Механизм реакции
Главная биохимическая задача фермента заключается в подготовке предшественников для построения цепи ДНК. В ходе реакции рибонуклеотидредуктаза осуществляет восстановление рибонуклеотидов. Суть этого процесса кроется в модификации углеводного компонента молекулы: происходит целенаправленное восстановление гидроксильной группы, которая располагается строго в С2-положении кольца рибозы. В результате такого химического превращения рибонуклеотиды трансформируются в дезоксирибонуклеотиды.
Состав рибонуклеотидредуктазного комплекса
Для полноценного протекания реакции в клетке функционирует слаженный ферментативный ансамбль, который принято называть рибонуклеотидредуктазным комплексом. В его состав входят несколько критически важных компонентов:
- Рибонуклеотидредуктаза (РНРаза) — выступает в роли главного катализатора и ключевого фермента процесса.
- Тиоредоксин — специализированный белковый кофактор. Именно он играет роль непосредственного восстановителя нуклеозиддифосфатов (НДФ). В химической структуре тиоредоксина присутствуют реакционноспособные сульфгидрильные группы (-SH). Отдавая свои атомы водорода на восстановление рибозы, эти -SH группы закономерно окисляются.
- Система регенерации — набор специфических молекул, возвращающих окисленный кофактор обратно в рабочее состояние.
Система регенерации тиоредоксина
После того как тиоредоксин выполнил свою задачу и передал атомы водорода на молекулу НДФ, он переходит в окисленную, неактивную форму. Чтобы цикл синтеза дезоксирибонуклеотидов не остановился, клетка должна непрерывно восстанавливать этот белковый кофактор.
За данный процесс отвечает отдельная восстановительная система:
- Тиоредоксинредуктаза — специализированный фермент, который катализирует обратное восстановление окисленной формы тиоредоксина.
- Кофермент NADPH — служит глобальным клеточным донором атомов водорода для этой реакции. Именно NADPH предоставляет необходимый водород для полноценного восстановления сульфгидрильных групп тиоредоксина до исходного активного состояния.
Аллостерическая регуляция РНРазы
Поскольку синтез ДНК — крайне ответственный процесс, работа рибонуклеотидредуктазы находится под строжайшим контролем. Фермент является аллостерическим, то есть его каталитическая активность тонко модулируется в зависимости от текущей внутриклеточной концентрации дезоксинуклеозидтрифосфатов (дНТФ):
- Если в клетке накапливается избыток дАТФ, это служит химическим сигналом о том, что «строительного материала» для репликации ДНК уже предостаточно. В ответ на этот сигнал молекула дАТФ выступает как мощный ингибитор, полностью подавляя восстановление всех типов рибонуклеотидов.
- Молекула дГТФ действует более избирательно: ее накопление в среде приводит к специфическому торможению восстановления исключительно пиримидиновых НДФ.
Запомнить ингибирование легко по первым буквам: «А — Абсолютный тормоз» (дАТФ подавляет все нуклеотиды), а «Г — Глушит пиримидины» (дГТФ тормозит только пиримидиновые НДФ).
Вопросы с занятий и экзамена
В каком положении рибозы происходит восстановление?
Восстановление гидроксильной группы ферментом происходит строго в С2-положении рибозы.
Что является непосредственным донором водорода в этой реакции?
Непосредственным донором водорода выступает белковый кофактор тиоредоксин, окисляющий свои сульфгидрильные (-SH) группы.
Откуда берется водород для восстановления самого тиоредоксина?
Источником водорода для регенерации тиоредоксина служит кофермент NADPH, а саму реакцию катализирует тиоредоксинредуктаза.
Как избыток дАТФ влияет на работу комплекса?
дАТФ является аллостерическим ингибитором. Его высокая концентрация сигнализирует об избытке строительного материала и полностью останавливает восстановление всех рибонуклеотидов.
Что ещё разобрать по теме
- Механизм окисления сульфгидрильных групп тиоредоксина
- Структура активного и аллостерического центров РНРазы
- Роль и источники кофермента NADPH в клетке
- Отличия в регуляции синтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов
Разберите тему целиком в курсе «Биохимия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Рибонуклеотидредуктаза» и ещё 3 574 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 115 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Обмен нуклеотидов»
Бесплатные видеоуроки: биохимияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.