Моносахариды, образовавшиеся в результате фиксации углекислоты, служат источником синтеза полисахаридов, который осуществляется с помощью глюкозидных связей, возникающих между глюкозидным гидроксилом одного моносахарида и любой группировкой другого. (Гидроксильные группы, расположенные при первом углеродном атоме глюкозы и втором - фруктозы, в параноидной форме называются глюкозидными гидроксилами). Для образования глюкозвдкой связи необходима энергия. Поэтому прежде всего происходит фосфорилирование глюкозы с превращением ее в глюкозо- 1 -фосфат при участии фермента фосфорилазы Превращение идет в два этапа. Вначале в результате реакция между глюкозой и АТФ образуется глюкозо-6-фосфат:
Затем под действием фермента фосфоглюкомутазы глюкозо-6- фосфат превращается в глюкозо-1-фосфат:
Образовавшийся гексозофосфат и его аналоги идут на синтез полисахаридов. Это основной путь образования полисахаридов из простых сахаров. Бактерии дифтерии и некоторые стрептококки синтезируют полисахариды типа крахмала только из глюкозе-1- фосфата и не могут их синтезировать из нефосфорилированных сахаров.
Но многие бактерии обладают способностью синтезировать полисахариды из сахаридов без участия фосфатов. Например, Leuconostoc mesenteroides синтезирует декстран из сахарозы, причем
в состав декстрана входит только глюкоза, а фруктоза остается свободной:
Многочисленные бактерии синтезируют полисахариды, состоящие из многих типов простых сахаров. Например, Streptococcus faecalis синтезирует полисахарид, состоящий из галактозы, глюкозы, рамнозы и гексозамина.
В общих чертах сущность синтеза ди- и полисахаридов всех типов состоит в реакциях переноса остатков моносахаридов, соединенных глюкозидной и фосфатной связями, богатой энергией, с глюкозиддоиора на акцептор. Донорами моносахаридов могут быть глюкозсн 1 -фосфат, различные глюкозиды и полисахариды; акцепторами - неорганический фосфат, моносахариды и полисахариды. Реакции синтеза полисахаридов в большинстве обратимы и идут с затратой энергии.
7* 43. Биосинтез нуклеотидов
Нуклеотиды являются исходным материалом для синтеза нуклеиновых кислот. По химической природе они представляют собой сложные соединения, состоящие из азотистых оснований - производных пурина или пиримидина, углеводов пентоз и фосфорной кислоты.
Большинство микроорганизмов способны синтезировать нуклеотиды заново из низкомолекулярных соединений, а некоторые для этих целей используют готовые азотистые основания, образующиеся при распаде нуклеиновых кислот.
Пути биосинтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов хорошо изучены. Большей сложностью отличается синтез пуриновых нуклеотидов. В нем используются рибозо-5-фосфат, глутамин и АТФ. В результате комплекса ферментативных реакций образуется инозиновая кислота, а из нее - пуриновый нуклеотид гипоксантин. Он служит исходным продуктом для синтеза других нуклеотидов - аден иловой и гуа ниловой кислот, которые необходимы для синтеза РНК. Биосинтез данных кислот осуществляется в две стадии. При образовании гуаниловой кислоты на первой стадии инозиновая кислота при участии НАД окисляется в ксактозинфосфорную кислоту. На второй стадии эта кислота взаимодействует с глутамином (отщепляет аммиак) и за счет энергии АТФ синтезируется гуаниловая кислота (нуклеотид, содержащий гуанин).
При синтезе адениловой кислоты на первой стадии инозиновая кислота отнимает аммиак от аспарагиновой кислоты за счет энергии гуанизинтрифосфата (ГТФ). В результате образуется аденилоянтарная кислота. На второй стадии данная кислота распадается на фумаровую и адениловую кислоты (нуклеотид, содержащий аденин):
Синтез всех пиримидиновых нуклеотидов идег общим путем до образования уридиловой кислоты (нуклеотид, содержащий урацил). Первой стадией является образование карбамоилфосфата из аммиака и углекислоты:
Карбамоилфосфат соединяется с аспарагиновой кислотой, образуя карбамоил аспарагиновую кислоту, которая в результате дегидратации и окисления превращается в циклическое соединение -
оропговую кислоту. Последняя, конденсируясь с фосфорибозилпирофосфатом (ФРПФ), образует оротидин-5-фосфат. Оротидин-5-фосфат в свою очередь карбоксилируется и превращается в уридиловую кислоту:
Из уридиловой кислоты путем аминирования образуется цитидиловая кислота (нуклеотид, содержащий основание цитозин), путем метилирования - тимидиловая кислота (нуклеотид, содержащий основание тимин).
Эти нуклеотиды полимеризуются в полинуклеотиды - молекулы ДНК или РНК, Реакции полимеризации катализируются ферментами ДНК- и РНК-полимеразами (см. гл. 2).
Синтез нуклеиновых кислот осуществляется только при наличии матрицы - молекулы ДНК в одно- или двуцепочечной форме.
Нуклеиновые кислоты. Нуклеиновые кислоты представляют собой сложные полимеры, состоящие из разного количества нуклеотидов (75-5 000 000). В состав нуклеотида входят азотистое основание пуринового или пиримидинового типа, сахар рибоза или дезоксирибоза и фосфатная группа. В зависимости от входящего в молекулу нуклеотида сахара различают рибонуклеотиды и дезоксирибонуклеотиды. Нуклеотиды, соединяясь между собой
фосфодиэфирными связями, образуют полинуклеотиды, называемые соответствен но рибонуклеиновыми (РНК) или дезоксирибонуклеиновыми (ДНК) кислотами.
Молекула ДНК содержит дезоксирибозу и основания - аденик, гуанин, тимин, цитозин. Согласно модели Уотсона-Крика молекула ДНК состоит из двух правозакрученных полинуклеотидных цепей, образующих одну двойную спираль. Пуриновые и пиримидиновые основания обращены внутрь спирали, а остатки фосфата и
дезоксирибозы находятся снаружи. Две цепи удерживаются вместе водородными связями между определенными парами оснований: аденин всегда спаривается с тимином, гуанин - с цитозином. Цепи двойной спирали взаимно комплементарны и служат матрицами при репликации ДНК.
Молекула РНК содержит сахар рибозу и основания - аденин, гуанин, цитозин, урацил. Прокариоты содержат три типа РНК: информационную (матричную) - иРНК, транспортную - тРНК, рибосомальную - рРНК. Причем имеется три типа рибосомальных РНК. Они различаются по числу входящих в их сотав нуклеотидов и коэффициенту седиментации. Это 23S-, 16S- и 5S-PHK. В рибосомах содержится по одной молекуле каждой из этих РНК.
По количественному содержанию в клетках преобладает рибосомальная РНК (у Е. coli до 80 %), затем следует транспортная РНК (до 15 %) к меньше всего содержится информационной РНК
(до 5 %).
Все три типа РНК участвуют в синтезе белка, выполняя строго определенные функции: иРНК служит матрицей для сингаза белка: тРНК - доставляет активированные аминокислоты к рибосомам; рРНК - основной компонент рибосом. Роль ее в синтезе белка пока точно не определена.