Рибонуклеотидредуктаза и биосинтез дезоксирибонуклеотидов

Большинство атомов углерода, проходящих через пути синтеза нуклеотидов попадает в рибонуклеозидтрифосфаты (рНТФ) - ATФ, ЦТФ, ГТФ, и УТФ. Относительно небольшая доля атомов углерода включается в синтез дезоксирибонуклеозидтрифосфатов (дНТФ). Преобладание синитеза рНТФ над синтезом дНТФ связано с тем, что большинство клеток содержит в 5-10 раз больше РНК, чем ДНК, а также ещё и потому, что рНТФ выполняют ряд специфических функций в клетке, в то время как дНТФ используются только для синтеза ДНК. Как показано на рис рНДФ ("Д" означает ди-) превращаются в соответствующие дезоксирибонуклеозиддифосфаты при участии фермента рибонуклеозиддифосфат релуктазы (также называемая рибонуклеотид редуктаза, рНДФ редуктаза или РНР). Относительно простыми являются пути синтеза дАТФ, дГТФ и дЦТФ в отличие от механизма образования дТТФ, предшественником которого служит дУДФ

Рибонуклеотид редуктаза, фермент, катализирующий синтез дНДФ из рНДФ восстанавливает гидроксил при С2 рибозы по свободно радикальному механизму. Известны следующие три класса рибонуклеотид редуктаз:

Класс I рибонуклеотидредуктаз. Наиболее широко распространенная форма рибонуклеотид редуктазы. Ферменты класса I действуют на рибонуклеозиддифосфаты. Фермент генерирует свободный радикал на остатке тирозина при участии Fe²⁺ и кислорода.

. Реакции образования дезоксирибонуклеотидов.

Класс II рибонуклеотидредуктаз. Найден у бактерий и водорослей. Ферменты класса II действуют на нуклеозидтрифосфаты. Они используют аденозилкобаламин (кофермент витамина B12) для получения свободного радикала.

Класс III рибонуклеотидредуктаз. Найден лишь у анаэробов. Ферменты класса III дейтсвуют на рибонуклеозидтрифосфаты. Они используют S-аденозилметионин и железосерные центры для получения радикалов.

Наиболее популярная форма фермента (Класс I) -2 2 димер. Две субъединицы образуют большую субъединицу, обозначаемую R1. Она содержит активный центр. Две другие субъединицы образуют маленькую субъединицу, обозначаемую R2, которая содержит свободный радикал. Ингибитор фермента гидроксимочевина разрушает свободный радикал.

Восстановление рибонуклеотидов требует электронов. Они в конечном счете доставляются из НАДФН+Н+ при участии тиоредоксина или глутаредоксина, как это показано на рисунке. Тиоредоксин широко распространен в животном и растительном мире. У животных он контролирует уровень инсулина, способствуя его восстановлению, участвует в образовании меланина (люди с высоким уровнем тиоредоксина легко загорают), способствует формированию пространственной структуры белков.

Регуляция активности рибонуклеотид редуктазы

Регуляция активности и специфичности рибонуклеотидредуктазы необходима для поддержки сбалансированного количества предшественников ДНК. Большая R1 субъединица содержит два класса регуляторных центров (по два центра каждого класса на молекулу фермента).

Активные центры - связывают или ATФ или дATФ с относительно низким сродством.

Специфические центры связывают ATФ, дATФ, дГТФ, или дTTФ с относительно высоким сродством.

Связывание ATP к активным центрах повышает каталитическую эффективность(КПД) фермента для всех субстратов, в то время как связанный дATФ с активным центраом действует как общий ингибитор всех четырех реакций.

Связывание нуклеотидов со специфическими центрами модулирует активность фермента к различным субстратам, поддерживая сбалансированные скорости образования четырех дНТФ. Таблица суммирует сложный регуляторный эффект связывания к активным и специфическим центрам.

Таблица 9-6.Влияние нуклеотидов на активность рибонуклеотидредуктазы
Нуклеотид связанный с		Активирует восстановление	Тормозит восстановление
Активным центром	Специфическим центром
АТФ	АТФ или дАТФ	ЦДФ,УДФ
АТФ	ТТФ	ГДФ	ЦДФ,УДФ
АТФ	ДГТФ	АДФ	ЦДФ,УДФ
ДАТФ	Нет эффектора		АДФ,ГДФ,ЦДФ,УДФ

Мутации рибонуклеотидредуктазы, которые затрагивают или активные или специфические центры, могут делать фермент менее восприимчивым к ингибирующему действию дНТФ. В клетках с такими видами мутаций меняется количество дНТФ и проявляются так называемые мутаторные фенотипы, означающие, что в таких клетках повышена скорость спонтанных мутаций во всех генетических проверяемых локусах. Эти данные предполагают, что, при изменении концентрации дНТФ происходят изменения в участках репликации молекул ДНК, и повышается вероятность ошибок репликации, которые ведут к мутациям.