IX. Биосинтез нуклеотидов

Био­син­тез нук­леи­но­вых ки­слот не­воз­мо­жен без пол­но­го нук­лео­тид­но­го на­бо­ра. По­это­му в лю­бой клет­ке лю­бо­го жи­во­го ор­га­низ­ма осу­ще­ст­в­ля­ет­ся про­цесс но­во­об­ра­зо­ва­ния всех ви­дов нук­лео­зид­три­фос­фа­тов, нук­лео­зид­ди­фос­фа­тов и нук­лео­зид­фос­фа­тов. При этом фос­фор­ная ки­сло­та все­гда при­сут­ст­ву­ет в клет­ках, ри­бо­за или де­зок­си­ри­бо­за воз­ни­ка­ют в про­цес­се рас­па­да уг­ле­во­дов, и толь­ко азо­ти­стые ос­но­ва­ния долж­ны соз­да­вать­ся спе­ци­фи­че­ским пу­тём.

Ко­неч­ным про­дук­том син­те­за пи­ри­ми­ди­но­вых и пу­ри­но­вых нук­лео­ти­дов яв­ля­ют­ся со­от­вет­ст­вую­щие нук­лео­зид-5¢-фос­фа­ты, слу­жа­щие мо­но­ме­ра­ми при син­те­зе ДНК и РНК.

IX.1. Био­син­тез пи­ри­ми­ди­но­вых нук­лео­ти­дов

Пер­вым эта­пом био­син­те­за пи­ри­ми­ди­но­вых нук­лео­ти­дов яв­ля­ет­ся син­тез пи­ри­ми­ди­но­вых азо­ти­стых ос­но­ва­ний. В качестве исходных веществ выступают аммиак, углекислый газ, АТФ и аспарагиновая кислота. В результате последовательности реакций синтезируется карбамиласпарагиновая кислота:

Далее происходит сближение амино- и карбоксильной групп в молекуле карбамиласпарагиновой кислоты и замыкание связи –C(O)–NH– с отщеплением молекулы воды и образованием дигидроортовой кислоты:

Дигидрооротовая кислота под действием оротатредуктазы с коферментом ФАД или НАД окисляется до оротовой, которая, вступая в реакцию с 5-фосфорибозил-1-пирофосфатом, образует оротидин-5¢-фосфат:

Оротидин-5¢-фосфат, декарбоксилируясь под действием фермента оротидин-5¢-фосфатдекарбоксилазы, превращается в уридин-5¢-фосфат:

Уридинмонофосфат является ключевым соединением в биосинтезе других пиримидиновых нуклеотидов. Превращения УМФ происходят с помощью реакций фосфорилирования (Ф), дефосфорилирования (Дф), аминирования (А), дезаминирования (Да), восстановления (В), метилирования (М):

Ха­рак­тер­ной осо­бен­но­стью био­син­те­за пи­ри­ми­ди­но­вых ос­но­ва­ний яв­ля­ет­ся са­мо­ре­гу­ля­ция это­го про­цес­са. В ре­зуль­та­те всех опи­сан­ных пре­вра­ще­ний об­ра­зу­ют­ся нук­лео­зид-5¢-фос­фа­ты в не­об­хо­ди­мом со­от­но­ше­нии и кон­цен­тра­ции для син­те­за нук­леи­но­вых ки­слот.

IX.2. Биосинтез пуриновых нуклеотидов

Об­ра­зо­ва­ние пу­ри­но­во­го коль­ца про­ис­хо­дит на ри­бо­зо-5-фос­фа­те. Ис­ход­ным со­еди­не­ни­ем для син­те­за пу­ри­но­вых нук­лео­ти­дов яв­ля­ет­ся 5-фос­фо­ри­бо­зи­ла­мин, об­ра­зую­щий­ся пу­тём пе­ре­но­са ами­но­груп­пы глу­та­ми­на на 5-фос­фо­ри­бо­зил-1-пи­ро­фос­фат:

На сле­дую­щем эта­пе 5-фос­фо­ри­бо­зи­ла­мин реа­ги­ру­ет с гли­ци­ном при уча­стии спе­ци­фи­че­ской ли­га­зы с об­ра­зо­ва­ни­ем 5-фос­фо­ри­бо­зилг­ли­ци­на­ми­да:

5-Фос­фо­ри­бо­зилг­ли­ци­на­мид при­сое­ди­ня­ет по кон­це­вой ами­но­груп­пе фор­миль­ную груп­пи­ров­ку. Об­ра­зо­вав­ший­ся 5-фос­фо­ри­бо­зил­фор­милг­ли­ци­на­мид взаи­мо­дей­ст­ву­ет с глу­та­ми­ном, при­сое­ди­няя от не­го ами­но­груп­пу, а за­тем под­вер­га­ет­ся цик­ли­за­ции, об­ра­зуя 5¢-фос­фо­ри­бо­зиль­ное про­из­вод­ное 5-ами­нои­ми­да­зо­ла:

Дальнейшее формирование пиримидинового цикла происходит за счёт присоединения к имидазольному кольцу последовательно углекислого газа, аминогруппы от аспарагиновой кислоты и формильной группы. Последующая циклизация с отщеплением воды приводит к инозин-5¢-фосфату (ИМФ):

Инозин-5¢-фосфат является ключевым соединением для синтеза пуриновых оснований:

В свою очередь пуриновые нуклеозидмонофосфаты превращаются в нуклеозидди- и в нуклеозидтрифосфаты:

ГТФ, д-ГТФ, АТФ и д-АТФ являются исходными веществами, необходимыми для синтеза РНК и ДНК. Вообще же процесс биосинтеза пуриновых нуклеозид-5¢-фосфатов также, как и биосинтез пиримидиновых, является саморегулируемым. Схема саморегуляции такова: