Синтез пуриновых нуклеотидов

Пуриновый цикл синтезируется («собирается») поэтапно путем присоединения необходимых фрагментов к рибозо-5-фосфату. В результате к моменту завершения построения цикла образуется готовый нуклеотид. Иными словами, синтез пуринов de novo не дает свободных пуриновых оснований — сразу образуются пуриновые нуклеотиды. Процесс присоединения к рибозо-5-фосфату называется риботтированием.

Ниже представлена химическая структура пурина, на которой отмечены источники атомов в кольце пурина:

Два атома азота (N-3 и N-9) пуринового кольца входили в состав амидной группы глутамина, третий атом азота (N-1) — аспарагиновой кислоты (аспартата), a (N-7) — глицина. Атомы углерода (С-4, С-5) входили в состав глицина, т. е. молекула глицина дает три атома. Атомы углерода С-2 и С-8 происходят из формиата, а шестой атом углерода из СО2.

Сначала образуются нуклеотиды с открытой цепью, а затем кольцо замыкается и образуется пуриновый нуклеотид.

1. Синтез аденшовой и гуаниловой кислот начинается с Dрибозо-5-фосфата, который при ферментативном пирофосфорилировании за счет энергии АТР превращается в а-5-фосфорибозил-1- пирофосфат (ФРПФ).

В этой реакции происходит перенос пирофосфатной группы АТР:

2. На следующей стадии а-5-фосфорибозил-1-пирофосфат реагирует с глутамином. При этом аминогруппа амидной части молекулы глутамина замещает пирофосфатную группу в первом положении пентозы. В результате образуется p-5-фосфорибозил-1 -амин и выделяются свободная глутаминовая кислота и неорганический пирофосфат:

3. На третьей стадии карбоксильная группа глицина взаимодействует с 1-аминогруппой p-5-фосфорибозил-Намина. В этой реакции для образования амидной связи между глицином и аминосахаром требуется АТР. Продуктами реакции являются рибонуклеотид с открытой цепью, глицинамид-рибонуклеотид, а также ADP и фосфат:

4. Далее начинает формироваться пуриновое кольцо, причем атомы 4, 5, 7 и 9 происходят из глицинамидной части молекулы. Этот процесс завершается добавлением одноуглеродной формильной группировки, дающей восьмой атом углерода пуринового кольца.

Донором формильной группы служит N⁵, 14¹⁰-метенил-тетрагидрофолат, переносчик формильной группы. Формильная группа присоединяется к свободной а-аминогруппе глицинамидной части молекулы, в результате чего образуется a-N-формилглицинамид-рибонуклеотид:

5. На следующей стадии атом азота N-9 из амидной группировки глутамина переносится на формильную группу a-N-формилглицинамид-рибонуклеотида и образуется a-N-формилглицинамидин-рибонуклеотид. При переносе аминогруппы глутамина потребляется энергия концевой фосфатной связи АТР. Продукт этой реакции содержит уже пять атомов будущего имидазольного кольца пурина:

6. Далее пятичленное кольцо замыкается с отщеплением молекулы воды и образуется 5-аминоимидазол-рибонуклеотид:

7. Атом углерода в положении С-6 пуринового кольца добавляется в результате присоединения СОг на следующей стадии (реакция карбоксилирования). Эта стадия протекает без участия кофермента, давая рибонуклеотид 5-аминоимидазол-4- карбоновой кислоты:

8. На этой стадии происходит введение атома азота в будущее положение С-1 пуринового кольца включением целой молекулы аспарагиновой кислоты с образованием 5-амино-имидазол-4-Ысукцинокарбоксамид-рибонуклеотида:

9. Затем отщепляется свободная фумаровая кислота, в результате чего образуется 5-аминоимидазол-4-карбоксамид-рибонуклеотид:

• 10. На этой стадии второй атом углерода пуринового кольца вводится путем переноса формильной группы Ы^|0-формилтетрагидрофолата к 5-аминогруппе рибонуклеотида.
• 11. На последней стадии происходит отщепление воды и пиримидиновая часть пуриновой кольцевой системы замыкается. В результате образуется пуриновый рибонуклеотид — инозиновая кислота или инозинмонофосфат (IMP):

На метаболическом пути образования инозиновой кислоты, начиная с рибозо-5-фосфата, требуется расщепление шести высокоэнергетических фосфатных связей.