НУКЛЕОТИДАЗЫ

НУКЛЕОТИДАЗЫ — ферменты, катализирующие расщепление фосфомоноэфирных связей в мононуклеотидах с образованием нуклеозидов и неорганического фосфата; относятся к классу гидролаз и подклассу гидролаз фосфомоноэфиров (КФ 3.1.3). Биол, роль Н. связана с их участием в клеточном метаболизме нуклеиновых кислот (см.) и их предшественников. По характеру каталитического действия все Н. являются фосфомоноэстеразами, расщепляющими эфирную связь фосфорной к-ты при участии молекулы воды.

В зависимости от того, у какого атома углерода (5'- или 3'-) в углеводном компоненте атакуемого нуклеотида расположен фосфориль-ный остаток, Н. делятся на три группы: 5'-нуклеотрщазы, З'-нуклеотидазы и 5' (З')-нуклеотидазы, гидролизующие оба типа мононуклеотидов.

5'-Нуклеотидазы (5'-рибонуклеотид-фосфогидролазы; КФ 3.1.3.5) широко распространены в природе.

Выделены и описаны ферменты из растений, тканей животных и человека, змеиного яда, дрожжей и бактерий. Ферменты из разных источников обладают нек-рыми общими свойствами; вместе с тем обнаруживаются заметные различия в их субстратной специфичности, а также в каталитических, физических и химических свойствах. Наиболее общими свойствами 5'-нуклеотидаз является их активация и ингибирование ионами нек-рых металлов. В большинстве случаев катионы Са2+, Mn2+, Ni2+ активируют эти ферменты, a Zn2+, Cu2+ и комплексобразующие (хелатирующие) агенты являются их ингибиторами. Мол. вес (масса) 5'-нуклеотидаз варьируют от 10 000 (фермент из яда кобры) до 237 000 (фермент из гипофиза крупного рогатого скота). Молекулы отдельных 5'-нуклеотидаз могут состоять ш нескольких субъединиц и часто обнаруживают аллостерический тип регуляции. Активный центр нек-рых из этих ферментов содержит Zn2+.

Во многих тканях 5'-нуклеотидазы присутствуют в виде множественных форм — изоферментов (см.). Так, для 5'-нуклеотидаз печени различных животных, в т. ч. и человека, субстратная специфичность и кинетические свойства различаются в зависимости от клеточной локализации фермента. Фермент из лизосом, напр., имеет необычную субстратную специфичность, гидролизуя, помимо 5'-нуклеозидмонофос-фатов, 2'-и З'-нуклеозидмонофосфа-ты. Цитоплазматические ферменты обладают более узкой субстратной специфичностью: нек-рые наиболее активны в отношении 5'-инозинмо-нофосфата и 5'-гуанозинмонофосфа-та, другие действуют гл. обр. на дез-окситимидинмонофосфат и уридин-монофосфат. В печени большая часть 5'-нуклеотидаз ассоциирована с мембранами. Несколько изоферментов 5'-нуклеотидаз присутствуют в нервной ткани; 5'-нуклеотидазная активность обнаружена в белом и сером веществе головного мозга, и наивысшая активность — в коре, мозжечке и спинном мозге. Показано, что активность 5'-нуклеотидазы сильно снижена по сравнению с нормой в демиелинизированных участках мозга у больных, страдающих рассеянным склерозом. Локализации 5'-нуклеотидаз в клетках эндотелия коронарных капилляров и мелких сосудов сердца приписывают большое значение в связи с предполагаемой ролью аденозина как физиол. регулятора коронарного кровообращения. Высокая активность 5'-нуклеотидазы (3-лимфоци-тов предотвращает накопление токсичного для лимфоидных клеток дезокси-АТФ при наследственной не-д о ста то чно с ти аде но з ин де з амина з ы (КФ 3.5.4.4), тогда как функция Т-лимфоцитов, обладающих малоактивной 5'-нуклеотидазой, при этом наследственном дефекте нарушается из-за подавления в них синтеза ДНК дезокси-АТФ.

Ферменты, гидролизующие нук-леозид-З'-монофосфаты (З'-рибонук-леотид-фосфогидролазы; КФ 3.1.3.6), изучены меньше, чем 5'-нуклео-тидазы. Гидролазы, обладающие субстратной специфичностью по отношению к З'-рибонуклеотидам, свойственны гл. обр. растительным тканям. Эти ферменты для проявления их активности нуждаются в ионах Zn2+.

В клетках Е. coli, инфицированных T-четными бактериофагами, появляется новая З'-дезоксирибо-нуклеотидазная активность. Индуцированная фагом З'-нуклеотидаза по своим кинетическим свойствам весьма сходна с бактериальными 5'-нук-леотидазами.

Многие микроорганизмы продуцируют цикло-2', З'-рибонуклеозид-фосфодиэстеразы (КФ 3.1.4.1), обладающие З'-нуклеотидазной активностью. Подобные ферменты, имеющие два активных центра, разные для гидролиза циклофосфодиэфиров и фосфомоноэфиров, выделены из различных Enterobacteriacea, Bacillus subtilis, Vibrio alginolyticus. Бактериальные ферменты сходны между собой в отношении оптимума pH, термочувствительности, активации и ингибирования ионами металлов и строго специфичны к З'-рибонуклеотидам. Эти ферменты могут вместе с РНК-азами участвовать в катаболизме РНК, действуя на олигонуклеотиды с концевыми 2', З'-циклонуклеотидами и последовательно расщепляя последние до З'-мононуклеотидов и далее — до нуклеозидов и ортофосфата.

В животных и растительных тканях обнаружены обладающие широкой субстратной специфичностью 5' (З')-нуклеотидазы (КФ 3.1.3.31), участвующие в деградации 3'- и 5'-рибо- и дезоксирибонуклеотидов. Эти ферменты наименее активны в тканях со стойкими, постоянными клеточными популяциями — в мозге, сердце, скелетных мышцах. Ткани, состоящие из короткоживущих клеток (напр., кровь), наоборот, характеризуются повышенной активностью этих ферментов. 5' (З')-Нуклеотидазы активируются аллостерическими эффекторами и выполняют регуляторную роль в обмене нуклеиновых к-т. Предполагается, что с 5'-нуклеотидазной активностью связано замедление синтеза ДНК; З'-нуклеотидазная активность участвует в реутилизации 3'-нуклеотидов, образующихся в результате действия нуклеаз (см.).

Большинство методов определения: активности Н. основано на колориметрическом (см. Спектрофотометрия) или изотопном определении количества неорганического фосфата, образующегося в результате гидролиза нуклеотидов.

См. также Ферменты.

Библиография: Дорофеев Г. И., Кожемякин JI. А. и Ивашкин В. Т. Циклические нуклеотиды и адаптация организма, JI., 1978, библиогр.; Федоров Н. А. Биологическое и клиническое значение циклических нуклеотидов, М., 1979; The enzymes, ed. by P. D. Boyer, v. 4, p. 337, 355, N.Y.— L., 1971; F r i t z o n P. Regulation of nucleotidase activities in animal tissues, в кн.: Advans. in enzyme regulation, ed. by G. Weber, v. 16, p. 43, Oxford a. o., 1978.

П. Л. Иванов.