонуклеотидов» . 29 апреля 2022 г. Проверено 14 декабря 2022 г.
  8. ^ Шридхаран и др. (Клеточная физиология AJP, 2008, 295:C29-C37)
  9. ^ Jump up to: а б Бейкер Дж.С., Маккормик М.К., Робергс Р.А. Взаимодействие метаболических энергетических систем скелетных мышц во время интенсивных физических упражнений. J Нутр Метаб. 2010;2010:905612. дои: 10.1155/2010/905612. Epub 2010, 6 декабря. PMID 21188163; PMCID: PMC3005844.
  10. ^ Jump up to: а б Аринзе, Ифеани Дж. (май 2005 г.). «Облегчение понимания цикла пуриновых нуклеотидов и одноуглеродного пула: Часть I: Цикл пуриновых нуклеотидов» . Образование в области биохимии и молекулярной биологии . 33 (3): 165–168. дои : 10.1002/bmb.2005.494033032469 . ПМИД   21638570 . S2CID   35570434 .
  11. ^ Jump up to: а б Круза, Винисиус; Маседо Рогеро, Марсело; Ноэль Кин, Кевин; Кури, Руи; Ньюхолм, Филип (23 октября 2018 г.). «Глютамин: метаболизм и иммунная функция, добавки и клинический перевод» . Питательные вещества . 10 (11): 1564. дои : 10.3390/nu10111564 . ISSN   2072-6643 . ПМК   6266414 . ПМИД   30360490 .
  12. ^ Вагенмейкерс, Эй Джей (1998). «Обмен аминокислот в мышцах в покое и при физической нагрузке: роль в физиологии и обмене веществ человека» . Обзоры физических упражнений и спортивных наук . 26 : 287–314. дои : 10.1249/00003677-199800260-00013 . ISSN   0091-6331 . ПМИД   9696993 . S2CID   21127358 .
  13. ^ Манн, Гагандип; Мора, Стивен; Маду, Слава; Адегоке, Оласунканми AJ (2021). «Аминокислоты с разветвленной цепью: катаболизм в скелетных мышцах и влияние на метаболизм мышц и всего тела» . Границы в физиологии . 12 : 702826. doi : 10.3389/fphys.2021.702826 . ISSN   1664-042X . ПМЦ   8329528 . ПМИД   34354601 .
  14. ^ Уилсон, Дэвид А., изд. (01.01.2012), «Аммиак» , клинический ветеринарный консультант , Сент-Луис: WB Saunders, стр. 905, номер домена : 10.1016/b978-1-4160-9979-6.00355-x , ISBN  978-1-4160-9979-6 , получено 22 марта 2023 г.
  15. ^ Jump up to: а б Танея, Викас; Джасуджа, Ханиш (ноябрь 2019 г.). «Тяжелая гипераммониемия из-за интенсивной активности скелетных мышц: отчет о редком случае и обзор литературы» . Лекарство . 98 (47): e17981. дои : 10.1097/MD.0000000000017981 . ISSN   0025-7974 . ПМЦ   6882587 . ПМИД   31764807 . S2CID   208276909 .
  16. ^ Сабина, Ричард Л.; Суэйн, Джудит Л.; Паттен, Бернард М.; Асидзава, Тецуо; О'Брайен, Уильям Э.; Холмс, Эдвард В. (1 декабря 1980 г.). «Нарушение пуринового нуклеотидного цикла» . Журнал клинических исследований . 66 (6): 1419–1423. дои : 10.1172/JCI109995 . ISSN   0021-9738 . ПМК   371628 . ПМИД   7440723 .
  17. ^ Мейер, Франсуа; Хейльмейер, Людвиг М.Г.; Хашке, Ричард Х.; Фишер, Эдмонд Х. (25 декабря 1970 г.). «Контроль активности фосфорилазы в частице мышечного гликогена» . Журнал биологической химии . 245 (24): 6642–6648. дои : 10.1016/s0021-9258(18)62582-7 . ISSN   0021-9258 . S2CID   33852514 .
  18. ^ Jump up to: а б Кавачи, Масанори; Ван, Ян Лин; 9 июля 1987 г. Минео, Норио; Хара , Такао ; Симидзу , Медицинский журнал Англии . 317 (2): 75–80 doi : / . ISSN   0028-4793 . NEJM198707093170203   10.1056 .
  19. ^ Альтасан, Рукайя; Раденкович, Сильвия; Эдмондсон, Эндрю К.; Барон, Рита; Бразилия, Сандра; Чехова, Анна; Коман, Дэвид; Донохью, Сара; Фалькенштейн, Кристина; Феррейра, Ванесса; Феррейра, Карлос; Фьюмара, Агата; Франциско, Рита; Замри, Хадсон; Грюневальд, Стефани (январь 2021 г.). «Международные консенсусные рекомендации по дефициту фосфоглюкомутазы 1 (PGM1-CDG): диагностика, последующее наблюдение и лечение» . Журнал наследственных метаболических заболеваний . 44 (1): 148–163. дои : 10.1002/jimd.12286 . ISSN   0141-8955 . ПМЦ   7855268 . ПМИД   32681750 .
  20. ^ Стойкович, Таня; Виссинг, Джон; Пети, Франсуа; Пиро, Моник; Орнгрин, Метте К.; Андерсен, Грета; Клейс, Кристл Г.; Осторожно, Клэр; Хогрель, Жан-Ив; Лафоре, Паскаль (23 июля 2009 г.). «Мышечный гликогеноз из-за дефицита фосфоглюкомутазы 1» . Медицинский журнал Новой Англии . 361 (4): 425–427. дои : 10.1056/NEJMc0901158 . ISSN   0028-4793 . ПМИД   19625727 .
  21. ^ Жан-Ив Хогрель, Жорьен Б. Е. Янссен, Изабель Леду, Гвенн Оливье, Энтони Бехен и др.. Диагностическая ценность гипераммониемии, вызванной неишемическим тестом с нагрузкой на предплечье. Журнал клинической патологии, 2017, 70 (10), стр. 896–898. 10.1136/jclinpath-2017-204324. hal-01618833
  22. ^ Халл, КВ; Вагнер, Х.; Кайзер, Х.; Мейнк, HM; Гебель, Х.Х.; Шелер, Ф. (1 декабря 1981 г.). «Увеличенное производство аммиака во время ишемического рабочего теста предплечья при болезни МакАрдла» . Клинический еженедельник . 59 (23): 1319–1320. дои : 10.1007/BF01711182 . ISSN   0023-2173 . ПМИД   6947119 . S2CID   25192276 .
  23. ^ Виссинг, Дж.; Маклин, округ Колумбия; Виссинг, Сан-Франциско; Сандер, М.; Салтин, Б.; Халлер, Р.Г. (1 декабря 2001 г.). «Метаборефлекс упражнений сохраняется при отсутствии мышечного ацидоза: результаты мышечного микродиализа у людей с болезнью МакАрдла» . Журнал физиологии . 537 (Часть 2): 641–649. дои : 10.1111/j.1469-7793.2001.00641.x . ISSN   0022-3751 . ПМК   2278977 . ПМИД   11731594 .
  24. ^ Вагенмейкерс, AJ; Коакли, Дж. Х.; Эдвардс, Р.Х. (май 1990 г.). «Метаболизм аминокислот с разветвленной цепью и аммиака во время физических упражнений: признаки болезни МакАрдла» . Международный журнал спортивной медицины . 11 Приложение 2: С101–113. дои : 10.1055/s-2007-1024861 . ISSN   0172-4622 . ПМИД   2193889 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 42afaed7c430b9958f5a9fef8fcd56e6__1721530500
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/42/e6/42afaed7c430b9958f5a9fef8fcd56e6.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Purine nucleotide cycle - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)