Синтез и катаболизм пиримидиновых оснований (рис.9)

Синтез УМФ de novo, включающий 6 последовательных стадий, протекает главным образом в цитозоле клеток при участии 3 ферментов, 2 из которых полифункциональны:

- первый полифункциональный фермент содержит домены, имеющие активность карбамоилфосфат-синтетазы II (КФС II), аспартаттранскарбамоилазы (АТК) и дигидрооротазы и катализирующие 3 первые реакции этого метаболического пути;

Рисунок 9

- митохондриальная NAD-зависимая дегидрооротатдегидрогеназа окисляет дигидрооротат в оротат;

- превращение азотистого основания оротата в нуклеотид и его последующее декарбоксилирование до УМФ катализирует второй полифункциональный фермент, обнаруживающий оротатфосфорибозилтрансферазную и оротатдекарбоксилазную ак­тивность.

НМФ- и НДФ-киназы катализируют превращение НМФ в полифосфорные производные за счет переноса фосфата АТФ на НМФ с образованием НДФ и НТФ.

СТР-синтаза (ЦТФ- синтаза) превращает УТФ в ЦТФ, используя амидную группу глутамина и энергию АТР для аминирования пиримидинового кольца.

Аллостерически регулируется активность 2 ферментов первого полифункционального комплекса:

КФС II ингибируется УТФ и пуриннуклеотидами, но ак­тивируется ФРДФ, а АТК ингибируется ЦТФ, но акти­вируется АТФ. Количество обоих поли­функциональных ферментов регулируется также на генетическом уровне путем репрессии и дерепрессии.

Подобно пуринам, пиримидиновые азотистые основания и нуклеозиды могут превращаться в нук-леотиды «запасными путями» в реакциях, катализи­руемых пиримидинфосфорибозилтрансферазой и ури-динцитидинкиназой.

Синтез пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов строго координируется: ФРДФ активирует оба синтеза, а накопление пурин - и пиримидиннуклеотидов ингибирует образование ФРДФ по механиз­му отрицательной обратной связи.

Описано редкое наследственное заболевание — оротацидурия, при котором в результате мутации в гене второго полифункционального фермента нару­шается превращение оротата в УМФ. С мочой выде­ляется до 1,5 г оротата (в 1000 раз больше, чем в нор­ме), и развивается недостаточность пиримидиновых нуклеотидов.

Ферментные системы организма способны разрушать пиримидиновые основания с образованием продуктов. Цитозин распадается с образованием CO₂, NH₃ и -аланина.

Тимин распадается подобно урацилу, но сохраняется CH₃-группа, и вместо -аланина образуется -аминоизобутират, а также CO₂ и NH_3.

Поскольку тимин встречается только в ДНК, то по уровню -аминоизобутирата в моче судят об интенсивности распада ДНК.

-аланин хорошо растворим в воде, имеет физиологическое значение, содержится в плазме в свободном виде или включается в мышечные белки - карнозин и ансерин.

NH₃ используется для синтеза мочевины.

Биосинтез дезоксирибонуклеотидов

Клетки, как правило, содержат в 5—10 раз больше РНК, чем ДНК. Пролиферирующие клетки для репликации генома нуждаются в дезоксинуклеозидтрифосфатах (dNTP), которые образуются путем прямого восстановления пуриновых и пиримидиновых НДФ в дезоксипроизводные и последующего фосфорилирования dNDP-киназами с использованием АТР.

Восстановление всех рибонуклеотидов катали-ует рибонуклеотидредуктазный комплекс, который включает собственно рибонуклеотидредуктазу (РНР), белковый кофактор тиоредоксии и систему его реге­нерации: фермент флавиновой природы тиоредоксинредукгазу и НАДФН. Непосредствен­ным восстановителем НАДФ является тиоредоксин, сульфгидрильные группы которого в ходе этой ре­акции окисляются.

РНР — аллостерический фермент, и его актив­ность зависит от концентрационных соотношений дезоксирибонуклеотидов: dATP является ингибито­ром восстановления всех рибонуклеотидов.

Синтез dTMФ из dУМФ катализирует тимидилатсинтаза с участием N⁵N¹⁰-метилен-H₄ -фолата, за счет которого:

а) включается одноуглеродный радикал в моле­кулу dУМФ;

б) восстанавливается метиленовая группа в метильную.

Скорость синтеза dTMФ зависит от скорости вос­становления продукта реакции дигидрофолата в H₄-фолат с помощью дигидрофолатредуктазы.

Рисунок 10

Об­разование dУМФ осуществляется двумя путями: дефосфорилированием dУДФ или дефосфорилированием dЦДФ и последующим гидролитическим дезаминированием dЦМФ с помощью dЦМФ-дезаминазы. В организме человека преобладает послед­ний путь.

Количество ферментов РНР и тимидилатсинтанзы регулируется на генетическом уровне по меха­низму индукции и зависит от скорости синтеза ДНК. Высокая активность РНР и тимидилатсинтазы на­блюдается только тогда, когда клетки активно синтезируют ДНК и готовятся к делению.

Некоторое количество дезоксирибонуклеотидов может образовываться по «запасному пути» в ре­акциях, катализируемых тимидинкиназой и дезокси-штидинкиназой.