Тема 10. 3. Биосинтез дезоксирибонуклеотидов.

ИММУНОДЕФИЦИТЫ

Клетки, как правило, содержат в 5-10 раз больше РНК, чем ДНК. Быстрорастущие клетки для репликации генома нуждаются в дезоксирибонуклеозидтрифосфатах (дНТФ), которые образуются путем прямого восстановления гидроксильной группы рибозы в дезоксирибозу в составе пуриновых и пиримидиновых НДФ и последующего фосфорилирования дНДФ с использованием АТФ.

1. Восстановление всех рибонуклеотидов катализирует рибонуклеотидредуктазный комплекс, который включает рибонуклеотидредуктазу(РНРазу), белковый кофактор тиоредоксин и систему его регенерации: фермент тиоредоксинредуктазу и NADPH (рис. 10.7). Непосредственным восстановителем НДФ является тиоредоксин, сульфгидрильные группы которого в ходе этой реакции окисляются.

РНРаза - аллостерический фермент и его активность зависят от количественного содержания отдельных дезоксирибонуклеотидов в клетке. дАТФ является ингибитором восстановления всех рибонуклеотидов, а дГТФ подавляет восстановление пиримидиновых НДФ.

Рис. 10.7. Восстановление рибонуклеозиддифосфатов в дезоксипроизводные.

Восстановителем НДФ является тиоредоксин, сульфгидрильные группы которого окисляются в ходе этой реакции. Окисленный тиоредоксин восстанавливается тиоредоксинредуктазой с участием NADPH

3. Синтез дТМФ из дУМФ катализирует тимидилатсинтаза с участием N⁵N¹⁰- метилен Н₄-фолата, за счет которого:

• включается одноуглеродный радикал в молекулу дУMФ и

• восстанавливается метиленовая группа в метильную. Тимидилатсинтаза не только переносит метиленовую группу

N5N10-метилен-Н₄-фолата в 5-положение пиримидинового основания дУМФ, но в процессе восстановления ее в метильный радикал забирает два атома водорода от Н₄-фолата, поэтому восполнение запасов N5N10-метилен- Н₄-фолата нуждается в работе еще двух ферментов:дигидрофолатредуктазы и сериноксиметилтрансферазы (рис. 10.8).

Интенсивность синтеза дТМФ зависит от скорости восстановления продукта реакции дигидрофолата в Н₄-фолат с помощью дигирофолатредуктазы.

Образование дУМФ осуществляется двумя путями: дефосфорилированием дУДФ или дефосфорилированием дЦДФ и последующим гидролитическим дезаминированием дЦМФ с помощью дЦMФ-дезаминазы. В организме человека преобладает последний путь.

Количество ферментов РНРазы и тимидилатсинтазы регулируется на

Генетическом уровне по механизму индукции и зависит от скорости синтеза ДНК. Их количество увеличивается и высокая скорость реакций, катализируемых РНРазой и тимидилатсинтазой, наблюдаются только тогда, когда клетки активно синтезируют ДНК и готовятся к делению.

Рис. 10.8. Синтез дТМФ

На схеме показаны препараты, часто использующиеся в лечении онкологических заболеваний и останавливающие синтез дТМФ на стадиях превращения дУМФ в дТМФ и восстановления Н₂-фолата в Н₄-фолат

5. Небольшое количество дезоксирибонуклеотидов может образовываться по «запасному» пути в реакциях, катализируемых тимидинкиназой и дезоксицитидинкиназой:

Дезоксицитидинкиназа фосфорилирует также дезоксигуанозин и дезоксиаденозин.

Иммунодефициты - состояния, связанные с нарушением функций иммунной системы. Они возникают при ингибировании работы РНРазы,вызванном недостаточностью ферментов катаболизма аденозина и гуанозина. Недостаточность аденозиндезаминазы ипуриннуклеозидфосфорилазы снижает скорость превращения пуриновых нуклеозидов в азотистые основания и мочевую кислоту. В клетках накапливаются избыточные количества рибо- и дезоксирибонуклеотидов, вызывая в быстро делящихся клетках повышение концентрации дАТФ и дГТФ, которые тормозят восстановление всех остальных НДФ в дезоксипроизводные. Это останавливает синтез ДНК и деление клеток.

• Низкая активность аденозиндезаминазы нарушает пролиферацию и созревание Т- и В-лимфоцитов и сопровождается возникновением тяжелых форм клеточного и гуморального иммунодефицита. Накопление дАТФ ингибирует РНРазу и лишает клетки субстратов для синтеза ДНК. Дети с этой патологией, как правило, погибают от частых инфекций.

• Наследственная недостаточность пуриннуклеозидфосфорилазы останавливает созревание Т-лимфоцитов в связи с накоплением в клеткахпредшественниках дГТФ, блокирующего РНРазу и синтез пиримидиновых дНТФ, но не столь сильно, как дАТФ. У пациентов оказывается сниженным клеточный иммунитет. Больные страдают частыми и хроническими инфекционными заболеваниями.