Обмен нуклеотидов

Пуриновые азотистые основания, образующиеся в процессе переваривания нуклеиновых кислот в кишечнике, в дальнейшем практически не используются. Поэтому их синтез осуществляется de novo из низкомолекулярных предшественников, продуктов обмена углеводов и белков.

1. Для биосинтеза пуринового кольца необходимы следующие предшественники: N₁ образуется из аспартата; С₂ – из углерода N¹⁰-формил-ТГФК; N₃ и N₉ происходят из амидной группы глутамина; С₄, С₅ и N₇ - из глицина; С₆ – из СО₂; С₈ - N⁵,N¹⁰-метенил-ТГФК.

2. Основное место синтеза – печень. В эритроцитах, лейкоцитах и мозгу синтез не происходит.

3. Синтез пуриновых нуклеотидов начинается с промежуточного продукта пентозофосфатного пути – рибозо-5-фосфата, на который переносится пирофосфатная группа АТФ (схема). Фермент – фосфорибозилпирофосфатсинтетаза.

4. Образовавшийся 5-фосфорибозил-1-пирофосфат (ФРПФ) под действием амидотрансферазы взаимодействует с глутамином, который является донором NH₂-группы и образуется β-5-фосфорибозиламин. При этой реакции происходит освобождение пирофосфата, глутаминовой кислоты и изменение конфигурации из α- в β-. Эта стадия является ключевой в синтезе пуринов.

5. Через ряд промежуточных соединений происходит синтез всего пуринового скелета и образуется первый нуклеотид – инозинмонофосфат (инозиновая кислота, ИМФ), которая является предшественником пуриновых нуклеотидов.

6. Синтез АМФ и ГМФ осуществляется из ИМФ. Для синтеза ГМФ необходимы НАД⁺, АТФ, глутамин и ферменты – ИМФ-дегидрогеназа и ГМФ-синтетаза. В ферментативном синтезе АМФ из ИМФ принимает участие аспарагиновая кислота, являющаяся донором NH₂-группы, ГТФ в качестве источника энергии и ферменты аденилосукцинатсинтетаза и аденилосукцинатлиаза.

Превращение АМФ и ГМФ в соответствующие нуклеозидди- и трифосфаты протекает в две стадии при участии специфических нуклеозидмонофосфат – и нуклеозиддифосфаткиназ:

ГМФ + АТФ ↔ ГДФ + АФД

ГДФ + АТФ ↔ ГТФ + АДФ

Регуляция осуществляется по механизму обратной связи:

1. Синтез пуриновых нуклеотидов тормозится конечными продуктами по принципу обратной связи путем ингибирования амидотрансферазной реакции.

2. Избыток ГМФ в клетках аллостерически тормозит синтез ГМФ и не влияет на синтез АМФ и, наоборот, накопление АМФ ингибирует синтез АМФ и не ингибирует синтез ГМФ.

Ингибиторы синтеза пуриновых нуклеотидов: фолиевая кислота необходима дял синтеза пуриновых нуклеотидов. Сульфаниламидные препараты являются структурными аналогами парааминобензойной кислоты и ингибируют ее синтез у микроорганизмов. Сульфаниламиды не действуют на организм человека, поскольку фолиевая кислота не синтезируется у человека, а поступает с пищей.

Особенностью синтеза пиримидиновых нуклеотидов является то, что вначале происходит синтез пиримидинового основания, а затем остаток рибозы присоединяется к уже сформировавшемуся пиримидиновому кольцу.

1. Из глутамина, СО₂ и АТФ под действием фермента карбамоилфосфатсинтетазыв цитозоле клеток синтезируется карбамоилфосфат (схема).

2. Карбамоилфосфат взаимодействует с аспартатом и образуется N-карбамоиласпарагиновая кислота. Фермент – аспартаттранскарбамоилаза.

3. N-карбамоиласпарагиновая кислота подвергается циклизации с отщеплением молекулы воды и дегидрированию. Синтезируется оротовая кислота.

4. Оротовая кислота реагирует с ФРПФ с образованием оротидин-5’-фосфата (ОМФ). Декарбоксилирование последнего приводит к образованию пиримидинового нуклеотида – УМФ.

5. Превращение УМФ в УДФ и УТФ осуществляется, как и в случае пуриновых нуклеотидов, путем фосфорилирования:

УМФ + АТФ ↔ УДФ + АФД

УДФ + АТФ ↔ УТФ + АДФ

6. Предшественником цитидиловых нуклеотидов является УТФ, который превращается в ЦТФ с участием фермента ЦТФ-синтетаза, АФТ, Mg²⁺ и глутамина.

7. Тимидиловые нуклеотиды входят в ДНК и содержат дезоксирибозу. Поэтому вначале происходит восстановление рибонуклеотидов у 2’-го атома углерода с использованием в качестве источника атомов водорода восстановленного термостабильного белка тиоредоксина, содержащего 2 свободные SH-группы.

8. Для синтеза тимидиловых нуклеотидов требуется также метилированное производное урацила – тимин. В клетках имеется фермент – тимидилатсинтаза, который катализирует метилирование дезоксиУМФ.

Донором метильной группы в тимидилатсинтазной реакции является N⁵,N¹⁰-метилен-ТГФК, которая превращается в дигидрофолиевую кислоту (ДГФК). Последняя восстанавливается до ТГФК под действием НАДФН₂-зависимой дигидрофолатредуктазы. Ингибитор дигидрофолатредуктазы – метотрексат – используется как противоопухолевый препарат. Из образовавшегося ТМФ путем фосфотрансферазных реакций образуются dТДФ и dТТФ.