3          Биосинтез пиримидиновых нуклеотидов: реакции, регуляция, нарушение процесса

                В отличие от последовательности реакций синтеза пуриновых нуклеотидов de novo синтез пиримидиновых нуклеотидов начинается со сборки кольца  азотистого основания, которое затем присоединяется к рибозо-5-фосфату. Донором  рибозо-5-фосфата является ФРПФ. Предшественниками пиримидинового кольца служат карбамоилфосфат и аспартат.

                Синтез начинается с образования карбамоилфосфата, который синтезируется в цитозоле (в отличие от карбомаилфосфата для биосинтеза мочевины, образование которого происходит в митохондриях). Донором азота при синтезе карбомаилфосфата является глутамин (а не NH+4). Реакцию катализирует карбомаилфосфатсинтаза ІІ:

Глутамин + 2 АТФ + СО2 

                карбамоилфосфат + 2 АДФ + Фн+  глутамат.  

Следующий этап – образование N–карбамоиласпартата

(фермент – аспартат–карбамоилтрансфераза – АТКаза)    

H2N-CО-O-PO3H2 +  H2N-CH-COOH             H2N-CО-NH-CH- СООН

карбамоилфосфат                             - Фн

                                                    CH2                                                    CH2       

                                                                    

                                           COOH                                                   COOH

                                        аспартат                       N–карбамоиласпартата

 

В следующей последовательности реакций образуется предшественник всех пиримидиновых нуклеотидов - УМФ:                                                    

 

                                                                        Н2О

N–карбамоиласпартат                              Дигидрооротат

    дигидрооротаза

                                                                                                                дигидро–

                                                                                НАД                        оротат–

                                                                НАДН++ Н                              дегидроге–

наза                                        

                                                                           Оротат

                                                            ФРПФ            оротат–

фосфо–  

                                                                                ФФ н                       рибозил–

транс–

                                                                                                                фераза

                                                                                                   ОМФ

                                                                                                        оротидилат–

Н+             декарбокси–

СО2                         лаза

 

          УМФ

С участием молекул АТФ под действием специфичес–ких киназ (УМФ–киназа, нуклеозид–фосфаткиназа) УМФ  превращается в УТФ.

УТФ служит предшественником ЦТФ:

                

                  глутамин  +       глутамат +

                 АТФ + Н2О        АДФ + Фн+ 2Н+

 

УТФ                                                ЦТФ

 

 

 

Регуляция синтеза пуриновых нуклеотидов

Ключевыми ферментами процесса являются карбамоилфосфатсинтаза II (1) и АТКаза (2), схема  регуляции которых изображена ниже:

                                           (1)                                                

                                       

СО2 + глутамин + 2АТФ                            карбамоилфосфат             

                                                        аспартат

                                УМФ, УТФ                     (2)           ЦТФ

 

 карбамоиласпартат               

 

                                                                                                УМФ                                                                                                                      

УТФ           

 

ЦТФ

 

В регуляции 2 реакция – решающий этап. ЦТФ значительно снижает сродство фермента АТКазы к субстрату (степень ингибирования до 90%). Активация этого фермента происходит  под действием АТФ, что позволяет координировать скорости образования пуринов и пиримидинов.

 

Известна наследственная патология, при которой нарушается синтез пиримидиновых нуклеотидов - это оротацидурия. Болезнь связана с недостаточностью ферментов, которые катализируют образование и декарбоксилирование оротовой кислоты при синтезе УМФ (две последние реакции синтеза) - оротатфосфорибозил–трансферазы и ОМФ-декарбоксилазы. В результате наблюдается дефицит пиримидиновых нуклеотидов, в крови повышается концентрация оротовой кислоты, которая выводится с мочей. Образование оротовой кислоты при этом заболевании усилено, так как нет аллостерических ингибиторов синтеза - конечных продуктов - УМФ и УТФ.  Лечение необходимо, так как может развиваться отставание в умственном или физическом развитии, тяжелая мегалобластическая анемия, резистентность к витаминам, лейкопения, иммунодефицит. Эти нарушения являются следствием «пиримидинового голода», а не токсического действия оротовой кислоты. Для лечения применяют уридин в дозах 0,5 - 1г в сутки. Такая терапия устраняет «пиримидиновый голод» и продолжается без перерывов на протяжении всей жизни.

Оротатацидурия может также развиваться на начальных этапах лечения подагры аллопуринолом. Этот препарат в организме частично превращается в сильный ингибитор декарбоксилазы оротовой кислоты, вследствие чего происходит временное усиление образования оротовой кислоты.