Биосинтез пиримидиновых нуклеотидов

Основной путь синтеза пиримидиновых нуклеотидов происходит из исходных простых веществ. Особенностью синтеза пиримидиновых нуклеотидов является предварительный синтез пиримидинового кольца и включение его в состав нуклеотида только на завершающих стадиях.

При дефекте оротатфосфорибозилтрансферазы развивается – оротатацидурия. ОМФ является предшественником уридиловых, цитидиловых и тимидиловых нуклеотидов

Синтез уридилового нуклеотида:

Синтез цитидилового нуклеотида:

Синтез тимидилового нуклеотида:

В процессе синтеза тимидилового нуклеотида происходит восстановление рибозы в дезоксирибозу при участии рибонуклеотидредуктазного комплекса (включающего белок тиоредоксин, витамин В₁₂ и НАДФН₂)_, а урацил метилируется в тимин

Авторегуляция синтеза пиримидиновых нуклеотидов

Ключевыми ферментами являются карбамоилфосфатсинтетаза и карбамоиласпартаттрансфераза

Эти аллостерические ферменты угнетаются высокими концентрациями готовых пиримидиновых нуклеотидов.

Многие противоопухолевые препараты являются ингибиторами фермента тимидилатсинтетазы.

Дополнительный путь синтеза пиримидиновых нуклеотидов возможен из готовых оснований.

Биосинтез ДНК

Возможны 2 пути биосинтеза ДНК в организме: репликация, репарация.

Репликация- самовоспроизведение молекулы ДНК с целью передачи генетической информации. В репликации ДНК участвует сложный репликационный комплекс, который включает в себя:

1. нуклеотиды в виде трифосфатов (АТФ, ГТФ, ТТФ, ЦТФ). Они являются одновременно и структурным материалом, и источником энергии;

2. ДНК-матрица – программа, по которой будет синтезироваться ДНК;

3. праймер (затравка) - короткая молекула РНК, к которой присоединяется первый нуклеотид ДНК;

4. ферменты:

· ДНК-полимеразы соединяют нуклеотиды в полинуклеотидную цепь;

· ДНК-рестриктазы разрывают полинуклеотидную цепь ДНК;

· ДНК-лигазы соединяют фрагменты ДНК;

· хеликазы раскручивают молекулу ДНК;

· топоизомеразы осуществляют кратковременные разрывы ДНК в процессе синтеза и контролируют конформацию вновь синтезированной ДНК;

· праймазы – осуществляют синтез затравки.

5. белковые факторы;

6. ионы металлов.

Репликация ДНК происходит в S-фазу клеточного цикла. Важную роль в чередовании циклов выполняют белки - циклины.

Сущность репликации сводится к соединению нуклеотидов в комплементарную антипараллельную дочернюю цепь ДНК. В репликации выделяют 3 стадии: инициация (начало синтеза), элонгация (удлинение цепи), терминация (окончание синтеза).

Матрицей для синтеза ДНК являются обе полинуклеотидные цепи материнской ДНК. Репликация начинается в нескольких участках материнской ДНК (точки репликации, точки Ориджины). В них происходит частичный разрыв водородных связей с формированием репликационных утолщений (узелков). В последующем, при участии ферментов ДНК-рестриктаз происходит разрезание молекулы ДНК. Под действием ферментов хеликаз возникает расплетание (раскручивание) двух цепей, и при участии топоизомераз формируется репликационная вилка, в которой одна цепь имеет направление 5→3, а вторая 3→5. Затем на каждой из цепей синтезируются дочерние нити ДНК по принципу комплементарности. Поскольку ДНК- полимераза замыкает связь только в направлении 5’→3’, то на одной цепи ДНК происходит синтез непрерывной (лидирующей) нити ДНК в направлении 5→3. При синтезе лидирующей цепи праймазы синтезируют праймер, затем ДНК- полимераза присоединяет к праймеру первый ДНК-овый нуклеотид и по принципу комплементарности происходит удлинение молекулы ДНК. На второй материнской нити ДНК синхронно синтезируется отстающая нить ДНК, которая синтезируется в виде небольших фрагментов в направлении 5→3. В последующем эти фрагменты (фрагменты Оказаки) соединяются между собой ДНК-лигазами. Праймеры при этом расщепляются.

Таким образом, биосинтез ДНК проходит по полуконсервативному типу, при котором в новой ДНК одна цепь материнская, а другая - дочерняя.

Репарация ДНК происходит при появлении в её молекуле повреждений, искажений. При репарации вначале распознаётся место повреждения, затем ферменты рестриктазы вырезают дефектный участок, ДНК-полимеразы по принципу комплементарности синтезируют отсутствующий участок, а ДНК-лигазы прикрепляют его к сохранившимся участкам неповреждённой ДНК.