Синтез пуриновых нуклеотидов

Установлено, что в формировании кольца пуринового нуклеотида принимают участие аминокислоты Асп, Гли, Глн, СО₂ и два одноуглеродных производных тетрагидрофолата: метенил-Н₄-фолат и формил-Н₄-фолат. Каждое из этих соединений «рождает» определенный атом в пуриновом кольце:

Этапы синтеза:

1. Образование 5-фосфорибозил-1-дифосфата.

Фосфорибозилдифосфат (ФРДФ), или фосфорибозилпирофосфат (ФРПФ) занимает центральное место в синтезе как пуриновых, так и пиримидиновых нуклеотидов.

Он образуется за счёт переноса двух фосфатных групп (пирофосфатного остатка) АТФ на рибозо-5-фосфат в реакции, катализируемой ФРДФ-синтетазой.

Источниками рибозо-5-фосфата могут быть: пентозофосфатный путь превращения глюкозы или катаболизм нуклеозидов, в ходе которого под действием нуклеозидфосфорилазы первоначально образуется рибозо-1-фосфат, а затем с помощью мутазы фосфатный остаток переносится в 5-положение.

ФРДФ участвует не только в синтезе пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов из простых предшественников (т.е. de novo), но используется на образование пуриновых нуклеотидов по «запасному» пути и в синтезе нуклеотидных коферментов.

2. Биосинтез пуриновых нуклеотидов de novo.

Сборка пуринового гетероцикла осуществляется на остатке рибозо-5-фосфата при участии различных доноров углерода и азота (асп, гли, глн, СО₂, метенил-Н₄-фолат и формил-Н₄-фолат).

1) перенос амидной группы Глн на ФРДФ с образованием 5-фосфорибозил-1-амина (рис. ниже). Эту реакцию катализирует фермент ФРПФ-амидотрансфераза (амидофосфорибозилтрансфераза). При этом формируется β-N-гликозидная связь.

2) к аминогруппе 5-фосфорибозил-1-амина присоединяются последовательно остаток глицина, N⁵,N¹⁰-метенил-Н₄-фолата ещё одна амидная группа глутамина, диоксид углерода, аминогруппа аспартата и формильный остаток N¹⁰-формил-Н₄-фолата. Результатом этой десятистадийной серии реакций является образование первого пуринового нуклеотида - инозин-5'-монофосфата (ИМФ), на синтез которого затрачивается не менее шести молекул АТФ. В отличие от прокариотов, у которых каждую стадию этого процесса катализирует отдельный фермент, у эукариотов за счёт слияния генов возникли полифункциональные ферменты, каждый из которых катализирует несколько реакций.

3) превращение ИМФ в АМФ и ГМФ в обоих случаях включает 2 стадии и идёт с затратой энергии (рис. ниже):

а) Аденилосукцинатсинтетаза (Е1), используя энергию ГТФ, присоединяет аспартат к ИМФ с образованием аденилосукцината, который в реакции, катализируемой аденилосукциназой (Е2), отщепляет фумарат и превращается в АМФ.

б) ГМФ образуется также в 2 стадии. Сначала ИМФ окисляется НАД⁺-зависимой ИМФ-дегидрогеназой с образованием ксантозин-5'-монофосфата (КМФ). Последующее трансамидирование гидроксильной группы при С₂-пуринового кольца КМФ катализирует ГМФ-синтетаза с использованием амидной группы Глн и энергии АТФ.

При образовании пуриновых нуклеотидов ГТФ расходуется на синтез АМФ, а АТФ - на синтез ГМФ. Перекрёстное использование пуриновых нуклеозидтрифосфатов на образование конечных продуктов синтеза помогает поддерживать в клетках баланс адениловых и гуаниловых нуклеотидов.

1 - аденилосукцинатсинтетаза; 2 - аденилосукциназа; 3 - ИМФ-дегидрогеназа; 4 - ГМФ-синтетаза.

Печень - основное место образования пуриновых нуклеотидов, откуда они могут поступать в ткани, не способные к их синтезу: эритроциты, полиморфноядерные лейкоциты и частично мозг.