Пензенська ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Пензенська ДЕРЖАВНИЙ МЕДИЧНИЙ ІНСТИТУТ
Курсова робота з біологічної хімії на тему:
БІОСИНТЕЗ дезоксирибонуклеотидів. ІНГІБІТОРИ ФЕРМЕНТОВ СИНТЕЗУ дезоксирибонуклеотидів І ВИКОРИСТАННЯ ЇХ для лікування злоякісних новоутворень
2. Освіта AMP і GMP з IMP ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 7
3. Інгібітори біосинтезу пуринів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .9
4. Синтез пуринових дезоксирибонуклеотидів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 9
5. Тканинна специфічність біосинтезу пуринів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 11
6. Регуляція біосинтезу пуринів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 11
7. Біосинтез піримідинів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 15
8. Регуляція біосинтезу піримідинів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 18
9. Інгібітори ферментів синтезу дезоксирибонуклеотидів та їх використання для лікування злоякісних новоутворень ... ... ... ... ... .. 20
10. Список літератури ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 24
Швидкість синтезу пуринових і піримідинових рибо-і дезоксирибонуклеотидів є об'єктом тонкої регуляції. Сформувалися механізми, які забезпечують такий рівень продукції цих сполук у часі, який задовольняє постійно мінливі фізіологічні потреби організму. Поряд із синтезом de novo включаються так звані шляхи «порятунку», завдяки яким відбувається реутилізації пуринових і піримідинових основ вивільняються з нуклеїнових кислот при деградації in vivo. До захворювань, які пов'язані з порушеннями обміну пуринів та піримідинів, відносяться подагра, синдром Леша-Найхана, синдром Рейє, недостатність аденозин-дезамінази, недостатність пуріннуклеозідфосфорілази.
1. Біосинтез пуринових нуклеотидів
У людини та інших ссавців пуринові нуклеотиди синтезуються для забезпечення потреб організму в мономерних попередників нуклеїнових кислот, а також у з'єднаннях, що виконують інші функції. У деяких хребетних (птахи, земноводні, рептилії) синтез пуринових нуклеотидів несе додаткову функцію - є частиною механізму, за допомогою якого виводяться надлишки азоту у вигляді сечової кислоти; такі організми називають урікотеліческімі. Організми, у яких кінцевим продуктом азотистого обміну є сечовина (як у людини), називають уреотеліческімі. Оскільки урікотеліческіе організми видаляють «надлишки» азоту у вигляді сечової кислоти, синтез пуринових нуклеотидів у них йде інтенсивніше, ніж у уреотеліческіх. У той же час шляху синтезу пуринових нуклеотидів de novo - загальні для обох груп організмів.
Інформація про походження кожного з атомів в молекулі пуринового підстави отримана в процесі радіоізотопних досліджень, проведених на птахах, щурах і людину (мал. 1). На рис. 2 представлена схема шляху біосинтезу пуринових нуклеотидів. Перша стадія {реакція 1) - освіта 5-фосфорібозіл-1-пірофосфату (ФРПФ). Ця реакція не унікальна для біосинтезу пуринових нуклеотидів. ФРПФ служить також попередником у синтезі піримідинових нуклеотидів (див. рис. 10), він необхідний для синтезу NAD і NADP-двох коферментів, до складу яких входить нікотинова кислота. У реакції 2 (рис. 2), що каталізується фосфорібозіл-пірофосфат-амідотрансферазой, з ФРПФ і глутаміну утворюються глутамат і 5-фосфорібозіламін. Хоча можливі й інші механізми синтезу 5-фосфорібозіламіна, що каталізується амідотрансферазой, має найбільш важливе фізіологічне значення в тканинах ссавців.
Малюнок 1. Походження атомів азоту і вуглецю пуринів вого кільця.
Далі 5-фосфорібозйламін вступає в реакцію з гліцином (реакція 3); при цьому утворюється гліцину д-рібозілфосфат (гліцінамідоріботід, Г АР). Амидная група глутаміну служить джерелом атома азоту в положенні 9 молекули пурину (N-9), а гліцин-джерелом атомів вуглецю в положеннях 4 і 5 (С-4 і С-5) пуринового кільця. Цю реакцію каталізує гліцінамід-кіносінтетаза. У ре акції 4 атом азоту N 7 молекули гліцінамід-рібозілфосфата форміліруется N 5, N 10-Me-тенілтетрагідрофолатом. У результаті цієї реакції, що каталізується гліцінамід-рибоза-фосфат-формілтрансферазой, що надходить одно-вуглецевий фрагмент займе положення С-8 в формується пуриновому підставі. У реак ції 5 знову бере участь глутамін - донор амідної групи. Амідування відбувається по атому С-4 формілгліцінамід-рібозілфосфата і каталізується формілгліцін-амідини-рібозілфосфатсінтетазой. Приєднаний атом азоту займе в молекулі пурину положення 3.
У результаті замикання імідазольного кільця, катализируемого аміноімідазолрібозілфос-фатсінтетазой, утворюється аміноімідазол-рібозілфосфат (реакція 6). Далі синтез проходить через стадію утворення аміноімідазолкар-боксілат-рібозілфосфата (реакція 7). У результаті реакції формується карбонильная група, джерелом якої служить молекула СО 2, що утворюється в процесі дихання.
Атом азоту в положенні 1 відбувається з а-аміногрупи аспартату (реакція 8), інша частина якого утворює сукцінільний фрагмент у молекулі аминоимидазолсукцинилкарбоксиламид-рибо-зілфосфата (АІСКАР).
У реакції 9 сукцінільная група АІСКАР видаляється у вигляді фумарату. Що залишився аміноіміда-золкарбоксіламід-рібозілфосфат форміліруется (реакція 10) N 10-формілтетрагідрофолатом (f 10-Н 4 фолат) з утворенням амідоімідазолкарбоксі-Ламіді-рібозілфосфата; реакція каталізується відповідної формілтрансферазой. Знову приєднаний атом вуглецю, подібно атому С-8, надходить з пулу одноуглеродних фрагментів за участю тетрагідрофолат і займає в молекулі пурину положення 2.
Замикання кільця (реакція 11) відбувається за допомогою IMP-ціклогідролази, в результаті утворюється перша пуриновий нуклеотид-инозиновой кислота (інозинмонофосфат; IMP).
Значення метаболізму фолатів
У процесі біосинтезу пуринових нуклеотидів (рис. 2) атоми вуглецю в положеннях 8 і 2 надходять відповідно від N 5, М 10-метенілтет-рагідрофолата та N 10-формілтетрагідрофолата. Останній утворюється з N 5, N 10-метенілтетрагідрофолата, який в свою чергу є продуктом NADP-залежного дегідрогенірованія N 5, N 10-метилентетрагідрофолат. Якщо N 5, N 10-метилентетрагідрофолат служить джерелом одноуглеродних фрагментів для багатьох акцепторів, то N 5,
Малюнок 2. Шлях біосинтезу de novo пуринів з рибоза-5-фосфату і АТР
N 10-метенілтетрагідрофолат поставляє одноуглеродную групу (або безпосередньо, або через стадію утворення N 10-формілтетра-гідрофолата) тільки в пурини. З наведених відомостей слід, що гальмування процесів освіти розглянутих фолатів робить гальмуючий вплив і на синтез пуринів de novo.
2. Освіта AMP і GMP з IMP
Як показано на рис. 3 аденінових (реакції 12 і 13) і гуанінових нуклеотиди (реакції 14 і 15) утворюються шляхом амінування і відповідно окислення і амінування загального попередника-інозинмонофосфат (IMP). Амінірованіе IMP протікає через стадію утворення проміжного з'єднання, в якому аспартат приєднується до инозиновой кислоті, утворюючи аденілосукцінат. Ця реакція нагадує реакцію 8 біосинтезу пуринів (рис. 2), в якій а-азот аспарагінової кислоти поставляє атом N-1 пуринового кільця. Освіта аденілосукціната каталізується аденілосукцінатсінтазой і відбувається за участю GTP. Видалення залишається частини аспарагінової кислоти у вигляді фумарату призводить до утворення адениловой кислоти (аденозинмонофосфат; AMP). Відщеплення фумарату від аденілосукціната каталізується ферментом аденілосукціназой. Цей же фермент каталізує відщеплення фумарату від аминоимидазолсукцинилкарбоксамидрибозил-фосфату (реакція 9).
Так само, у дві стадії, з IMP утворюється гуанозинмонофосфат (GMP). У першій реакції на цьому шляху (реакція 14) за участю NAD і Н 2 О відбувається окислення IMP з утворенням ксантінмонофосфата (ХМР). Потім ХМР амінується амідогруппой глутаміну (реакція 15). Для цього процесу необхідний АТР, що в якійсь мірі нагадує потреба в GTP при перетворенні IMP в AMP.
Малюнок 3. Перетворення IMP в AMP і GMP
3. Інгібітори біосинтезу пуринів
Кілька антиметаболітів - аналогів глутаміну роблять сильний інгібуючий вплив на біосинтез пуринів. Азасерін (О-діазо-ацетил-L-серин) виступає як антагоніст глутаміну, особливо в реакції 5. Діазонорлейцін ([6-діазо-5-оксо]-L-норлейцін) блокує реакцію 2, а 6-меркаптопурин поряд з іншими ефектами інгібує реакції 13 і 14 синтезу AMP і GMP відповідно. Микофеноловую кислота пригнічує реакцію 14.
Перетворення AMP і GMP у відповідні ді-і трифосфати здійснюється в дві стадії (рис. 4). Реакції фосфорилювання - перенесення фосфатних груп від АТР-здійснюються нуклео-зідмонофосфаткіназой і нуклеозіддіфосфаткіназой.
Малюнок 4. Реакції фосфорилювання нуклеозідмонофосфата і нуклеозіддіфосфата.
4. Синтез пуринових дезоксирибонуклеотидів
Синтез пуринових і піримідинових дезоксирибонуклеотидів відбувається шляхом прямого відновлення 2'-вуглецю рібозного залишку відповідного рибонуклеотид, а не шляхом синтезу de novo з 2'-дезоксіаналога ФРПФ. Відновлення 2'-вуглецевого атома рибози відбувається тільки після перетворення пуринових і піримідинових нуклео-тідов у відповідні нуклеозіддіфосфати. У деяких бактерій в цьому відновному процесі бере участь кобаламін (вітамін В 12). У тварин процес відновлення йде і за відсутності вітаміну В 12. Відновлення рібонуклеозіддіфосфатов в дезоксірібонуклеозід-дифосфати каталізується рібонуклеотідредуктазой і вимагає участі тіоредоксіна (Білковий кофактор), тіоредоксінредуктази (флавопротєїновим фермент) і NADPH (кофактор). Безпосереднім донором електронів для нуклеотиду є тіоредоксіна, який попередньо відновлюється NADPH. Неруйнівна окислювально-відновну перетворення тіоредоксіна каталізується тіоредоксінредуктазой. Відновлення рібонуклеозіддіфосфата відновленим тіоредоксіна каталізується рібонуклеозідредуктазой (рис. 5). Ця складна ферментна система функціонує в клітинах тільки в період активного синтезу ДНК і поділу.
Малюнок 5. Відновлення рібонуклеозіддіфосфата до 2-дезокси-рібонуклеозіддіфосфата.
5. Тканинна специфічність біосинтезу пуринів
Не у всіх тканинах людини відбувається синтез пуринових нуклеотидів de novo. Еритроцити і поліморфноядерні лейкоцити не здатні синтезувати 5-фосфорібозіламін, і тому для утворення пуринових нуклеотидів їм необхідні екзогенні пурини. Периферичні лімфоцити здатні синтезувати невеликі кількості пуринів de novo. Встановлено, що в клітинах мозку ссавців міститься дуже малі кількості ФРПФ-амідотрансферази, на цій підставі був зроблений висновок про залежність синтезу пуринових нуклеотидів в мозку від надходження екзогенних пуринів. Виявилося, що основним місцем синтезу пуринових нуклеотидів в організмі ссавців є печінка. З неї вільні підстави або нуклеозиди потрапляють в інші тканини, не здатні до синтезу пуринів de novo.
6. Регуляція біосинтезу пуринів
На синтез молекули IMP витрачається енергія гідролізу шести макроергічних фосфодіефірних зв'язків АТР, при цьому в якості попередників виступають гліцин, глутамін, метенілтетрагідрофолат і аспартат. Для економії енергетичних та поживних ресурсів важлива ефективна регуляція процесу біосинтезу пуринів de novo. Найважливішу роль у цьому процесі відіграє внутрішньоклітинна концентрація ФРПФ. Вона визначається співвідношенням швидкостей його синтезу, утилізації та деградації. Швидкість синтезу ФРПФ залежить від 1) наявності субстратів синтезу, особливо рибоза-5-фосфату, і 2) каталітичної активності ФРПФ-синтази, яка в свою чергу пов'язана з внутрішньоклітинною концентрацією фосфатів, а також з концентрацією пуринових і піримідинових рибонуклеотидов, що виступають у ролі аллостеріческій регуляторів (рис. 6). Швидкість утилізації ФРПФ в значній мірі залежить від інтенсивності циклу реутилізації пуринових підстав, в ході якого ксантин і гуанін фосфорібозіліруются до відповідних рибонуклеотидов. У меншій мірі швидкість утилізації ФРПФ залежить від інтенсивності синтезу пуринів de novo. Цей висновок грунтується на наступному спостереженні: в еритроцитах і культивованих фібробластах чоловіків з спадковим порушенням активності гіпоксантин-гуанін-фосфо-рібозілтрансферази рівень ФРПФ підвищується в кілька разів.
Малюнок 6. Регулювання швидкості синтезу пуринів de novo. Суцільні лінії вказують шлях хімічних перетворень. Пунктирні лінії позна-чають інгібування кінцевими продуктами за принципом зворотного зв'язку.
Показано, що ФРПФ-амідотрансфераза - перший з ферментів, учас-чих в процесі синтезу пуринових нуклеотидів de novo, інгібується in vitro пуриновими нуклеотидами (особливо аденозинмонофосфату і гуанозинмонофосфат) за принципом зворотного зв'язку. Ці інгібітори конкурують з субстратом - ФРПФ, останній, як з'ясувалося, займає центральне місце в регуляції синтезу пуринів de novo. Багато непрямі дані свідчать про те, що роль амідотрансферази в цьому процесі менш істотна, ніж ФРПФ-синтетази.
Освіта GMP або AMP з IMP регулюється двома механізмами (рис. 7).
AMP регулює активність аденілосукцінатсінтетази, впливаючи за принципом зворотного зв'язку на власний синтез. GMP регулює власний синтез, діючи за тим же принципом на 1МР-дегідрогеназу. Поряд з цим освіта аденілосукціната з IMP на шляху до AMP стимулюється GTP. Освіта ж GMP з ксантозінмонофосфата вимагає присутності АТР. Таким чином, спостерігається істотна перехресна регуляція дівергентних шляхів метаболізму IMP. Таке регулювання гальмує біосинтез одного з пуринових нуклеотидів при недоліку іншого. Гіпоксантінгуанін-фосфорибозилтрансферази, що каталізує образо-вання з ксантину та гуаніну IMP і GMP відповідно, вельми чутлива до ингибирующем дії цих нуклеотидів.
Відновлення рібонуклеозіддіфосфатов до дезоксірібонуклеозід-дифосфат є об'єктом складної регуляції. Цей процес (рис. 8) забезпечує збалансоване освіта дезоксирибонуклеотидів для синтезу ДНК.
Малюнок 8. Регуляція відновлення пуринових і пири мідінових рибонуклеотидов до відповідних 2'-дезоксирибонуклеотидів. Суцільні лінії вказують шлях хімічних перетворень. Пунктирні лінії позна чають позитивну і негативну регуляцію за принципом зворотного зв'язку.
7. Біосинтез піримідинів
Структура ядра піримідинів простіше і шлях їх біосинтезу коротше, ніж у пуринів. У той же час обидва шляхи мають ряд загальних попередників. ФРПФ, глутамін, СО 2 і аспартат необхідні для синтезу всіх піримідинових та пуринових нуклеотидів. Синтез тимідіновими нуклеотидів, а також всіх пуринових потребує присутності похідних тетрагідрофолат. Можна відзначити одне істотне розходження в шляхах біосинтезу пуринових і піримідинових нуклеотидів. У першому випадку синтез починається з молекули рібозофосфата як інтегральної частини майбутньої молекули попередника нуклеотиду, у другому випадку спочатку синтезується піримідинова основа і лише на останніх стадіях приєднується залишок рібозофосфата.
Синтез піримідинового кільця (рис. 9) починається з освіти карбамоілфосфата з глутаміну, АТР і СО 2 в реакції, що каталізується в цитозолі карбамоілфосфатсінтазой (реакція 1). Відзначимо, що карбамоілфосфатсінтаза, відповідальна за ранні стадії синтезу сечовини, локалізована в мітохондріях.
Перший унікальний для біосинтезу піримідинів етап - утворення карбамоіласпартата в реакції конденсації карбамоілфосфата і аспартату каталізується аспартаттранскарбамоилазой (реакція 2). Потім в реакції, що каталізується дігідрооротазой, вищепляются Н 2 О і утворюється кільцева структура (реакція 3).
На наступному етапі відбувається дегідрогенірованіе під дією дигидрооротатдегидрогеназы з використанням NAD у як кофактор, при цьому утворюється оротовая кислота (реакція 4).
У реакції 5 до оротової кислоті приєднується залишок рібозофосфата з утворенням оротіділата (оротідінмонофосфат, ОМР). Цей процес здійснюється оротат-фосфорібозілгрансферазой - ферментом, аналогічним гіпоксантин-гуанін-фосфорибозилтрансферази і аденін-фосфорібозіл-трансферази, які беруть участь у фосфорібозілірованіі пуринових кілець.
Перший дійсний піримідинових рибонуклеотид-уріділат (урідінмонофосфат, UMP) утворюється при декарбоксилюванні оротіділата (реакція 6). Таким чином, тільки на передостанній стадії утворення UMP відбувається фосфорібозілірованіе гетероциклу.
Дигидрооротатдегидрогеназа мітохондріальний фермент. Всі інші ферменти, які беруть участь у синтезі піримідинів de novo, локалізуються в цитозолі.
Фосфорилювання піримідинових нуклеозідмонофосфатов до відповідних ді-і трифосфату відбувається аналогічно тому, як це описано для пуринових нуклеозідмонофосфатов (реакції 7 - 12). UTP амінується до СТР; в реакції беруть участь глутамін і АТР (реакція 9). Механізм відновлення пиримидиннуклеозиддифосфатов до відповідних 2 / - дезоксинуклеозиддифосфатов (реакція 10) також аналогічний тому, який описаний для пуринових нуклеозіддіфосфатов (рис. 5 і 8).
Освіта тимідилату (тімідінмонофосфат; ТМР) (реакція 12) - єдина реакція на шляху біосинтезу піримідинових нуклеотидів, що вимагає участі похідного тетрагідрофолат в якості донора одноуглеродного фрагмента. 2'-дезокси-UMP метіліруется тіміділатсінтазой, що використовує N 5, N 10-метилентетрагідрофолат як донор метильної групи.
Малюнок 9. Шлях біосинтезу піримідинових нуклеотидів.
Метиленовая група N 5, N 10-метилентетрагідрофолат в ході реакції відновлюється до метильної і приєднується до атома С-5 dUMP. Процес супроводжується окисленням тетрагідрофолатного переносника до дигідрофолат. Можна вважати, що в результаті метилювання dUMP з утворенням ТМР відбувається повне відновлення гідроксиметильне групи серину (стерпної на тетрагідрофолат при утворенні N 5, N 10-метилентетрагідрофолат) до метильної з одночасним окисленням тетрагідрофолат до дигідрофолат. Для того щоб фолатний переносник і далі міг функціонувати, необхідно відновити дигідрофолат до тетрагідрофолат. Цю реакцію каталізує дигідрофолатредуктази. Саме тому діляться клітини, змушені синтезувати ТМР з утворенням дигідрофолат, виявляються особливо чутливі до інгібіторів дигідрофолатредуктази. Один з таких інгібіторів - метотрексат (аметоптерін) широко використовується як протипухлинний препарат (див. нижче).
8. Регуляція біосинтезу піримідинів
Шлях біосинтезу піримідинових нуклеотидів регулюється двома різними механізмами. Активність перших двох ферментів знаходиться під контролем аллостеріческій ефекторів. Крім того, три перших і два останніх ферменту є об'єктами координованої репресії-дерепрессии. Карбамоілфосфатсінтаза інгібується UTP, пуриновими нуклеотидами, але активується ФРПФ (рис. 10). Аспартаттранскарбамоілаза особливо чутлива до інгібуючий вплив СТР. Аллостеріческій властивості аспартаткарбамоілази мікроорганізмів були предметом інтенсивних і стали вже класичними досліджень механізмів аллостеріческій регуляції активності ферментів.
Швидкість біосинтезу піримідинів корелює зі швидкістю біосинтезу пуринів, що вказує на координований контроль синтезу нуклеотидів обох типів. ФРПФ-синтетаза, фермент, що каталізує утворення попередника обох шляхів біосинтезу, інгібується за принципом зворотного зв'язку як пуриновими, так і піримідинових нуклеотидів. Карбамоілфосфатсінтаза також схильна до інгібування за принципом зворотного зв'язку нуклеотидами обох типів, а ФРПФ активує цей фермент. Таким чином, на декількох етапах біосинтезу пуринових і піримідинових нуклеотидів здійснюється перехресна регуляція.
Малюнок 10. Регуляція шляху біосинтезу піримідинових нуклеотидів. Суцільні лінії вказують шлях хімічних ських перетворень. Пунктирні лінії позначають поло жітельном і негативну регуляцію за принципом зворотного зв'язку. Скорочення розшифровані на рис. 9.
9. ІНГІБІТОРИ ФЕРМЕНТОВ СИНТЕЗУ дезоксирибонуклеотидів І ВИКОРИСТАННЯ ЇХ для лікування злоякісних новоутворень
Препарати цієї групи є антагоністами природних метаболітів. При наявності пухлинних захворювань використовують в основному такі речовини (див. структури).
Антагоністи фолієвої кислоти: Метотрексат (аметоптерін).
Антагоністи пурину: меркаптопурин (леупурін, пурінетол).
Антагоністи піримідину: Фторурацил (фторурацил); фторафур (тегафур); Цитарабін (цітозар).
Хімічно антиметаболіти лише схожі на природні метаболіти, але не ідентичні їм. У зв'язку з цим вони викликають порушення синтезу нуклеїнових кислот.
Це негативно позначається на процесі розподілу пухлинних клітин і приводить їх до загибелі.
Діють антиметаболіти на різних етапах синтезу нуклеїнових кислот, інгібуючи ферменти їх синтезу. Так, механізм антибластомну ефекту метотрексату, очевидно, полягає в тому, що він пригнічує дигідрофолатредуктази, а також тіміділ-синтетазу. Це порушує утворення пуринів та тимідину, в результаті чого пригнічується синтез ДНК. Меркаптопурин, мабуть, перешкоджає включенню пуринів в полінуклеотиди. Вважають, що фторурацил порушує синтез нуклеотидів або тимідину та їх включення в ДНК. Є дані про те, що в клітинах пухлини фторурацил перетворюється на 5-фтор-2-дезокси-уридин-5-монофосфат, який є інгібітором ферменту тіміділ-синтетази.
Антагоніст фолієвої кислоти метотрексат і антагоніст пурину меркаптопурин призначають головним чином при гострих лейкозах. Метотрексат ефективний при вказаній патології в основному у дітей, а меркаптопурин - також у дорослих. Крім того, меркаптопурин і особливо метотрексат з успіхом застосовують при хоріонепітеліоме матки. Метотрексат використовують також у комбінованій хіміотерапії ряду істинних (солідних) пухлин, наприклад, раку молочної залози (див. рис. 32.1; табл. 32.2).
При лікуванні гострих лейкозів поліпшення загального стану і гематологічної картини відбувається поступово. Тривалість ремісії обчислюється кількома місяцями.
Приймають препарати, як правило, всередину. Метотрексат випускають і для парентерального введення.
Метотрексат виділяється нирками переважно у незміненому вигляді. Частина препарату затримується в організмі дуже тривалий час (місяці). Меркаптопурин піддається у печінці хімічним перетворенням і в сечі виявляються його метаболіти.
Таблиця 1. Основні показання до застосування ряду синтетичних цитотоксичних засобів. 1 ГЛЛ - гостра лейкемія лімфобластіческая; ОМЛ - гостра лейкемія міелогенная; ХЛЛ - хронічна лімфоцитарна лейкемія; ХМЛ - хронічна міелогенная лейкемія.
Негативні сторони дії препаратів виявляється у пригніченні ними кровотворення, нудоті, блювоті. У ряду хворих спостерігається порушення функції печінки. Метотрексат вражає слизову оболонку шлунково-кишкового тракту, викликає кон'юнктивіти.
Антагоніст піримідину - фторурацил істотно відрізняється за спектром антибластомну дії від метотрексату і меркаптопурину. Якщо останні ефективні, головним чином при гострому лейкозі, тобто при гемобластозі, то фторурацил застосовують при істинних пухлинах. Його призначають при раку шлунка, підшлункової залози і товстого кишечника, раку молочної залози. У частини пацієнтів фторурацил дає тимчасову регресію пухлин.
Вводять препарат внутрішньовенно, так як з шлунково-кишкового тракту він всмоктується погано. У печінці фторурацил піддається хімічним перетворенням. Метаболіти, що утворюються виділяються нирками.
Токсичність препарату значна. З несприятливих ефектів найбільш серйозні пригнічення кровотворення і виразкові ураження травного тракту (стоматит, ентерит). Крім того, порушується апетит, виникають нудота, блювання, пронос. Відзначаються також облисіння, ураження нігтів, дерматит.
Аналогічними властивостями володіє препарат фторафур, що є фтористим похідним піримідину. Він кілька менш токсичний, ніж фторурацил. Застосовують його при раку молочної залози, раку прямої і товстої кишки, раку шлунка.
До антиметаболитами відносяться також тіогуанін і цитарабін (ци-тозін-арабінозід), які застосовують при гострих мієлоїдної і лімфоід-ної лейкеміях. Антагоніст піримідину флударабіну фосфат (флуду-ра) в основному використовують при хронічному лимфоцитарном По-клітинному лейкозі. Зазвичай його призначають при резистентності до стандартних курсів хіміотерапії.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ:
1. Харкевич Д.А. Фармакологія. М.: ГЕОТАР Медицина, 2000. - 664 с.
2. Ленінджер А. Основи біохімії. М.: Світ, 1985. - Т2. 736 с.
3. Маррі Р., Греннер Д., Мейерс П., Родуел В. Біохімія людини. - M., Світ, 1993. -Т 2, 416 с.
4. Албертс Б., Брей Д., Льюис Д., Рефф М., Робертс К., Уотсон. Д. Молекулярна біологія клітини. - М., Мир, 1987. Т 3, 296 с.
5. Prusoff WH et. al. Nucleoside analoges with antiviral activity. Biochem. Pharm., 1976, 25, 1223
6. Michelson AM The chemistry of Nucleosides and Nucleotides. Academic Press. 1963.
Пензенська ДЕРЖАВНИЙ МЕДИЧНИЙ ІНСТИТУТ
Курсова робота з біологічної хімії на тему:
БІОСИНТЕЗ дезоксирибонуклеотидів. ІНГІБІТОРИ ФЕРМЕНТОВ СИНТЕЗУ дезоксирибонуклеотидів І ВИКОРИСТАННЯ ЇХ для лікування злоякісних новоутворень
Пенза 2004
ЗМІСТ:Введення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
1. Біосинтез пуринових нуклеотидів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 42. Освіта AMP і GMP з IMP ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 7
3. Інгібітори біосинтезу пуринів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .9
4. Синтез пуринових дезоксирибонуклеотидів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 9
5. Тканинна специфічність біосинтезу пуринів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 11
6. Регуляція біосинтезу пуринів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 11
7. Біосинтез піримідинів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 15
8. Регуляція біосинтезу піримідинів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 18
9. Інгібітори ферментів синтезу дезоксирибонуклеотидів та їх використання для лікування злоякісних новоутворень ... ... ... ... ... .. 20
10. Список літератури ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 24
ВСТУП
Ні самі нуклеотиди, ні вихідні пуринові і піримідинові підстави, що надходять в організм людини з їжею, не включаються ні до нуклеїнові кислоти тканин людини, ні в пуринові або піримідинові коферменти, такі, як АТР або NAD. Навіть якщо їжа багата нуклеопротеїнів, клітини людини все одно синтезують попередники нуклеїнових кислот з амфіболічні проміжних сполук (інтермедіатів). Шлях синтезу de novo дозволяє синтетичним аналогам пуринів і піримідинів з антиканцерогенними властивостями включатися до складу ДНК.Швидкість синтезу пуринових і піримідинових рибо-і дезоксирибонуклеотидів є об'єктом тонкої регуляції. Сформувалися механізми, які забезпечують такий рівень продукції цих сполук у часі, який задовольняє постійно мінливі фізіологічні потреби організму. Поряд із синтезом de novo включаються так звані шляхи «порятунку», завдяки яким відбувається реутилізації пуринових і піримідинових основ вивільняються з нуклеїнових кислот при деградації in vivo. До захворювань, які пов'язані з порушеннями обміну пуринів та піримідинів, відносяться подагра, синдром Леша-Найхана, синдром Рейє, недостатність аденозин-дезамінази, недостатність пуріннуклеозідфосфорілази.
1. Біосинтез пуринових нуклеотидів
У людини та інших ссавців пуринові нуклеотиди синтезуються для забезпечення потреб організму в мономерних попередників нуклеїнових кислот, а також у з'єднаннях, що виконують інші функції. У деяких хребетних (птахи, земноводні, рептилії) синтез пуринових нуклеотидів несе додаткову функцію - є частиною механізму, за допомогою якого виводяться надлишки азоту у вигляді сечової кислоти; такі організми називають урікотеліческімі. Організми, у яких кінцевим продуктом азотистого обміну є сечовина (як у людини), називають уреотеліческімі. Оскільки урікотеліческіе організми видаляють «надлишки» азоту у вигляді сечової кислоти, синтез пуринових нуклеотидів у них йде інтенсивніше, ніж у уреотеліческіх. У той же час шляху синтезу пуринових нуклеотидів de novo - загальні для обох груп організмів.
Інформація про походження кожного з атомів в молекулі пуринового підстави отримана в процесі радіоізотопних досліджень, проведених на птахах, щурах і людину (мал. 1). На рис. 2 представлена схема шляху біосинтезу пуринових нуклеотидів. Перша стадія {реакція 1) - освіта 5-фосфорібозіл-1-пірофосфату (ФРПФ). Ця реакція не унікальна для біосинтезу пуринових нуклеотидів. ФРПФ служить також попередником у синтезі піримідинових нуклеотидів (див. рис. 10), він необхідний для синтезу NAD і NADP-двох коферментів, до складу яких входить нікотинова кислота. У реакції 2 (рис. 2), що каталізується фосфорібозіл-пірофосфат-амідотрансферазой, з ФРПФ і глутаміну утворюються глутамат і 5-фосфорібозіламін. Хоча можливі й інші механізми синтезу 5-фосфорібозіламіна, що каталізується амідотрансферазой, має найбільш важливе фізіологічне значення в тканинах ссавців.
Малюнок 1. Походження атомів азоту і вуглецю пуринів вого кільця.
Далі 5-фосфорібозйламін вступає в реакцію з гліцином (реакція 3); при цьому утворюється гліцину д-рібозілфосфат (гліцінамідоріботід, Г АР). Амидная група глутаміну служить джерелом атома азоту в положенні 9 молекули пурину (N-9), а гліцин-джерелом атомів вуглецю в положеннях 4 і 5 (С-4 і С-5) пуринового кільця. Цю реакцію каталізує гліцінамід-кіносінтетаза. У ре акції 4 атом азоту N 7 молекули гліцінамід-рібозілфосфата форміліруется N 5, N 10-Me-тенілтетрагідрофолатом. У результаті цієї реакції, що каталізується гліцінамід-рибоза-фосфат-формілтрансферазой, що надходить одно-вуглецевий фрагмент займе положення С-8 в формується пуриновому підставі. У реак ції 5 знову бере участь глутамін - донор амідної групи. Амідування відбувається по атому С-4 формілгліцінамід-рібозілфосфата і каталізується формілгліцін-амідини-рібозілфосфатсінтетазой. Приєднаний атом азоту займе в молекулі пурину положення 3.
У результаті замикання імідазольного кільця, катализируемого аміноімідазолрібозілфос-фатсінтетазой, утворюється аміноімідазол-рібозілфосфат (реакція 6). Далі синтез проходить через стадію утворення аміноімідазолкар-боксілат-рібозілфосфата (реакція 7). У результаті реакції формується карбонильная група, джерелом якої служить молекула СО 2, що утворюється в процесі дихання.
Атом азоту в положенні 1 відбувається з а-аміногрупи аспартату (реакція 8), інша частина якого утворює сукцінільний фрагмент у молекулі аминоимидазолсукцинилкарбоксиламид-рибо-зілфосфата (АІСКАР).
У реакції 9 сукцінільная група АІСКАР видаляється у вигляді фумарату. Що залишився аміноіміда-золкарбоксіламід-рібозілфосфат форміліруется (реакція 10) N 10-формілтетрагідрофолатом (f 10-Н 4 фолат) з утворенням амідоімідазолкарбоксі-Ламіді-рібозілфосфата; реакція каталізується відповідної формілтрансферазой. Знову приєднаний атом вуглецю, подібно атому С-8, надходить з пулу одноуглеродних фрагментів за участю тетрагідрофолат і займає в молекулі пурину положення 2.
Замикання кільця (реакція 11) відбувається за допомогою IMP-ціклогідролази, в результаті утворюється перша пуриновий нуклеотид-инозиновой кислота (інозинмонофосфат; IMP).
Значення метаболізму фолатів
У процесі біосинтезу пуринових нуклеотидів (рис. 2) атоми вуглецю в положеннях 8 і 2 надходять відповідно від N 5, М 10-метенілтет-рагідрофолата та N 10-формілтетрагідрофолата. Останній утворюється з N 5, N 10-метенілтетрагідрофолата, який в свою чергу є продуктом NADP-залежного дегідрогенірованія N 5, N 10-метилентетрагідрофолат. Якщо N 5, N 10-метилентетрагідрофолат служить джерелом одноуглеродних фрагментів для багатьох акцепторів, то N 5,
Малюнок 2. Шлях біосинтезу de novo пуринів з рибоза-5-фосфату і АТР
N 10-метенілтетрагідрофолат поставляє одноуглеродную групу (або безпосередньо, або через стадію утворення N 10-формілтетра-гідрофолата) тільки в пурини. З наведених відомостей слід, що гальмування процесів освіти розглянутих фолатів робить гальмуючий вплив і на синтез пуринів de novo.
2. Освіта AMP і GMP з IMP
Як показано на рис. 3 аденінових (реакції 12 і 13) і гуанінових нуклеотиди (реакції 14 і 15) утворюються шляхом амінування і відповідно окислення і амінування загального попередника-інозинмонофосфат (IMP). Амінірованіе IMP протікає через стадію утворення проміжного з'єднання, в якому аспартат приєднується до инозиновой кислоті, утворюючи аденілосукцінат. Ця реакція нагадує реакцію 8 біосинтезу пуринів (рис. 2), в якій а-азот аспарагінової кислоти поставляє атом N-1 пуринового кільця. Освіта аденілосукціната каталізується аденілосукцінатсінтазой і відбувається за участю GTP. Видалення залишається частини аспарагінової кислоти у вигляді фумарату призводить до утворення адениловой кислоти (аденозинмонофосфат; AMP). Відщеплення фумарату від аденілосукціната каталізується ферментом аденілосукціназой. Цей же фермент каталізує відщеплення фумарату від аминоимидазолсукцинилкарбоксамидрибозил-фосфату (реакція 9).
Так само, у дві стадії, з IMP утворюється гуанозинмонофосфат (GMP). У першій реакції на цьому шляху (реакція 14) за участю NAD і Н 2 О відбувається окислення IMP з утворенням ксантінмонофосфата (ХМР). Потім ХМР амінується амідогруппой глутаміну (реакція 15). Для цього процесу необхідний АТР, що в якійсь мірі нагадує потреба в GTP при перетворенні IMP в AMP.
Малюнок 3. Перетворення IMP в AMP і GMP
3. Інгібітори біосинтезу пуринів
Кілька антиметаболітів - аналогів глутаміну роблять сильний інгібуючий вплив на біосинтез пуринів. Азасерін (О-діазо-ацетил-L-серин) виступає як антагоніст глутаміну, особливо в реакції 5. Діазонорлейцін ([6-діазо-5-оксо]-L-норлейцін) блокує реакцію 2, а 6-меркаптопурин поряд з іншими ефектами інгібує реакції 13 і 14 синтезу AMP і GMP відповідно. Микофеноловую кислота пригнічує реакцію 14.
Перетворення AMP і GMP у відповідні ді-і трифосфати здійснюється в дві стадії (рис. 4). Реакції фосфорилювання - перенесення фосфатних груп від АТР-здійснюються нуклео-зідмонофосфаткіназой і нуклеозіддіфосфаткіназой.
Малюнок 4. Реакції фосфорилювання нуклеозідмонофосфата і нуклеозіддіфосфата.
4. Синтез пуринових дезоксирибонуклеотидів
Синтез пуринових і піримідинових дезоксирибонуклеотидів відбувається шляхом прямого відновлення 2'-вуглецю рібозного залишку відповідного рибонуклеотид, а не шляхом синтезу de novo з 2'-дезоксіаналога ФРПФ. Відновлення 2'-вуглецевого атома рибози відбувається тільки після перетворення пуринових і піримідинових нуклео-тідов у відповідні нуклеозіддіфосфати. У деяких бактерій в цьому відновному процесі бере участь кобаламін (вітамін В 12). У тварин процес відновлення йде і за відсутності вітаміну В 12. Відновлення рібонуклеозіддіфосфатов в дезоксірібонуклеозід-дифосфати каталізується рібонуклеотідредуктазой і вимагає участі тіоредоксіна (Білковий кофактор), тіоредоксінредуктази (флавопротєїновим фермент) і NADPH (кофактор). Безпосереднім донором електронів для нуклеотиду є тіоредоксіна, який попередньо відновлюється NADPH. Неруйнівна окислювально-відновну перетворення тіоредоксіна каталізується тіоредоксінредуктазой. Відновлення рібонуклеозіддіфосфата відновленим тіоредоксіна каталізується рібонуклеозідредуктазой (рис. 5). Ця складна ферментна система функціонує в клітинах тільки в період активного синтезу ДНК і поділу.
Малюнок 5. Відновлення рібонуклеозіддіфосфата до 2-дезокси-рібонуклеозіддіфосфата.
5. Тканинна специфічність біосинтезу пуринів
Не у всіх тканинах людини відбувається синтез пуринових нуклеотидів de novo. Еритроцити і поліморфноядерні лейкоцити не здатні синтезувати 5-фосфорібозіламін, і тому для утворення пуринових нуклеотидів їм необхідні екзогенні пурини. Периферичні лімфоцити здатні синтезувати невеликі кількості пуринів de novo. Встановлено, що в клітинах мозку ссавців міститься дуже малі кількості ФРПФ-амідотрансферази, на цій підставі був зроблений висновок про залежність синтезу пуринових нуклеотидів в мозку від надходження екзогенних пуринів. Виявилося, що основним місцем синтезу пуринових нуклеотидів в організмі ссавців є печінка. З неї вільні підстави або нуклеозиди потрапляють в інші тканини, не здатні до синтезу пуринів de novo.
6. Регуляція біосинтезу пуринів
На синтез молекули IMP витрачається енергія гідролізу шести макроергічних фосфодіефірних зв'язків АТР, при цьому в якості попередників виступають гліцин, глутамін, метенілтетрагідрофолат і аспартат. Для економії енергетичних та поживних ресурсів важлива ефективна регуляція процесу біосинтезу пуринів de novo. Найважливішу роль у цьому процесі відіграє внутрішньоклітинна концентрація ФРПФ. Вона визначається співвідношенням швидкостей його синтезу, утилізації та деградації. Швидкість синтезу ФРПФ залежить від 1) наявності субстратів синтезу, особливо рибоза-5-фосфату, і 2) каталітичної активності ФРПФ-синтази, яка в свою чергу пов'язана з внутрішньоклітинною концентрацією фосфатів, а також з концентрацією пуринових і піримідинових рибонуклеотидов, що виступають у ролі аллостеріческій регуляторів (рис. 6). Швидкість утилізації ФРПФ в значній мірі залежить від інтенсивності циклу реутилізації пуринових підстав, в ході якого ксантин і гуанін фосфорібозіліруются до відповідних рибонуклеотидов. У меншій мірі швидкість утилізації ФРПФ залежить від інтенсивності синтезу пуринів de novo. Цей висновок грунтується на наступному спостереженні: в еритроцитах і культивованих фібробластах чоловіків з спадковим порушенням активності гіпоксантин-гуанін-фосфо-рібозілтрансферази рівень ФРПФ підвищується в кілька разів.
Малюнок 6. Регулювання швидкості синтезу пуринів de novo. Суцільні лінії вказують шлях хімічних перетворень. Пунктирні лінії позна-чають інгібування кінцевими продуктами за принципом зворотного зв'язку.
Показано, що ФРПФ-амідотрансфераза - перший з ферментів, учас-чих в процесі синтезу пуринових нуклеотидів de novo, інгібується in vitro пуриновими нуклеотидами (особливо аденозинмонофосфату і гуанозинмонофосфат) за принципом зворотного зв'язку. Ці інгібітори конкурують з субстратом - ФРПФ, останній, як з'ясувалося, займає центральне місце в регуляції синтезу пуринів de novo. Багато непрямі дані свідчать про те, що роль амідотрансферази в цьому процесі менш істотна, ніж ФРПФ-синтетази.
Освіта GMP або AMP з IMP регулюється двома механізмами (рис. 7).
AMP регулює активність аденілосукцінатсінтетази, впливаючи за принципом зворотного зв'язку на власний синтез. GMP регулює власний синтез, діючи за тим же принципом на 1МР-дегідрогеназу. Поряд з цим освіта аденілосукціната з IMP на шляху до AMP стимулюється GTP. Освіта ж GMP з ксантозінмонофосфата вимагає присутності АТР. Таким чином, спостерігається істотна перехресна регуляція дівергентних шляхів метаболізму IMP. Таке регулювання гальмує біосинтез одного з пуринових нуклеотидів при недоліку іншого. Гіпоксантінгуанін-фосфорибозилтрансферази, що каталізує образо-вання з ксантину та гуаніну IMP і GMP відповідно, вельми чутлива до ингибирующем дії цих нуклеотидів.
Відновлення рібонуклеозіддіфосфатов до дезоксірібонуклеозід-дифосфат є об'єктом складної регуляції. Цей процес (рис. 8) забезпечує збалансоване освіта дезоксирибонуклеотидів для синтезу ДНК.
Малюнок 8. Регуляція відновлення пуринових і пири мідінових рибонуклеотидов до відповідних 2'-дезоксирибонуклеотидів. Суцільні лінії вказують шлях хімічних перетворень. Пунктирні лінії позна чають позитивну і негативну регуляцію за принципом зворотного зв'язку.
7. Біосинтез піримідинів
Структура ядра піримідинів простіше і шлях їх біосинтезу коротше, ніж у пуринів. У той же час обидва шляхи мають ряд загальних попередників. ФРПФ, глутамін, СО 2 і аспартат необхідні для синтезу всіх піримідинових та пуринових нуклеотидів. Синтез тимідіновими нуклеотидів, а також всіх пуринових потребує присутності похідних тетрагідрофолат. Можна відзначити одне істотне розходження в шляхах біосинтезу пуринових і піримідинових нуклеотидів. У першому випадку синтез починається з молекули рібозофосфата як інтегральної частини майбутньої молекули попередника нуклеотиду, у другому випадку спочатку синтезується піримідинова основа і лише на останніх стадіях приєднується залишок рібозофосфата.
Синтез піримідинового кільця (рис. 9) починається з освіти карбамоілфосфата з глутаміну, АТР і СО 2 в реакції, що каталізується в цитозолі карбамоілфосфатсінтазой (реакція 1). Відзначимо, що карбамоілфосфатсінтаза, відповідальна за ранні стадії синтезу сечовини, локалізована в мітохондріях.
Перший унікальний для біосинтезу піримідинів етап - утворення карбамоіласпартата в реакції конденсації карбамоілфосфата і аспартату каталізується аспартаттранскарбамоилазой (реакція 2). Потім в реакції, що каталізується дігідрооротазой, вищепляются Н 2 О і утворюється кільцева структура (реакція 3).
На наступному етапі відбувається дегідрогенірованіе під дією дигидрооротатдегидрогеназы з використанням NAD у як кофактор, при цьому утворюється оротовая кислота (реакція 4).
У реакції 5 до оротової кислоті приєднується залишок рібозофосфата з утворенням оротіділата (оротідінмонофосфат, ОМР). Цей процес здійснюється оротат-фосфорібозілгрансферазой - ферментом, аналогічним гіпоксантин-гуанін-фосфорибозилтрансферази і аденін-фосфорібозіл-трансферази, які беруть участь у фосфорібозілірованіі пуринових кілець.
Перший дійсний піримідинових рибонуклеотид-уріділат (урідінмонофосфат, UMP) утворюється при декарбоксилюванні оротіділата (реакція 6). Таким чином, тільки на передостанній стадії утворення UMP відбувається фосфорібозілірованіе гетероциклу.
Дигидрооротатдегидрогеназа мітохондріальний фермент. Всі інші ферменти, які беруть участь у синтезі піримідинів de novo, локалізуються в цитозолі.
Фосфорилювання піримідинових нуклеозідмонофосфатов до відповідних ді-і трифосфату відбувається аналогічно тому, як це описано для пуринових нуклеозідмонофосфатов (реакції 7 - 12). UTP амінується до СТР; в реакції беруть участь глутамін і АТР (реакція 9). Механізм відновлення пиримидиннуклеозиддифосфатов до відповідних 2 / - дезоксинуклеозиддифосфатов (реакція 10) також аналогічний тому, який описаний для пуринових нуклеозіддіфосфатов (рис. 5 і 8).
Освіта тимідилату (тімідінмонофосфат; ТМР) (реакція 12) - єдина реакція на шляху біосинтезу піримідинових нуклеотидів, що вимагає участі похідного тетрагідрофолат в якості донора одноуглеродного фрагмента. 2'-дезокси-UMP метіліруется тіміділатсінтазой, що використовує N 5, N 10-метилентетрагідрофолат як донор метильної групи.
Малюнок 9. Шлях біосинтезу піримідинових нуклеотидів.
Метиленовая група N 5, N 10-метилентетрагідрофолат в ході реакції відновлюється до метильної і приєднується до атома С-5 dUMP. Процес супроводжується окисленням тетрагідрофолатного переносника до дигідрофолат. Можна вважати, що в результаті метилювання dUMP з утворенням ТМР відбувається повне відновлення гідроксиметильне групи серину (стерпної на тетрагідрофолат при утворенні N 5, N 10-метилентетрагідрофолат) до метильної з одночасним окисленням тетрагідрофолат до дигідрофолат. Для того щоб фолатний переносник і далі міг функціонувати, необхідно відновити дигідрофолат до тетрагідрофолат. Цю реакцію каталізує дигідрофолатредуктази. Саме тому діляться клітини, змушені синтезувати ТМР з утворенням дигідрофолат, виявляються особливо чутливі до інгібіторів дигідрофолатредуктази. Один з таких інгібіторів - метотрексат (аметоптерін) широко використовується як протипухлинний препарат (див. нижче).
8. Регуляція біосинтезу піримідинів
Шлях біосинтезу піримідинових нуклеотидів регулюється двома різними механізмами. Активність перших двох ферментів знаходиться під контролем аллостеріческій ефекторів. Крім того, три перших і два останніх ферменту є об'єктами координованої репресії-дерепрессии. Карбамоілфосфатсінтаза інгібується UTP, пуриновими нуклеотидами, але активується ФРПФ (рис. 10). Аспартаттранскарбамоілаза особливо чутлива до інгібуючий вплив СТР. Аллостеріческій властивості аспартаткарбамоілази мікроорганізмів були предметом інтенсивних і стали вже класичними досліджень механізмів аллостеріческій регуляції активності ферментів.
Швидкість біосинтезу піримідинів корелює зі швидкістю біосинтезу пуринів, що вказує на координований контроль синтезу нуклеотидів обох типів. ФРПФ-синтетаза, фермент, що каталізує утворення попередника обох шляхів біосинтезу, інгібується за принципом зворотного зв'язку як пуриновими, так і піримідинових нуклеотидів. Карбамоілфосфатсінтаза також схильна до інгібування за принципом зворотного зв'язку нуклеотидами обох типів, а ФРПФ активує цей фермент. Таким чином, на декількох етапах біосинтезу пуринових і піримідинових нуклеотидів здійснюється перехресна регуляція.
Малюнок 10. Регуляція шляху біосинтезу піримідинових нуклеотидів. Суцільні лінії вказують шлях хімічних ських перетворень. Пунктирні лінії позначають поло жітельном і негативну регуляцію за принципом зворотного зв'язку. Скорочення розшифровані на рис. 9.
9. ІНГІБІТОРИ ФЕРМЕНТОВ СИНТЕЗУ дезоксирибонуклеотидів І ВИКОРИСТАННЯ ЇХ для лікування злоякісних новоутворень
Препарати цієї групи є антагоністами природних метаболітів. При наявності пухлинних захворювань використовують в основному такі речовини (див. структури).
Антагоністи фолієвої кислоти: Метотрексат (аметоптерін).
Антагоністи пурину: меркаптопурин (леупурін, пурінетол).
Антагоністи піримідину: Фторурацил (фторурацил); фторафур (тегафур); Цитарабін (цітозар).
Хімічно антиметаболіти лише схожі на природні метаболіти, але не ідентичні їм. У зв'язку з цим вони викликають порушення синтезу нуклеїнових кислот.
Це негативно позначається на процесі розподілу пухлинних клітин і приводить їх до загибелі.
Діють антиметаболіти на різних етапах синтезу нуклеїнових кислот, інгібуючи ферменти їх синтезу. Так, механізм антибластомну ефекту метотрексату, очевидно, полягає в тому, що він пригнічує дигідрофолатредуктази, а також тіміділ-синтетазу. Це порушує утворення пуринів та тимідину, в результаті чого пригнічується синтез ДНК. Меркаптопурин, мабуть, перешкоджає включенню пуринів в полінуклеотиди. Вважають, що фторурацил порушує синтез нуклеотидів або тимідину та їх включення в ДНК. Є дані про те, що в клітинах пухлини фторурацил перетворюється на 5-фтор-2-дезокси-уридин-5-монофосфат, який є інгібітором ферменту тіміділ-синтетази.
Антагоніст фолієвої кислоти метотрексат і антагоніст пурину меркаптопурин призначають головним чином при гострих лейкозах. Метотрексат ефективний при вказаній патології в основному у дітей, а меркаптопурин - також у дорослих. Крім того, меркаптопурин і особливо метотрексат з успіхом застосовують при хоріонепітеліоме матки. Метотрексат використовують також у комбінованій хіміотерапії ряду істинних (солідних) пухлин, наприклад, раку молочної залози (див. рис. 32.1; табл. 32.2).
При лікуванні гострих лейкозів поліпшення загального стану і гематологічної картини відбувається поступово. Тривалість ремісії обчислюється кількома місяцями.
Приймають препарати, як правило, всередину. Метотрексат випускають і для парентерального введення.
Метотрексат виділяється нирками переважно у незміненому вигляді. Частина препарату затримується в організмі дуже тривалий час (місяці). Меркаптопурин піддається у печінці хімічним перетворенням і в сечі виявляються його метаболіти.
Таблиця 1. Основні показання до застосування ряду синтетичних цитотоксичних засобів. 1 ГЛЛ - гостра лейкемія лімфобластіческая; ОМЛ - гостра лейкемія міелогенная; ХЛЛ - хронічна лімфоцитарна лейкемія; ХМЛ - хронічна міелогенная лейкемія.
Негативні сторони дії препаратів виявляється у пригніченні ними кровотворення, нудоті, блювоті. У ряду хворих спостерігається порушення функції печінки. Метотрексат вражає слизову оболонку шлунково-кишкового тракту, викликає кон'юнктивіти.
Антагоніст піримідину - фторурацил істотно відрізняється за спектром антибластомну дії від метотрексату і меркаптопурину. Якщо останні ефективні, головним чином при гострому лейкозі, тобто при гемобластозі, то фторурацил застосовують при істинних пухлинах. Його призначають при раку шлунка, підшлункової залози і товстого кишечника, раку молочної залози. У частини пацієнтів фторурацил дає тимчасову регресію пухлин.
Вводять препарат внутрішньовенно, так як з шлунково-кишкового тракту він всмоктується погано. У печінці фторурацил піддається хімічним перетворенням. Метаболіти, що утворюються виділяються нирками.
Токсичність препарату значна. З несприятливих ефектів найбільш серйозні пригнічення кровотворення і виразкові ураження травного тракту (стоматит, ентерит). Крім того, порушується апетит, виникають нудота, блювання, пронос. Відзначаються також облисіння, ураження нігтів, дерматит.
Аналогічними властивостями володіє препарат фторафур, що є фтористим похідним піримідину. Він кілька менш токсичний, ніж фторурацил. Застосовують його при раку молочної залози, раку прямої і товстої кишки, раку шлунка.
До антиметаболитами відносяться також тіогуанін і цитарабін (ци-тозін-арабінозід), які застосовують при гострих мієлоїдної і лімфоід-ної лейкеміях. Антагоніст піримідину флударабіну фосфат (флуду-ра) в основному використовують при хронічному лимфоцитарном По-клітинному лейкозі. Зазвичай його призначають при резистентності до стандартних курсів хіміотерапії.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ:
1. Харкевич Д.А. Фармакологія. М.: ГЕОТАР Медицина, 2000. - 664 с.
2. Ленінджер А. Основи біохімії. М.: Світ, 1985. - Т2. 736 с.
3. Маррі Р., Греннер Д., Мейерс П., Родуел В. Біохімія людини. - M., Світ, 1993. -Т 2, 416 с.
4. Албертс Б., Брей Д., Льюис Д., Рефф М., Робертс К., Уотсон. Д. Молекулярна біологія клітини. - М., Мир, 1987. Т 3, 296 с.
5. Prusoff WH et. al. Nucleoside analoges with antiviral activity. Biochem. Pharm., 1976, 25, 1223
6. Michelson AM The chemistry of Nucleosides and Nucleotides. Academic Press. 1963.