Біосинтез дезокирибонуклеотидів

Синтез дезоксирибонуклеотидів відбувається з помітною швидкістю лише в тих клітинах, котрі вступають у S-фазу клітинного циклу та готуються до синтезу ДНК та поділу.

Попередниками дезоксирибонуклеотидів у клітинах є рибонуклеотиди - нуклеозиддифосфати (НДФ) та нуклеозидтрифосфати (НТФ).

За допомогою методу мічених атомів було показано, що їх синтез починається зі шляху прямого відновлення ОН-групи біля біля2-го атома вуглецю рибози в складі рибонуклеотидів. При інкубації мічених попередників (рибонуклеотидів) у безклітинній системі бактерій мітку виявили у складі дезоксирибонуклеотидів. За даними П. Рейхарда, у Е. соli всі 4 рибонуклеозиддифосфати відновлюються у відповідні дезоксіаналоги: дАДФ, дГДФ, дЦЦФ, дУДФ за участі складної ферментної системи.

Хімічні перетворення рибонуклеотидів на дезоксирибонуклеотиди відбуваються за участі рибонуклеотидредуктазного комплексу, який складається з власне рибонуклеотидредуктази (РНР), білка тіоредоксину та тіоредоксинредуктази та зводяться до елементарного акту - відновлення рибози в 2-дезоксирибозу, що вимагає наявності двох атомів водню. Безпосереднім джерелом останніх виявився відновлений термостабільний білок тіоредоксин, що містить дві вільні SН-групи на 108 амінокислотних залишків. Тіоредоксин легко окиснюється з утворенням дисульфідного містка за участі РНР. Для його відновлення в системі є тіоредоксинредуктаза (М. м. 68 000 Да) - специфічний ФАД-вмісний фермент, що вимагає наявності відновленого НАДФН. Позначивши умовно рибонуклеозиддифосфат (РДФ), утворення дезоксирибонуклеотидів можна представити таким чином:

Процес відновлення НАДФ до дНАДФ за рахунок протонів та електронів (НАДФН + Н⁺) складається з таких реакцій (рис. 7.13):

1. Перенесення водню від НАДФН + Н⁺ на ФАД флавінового ферменту тіоредоксинредуктази.

2. Перенесення водню від відновленої тіоредоксинредуктази на SН – групи тіоредоксину.

3. Перенесення водню від відновленого тіоредоксину на SН-групи рибонуклетотидредуктази.

4. Перенесення водню від відновлених SН-груп рибонуклеотидредуктази на НДФ з утворенням дНДФ.

За участі комплексу РНР утворюються дАДФ, дГДФ, дУДФ, дЦДФ, які під впливом НДФ-кіназ перетворюються на дНТФ (рис. 7.14):

дНДФ + АТФ ® дНТФ + АДФ

Всі вони (за виключенням дУДФ) беруть безпосередню участь у синтезі ДНК.

7.4.1. Біосинтез тимідилових нуклеотидів. Тимідин-5’-монофосфат(дТМФ) утворюється з дУМФ у реакції, яку каталізує тимідилатсинтаза:

Донором метильної групи в тимідилатсинтазній реакції є Nявляється N⁵,N¹⁰-метилен-ТГФК, яка віддає протон, тому одним з кінцевих продуктів реакції є не тетрагідро-, а дигідрофолієва кислота (ДГФК). Остання відновлюється до ТГФК під дією НАДФН-залежної дигідрофолатредуктази. З утвореного дТМФ шляхом фосфотрансферазних реакцій утворюються дТДФ і ТТФ.

Утворення дУМФ – субстрату тимідилатсинтазної реакції – може відбуватися або шляхом дефосфорилування дУДФ, або гідролітичним дезамінуванням дЦМФ за участі дЦМФ-дезамінази.

«Запасний» шлях синтезу дезоксирибонуклеотидів відбувається в тих клітинах, які здатні до швидкого поділу. Він забезпечує повторне використання тиміну та дезоксицитидину. Під впливом тимідинфосфорилази перебігає наступна реакція:

Тимін + Дезоксирибозо-1-фосфат ® тимідин + Н₃РО₄

Далі за участі тимідинкінази відбувається утворення дТМФ:

Тимідин + АТФ ® дТМФ + АДФ

Дезоксицитидинкіназа каталізує реакцію з використанням дезоксицитидину:

Дезоксицитидин + АТФ ® дЦМФ + АДФ

7.4.2. Регуляція синтезу дезоксирибонуклеотидів. Рибонуклеотидредуктаза, тимідилатсинтаза та тимідинкіназа – ферменти, активність яких підлягає складній алостеричній регуляції, з допомогою котрої досягається збалансоване утворення дНДФ. Вони здійснюють послідовне відновлення всіх рибонуклеозиддифосфатів: першими відновлюються піримідинові нуклеотиди, а останнім – дАДФ, який фосфорилується в дАТФ. Накопичення останнього повністю припиняє відновлення всіх решти рибонуклеозиддифосфатів.

7.4.3. Інгібітори синтезу дТМФ як протипухлинні препарати. Низка структурних аналогів пуринів і піримідинів, а також фолієвої кислоти є інгібіторами синтезу дезоксирибонуклеотидів. вони блокують реплікацію ДНК і поділ клітин. На сьогодні синтезована низка протипухлинних препаратів, які володіють зазначеними властивостями.

Наприклад, за механізмом конкурентного інгібування діє 5-фторурацил та фторафур (аналог уридину, що в організмі людини також утворює вільний 5-фторурацил) (рис. 7.15). В організмі 5-фторурацил перетворюється на 5-Фтор-дУМФ або за участі оротатфосфорибозилтрансферази, або через проміжне утворення нуклеозиду з подальшим фосфорилуванням. Перетворюючись на нуклеозиддифосфат, 5-фторурацил може брати участь у реакції, яку каталізує РНР, і відновлюватися до відповідного дезоксипохідного. Під впливом фосфатази 5-Фтор-дУМФ знову втрачає фосфат і утворений при цьому 5-Фтор-дУМФ зв’язується з тимідилатсинтазою та N5,N10-метилен-Н4-фолатом, утворюючи комплекс, який схожий на проміжну сполуку в реакції перетворення дУМФ на дТМФ. Тимідилатсинтаза повністю заблоковується, а синтез дТМФ припиняється.

Інший препарат - цитозинарабінозид (цитарабін) являє собою сполуку, у котрій залишок рибози заміщений на стереоізомер – арабінозу. Цей препарат використовують у хіміотерапії раку, зокрема, при гострій мієлоцитарній лейкемії. В організмі препарат може перетворюватися на дНТФ, інгібувати ДНК полімерази та знижувати швидкість реплікації.

Структурні аналоги фолієвої кислоти - аміноптерин та метотрексат, будучи конкурентними інгібіторами дигідрофолатредуктази, порушують синтез пуринових нуклеотидів і перетворення дУМФ на дТМФ, знижуючи тим самим внутрішньоклітинну концентрацію субстратів синтезу ДНК і РНК. Їх широко застосовують у хіміотерапії пухлин.

Поиск по сайту: