Деструкция нуклеиновых кислот

Ферменты, катализирующие распад нуклеиновых кислот, — нуклеазы известны давно и достаточно хорошо изучены. Ферменты, расщепляющие ДНК, называются дезоксирибонуклеазами (ДНК-азы), а тс, что гидролизуют РНК, рибонуклеазами (РНК-азы). Распад экзогенных нуклеиновых кислот в процессе пищеварения осуществляется в основном гидролитическим путем в тонком кишечнике под действием ДНК-аз и РНК-аз, секретируемых поджелудочной железой до олиго-, дии мононуклеотидов. Полная деполимеризация нуклеиновых кислот до мононуклеотидов может завершаться под действием других ферментов тонкого кишечника, например фосфод и эстераз.

Внутри каждой группы тканевых нуклеаз — рибои дезоксирибонуклеаз есть ферменты, отличающиеся по специфичности действия на субстрат и функциям в клетке.

По специфичности действия различают следующие нуклеазы:

• • действующие на внутренние межнуклеотидные связи — эндонуклеазы и на концевые — экзонуклеазы;
• • разрушающие однои (или) двухцепочечные нуклеиновые кислоты;
• • узнающие 3'- или 5'-концы;
• • расщепляющие по аили б-типу:

где Н — нуклеозид; Ф — фосфат:

• • узнающие пуриновые или пиримидиновые основания;
• • различающие определенные палиндромные последовательности (рестриктазы).

Образовавшиеся под действием нуклеаз нуклеотиды расщепляются нуклсотидазами и нуклсозидазами (табл. 26.1).

Таблица 26.1. Ферментативное расщепление нуклеиновых кислот.

ИЗ Как видно из табл. 26.1, деградация ДНК и РНК осуществляется как под действием гидролитических, так и фосфорилитических нуклеаз. В настоящее время эти ферменты открыты как в микроорганизмах, так и в животных тканях.

Механизм действия фосфорилитического расщепления пол и нуклеотидной цепи сводится к переносу нуклеотидных остатков с РНК на неорганический фосфат:

Полагают, что in vivo фермент катализирует распад клеточных РНК до нуклсозиддифосфатов, участвуя тем самым в регуляции концентрации клеточного неорганического фосфата.

Функции различных типов РНК-аз и ДНК-аз в клетке разнообразны. Так, панкреатическая рибонуклеаза (РНК-аза I) обладает экзои эндонуклеазным действием и катализирует деградацию всех типов РНК. Вместе с тем известны высокоспецифичные тканевые РНК-азы, расщепляющие фосфодиэфирную связь в области строго определенных нуклеотидных последовательностей и участвующие в созревании первичных транскриптов рибосомальных и транспортных РНК.

Что касается группы ДНК-аз, то, например, ДНК-аза I, выделенная из клеток поджелудочной железы, расщепляет одну из цепей ДНК с образованием олигодезоксирибонуклеотидов, имеющих фосфорильную группу на 5'-конце ДНК. ДНК-аза II, содержащаяся в тимусе и селезенке, гидролизует 3'-5'-фосфодиэфирныс связи в обоих цепях ДНК таким образом, что образуются З'-фосфоолигонуклсотиды.

Рестриктазы — ферменты ДНК-азного типа действия, катализируют деполимеризацию ДНК в строго определенных участках молекулы. Рестриктазы обладают высокой специфичностью действия относительно азотистых оснований, расположенных рядом с расщепляемой связью. Они используются для расшифровки последовательности нуклеотидных остатков в ДНК фагов и вирусов, а также находят широкое применение в генетической инженерии для получения рекомбинантных ДНК (гл. 31).

В отношении дальнейшей судьбы мононуклеотидов в кишечнике существует два предположения. Во-первых, мононуклеотиды расщепляются под действием неспецифических фосфатаз (кислой и щелочной), которые гидролизуют фосфоэфирную связь («нуклеотидазное» действие) с образованием нуклеозидов и фосфорной кислоты, и в таком виде всасываются. Второе предположение заключается в том, что мононуклеотиды всасываются и распад их осуществляется в клетках слизистой оболочки кишечника. Имеются также доказательства существования в стенке кишечника нуклсотидаз, катализирующих гидролитический распад мононуклеотидов. Дальнейший распад образовавшихся нуклеозидов осуществляется внутри клеток слизистой преимущественно фосфорилитическим, а не гидролитическим путем.

В результате действия внутриклеточных эндои экзонуклеаз нуклеиновые кислоты расщепляются до мононуклеотидов, которые под действием 3'- или 5'-нуклсотидаз гидролитически распадаются до нуклеозида и ортофосфорной кислоты. Известно, что АМФ в животных тканях предварительно дезаминируется и превращается в инозин-5'-монофосфат (ИМФ).

Образовавшиеся нуклеозиды в животных тканях чаще всего деградируют фосфорилитически путем переноса остатка рибозы на свободную фосфорную кислоту с образованием рибозо-1-фосфата и азотистого основания пуринового или пиримидинового ряда.

Последовательность реакций распада нуклеотидов пуринового ряда на примере деградации аденозин-5'-монофосфата представлена на следующей схеме:

Последовательность ферментативных превращений пиримидиновых нуклеотидов приведена на примере распада цитидин-5'-монофосфата: