Восстановление рибонуклеозиддифосфатов в 2-дезоксирибонуклеозиддифосфаты.
1 – рибонуклеотидредуктаза (РНР); 2 – тиоредоксинредуктаза
Рибонуклеотидредуктазный комплекс катализирует восстановление нуклеотиддифосфатов в дезоксипроизводные. Состоит из:
Рибонуклеотидредуктаза (РНР) –олигомерный белок, из двух
-
и двух
-
субъединиц, кофактор – негеминовое железо.
Белок тиоредоксин – донор водорода в реакции восстановления рибозы
В рабочую часть этого белка входят 2 SН-группы, которые окисляются с образованием дисульфидного мостика
Фермент тиоредоксинредуктаза обеспечивает регенерацию восстановленной
формы тиоредоксина. катализирует гидрирование окисленного тиоредоксина с использованием NАDРН.
При участии комплекса РНР образуются dАДФ, dГДФ, dУДФ и dЦДФ, которые с
помощью НДФ-киназ превращаются в dНТФ, 3 из которых (кроме dУДФ) непосредственно используются в синтезе ДНК.
dНДФ
+ АТФ
dНТФ
+ АДФ.
Биосинтез тимидиловых нуклеотидов
Тимидиловые нуклеотиды синтезир. из dУМФ с участием , -метилен- -фолата.
Донор метильной группы – , -метилен- -фолат (кофермент т
имидилатсинтазы). С помощью него в dУМФ включается метиленовая группа и восстанавливается в метильную, используя 2 атома водорода от -фолата.
Образование I субстрата (dУМФ) осуществляется двумя путями:
Гидролитическим дезаминированием дЦМФ, с помощью дЦМФ-дезаминазы. дЦМФ получается при дефосфорилировании дЦДФ. Это основной путь.
Дефосфорилированием дУДФ
2. Образование II субстрата ( , -метилен- -фолат) осуществляется при участии 2 ферментов:
Дигидрофолатредуктаза, с участием NADРН восстанавливает
-фолат
в
-фолат
Серин гидроксиметилтрансфераза осуществляет перенос β-гидроксиметиленовой группы серина на -фолат.
Синтез ттф из дЦдф и дУдф
1 – дЦМФ дезаминаза; 2 – тимидилатсинтаза; 3 – дНМФ- и дНДФ киназы;
4 – дигидрофолатредуктаза; 5 – серингидроксиметилтрансфераза.
Регуляция синтеза дезоксирибонуклеотидов
Индуцируемые ферменты, их количество регулируется на генетическом уровне по механизму индукции и репрессии:
Рибонуклеотидредуктаза
Тимидилатсинтаза
Тимидинкиназа
В
-периоде
синтез этих белков начинает нарастать
Во время активного синтеза ДНК достигает максимума
В
-
и М-периоды снижается практически до
нуля
Активность РНР подвержена аллостерической регуляции. РНР первыми
восстанавливает пиримидиновые нуклеотиды, а последним – дАДФ.
дАДФ фосфорилируется в дАТФ, накопление которого полностью прекращает восстановление всех остальных рибонуклеозиддифосфатов.
Противоопухолевые препараты.
1. 5-фторурацил – аналог урацила. В организме 5-фторурацил превращается
в 5-F-УМФ:
Либо в реакции, катализируемой оротатфосфорибозилтрансферазой
Либо через промежуточное образование нуклеозида и последующее фосфорилирование
Механизм действия:
Превратившись в НДФ, 5-фторурацил восстанавливается в соответствующее дезоксипроизводное (катализатор РНР).
Под действием фосфатазы 5-F-дУДФ снова теряет фосфат и образуется 5-F-дУМФ
5-F-дУМФ связывается с тимидилатсинтазой и , -метилен- -фолатом. Образуется комплекс, напоминающий промежуточное соединение в реакции превращения дУМФ в дТМФ.
Тимидилатсинтаза оказывается полностью блокированной, и синтез дТМФ прекращается.
2. Цитозинарабинозид (цитарабин) – соединение, где остаток рибозы замещён на
стереоизомер – арабинозу. Оно используется в химиотерапии рака, при острой миелоцитарной лейкемии. В организме препарат может превращаться в дНТФ, ингибировать ДНК-полимеразы и снижать скорость репликации.
3. Аналоги фолиевой кислоты. В обмене нуклеотидов , -метилен- -фолат
служит донором метильной группы и в ходе реакции превращается в -фолат (в ключевой реакции синтеза дТМФ из дУМФ). Для активного синтеза тимидиловых нуклеотидов -фолат должен восстановиться в -фолат.
Метотрексат и аминоптерин (структурные аналоги фолиевой кислоты)
ингибируют дигидрофолатредуктазу. Она необходима для восстановления дигидрофолиевой кислоты до тетрагидрофолиевой кислоты. Дигидрофолиевая кислота образуется в процессе превращения дУМФ в дТМФ при участии фермента тимидилатсинтетазы (кофермент – тетрагидрофолиевая кислота). Так нарушается превращение дУМФ в дТМФ, а также синтез пуриновых нуклеотидов. Препараты широко используют в химиотерапии опухолей.