Синтез тимидиловых нуклеотидов

Синтез тимидиловых нуклеотидов.

Тимидиловые нуклеотиды (тимидиловая кислота – дТМФ) входят в состав ДНК, содержащей дезоксирибозу, т. е. являются дезоксирибонуклеотидами.

Синтез дезоксирибонуклеотидов начинается не со свободной дезоксирибозы, а путем прямого восстановления рибонуклеотидов у 2'-го атома углерода. Для синтеза тимидиловых нуклеотидов, помимо дезоксирибозы, требуется также метилированное производное урацила – тимин. В клетках имеется особый фермент тимидилатсинтаза, катализирующая метилирование не свободного урацила, а дУМФ – (дезоксиуридиловая кислота).

Образование субстрата тимидилатсинтазной реакции - дУМФ осуществляется двумя путями:

• дефосфорилированием дУДФ;
• гидролитическим дезаминированием дЦМФ (дезоксицитидиновая кислота)  с помощью дЦМФ дезаминазы. дЦМФ (дезоксицитидиновая кислота) получается при дефосфорилировании дЦДФ - одного из продуктов рибонуклеотидредуктазной реакции. В организме человека это основной путь образования дУМФ.

[pic 1]

Реакция синтеза тимидилового нуклеотида протекает по уравнению:

[pic 2]

Из образовавшегося ТМФ путем фосфорилирования образуются дТДФ и дTТФ.

Донором метильной группы,  появляющейся в 5-положении пиримидинового кольца в молекуле дТМФ, в тимидилатсинтазной реакции является N5,N10-метилен-ТГФК (метилен-Н4-фолат), которая одновременно отдает и водородный протон, поэтому одним из конечных продуктов реакции является дигидрофолиевая кислота (ДГФК или Н2-фолат), которая вновь восстанавливается до ТГФК (тетрагидрофолиевой кислоты) под действием НАДФН-зависимой дигидрофолат-редуктазы. А далее уже другой фермент серинтрансоксиметилаза переносит на тетрагидрофолиевую кислоту формильный остаток от серина, превращая последний в глицин.

Регенерация N5,N10–СН2–ТГФК, собственно ее биосинтез, представляет определенный интерес. Оказалось, что этот синтез требует участия аминокислоты серина (донор метильной группы) и пиридоксальфосфат-содержащего фермента сериноксиметилтрансферазы в соответствии с уравнением:

[pic 3]

Применение противоопухолевых препаратов и блокирование реакции синтеза тимидилового нуклеотида препаратами.

Ферменты тимидилатсинтетаза и дигидрофолатредуктаза, существенно влияющие на скорость образования тиминовых нуклеотидов, являются активными инициаторами синтеза ДНК. При понижении их активности замедляется или прекращается образование дезокситимидиловой кислоты, что далее вызывает прекращение синтеза ДНК. Подбирая эффективно действующие ингибиторы этих ферментов, можно при необходимости направленно подавлять синтез ДНК в клетках организма. Такие ингибиторы положены в основу химиотерапии рака, так как способны подавлять развитие раковых клеток, в которых интенсивно происходит синтез ДНК.

В активно пролиферирующих злокачественных клетках исключительно важное физиологическое значение имеет циклическое превращение дигидрофолиевой кислоты (ДГФК), сопряженное с синтезом тимидилата в цепи реакции 1—3:

[pic 4]

[pic 5]

Блокирование синтеза тимидилата в популяции клеток с высоким митотическим индексом приводит к блокированию биосинтеза ДНК и быстрой гибели клеток, которые лишены возможности делиться. Естественно, что достаточно эффективное торможение любого из трех ключевых ферментов цикла фолиевой кислоты, функционально связанных с синтезом тимидилата (ТГФК-дегидрогеназа, СОМТ, тимидилатсинтетаза), должно приводить к сходному физиологическому эффекту и подавлять рост опухоли и образование быстро делящихся лейкозных клеток в костном мозге. Как известно, исследования в области молекулярных основ торможения ТГФК-дегидрогеназы и тимидилатсинтетазы субстратоподобными ингибиторами привели к внедрению в практику ряда специфических антиметаболитов, которые находят широкое применение в качестве противоопухолевых и противолейкозных средств.