БІОХІМІЯ - Підручник - Остапченко Л. І. - 2012

Розділ 10. МЕТАБОЛІЗМ НУКЛЕЇНОВИХ КИСЛОТ

10.5. Біосинтез нуклеотидів

10.5.3.Утворення дезоксирибонуклеотидів

Попередниками синтезу дезоксирибонуклеотидів є рибонуклеотиди, в яких D-рибоза в положенні 2 відновлюється двома атомами водню до відповідного дезоксирибозного похідного у складі нуклеотиду. У клітинах ссавців субстратами цієї реакції є рибонуклеозиддифосфати.

Спочатку відбувається реакція відновлення самого білка тіоредоксину, який має два стани - відновлена форма з SH-групами та окиснена форма з дисульфідними групами (рис. 10.14). Відновлення тіоредоксину здійснюється НАДФН-залежною флавопротеїнтіоредоксинредуктазою. Відновлений тіоредоксин потім відновлює рибонуклеотид до дезоксирибонуклеотиду за участю ферменту рибонуклеотидредуктази.

Рис. 10.14. Схема відновлення рибонуклеозиддифосфатів

Рибонуклеотидредуктаза - олігомерний білок, який складається з двох субодиниць і містить негемінове залізо як кофактор. За участю рибонуклеотидредуктази утворюються дАДФ, дГДФ, дУДФ і дЦДФ, які за допомогою нуклеозиддифосфаткіназ перетворюються в дезоксинуклеозидтрифосфати, три з яких (крім дУДФ) безпосередньо використовуються в синтезі ДНК.

Рибонуклеотидредуктаза алостерично активується АТФ та інгібується дАТФ, що дозволяє регулювати співвідношення окиснених і відновлених форм нуклеозиддифосфатів.

Дезокситимідилат (дТМФ), який також необхідний для синтезу ДНК, утворюється з уридинмонофосфату (УМФ) у чотири етапи. Спочатку УМФ фосфорилюється до УДФ, який відновлюється до дУДФ, а останній дефосфорилюється до дУМФ, який потім метилюється:

Перетворення дУДФ у дУМФ може відбуватися двома шляхами: перший полягає в тому, що під дією нуклеозидмонофосфат- кінази дУДФ взаємодіє з АДФ:

за іншим способом спочатку нуклеозиддифосфаткіназа каталізує реакцію утворення дУТФ із дУДФ:

а потім дезоксиуридинтрифосфатдифосфогідролаза (дУТФаза) перетворює дУТФ у дУМФ:

Можливе також утворення дУМФ шляхом гідролітичного дезамінування дЦМФ:

Далі дУМФ метилюється з утворенням дезокситимідилату (рис. 10.15). Реакція каталізується тимідилатсинтазою та проходить за участю 5,10-метилентетрагідрофолаіу, який в цій реакції є донором вуглецю та водню. Іншим продуктом даної реакції є 7,8-дигідрофолат, який може відновлюватися в НАДФН-залежній реакції, що каталізується дигідрофолатредуктазою з утворенням тетрагід- рофолату. Метилентетрагідрофолат відновлюється в реакції за участю серину, яка каталізується серингідроксиметилтрансферазою.

Рис. 10.15. Схема реакцій синтезу дТМФ з дУМФ

Кількість ферментів рибонуклеотидредуктази та тимідилатсинтетази регулюється на генетичному рівні шляхом індукції та репресії й залежить від швидкості синтезу ДНК. Висока активність цих ферментів спостерігається тоді, коли клітина активно синтезує ДНК і готується до поділу.

Деяка кількість дезоксирибонуклеотидів утворюється в клітинах, що швидко діляться, шляхом реутилізації, забезпечуючи таким чином повторне використання тиміну, тимідину й дезоксицитидину в реакціях, що каталізуються тимідинфосфорилазою, тимідинкіназою та дезоксицитидинкіназою:

тимін + дезоксирибоза-1-фосфат → тимідин + Н3РО4; тимідин + АТФ → дТМФ + АДФ; дезоксицитидин + АТФ → дЦМФ + АДФ.

На додаток до оглядових схем (див. рис. 10.8, 10.9, 10.12 і наступні), які супроводжуються пояснювальним текстом та з метою кращого сприйняття матеріалу, наведено узагальнену схему синтезу пуринових і піримідинових нуклеотидів (рис. 10.16).

Рис. 10.16. Загальна схема синтезу пуринових і піримідинових нуклеотидів