Войти
Нуклеозид трифосфат представляет собой молекулу, содержащую азотистое основание, связанную с 5-углеродного сахара (либо рибозы или дезоксирибозы ), с тремя фосфатными группами, связанными с сахаром. Это пример нуклеотида. Они являются молекулярными предшественниками как ДНК, так и РНК, представляющих собой цепочки нуклеотидов, образованных в процессе репликации и транскрипции ДНК. Нуклеозидтрифосфаты также служат источником энергии для клеточных реакций и участвуют в сигнальных путях.
Нуклеозидтрифосфаты плохо всасываются, поэтому они обычно синтезируются внутри клетки. Пути синтеза различаются в зависимости от конкретного производимого нуклеозидтрифосфата, но, учитывая многие важные роли нуклеозидтрифосфатов, синтез во всех случаях жестко регулируется. Аналоги нуклеозидов также можно использовать для лечения вирусных инфекций. Например, азидотимидин (AZT) - аналог нуклеозида, используемый для профилактики и лечения ВИЧ / СПИДа.
Термин нуклеозид относится к азотистому основанию, связанному с 5-углеродным сахаром ( рибозой или дезоксирибозой ). Нуклеотиды - это нуклеозиды, ковалентно связанные с одной или несколькими фосфатными группами. Чтобы предоставить информацию о количестве фосфатов, нуклеотиды можно вместо этого называть нуклеозидными (моно, ди или три) фосфатами. Таким образом, нуклеозидтрифосфаты представляют собой разновидность нуклеотидов.
Нуклеотиды обычно обозначают 3 буквами (4 или 5 в случае дезокси- или дидезоксинуклеотидов). Первая буква указывает на идентичность азотистого основания (например, A для аденина, G для гуанина ), вторая буква указывает количество фосфатов (моно, ди, три), а третья буква - P, что означает фосфат. Нуклеозидтрифосфатов, которые содержат рибозу как сахар обычно сокращенно НПТ, а нуклеозидтрифосфаты, содержащий d eoxyribose как сахар сокращенно дНТФ. Например, dATP означает дезоксирибоза аденозинтрифосфат. NTP - это строительные блоки РНК, а dNTP - строительные блоки ДНК.
Углероды сахара в нуклеозидтрифосфате пронумерованы по углеродному кольцу, начиная с исходного карбонила сахара. Обычно после углеродных чисел в сахаре ставится главный символ ('), чтобы отличить их от углеродных атомов азотистого основания. Азотистое основание связано с 1 'углеродом через гликозидную связь, а фосфатные группы ковалентно связаны с 5' углеродом. Первая фосфатная группа, связанная с сахаром, называется α-фосфатом, вторая - β-фосфатом, а третья - γ-фосфатом.
Схема, показывающая структуру нуклеозидтрифосфатов. Нуклеозиды состоят из 5-углеродного сахара (пентозы), связанного с азотистым основанием через 1 'гликозидную связь. Нуклеотиды - это нуклеозиды с различным количеством фосфатных групп, связанных с 5'-атомом углерода. Нуклеозидтрифосфаты - это особый тип нуклеотидов. На этом рисунке справа также показаны пять общих азотистых оснований, обнаруженных в ДНК и РНК. 
При синтезе нуклеиновых кислот 3 'ОН растущей цепи нуклеотидов атакует α-фосфат следующего NTP, который должен быть включен (синий), что приводит к фосфодиэфирной связи и высвобождению пирофосфата (PPi). На этом рисунке показан синтез ДНК, но синтез РНК происходит по тому же механизму. Клеточные процессы репликации и транскрипции ДНК включают синтез ДНК и РНК соответственно. Синтез ДНК использует dNTP в качестве субстратов, в то время как синтез РНК использует NTP в качестве субстратов. NTP не могут быть преобразованы напрямую в dNTP. ДНК содержит четыре различных азотистых основания: аденин, гуанин, цитозин и тимин. РНК также содержит аденин, гуанин и цитозин, но заменяет тимин урацилом. Таким образом, для синтеза ДНК требуются dATP, dGTP, dCTP и dTTP в качестве субстратов, тогда как для синтеза РНК требуются ATP, GTP, CTP и UTP.
Синтез нуклеиновых кислот катализируется либо ДНК-полимеразой, либо РНК-полимеразой для синтеза ДНК и РНК соответственно. Эти ферменты ковалентно связывают свободную группу -ОН на 3 'атоме углерода растущей цепи нуклеотидов с α-фосфатом на 5' атоме углерода следующего (d) NTP, высвобождая β- и γ-фосфатные группы в виде пирофосфата ( PPi). Это приводит к фосфодиэфирной связи между двумя (d) NTP. Высвобождение PPi обеспечивает энергию, необходимую для протекания реакции. Важно отметить, что синтез нуклеиновых кислот происходит исключительно в направлении от 5 'до 3'.
Учитывая их важность для клетки, синтез и разложение нуклеозидтрифосфатов находится под строгим контролем. В этом разделе основное внимание уделяется метаболизму нуклеозидтрифосфата у людей, но этот процесс довольно консервативен среди видов. Нуклеозидтрифосфаты плохо всасываются, поэтому все нуклеозидтрифосфаты обычно производятся de novo. Синтез ATP и GTP ( пуринов ) отличается от синтеза CTP, TTP и UTP ( пиримидинов ). В синтезе пурина и пиримидина в качестве исходной молекулы используется фосфорибозилпирофосфат (PRPP).
Превращение NTP в dNTP может происходить только в дифосфатной форме. Обычно из NTP удаляется один фосфат, чтобы стать NDP, затем он превращается в dNDP с помощью фермента, называемого рибонуклеотидредуктазой, затем фосфат добавляется обратно, чтобы получить dNTP.
Азотистое основание, называемое гипоксантином, собирается непосредственно на PRPP. В результате образуется нуклеотид, называемый монофосфатом инозина (ИМФ). Затем IMP преобразуется либо в предшественник AMP, либо в GMP. После образования AMP или GMP они могут фосфорилироваться АТФ до их дифосфатной и трифосфатной форм.
Синтез пурина регулируется аллостерическим ингибированием образования IMP адениновыми или гуаниновыми нуклеотидами. AMP и GMP также конкурентно ингибируют образование своих предшественников из IMP.
Азотистое основание, называемое оротатом, синтезируется независимо от PRPP. После получения оротата он ковалентно присоединяется к PRPP. В результате образуется нуклеотид, называемый монофосфатом оротата (OMP). OMP преобразуется в UMP, который затем может фосфорилироваться АТФ в UDP и UTP. Затем UTP можно превратить в CTP реакцией дезаминирования. ТТФ не является субстратом для синтеза нуклеиновых кислот, поэтому он не синтезируется в клетке. Вместо этого dTTP косвенно образуется либо из dUDP, либо из dCDP после преобразования в их соответствующие формы дезоксирибозы.
Синтез пиримидина регулируется аллостерическим ингибированием синтеза оротата UDP и UTP. PRPP и ATP также являются аллостерическими активаторами синтеза оротата.
Рибонуклеотидредуктаза (RNR) - это фермент, ответственный за преобразование NTP в dNTP. Учитывая, что dNTP используются в репликации ДНК, активность RNR строго регулируется. Важно отметить, что RNR может обрабатывать только NDP, поэтому NTP сначала дефосфорилируются в NDP перед преобразованием в dNDP. Затем дНДФ обычно повторно фосфорилируются. RNR имеет 2 субъединицы и 3 сайта: каталитический сайт, сайт активности (A) и сайт специфичности (S). Каталитический сайт - это место, где происходит реакция NDP на dNDP, сайт активности определяет, активен ли фермент, а сайт специфичности определяет, какая реакция происходит в каталитическом сайте.
Сайт активности может связывать либо АТФ, либо дАТФ. Когда он связан с АТФ, RNR активен. Когда АТФ или dATP связаны с сайтом S, RNR будет катализировать синтез dCDP и dUDP из CDP и UDP. dCDP и dUDP могут косвенно создавать dTTP. dTTP, связанный с сайтом S, будет катализировать синтез dGDP из GDP, а связывание dGDP с сайтом S будет способствовать синтезу dADP из ADP. Затем dADP фосфорилируется с образованием dATP, который может связываться с сайтом A и выключать RNR.
Энергия, выделяющаяся при гидролизе аденозинтрифофата (АТФ), показанного здесь, часто сочетается с энергетически неблагоприятными клеточными реакциями. АТФ - это основная энергетическая валюта клетки. Несмотря на то, что он синтезируется посредством метаболического пути, описанного выше, он в первую очередь синтезируется во время клеточного дыхания и фотосинтеза с помощью АТФ-синтазы. АТФ-синтаза сочетает синтез АТФ из АДФ и фосфата с электрохимическим градиентом, создаваемым перекачкой протонов через внутреннюю митохондриальную мембрану (клеточное дыхание) или тилакоидную мембрану (фотосинтез). Этот электрохимический градиент необходим, потому что образование АТФ энергетически невыгодно.
Гидролиз АТФ в АДФ и Pi протекает следующим образом:
Эта реакция энергетически выгодна и выделяет 30,5 кДж / моль энергии. В клетке эта реакция часто сочетается с неблагоприятными реакциями, чтобы дать им энергию для продолжения. GTP иногда используется для передачи энергии аналогичным образом.
Связывание лиганда с рецептором, связанным с G-белком, позволяет GTP связывать G-белок. Это заставляет альфа-субъединицу покидать и действовать как эффектор ниже по ходу пути. GTP необходим для передачи сигналов, особенно с G-белками. G-белки связаны с рецептором, связанным с клеточной мембраной. Весь этот комплекс называется рецептором, связанным с G-белком (GPCR). G-белки могут связывать GDP или GTP. Связанные с GDP, G-белки неактивны. Когда лиганд связывает GPCR, запускается аллостерическое изменение в G-белке, в результате чего GDP уходит и заменяется GTP. GTP активирует альфа-субъединицу G-белка, заставляя ее отделяться от G-белка и действовать как последующий эффектор.
Аналоги нуклеозидов можно использовать для лечения вирусных инфекций. Аналоги нуклеозидов - это нуклеозиды, которые структурно подобны (аналогичны) нуклеозидам, используемым в синтезе ДНК и РНК. Как только эти аналоги нуклеозидов попадают в клетку, они могут фосфорилироваться вирусным ферментом. Полученные нуклеотиды достаточно похожи на нуклеотиды, используемые в синтезе ДНК или РНК, чтобы быть включенными в растущие цепи ДНК или РНК, но у них нет доступной 3'-группы ОН, чтобы атаковать следующий нуклеотид, вызывая обрыв цепи. Это может быть использовано в терапевтических целях при вирусных инфекциях, поскольку вирусная ДНК-полимераза распознает определенные аналоги нуклеотидов легче, чем эукариотическая ДНК-полимераза. Например, азидотимидин используется при лечении ВИЧ / СПИДа. Некоторые менее селективные аналоги нуклеозидов могут использоваться в качестве химиотерапевтических агентов для лечения рака, например цитозинарабиноза (ara-C), при лечении определенных форм лейкемии.
Устойчивость к аналогам нуклеозидов является обычным явлением и часто возникает из-за мутации фермента, который фосфорилирует нуклеозид после проникновения в клетку. Это обычное явление для аналогов нуклеозидов, используемых для лечения ВИЧ / СПИДа.
