Вариант 3
1. Синтез дезоксирибонуклеотидов, особенности процесса, химизм, роль белка тиоредоксина.
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 в составе рибонуклеозиддифосфатов до дезоксирибозы. Тимидиловые нук-леотиды синтезируются из dУМФ особым путём с участием N5,N10-метилен-Н4-фолата.
А. Рибонуклеотидредуктазный комплекс
Реакцию восстановления НДФ в дезоксипроизводные катализирует рибонуклеотидредук-тазный комплекс, в состав которого входят: собственно рибонуклеотидредуктаза (РНР), белок тиоредоксин и фермент тиоредоксинредуктаза, обеспечивающий регенерацию восстановленной формы тиоредоксина (рис. 10-17).
Рибонуклеотидредуктаза - олигомерный белок, состоящий из двух В1- и двух В2-субъединиц, и содержит негеминовое железо в качестве кофактора.
Непосредственным донором водорода в реакции восстановления рибозы служит низкомолекулярный белок тиоредоксин. В рабочую часть этого белка входят 2 SH-группы, которые, отдавая водород, окисляются с образованием дисульфидного мостика. Второй фермент комплекса - тиоредоксинредуктаза - катализирует гидрирование окисленного тиоредоксина с использованием NADPH.
При участии комплекса РНР образуются: dАДФ, dГДФ, dУДФ и dЦДФ, которые с помощью НДФ-киназ превращаются в дНТФ, 3 из которых (кроме дУДФ) непосредственно используются в синтезе ДНК. дНДФ + АТФ → дНТФ + АДФ.
Рис. 10-17. Восстановление рибонуклеозиддифосфатов в 2'-дезоксирибонуклеозиддифосфаты. 1 - рибонуклеотидредуктаза (РНР); 2 - тиоредоксинредуктаза.
Б. Биосинтез тимидиловых нуклеотидов
Тимидин-5'-монофосфат (дТМФ) образуется из дУМФ в реакции, катализируемой тимиди-латсинтазой (рис. 10-18). Донором метильной группы, появляющейся в 5-положении пиримидинового кольца в молекуле дТМФ, служит кофермент тимидилатсинтазы - N5,N10-метилен-Н4-фолат. С помощью этого кофермента в молекулу дУМФ включается метиленовая группа и восстанавливается в метальную, используя 2 атома водорода от Н4-фолата.
Образование субстрата тимидилатсинтазной реакции - дУМФ осуществляется двумя путями (рис. 10-19):
дефосфорилированием дУДФ;
гидролитическим дезаминированием дЦМФ с помощью дЦМФ дезаминазы. дЦМФ получается при дефосфорилировании дЦДФ - одного из продуктов рибонуклеотидредуктаз-ной реакции. В организме человека это основной путь образования дУМФ.
Скорость синтеза дТМФ зависит также от количества второго субстрата тимидилатсинтазной реакции - N5,N10-метилен-Н4-фолата, пополнение запасов которого осуществляется при участии 2 ферментов: дигидрофолатредуктазы, которая с участием NADPH восстанавливает Н2-фолат в Н4-фолат, и серии гидроксиметилтрансферазы, осуществляющей перенос β-гидроксиметиленовой группы серина на Н4-фолат (см. раздел 9). У человека дТМФ образуется, главным образом, из дЦДФ.
В. "Запасные" пути синтеза дезоксирибонуклеотидов
В быстроделящихся клетках наряду с синтезом дезоксинуклеотидов с помощью рибонуклеотид-редуктазного комплекса и тимидилатсинтазы активируются реакции, обеспечивающие повторное использование тимина и дезоксицитидина в реакциях, катализируемых ферментами "запасных" путей и обратимых реакций катаболизма. Под влиянием тимидинфосфорилазы протекает следующая реакция:
Тимин + Дезоксирибоза-1-фосфат → Тимидин + Н3Р04. Тимидинкиназа катализирует следующую реакцию:
Тимидин + АТФ → дТМФ + АДФ.
Дезоксицитидинкиназа катализирует следующую реакцию:
Дезоксицитидин + АТФ → дЦМФ + АДФ.
Г. Регуляция синтеза дезоксирибонуклеотидов
Рибонуклеотидредуктаза, тимидилатсинтаза и тимидинкиназа - индуцируемые ферменты, их количество в клетке регулируется на генетическом уровне по механизму индукции и репрессии. Синтез этих белков начинает нарастать в G1-периоде, достигает максимума во время активного синтеза ДНК, снижаясь практически до нуля в G2- и М-периоды клеточного цикла.
В то же время активность РНР подвержена сложной аллостерической регуляции, с помощью которой достигается сбалансированное образование всех дНДФ.
РНР осуществляет последовательное восстановление всех рибонуклеозиддифосфатов. Первыми восстанавливаются шфимидиновые нуклеотиды, а последним - дАДФ. дАДФ фосфорилируется в дАТФ, накопление которого полностью прекращает восстановление всех остальных рибонуклеозиддифосфатов.
Рис. 10-18. Синтез дТМФ из дУМФ.
Рис. 10-19. Образование ТТФ из дЦДФ и дУДФ. 1 - дЦМФ дезаминаза; 2 -тимидилатсинтаза; 3 - дНМФ- и дНДФ 4 - дигидрофолатредуктаза; 5 - серингидроксиметилтрансфераза.