Синтез пуриновых нуклеотидов

Общие положения Пуриновые нуклеотиды — ключевые компоненты нуклеиновых кислот, а также коферментов и энергетических молекул (АТФ, ГТФ). Их синтез осуществляется двумя основными путями: де ново (сборка основания с простых предшественников) и салважный путь (регенерация из готовых оснований).

Де ново синтез Синтез пуринов де ново начинается с рибозо-5-фосфата, образующего фосфорибозилпирофосфат (PRPP) под действием PRPP-синтетазы. PRPP является универсальным активированным сахаром, который служит скелетом для дальнейшего построения пуринового кольца.

  1. Образование 5-фосфорибозил-1-амин Амидоазой глутамина PRPP превращается в 5-фосфорибозил-1-амин (5-PRA), вводя атом азота из глутамина. Этот шаг является регуляторным и требует АТФ.

  2. Постепенное построение кольца Пуриновый кольцо формируется поэтапно через добавление:

    • глицина (формирование глицинового промежуточного соединения),
    • формильных групп, переносимых тетрагидрофолатом,
    • второго атома азота из глутамина,
    • CO₂. В результате последовательных реакций формируется иминозин-5’-монофосфат (IMP) — общий предшественник аденилата и гуанилата.

  3. Регуляция де ново синтеза Синтез IMP строго регулируется отрицательной обратной связью: АТФ и ГТФ ингибируют PRPP-синтетазу и амидоазу глутамина, предотвращая избыточное образование пуринов.

Образование аденин- и гуанин-нуклеотидов

  • Синтез АМФ (аденилата) IMP превращается в аденилат под действием аденилосукцинатсинтетазы, с участием GTP в качестве источника энергии и аспарагина. Промежуточный продукт — аденилосукцинат — затем гидролизуется до АМФ.

  • Синтез ГМФ (гуанилата) IMP окисляется IMP-дегидрогеназой до ксантилата, после чего с участием аммиака из глутамина образуется ГМФ.

Салважный путь Этот путь позволяет клетке экономить ресурсы, используя готовые пуриновые основания. Реакции каталитически осуществляются фосфорибозилтрансферазами:

  • Аденин + PRPP → AMP (катализируется аденин-фосфорибозилтрансферазой)
  • Гуанин или гипоксантин + PRPP → GMP или IMP (катализируется гуанин-фосфорибозилтрансферазой)

Салважный путь особенно активен в тканях с высоким делением клеток и в нервной системе.

Метаболическая интеграция Синтез пуриновых нуклеотидов тесно связан с метаболизмом аминокислот (глицин, глутамин, аспарагин), одноуглеродного обмена (тетрагидрофолат) и энергетическим статусом клетки (АТФ/ГТФ). Нарушения этих путей приводят к накоплению пуриновых оснований и могут вызывать подагру или иммуносупрессивные состояния.

Регуляция синтеза пуринов Основные механизмы контроля включают:

  • Отрицательная обратная связь: AMP и GMP ингибируют собственный синтез из IMP.
  • Энергетический контроль: GTP стимулирует синтез АМФ, а ATP — синтез ГМФ, обеспечивая баланс между адениновой и гуаниновой нуклеотидными системами.
  • Регуляция активности PRPP-синтетазы под влиянием неорганического фосфата и сукцинил-CoA.

Физиологическое значение Пуриновые нуклеотиды участвуют в синтезе ДНК и РНК, энергетическом обмене, передаче сигналов (цАМФ, цГМФ) и образовании коферментов (NAD⁺, FAD, CoA). Эффективная регуляция их синтеза критична для поддержания клеточного гомеостаза и предотвращения метаболических нарушений.

Схематически весь процесс синтеза пуринов можно представить как интеграцию активированного сахара (PRPP), источников азота и одноуглеродных доноров, с постепенной сборкой двойного кольца и последующей дифференциацией в аденилат и гуанилат.

Оглавление