Биосинтез пиримидиновых рибонуклеотидов

Пиримидиновые рибонуклеотиды — это цитидин-5-монофосфат (СМР), или цитидилат, и уридин-5-монофосфат (UMP), или уридилат.

Биосинтез пиримидиновых рибонуклеотидов отличается от синтеза пуриновых тем, что в случае пиримидинов образуется сначала шестичленное пиримидиновое кольцо, а затем к нему присоединяется рибозофосфат. Механизм синтеза пиримидиновых рибонуклеотидов рассшифрован в исследованиях Рейхарда. Рассмотрим последовательность химических реакций синтеза на примере UMP (рис. 9.25).

Рис. 9.25. Биосинтез пиримидиновых рибонуклеотидов из глутамина (Gin)

Как видно из метаболического пути, первая стадия синтеза UMP включает катализируемое цитоплазматической карбамоилфосфатсинтетазой образование карбамоилфосфата из глутамина.

На второй стадии карбамоилфосфат реагирует с аспартатом с образованием Nкарбамоиласпарагиновой кислоты. Она подвергается циклизации (под действием дигидрооротазы) с отщеплением молекулы воды. Здесь образуется дигидрооротовая кислота, которая при ди гидрирован и и превращается в оротовую кислоту. В этой реакции участвует специфический окисленный N, А D-содержащий фермент дигидрооротатдегидрогеназа.

Затем оротовая кислота обратимо реагирует с PRPP, который является донором рибозофосфата, с образованием ОМР. Наконец, его декарбоксилирование приводит к образованию пиримидинового нуклеотида UMP.

Превращение UMP в UDP и UTP осуществляется, как и в случае пуриновых нуклеотидов, путем фосфорилирования:

Предшественником цитидиловых нуклеотидов является UTP, который преобразуется в СТР:

У прокариот в этой реакции используется свободный аммиак, а в клетках животных СТР-синтетаза катализирует включение амидной группы глутамина в 4-е положение пиримидинового кольца UTP.

Скорость биосинтеза пиримидиновых нуклеотидов регулируется аспартаттранскарбамоилазой (АТКазой), которая катализирует первую реакцию этого метаболического пути. АТКаза ингибируется конечным продуктом данной последовательности реакций — СТР. Молекула АТКазы состоит из шести каталитических и регуляторных субъединиц. Каталитические субъединицы связывают молекулы субстрата, а регуляторные субъединицы — молекулы аллостерического ингибитора СТР. Вся ферментная молекула в целом, так же как и отдельные субъединицы фермента, существует в двух формах — активной и неактивной.

Фермент обладает максимальной активностью, когда его регуляторные субъединицы свободны. Однако, когда СТР накапливается, он присоединяется к регуляторным субъединицам и изменяет их конформацию. Это изменение передается каталитическим субъединицам, которые также переходят в неактивную форму. АТР препятствует такому действию СТР.