АДЕНОЗИНФОСФОРНЫЕ КИСЛОТЫ

Аденозинфосфорные кислоты (адениловые нуклеотиды) — биологически активные вещества, представляющие собой фосфорные эфиры аденозина. Среди аденозинфосфорных кислот различают монофосфорные производные аденозина: аденозинмонофосфорные, или адениловые, кислоты (АМФ) и полифосфорные производные (аденозиндифосфорная — АДФ и аденозинтрифосфорная—АТФ) кислоты, а также производные, содержащие еще большее число остатков фосфорной кислоты, среди которых описаны аденозинтетрафосфорная и аденозинпентафосфорная кислоты. При полном гидролизе аденозинфосфоные кислоты дают аденин (см. Пуриновые основания), рибозу (см.) и фосфорную кислоту. При неполном гидролизе можно получить аденозин и соответствующие рибозофосфорные кислоты. Остаток фосфорной кислоты в адениловых кислотах соединен сложноэфирной связью с гидроксилом рибозы в положении 5′, 3 или 2′. Все эти три изомера аденозинмонофосфорных кислот встречаются в природе. При гидролизе нуклеиновых кислот (см.) получаются аденозин-3′-монофосфорная и аденозин-2′-монофосфорная кислоты («дрожжевые адениловые кислоты»).

В свободном виде преимущественно встречается аденозин-5′-монофосфорная кислота, впервые полученная Эмбденом в 1927 году из мышц кролика и иногда называемая «мышечной» адениловой кислотой:

Из различных тканей выделены также аденозин-2′,3′- и аденозин-3′,5′-циклофосфаты, то есть циклические АМФ, в которых остаток фосфорной кислоты образует эфиры соответственно с гидроксилами у второго и третьего или третьего и пятого атомов остатка рибозы. Циклическая 3′,5′-АМФ играет важную биологическую роль, например выполняя функцию активатора фосфорилазы (см.) и других ферментов.

Аденозинполифосфорные кислоты обычно являются производными 5′-АМФ. В тканях организмов содержатся также дезоксиаденозинфосфорные кислоты, в которых D-рибоза заменена на D-дезоксирибозу.

Дезоксиаденозинфосфорные кислоты присутствуют в организме в свободном виде, их получают также и при гидролизе дезоксирибонуклеиновых кислот (см.). Все аденозинфосфорные кислоты являются сильными кислотами и в природе находятся в виде солей. Аденозинфосфорные кислоты интенсивно поглощают ультрафиолетовое излучение в области около 260 нм, они являются сильными комплексообразователями и в природе часто находятся в виде комплексной соли с магнием. Свободные аденозинфосфоные кислоты, а также их щелочные и щелочноземельные соли легко растворимы в воде. Соли тяжелых металлов образуют нерастворимые осадки.

Аденозин — 9-бета-D-рибофуранозил-аденин. Представляет собой соединение аденина и D-рибозы. Последняя своим первым углеродным атомом присоединена бета-гликозидной связью к девятому атому аденина. Молекулярный вес 267,24, температура плавления 229°, оптически активен [a]D= —60°. Хорошо растворим в горячей воде, плохо в холодной. Под действием кислот гидролизуется на аденин и рибозу. При ферментативном дезаминировании (см.) в организме превращается в инозин с последующим образованней мочевой кислоты, являющейся конечным продуктом пуринового обмена.

Аденозин-5′ -монофосфорная кислота. Хорошо растворима в горячей воде. Плавится при t 198—200° с разложением, [a] D = —47,5° (в 2% едком натре), при щелочном гидролизе отщепляет фосфорную кислоту и образует аденозин. При ферментативном или химическом дезаминировании этого соединения образуется инозиновая кислота (см.).

Аденозин-3′ -монофосфорная кислота. Образуется при щелочном гидролизе рибонуклеиновых кислот, плавится с разложением при t° 208°, [a]D в воде= — 38,5°. При кислом гидролизе расщепляется на аденин и фосфорибозу. В отличие от аденозин-5′-фосфорной («мышечной» адениловой) кислоты, не дезаминируется мышечной дезаминазой адениловой кислоты и не фосфорилируется с образованием полифосфорных производных.

Аденозин-2′ -монофосфорная кислота и аденозин-2′,3-циклическая монофосфорная кислота. Образуются при щелочном гидролизе рибонуклеиновых кислот и физиологического значения, по-видимому, не имеют.

Аденозинмонофосфорные кислоты являются наряду с другими нуклеотидами важнейшей составной частью нуклеиновых кислот (см.) и встречаются как в их составе, так и в свободном виде во всех тканях живых организмов. Аденозинфосфорные кислоты, находящиеся в начале полинуклеотидной цепи м-РНК, имеют значение для инициации биосинтеза белков (см. Белки). Конечный остаток аденозила в транспортных РНК существен для связывания их с рибосомами. В составе РНК содержатся последовательности, состоящие только из адениловых нуклеотидов, а в клетках образуется полинуклеотид, состоящий только из остатков адениловой кислоты. Физиологическая роль этого полинуклеотида до сих пор не ясна. 5′-АМФ является важным компонентом адениловой системы (см. ниже) и принимает участие во многих биологически важных реакциях.

Особую роль играет аденозин-3′,5′-циклофосфат (циклическая АМФ).

Этот нуклеотид является медиатором целого ряда гормонов и участвует в регуляции многих биохимических реакций в клетках. Циклическая 3′,5′- АМФ (цАМФ) образуется в клетках под действием фермента аденилатциклазы. Этот фермент катализирует реакцию:

Другой фермент (цАМФ диэстераза) осуществляет расщепление фосфоэфирной связи цАМФ у третьего углеродного атома рибозного остатка с превращением цАМФ в 5 -АМФ. Многие гормоны (глюкагон, адреналин и норадреналин, простагландины, ряд гормонов гипофиза и др.) активируют аденилатциклазу, осуществляя свое действие с помощью образующейся цАМФ. Так, например, цАМФ, образующаяся при активации аденилатциклазы глюкагоном или адреналином, превращает неактивную киназу фосфорилазы в активную форму. Последняя осуществляет реакцию фосфорилирования (см.) неактивной фосфорилазы b с образованием активной ее формы (фосфорилазы а), участвующей в распаде гликогена (см.). Показано также участие цАМФ и в активации ряда других ферментов в качестве медиатора действия гормонов. Имеются указания, что и в других реакциях действие цАМФ состоит в активации протеинокиназ. Предполагают, что такой же механизм лежит в основе стимулирующего действия цАМФ на биосинтез белков, катаболизм липидов, образование стероидов и проницаемость биологических мембран. Аденилатциклаза обнаруживается главным образом, в различных клеточных мембранах. В связи с этим высказывалось предположение, что, действуя на комплекс АТФ с кальцием в мембранах, этот фермент наряду с образованием цАМФ приводит к освобождению ионов кальция, которые влияют на состояние мембран (см. Мембраны биологические).

Аденозиндифосфорная кислота (аденозинпирофосфорная кислота, аденозиндифосфат, АДФ). Представляет собой фосфоангидрид 5′-АМФ. Конечный остаток фосфорной кислоты в АДФ соединен с АМФ высокоэргической связью. Он отщепляется от АДФ в процессе гидролиза 1н. HCl при 100° за 7 мин. АДФ обратимо превращается в АТФ и в 5′-АМФ, образуя вместе с ними так называемую адениловую систему, играющую важнейшую роль в целом ряде процессов обмена веществ и энергии (см.).

Аденозинтрифосфорная кислота (аденозинтрифосфат, аденилпирофосфорная кислота, АТФ) была впервые получена Ломанном в 1929 году из мышц лягушки. АТФ представляет собой пирофосфорньй ангидрид 5′-АМФ, она является сильной четырехосновной кислотой, легко растворимой в воде. АТФ содержит два высокоэргических остатка фосфорной кислоты (соответствующие связи на рисунке обозначены волнистой чертой).

АТФ вместе с другими нуклеозидтрифосфатами является субстратом для синтеза рибонуклеиновых кислот в РНК-полимеразной реакции. АТФ является универсальным, богатым энергией (высокоэргическим) соединением (см. Высокоэргические соединения, Биоэнергетика). АТФ образуется из АДФ путем фосфорилирования за счет энергии, освобождающейся при окислении органических веществ. АТФ вместе с АДФ и с 5′-АМФ образуют адениловую систему. В норме в мышцах и в других тканях АТФ составляет около 75% адениловых нуклеотидов, на долю которых в свою очередь приходится около 87% общего фонда свободных нуклеотидов. Энергия, накопленная в виде АТФ, используется в огромном числе различных эндергонических процессов, то есть требующих затрат энергии. К их числу относятся различные формы движения, включая мышечное сокращение, внутриклеточный транспорт ионов и других веществ, биосинтез белков, нуклеиновых кислот, фотосинтез и т. д. Все эти реакции катализируются специфическими ферментами, переносящими на другие вещества остаток ортофосфорной, пирофосфорной или адениловой кислот. Под действием ферментов аденозинтрифосфатаз (см.) АТФ отщепляет остаток фосфорной или пирофосфорной кислоты. В качестве примера реакций с участием АТФ, в которых переносится остаток ортофосфорной кислоты, можно привести образование глюкозо-6-фосфата под действием гексокиназы в присутствии ионов магния:

В ряде реакций, например при образовании З-фосфо-альфа-D-рибозилпирофосфата (ФРПФ) в реакции, катализируемой ферментом АТФ (D-рибозо-5 -фосфат-пирофосфотрансферазой), с АТФ переносится пирофосфат с освобождением АМФ:

АТФ + D-рибоао-5-фосфат <-> АМФ+ФРПФ.

Наконец, группа реакций связана с переносом остатка АМФ и освобождением пирофосфата. К этим реакциям относятся образование аминоациладенилатов (промежуточного продукта синтеза белков):

АТФ + аминокислота -> аминоациладенилат+пирофосфат

при участии фермента аминоациладенилатсинтетазы, синтез коферментов, содержащих остатки АМФ, как, например, никотинамидадениндинуклеотида (НАД) или флавинадениндинуклеотида (ФАД) и другие. Остатки адениловых кислот входят в состав многих коферментов и других биологически важных веществ, среди которых можно назвать вышеупомянутые НАД, ФАД, НАДФ, а также кофермент А, аденозилметионин, аденилилсульфат и другое. В тканях организмов обнаружены также аденозинтетрафосфат, содержащий четыре остатка фосфорной кислоты, и аденозинпентафосфат, содержащий пять остатков фосфорной кислоты. Однако эти соединения не заменяют АТФ, и биологическая роль их остается неясной.

АТФ, АМФ, АДФ, а также аденозин обладают выраженной фармакодинамической активностью: понижают кровяное давление, активируют мускулатуру матки и других органов, благодаря чему они находят применение при спазмах сосудов, миокардиодистрофии, мышечной дистрофии (см. Аденозинтрифосфорная кислота, Мышечно-адениловый препарат).

Библиография: Диксон М. и Уэбб Э. Ферменты, пер. с англ.. М., 1966; Микельсон А. М. Химия нуклеозидов и нуклеотидов, пер. с англ.. М., 1966; Химия и биохимия нуклеиновых кислот, под ред. И. В. Збарското и С. С. Дебова, Л., 1968; Joe t J.-P. a. Ricken-SeTg H. V. Cyclic AMP, Ann. Rev. Blochem., 40, p. 741, 1971, bibllogr.; Mandсl P. Frco nucleotides In animal tissues, Progr. Nucleic Acid. Res., v. 3, p. 299, 1964, bibllogr.; Robison G. A.. Butcher R. W. a. Sutherland E. W. Cyclic AMP. Ann. Rev. Biochem., v. 37, p. 149, 1968, bibliogr.

И. Б. Збарский.