Катаболизм пуринов

Катаболизм пуринов представляет собой сложный набор биохимических процессов, направленных на разрушение пуриновых нуклеотидов и их превращение в конечные продукты, подлежащие экскреции. Пурины входят в состав ДНК и РНК, участвуют в энергетическом обмене (АТФ, ГТФ) и служат предшественниками вторичных метаболитов (цАМФ, цГМФ). Нарушения катаболизма пуринов могут приводить к ряду патологических состояний, таких как гиперурикемия, подагра и иммунные нарушения.

Деградация пуриновых нуклеотидов

Начальные этапы:

1. Дезаминирование и дефосфорилирование нуклеотидов

   • Адениновые нуклеотиды (АДФ, АМФ) сначала превращаются в аденозин при помощи нуклеотид-фосфатаз.
   • Дальнейшее действие аденозиндезаминазы приводит к образованию инозина из аденозина.
   • Гуаниновые нуклеотиды (ГМФ, ГТФ) аналогично превращаются в гуанозин при действии нуклеотид-гидролаз.

2. Расщепление нуклеозидов на основания и рибозу

   • Фермент нуклеозидаза катализирует гидролиз нуклеозидов, отделяя пуриновое основание (аденин или гуанин) от рибозы или дезоксирибозы.
   • Рибоза может далее вступать в пентозофосфатный путь или использоваться для ресинтеза нуклеотидов.

Катаболические пути пуриновых оснований

Аденин → Инозин → Гипоксантин → Ксантин → Мочевая кислота

• Аденин → Инозин: осуществляется через дезаминирование.
• Инозин → Гипоксантин: фермент пуриннуклеозидфосфорилаза катализирует превращение инозина в гипоксантин с отделением рибозо-1-фосфата.
• Гипоксантин → Ксантин: оксидаза ксантина окисляет гипоксантин до ксантина.
• Ксантин → Мочевая кислота: ксантиноксидаза окисляет ксантин до мочевой кислоты — конечного продукта у человека.

Гуанин → Ксантин → Мочевая кислота

• Гуанин деградирует до ксантина при действии гуаниназы.
• Ксантин далее превращается в мочевую кислоту тем же ферментом — ксантиноксидазой.

Регуляция катаболизма пуринов

• Ключевым регулирующим ферментом является аденинфосфорибозилтрансфераза (APRT) и гипоксантин-гуанинфосфорибозилтрансфераза (HGPRT), обеспечивающие восстановление пуринов через путь “salvage” (реутилизация). Недостаточность HGPRT вызывает синдром Леша–Найхана, характеризующийся гиперурикемией и неврологическими нарушениями.
• Активность ксантиноксидазы регулируется субстратной концентрацией и ингибируется лекарственными средствами (например, аллопуринол), что применяется при лечении подагры.

Экскреция пуриновых продуктов

• У человека конечный продукт катаболизма пуринов — мочевая кислота.
• Мочевая кислота выводится почками, частично подвергаясь реабсорбции и секреции в канальцах.
• В других млекопитающих мочевая кислота может далее превращаться в аллантоин под действием уреоксидазы, повышая растворимость конечных продуктов и снижая риск кристаллизации.

Ключевые патологические состояния

1. Подагра

   • Обусловлена отложением кристаллов мочевой кислоты в суставах при гиперурикемии.
   • Связана с нарушением экскреции или избыточным синтезом пуринов.

2. Синдром Леша–Найхана

   • Генетическая недостаточность HGPRT.
   • Приводит к повышенному синтезу и накоплению мочевой кислоты.

3. Камни в почках (уролитиаз)

   • Отложения уратов в мочевых путях из-за высокой концентрации мочевой кислоты.

Биохимическая значимость

• Катаболизм пуринов обеспечивает поддержание гомеостаза азота и предотвращает накопление токсичных продуктов.
• Продукты деградации, такие как мочевая кислота, обладают антиоксидантными свойствами, защищая клетки от окислительного стресса.
• Понимание катаболических путей позволяет разрабатывать стратегии фармакологической коррекции при нарушениях пуринового обмена.

Схематическое обобщение

1. Аденин → Инозин → Гипоксантин → Ксантин → Мочевая кислота
2. Гуанин → Ксантин → Мочевая кислота
3. Регуляция: APRT, HGPRT, ксантиноксидаза
4. Экскреция: почки (у человека), преобразование в аллантоин (у других млекопитающих)

Катаболизм пуринов тесно связан с другими метаболическими процессами, включая энергетический обмен, синтез нуклеотидов и антиоксидантную защиту, что делает его центральным звеном в биоорганической химии живых систем.