10.6. Образование азотистых оснований и нуклеиновых кислот

В разделе, посвященном нуклеиновым кислотам (с. 57-58), были представлены некоторые антиметаболиты, нарушающие их биосинтез за счёт подобия их структур структурам естественных исходных продуктов. Здесь будут рассмотрены отдельные биохимические процессы, которые проясняют механизмы действия этих биологически активных веществ. Животные, получающие нуклеиновые кислоты с пищей, менее чувстви-тельны к блокировке их образования, что позволяет синтезировать вещест-ва, которые избирательно действуют на растения и на микроорганизмы.

Биосинтез пуриновых оснований начинается с 5-фосфорибозы, кото-рая превращается в 5-фосфорибозил-1-пирофосфат в реакции с АТФ. Если в организм поступает достаточное количество ДНК и РНК, гидролизую-щихся соответствующими ферментами (в том числе и до азотистых осно-ваний), то активированная форма рибозы по схеме, представленной в раз-деле 3, взаимодействует с азотистыми основаниями с образованием соот-ветствующих нуклеотидов и пирофосфата (реутилизация пуриновых оснований). Если же пуриновые основания должны образоваться в клетке, то их биосинтез начинается с 5-фосфорибозил-1-пирофосфата, превраща-ющегося в реакции с глютамином в 5-фосфорибозиламин:

Далее начинается многостадийный процесс образования гетероцикли-ческой системы, начинающийся с ацилирования аминогруппы фосфори-бозиламина глицином. Затем в построении пуриновой основы принимают участие два формильных остатка, бикарбонат, глутамин и аспартат. Конеч-ным продуктом на этом этапе является инозиновая кислота (инозинат), которая превращается в аденилат и гуанилат уже путём функционализа-ции пуринового остатка.

В отличие от пуринов, биосинтез которых начинается с фосфорибозы, пиримидиновые основания получают рибозный остаток уже после образо-вания гетероциклической системы. Сначала при катализе аспартат-транскарбамоилазой из карбамоилфосфата (его антиметаболитом может быть карбамоилфосфонат) и аспарагиновой кислоты образуется N‑карб-амоиласпартат:

Затем дигидрооротаза катализирует циклизацию этого соединения в дигидрооротовую кислоту:

Дигидрооротовая кислота окисляется с участием кислорода в орото-вую кислоту:

После этого в реакции, катализируемой соответствующей трансфера-зой, образуется оротидилат по реакции с 5-фосфорибозил-1-пирофосфатом:

Декарбоксилирование оротидилата приводит к уридилату, который после превращения в уридинтрифосфат при действии АТФ и аминирова-ния по карбонильной группе в 4‑положении пиримидинового цикла с участием амидного азота глютамина превращается в цитидин-5-трифосфат.

Дезоксирибонуклеотиды образуются из соответствующих рибонукле-отидов. Реакция восстановительного отщепления гидроксильной группы в 2‑положении рибозного фрагмента идёт на рибонуклеозиддифосфатах с участием водородпереносящего белка тиоредоксина при катализе соот-ветствующей редуктазой, например для аденозиндифосфата, по схеме:

При образовании дезокситимидина из уридина протекает реакция метилирования гетероциклического остатка с участием N⁵,N¹⁰-метилен-тетрагидрофолата, который образуется из серина и тетрагидрофолата при катализе серингидроксиметилазой (см. стр. 106). Серин относится к заме-нимым аминокислотам, поскольку он легко образуется из глицеринового альдегида. При взаимодействии N⁵,N¹⁰-метилентетрагидрофолата (на схеме показан реагирующий участок его молекулы) с дезоксиуридинмоно-фосфатом образуются тимидинмонофосфат и дигидрофолат:

Дигидрофолат снова восстанавливается в тетрагидрофолат с участием фолатредуктазы. Биосинтез пуриновых оснований, как отмечалось выше, также протекает с участием одноуглеродного, но уже формильного остат-ка. В этом процессе снова принимают участие тетрагидрофолат и серин, но при катализе формилтрансферазой в этой реакции образуется N¹⁰-формил-тетрагидрофолат:

Эти превращения блокируются метотрексатом (аметоптерином), который очень прочно связывается в активном центре тетрагидрофолат-редуктазы, вызывая эффект, аналогичный авитаминозу по фолиевой кислоте. Метотрексат используется в качестве химиотерапевтического средства для лечения некоторых лейкозов и других видов рака:

При биосинтезе как нуклеиновых кислот, так и их структурных эле-ментов образуются различные моно-, ди- и трифосфаты. Это послужило основой для поиска лекарственных средств среди структурных аналогов пирофосфорной кислоты. Первые опыты в этом направлении были мало-продуктивны. Так, например, изостерная пирофосфорной кислоте метилен-дифосфоновая кислота

не проявила лекарственных свойств. Более успешными оказались произ-водные фосфорилированных карбоновых кислот, в частности, натриевая соль фосфонмуравьиной кислоты (фоскарнет, стабилен только в виде соли) и фосфонацетат:

Фоскарнет применяется для лечения герпесных и цитомегаловирусных ин-фекций, а производные фосфонуксусной кислоты широко исследуются в качестве противовирусных и противораковых средств. Одним из интерес-ных соединений в этом ряду стал N-фосфонацетил-L-аспарагинат (PALA), который нарушает биосинтез пиримидиновых оснований, занимая, оче-видно, в активном центре фермента аспартат-транскарбамоилазы место карбамоилфосфата и L-аспарагиновой кислоты:

и

В модельных опытах PALA проявляет очень интересные виды биоло-гической активности, но её использованию на практике мешает мутаген-ный эффект.