De novo синтез пиримидиновых нуклеотидов

В отличие от пуринов, при биосинтезе пиримидинов de novo(рис. 17.4) вначале образуется пиримидиновое кольцо, а лишь затем к нему присоединяется рибозо-5-фосфат. Источниками атомов для пиримидинового кольца являются глутамин, аспартат и СО₂. Синтез начинается с образования карбамоилфосфатапод действием карбамоилфосфатсинтетазыII(КФС II). Отличия отКФС I:

КФС I	КФС II
Участвует в синтезе мочевины Локализуется в митохондриях Использует NH3как источник азота	Участвует в синтезе пиримидинов Локализуется в цитоплазме Использует глутамин (Глн) как источник азота

Рис. 17.4. De novo синтез пиримидиновых нуклеотидов

У млекопитающих первые три реакции процесса катализирует полифункциональный фермент, который, помимо карбамоилфосфатсинтетазного, содержит аспартаткарбамоилтрансферазный и дигидрооротазный каталитические центры; оротатфосфорибозилтрансфераза и ОМФ-декарбоксилаза также являются составляющими одного белка – УМФ-синтазы. Ключевым этапом в синтезе пиримидиновых нуклеотидов у млекопитающих считается образование карбамоилфосфата.

Регуляция: процесс ингибируется избытком пиримидиновых нуклеотидов, а избытком пуриновых и ФРПФ — активируется.

Оротовая ацидурия— причиной этого заболевания является дефект ферментов, превращающих оротовую кислоту в УМФ. Характерно отставание в физическом и умственном развитии, мегалобластическая анемия. В лечении используют уридин.

Образование дезоксирибонуклеотидов

Образование дезоксирибонуклеотидов, необходимых для биосинтеза ДНК, происходит на уровне нуклеозиддифосфатов (АДФ, ГДФ, ЦДФ, УДФ) с участием специального фермента (редуктаза) и белка тиоредоксина (рис. 17.5). Тиоредоксин содержит свободные SH-группы, которые являются донорами атомов водорода для реакции восстановления 2^/-ОН группы в рибозе. В результате реакции рибоза в составе НДФ превращается в дезоксирибозу. Затем дНДФ превращаются в дНТФ и используются для синтеза ДНК.

Рис. 17.5. Образование дезоксирибонуклеотидов

Тема 18. Биосинтез днк, рнк и белка

Центральная догма молекулярной биологии отражает поток информации в клетке:

ДНК РНК БЕЛОК

Биосинтез днк

Репликация — процесс удвоения ДНК (синтез ДНК на матрице ДНК) (рис. 18.1).

Принципы репликации:

1) комплементарность;

2) антипараллельность;

3) однонаправленность;

4) потребность в праймере (затравке);

5) прерывистость;

6) полуконсервативность.

Первые 3 принципа можно сформулировать одной фразой: синтез каждой дочерней цепи ДНК идет комплементарно и антипараллельно матричной цепи и всегда в направлении 5^/  3^/.

Ферменты и белки, участвующие в репликации (их > 40), объединены в единый комплекс — реплисому.

Хеликаза — раскручивает двойную спираль ДНК в репликационной вилке.

Топоизомераза — снимает напряжение, возникающее в репликационной вилке, и предотвращает обратное скручивание цепей.

Праймаза — синтезирует праймеры. Праймаза является РНК-полимеразой, поэтому образующиеся праймеры представляют собой олигорибонуклеотиды.

ДНК-полимераза — главный фермент процесса. Компоненты, необходимые для её работы: матрица, затравочный олигонуклеотид (праймер), субстраты (активированные нуклеотиды — дАТФ, дГТФ, дЦТФ, дТТФ), ионы магния. ДНК-полимераза катализирует реакцию образования фосфодиэфирной связи с использованием энергии макроэргического субстрата:

Большинство ДНК-полимераз обладают способностью исправлять ошибки, допущенные при синтезе, путем отщепления неправильно присоединенного нуклеотида и замены его на нужный.

Поскольку цепи ДНК антипараллельны, а синтез идет только от 5^/-конца к 3^/-концу, одна из дочерних цепей синтезируется прерывисто, образуются фрагменты Оказаки (рис. 18.2). Впоследствии праймеры (участки РНК) из дочерней цепи удаляются, на их месте достраивается ДНК.

ДНК-лигаза — сшивает фрагменты, образующиеся после удаления праймеров и достройки ДНК.

После окончания репликации ДНК подвергается метилированию (защита от нуклеаз).

У прокариот есть три ДНК-полимеразы – ДНК-полимераза III (непосредственно ведет репликацию), ДНК-полимераза II (участвует в репарации), ДНК-полимераза I (отвечает за удаление праймеров и достройку на их месте ДНК).У эукариот одновременно с репликацией идет синтез гистонов. Ферменты: ДНК-полимераза α (отвечает за инициацию процесса и синтез праймеров), β (репаративная), γ (митохондриальная), δ (синтезирует лидирующую цепь), ε (наращивает отстающую цепь). На концах линейных хромосом эукариот имеются теломеры (неинформативные повторяющиеся последовательности нуклеотидов). В соматических клетках с каждым актом репликации теломеры укорачиваются из-за невозможности достроить ДНК на месте 5^/-праймера. Это своеобразные «молекулярные часы» клетки.

Стабильность и неизменность структуры ДНК обеспечивается: 1) высокой точностью репликации; 2) специальными механизмами исправления повреждений, возникших в ДНК, - это пострепликационная репарация. Возможна прямая репарация (химические реакции, восстанавливающие исходную структуру поврежденного нуклеотида) и эксцизионная репарация (вырезание поврежденного нуклеотида или азотистого основания с последующим заполнением дефекта) (рис. 18.3).

В природе существует путь синтеза ДНК на матрице РНК с участием обратной транскриптазы (или РНК-зависимой ДНК-полимеразы). Благодаря наличию этого фермента некоторые РНК–содержащие вирусы имеют возможность переписывать свою генетическую информацию на ДНК клеток хозяина.

Рис. 18.3. Эксцизионная

репарация