Биосинтез пиримидиновых нуклеотидов

В отличие от синтеза пуриновых нуклеотидов, при котором азотистое основание формируется на остатке рибозо-5-фосфата, пиримидиновое

кольцо первоначально собирается из простых предшественников - глутамина, аспартата и СО2 и только затем взаимодействует с ФРДФ с образованием уридин-5'-монофосфата (УМФ).

Синтез УМФ протекает в цитозоле клеток и включает 6 стадий.

На первой стадии идет синтез карбамоилфосфата из Глн и СО2 с использованием 2 молекул АТФ, последующее присоединение Асп и отщепление Н2О сопровождается образованием циклического производного – дигидрооротата.

Рис.10 Синтез пиримидиновых нуклеотидов

 

 

Далее дигидрооротат окисляется в оротат под действием NAD- зависимой дигидрооротатдегидрогеназы.

Синтез оротидилмонофосфата и уридинмонофосфорной кислоты происходит в реакции с фосфорибозилдифосфатом (ФРДФ): к оротовой кислоте присоединяется рибозо-5-фосфат и образуется оротидилмонофосфат, непосредственный предшественник УМФ.

УМФ фосфорилируется в УТФ в две стадии. Первую стадию катализирует специфический фермент - УМФ-киназа:

а во второй стадии участвует НДФ-киназа с широкой субстратной специфичностью.

 

Еще один пиримидиновый нуклеотид - цитидинтрифосфат (ЦТФ) - образуется из УТФ под действием ЦТФ-синтетазы, которая, используя энергию АТФ, замещает кетогруппу урацила амидной группой Глн.

Регуляция синтеза пиримидиновых нуклеотидов

Активность регуляторных ферментов синтеза пиримидиновых нуклеотидов контролируется аллостерически по механизму отрицательной обратной связи: УТФ ингибирует активность карбамоилсинтетезы II, накопление ЦТФ снижает активность ЦТФ-синтетазы.

Образование дезоксирибонуклеотидов

Обычно внутриклеточная концентрация дезоксирибонуклеотидов очень низка, но она возрастает в S-фазу клеточного цикла во время репликации ДНК. В образовании дезоксирибонуклеотидов участвуют два ферментных комплекса: рибонуклеотидредуктазы и тимидилатсинтазы.

Восстановление всех рибонуклеотидов в дезоксипроизводные катализирует рибонуклеотидредуктазный комплекс, который включает:

· собственно рибонуклеотидредуктазу

· белок-восстановитель тиоредоксин, сульфгидрильные группы которого окисляются в ходе этой реакции

фермент тиоредоксинредуктазу, участвующий в регенерации тиоредоксина с помощью NADPH.

Рибонуклеотидредуктаза - аллостерический фермент, активность которого зависит от концентрации отдельных дНТФ, причем, дАТФ является ингибитором восстановления всех рибонуклеотидов. Это обстоятельство объясняет возникновение тяжелейших форм иммунодефицитов при снижении активности ферментов катаболизма пуринов – аденозиндезаминазы или пуриннуклеозидфосфорилазы

Недостаточность ферментов приводит к накоплению в В- и Т- лимфоцитах дАТФ и дГТФ, которые аллостерически ингибируют рубонуклеотидредуктазу и лишают клетки предшественников ДНК.

Рис.11 Восстановление рибонуклеозиддифосфатов в дезоксипроизводные 1 - рибонуклеотидредуктаза; 2 - тиоредоксинредуктаза

Синтез       тимидиловых      нуклеотидов       катализирует тимидилатсинтазный комплекс, в который входят:

· тимидилатсинтаза, катализирующая включение одноуглеродного радикала в молекулу дУМФ

дигидрофолатредуктаза, обеспечивающая восстановление Н2-фолата в Н4-фолат с участием NADPH

· сериноксиметилтрансфераза, осуществляющая перенос оксиметильной группы Сер на Н4-фолат с образованием N5N10 метилен-Н4-фолaтa.

Аналоги азотистых оснований, нуклеозидов и нуклеотидов широко используются в медицинской практике в качестве лекарственных препаратов, поскольку они могут: ингибировать определенные ферменты, участвующие в синтезе нуклеотидов или нуклеиновых кислот; включаться в растущие цепи РНК или ДНК и останавливать рост цепей. Наиболее часто используемые препараты приведены в таблице.