Биосинтез пиримидиновых нуклеотидов
Фонд пиримидиновых нуклеотидов, подобно пуриновым нуклеотидам, в основном синтезируется из простых предшественников de novo, и только 10-20% от общего количества образуется по «запасным» путям из азотистых оснований или нуклеозидов.
Пиримидиновое кольцо синтезируется из простых предшественников: глутамина (глн), СО2 и аспарагиновой кислоты (асп) и затем связывается с рибозо-5-фосфатом, полученным от ФРДФ. Процесс протекает в цитозоле клеток. Синтез ключевого пиримидинового нуклеотида - УМФ идёт с участием 3 ферментов, 2 из которых полифункциональны.
1. Образование дигидрооротата
У млекопитающих ключевой реакцией в синтезе пиримидиновых нуклеотидов является синтез карбамоилфосфата из глутамина, СО2 и АТФ, в реакции катализируемой карбамоилфосфатсинтетазой II (КФС II), которая протекает в цитозоле клеток.
Карбамоилфосфат, использующийся на образование пиримидиновых нуклеотидов, является продуктом полифункционального фермента, который наряду с активностью КФС II содержит каталитические центры аспартаттранскарбамоилазы и дигидрооротазы. Этот фермент назвали "КАД-фермент" - по начальным буквам ферментативных активностей, которыми обладают отдельные каталитические домены этого белка. Объединение первых трёх ферментов метаболического пути в единый полифункциональный комплекс позволяет использовать почти весь синтезированный в первой реакции карбамоилфосфат на взаимодействие с аспартатом и образование карбамоиласпартата, от которого отщепляется вода и образуется циклический продукт - дигидрооротат (рис. ниже).
Отщепляясь от КАД-фермента, дигидрооротат подвергается дегидрированию НАД-зависимой дигидрооротатдегидрогеназой и превращается в свободное пиримидиновое основание - оротовую кислоту, или оротат.
2. Образование УМФ
В цитозоле оротат становится субстратом бифункционального фермента - УМФ-синтазы, которая обнаруживает оротатфосфорибозилтрансферазную и ОМФ-декарбоксилазную активности. Первоначально фосфорибозильный остаток от ФРДФ переносится на оротат и образуется нуклеотид - оротидин-5'-монофосфат (ОМФ), декарбоксилирование которого даёт уридин-5-монофосфат (УМФ).
Таким образом, шесть последовательных реакций синтеза пиримидиновых нуклеотидов осуществляются тремя ферментами, которые кодируются в геноме человека тремя различными структурными генами.
3
.
Образование ЦМФ из УТФ
ЦТФ-синтетаза катализирует амидирование УТФ, осуществляя АТФ-зависимое замещение кетогруппы урацила на амидную группу глутамина с образованием цитидин-5'-трифосфата (ЦТФ).
Биосинтез дезоксирибонуклеотидов
Синтез дезоксирибонуклеотидов идёт с заметной скоростью только в тех клетках, которые вступают в S-фазу клеточного цикла и готовятся к синтезу ДНК и делению. В покоящихся клетках дезоксинуклеотиды практически отсутствуют. Все дезоксинуклеотиды, кроме тимидиловых, образуются из рибонуклеотидов путём прямого восстановления ОН-группы у второго углеродного атома рибозы до дезоксирибозы.
Тимидиловые нуклеотиды синтезируются из дУМФ особым путём с участием N5,N10-метилен-Н4-фолата.
1. Реакцию восстановления НДФ (нуклеотиддифосфаты) в дезоксипроизводные катализирует рибонуклеотидредуктазный комплекс, в состав которого входят: рибонуклеотидредуктаза (РНР), белок тиоредоксин и тиоредоксинредуктаза.
Донором водорода в реакции восстановления рибозы служит белок тиоредоксин. В этот белок входят 2 SH-группы, которые отдают водород и окисляются с образованием дисульфидного мостика. Тиоредоксинредуктаза - катализирует гидрирование окисленного тиоредоксина с использованием НАДФН+Н+.
При участии комплекса РНР образуются: дАДФ, дГДФ, дУДФ и дЦДФ, которые с помощью НДФ-киназ превращаются в дНТФ (дезоксинуклеотиддифосфаты), 3 из которых (кроме дУДФ) непосредственно используются в синтезе ДНК.
1 - рибонуклеотидредуктаза (РНР); 2 - тиоредоксинредуктаза.
2. Биосинтез тимидиловых нуклеотидов.
Тимидин-5'-монофосфат (дТМФ) образуется из дУМФ при участии тимидилатсинтазы. Донором метильной группы, появляющейся в 5-положении пиримидинового кольца в дТМФ, служит N5,N10-метилен-Н4-фолат. С помощью него в молекулу дУМФ включается метиленовая группа и восстанавливается в метильную, используя 2 атома водорода от Н4-фолата.
