Основной путь: восстановление дифосфатов
В быстро делящихся клетках потребность в предшественниках ДНК крайне высока. Главный механизм их образования — превращение рибонуклеозиддифосфатов (НДФ) в дезоксирибонуклеозиддифосфаты (дНДФ). Реакция протекает исключительно на уровне дифосфатов.
Субстратами выступают нуклеотиды, содержащие аденин, гуанин, цитозин и урацил. Ключевой фермент процесса — рибонуклеотидредуктаза. Она катализирует замещение гидроксильной группы у второго атома углерода рибозы на атом водорода, в результате чего образуется молекула воды и дезоксирибоза. Далее полученные дНДФ фосфорилируются до трифосфатов (дНТФ) с затратой АТФ.
Тиоредоксиновый цикл
Для восстановления рибозы в дезоксирибозу требуются протоны и электроны. Эту задачу выполняет специальная система:
- Непосредственным донором водорода служит белок тиоредоксин. В ходе реакции его сульфгидрильные группы (-SH) окисляются, образуя дисульфидную связь (-S-S-).
- Чтобы цикл не прерывался, окисленный тиоредоксин необходимо восстановить. Этим занимается фермент тиоредоксинредуктаза.
- Окончательным источником восстановительных эквивалентов в этой цепи является кофермент NADPH + H⁺.
Весь комплекс реакций строго регулируется: избыток конечного продукта, дАТФ, выступает мощным аллостерическим ингибитором, блокируя синтез всех дезоксирибонуклеотидов и предотвращая перепроизводство ДНК.
Специфика синтеза тимидиловых нуклеотидов
В то время как производные аденина, гуанина и цитозина образуются непосредственно из соответствующих дифосфатов, синтез тимидилового нуклеотида (дТМФ) имеет особенности.
Субстратом для него выступает дезоксиуридинмонофосфат (дУМФ), а реакцию катализирует тимидилатсинтаза. В этом процессе активное участие принимает $N^5,N^{10}$-метилен-тетрагидрофолиевая кислота. Она выполняет двойную функцию: предоставляет метильную группу ($CH_3$) и служит донором водорода, окисляясь в итоге до дигидрофолата.
Запасной путь синтеза
Помимо основного механизма восстановления, клетки могут использовать запасной (сальвадж) путь. В этом случае дезоксирибонуклеотиды образуются путем прямого фосфорилирования уже готовых нуклеозидов.
Процесс идет с затратой АТФ и участием специфических киназ:
- Тимидинкиназа фосфорилирует тимидин до дТМФ.
- Дезоксицитидинкиназа превращает дезоксицитидин в дЦМФ. Этот фермент обладает широкой специфичностью и способен также фосфорилировать дезоксигуанозин и дезоксиаденозин.
Для запоминания участников цикла восстановления: «Рибонуклеотидредуктаза режет кислород, Тиоредоксин тащит водород, а NADPH — спонсор этого банкета».
Вопросы с занятий и экзамена
Какое вещество блокирует работу рибонуклеотидредуктазы?
Высокие концентрации дАТФ выступают ингибитором, останавливая восстановление всех рибонуклеотидов.
Чем синтез дТМФ отличается от синтеза других дезоксирибонуклеотидов?
Он образуется из монофосфата (дУМФ), требует фермента тимидилатсинтазы и участия производного тетрагидрофолиевой кислоты в качестве донора метильной группы.
Что ещё разобрать по теме
- Структура и механизм действия рибонуклеотидредуктазного комплекса
- Аллостерическая регуляция синтеза дезоксирибонуклеотидов различными нуклеотидами
- Роль фолиевой кислоты и её производных в синтезе нуклеотидов
- Связь нарушений синтеза нуклеотидов с развитием иммунодефицитов
Разберите тему целиком в курсе «Биохимия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Синтез дезоксирибонуклеотидов» 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.