Кіріспе

Нуклеозид трифосфаты – азотты негізді 5-көміртекті қантқа (рибозаға немесе дезоксирибозаға) байланыстырған, қантқа үш фосфат тобы қосылған нуклеозид. Олар ДНК және РНК-ның молекулалық прекурсорлары болып табылады, ал ДНК және РНК – ДНК репликациясы және транскрипция процестері арқылы жасалған нуклеотидтер тізбегінен тұрады. Нуклеозид трифосфаттары жасушалық реакциялар үшін энергия көзі ретінде де, сигналдық жолдарға қатысу үшін де қолданылады. Нуклеозид трифосфаттары жақсы сіңірілмейді, сондықтан әдетте жасуша ішінде синтезделеді. Синтез жолдары жасалатын нақты нуклеозид трифосфатына байланысты өзгеше, бірақ нуклеозид трифосфаттарының көптеген маңызды рөлдерін ескере отырып, синтез әрқашан қатаң түрде реттеледі. Вирустық инфекцияларды емдеу үшін нуклеозид аналогтары да қолданылуы мүмкін.

Атау беру

Нуклеозидтер термині азотты негіздің 5 көміртекті қантпен (рибоза немесе дезоксирибоза) байланысуын білдіреді. Фосфаттардың саны туралы ақпарат беру үшін нуклеотидтер нуклеозид (моно-, ди- немесе три-) фосфаттары деп те аталуы мүмкін. Осылайша, нуклеозид трифосфаттары – нуклеотидтердің бір түрі. Рибоза қанты бар нуклеозид трифосфаттары әдетте NTP деп, ал дезоксирибоза қанты бар нуклеозид трифосфаттары dNTP деп қысқартылады. Мысалы, dATP – дезоксирибоза аденозин трифосфатын білдіреді. NTP – РНК-ның, ал dNTP – ДНК-ның құрылыс блоктары болып табылады. Нуклеозид трифосфатындағы қанттың көміртегі атомдары қант сақинасы бойынша, қанттың бастапқы карбонилінен бастап нөмірленеді. Көбінесе, қанттағы көміртегі атомдарының нөмірінен кейін апостроф (') таңбасы қойылады, осылайша оларды азотты негіздің көміртегі атомдарынан ажыратуға болады. Азотты негіз 1-ші көміртегіне гликозидтік байланыс арқылы, ал фосфат топтары 5-ші көміртегіне ковалентті байланыс арқылы бекітіледі. Қантқа байланысқан бірінші фосфат тобы α-фосфат, екіншісі β-фосфат, ал үшіншісі γ-фосфат деп аталады; олар екі фосфоангидридтік байланыс арқылы бір-бірімен байланысқан.

ДНК және РНК синтезі

ДНК репликациясы мен транскрипциясының жасушалық процестері сәйкесінше ДНК және РНК синтезін қамтиды. ДНҚ синтезі dNTP-лерді субстрат ретінде пайдаланады, ал РНК синтезі rNTP-лерді субстрат ретінде пайдаланады. Осылайша, ДНК синтезі үшін dATP, dGTP, dCTP және dTTP субстраттары қажет, ал РНК синтезі үшін ATP, GTP, CTP және UTP қажет. Нуклеин қышқылының синтезін ДНК немесе РНҚ синтезі үшін ДНҚ полимераза немесе РНҚ полимераза катализдейді. Бұл ферменттер өсіп келе жатқан нуклеотидтер тізбегінің 3-ші көміртегіндегі бос OH тобын келесі (d)NTP-нің 5-ші көміртегіндегі α-фосфатына ковалентті байланыстырып, β және γ-фосфат топтарын пирофосфат (PPi) ретінде босатады. Бұл екі (d)NTP арасында фосфодиэстерлік байланыс құруға әкеледі. PPi-нің босауы реакцияның жүзеге асуына қажетті энергияны қамтамасыз етеді. Нуклеозид трифосфаттары жақсы сіңірілмейді, сондықтан барлық нуклеозид трифосфаттары әдетте de novo синтезделеді. АТФ және ГТФ (пуриндер) синтезі КТФ, ТТФ және УТФ (пиримидиндер) синтезінен өзгеше. Пурин және пиримидин синтезінің екеуі де бастапқы молекула ретінде фосфорибозил пирофосфатын (PRPP) пайдаланады. NTP-лердің dNTP-лерге айналуы тек дифосфат түрінде ғана мүмкін. Әдетте, NTP бір фосфатын жойып NDP-ге айналады, содан кейін рибонуклеотид редуктаза ферменті арқылы dNDP-ге айналады, және соңында dNTP алу үшін фосфат қайта қосылады.

Пурин синтезі

PRPP-ға тікелей гипоксантин деп аталатын азотты негіз жиналады. Бұл инозин монофосфаты (ИМФ) деп аталатын нуклеотидтің пайда болуына әкеледі. ИМФ кейін AMP немесе GMP прекурсорына айналады. AMP немесе GMP пайда болғаннан кейін, олар АТФ арқылы фосфорилендіріліп дифосфат және трифосфат түрлеріне айналады. Пурин синтезі аденин немесе гуанин нуклеотидтерінің ИМФ түзілуін аллостериялық тежеуі арқылы реттеледі. AMP және GMP сондай-ақ ИМФ-тан олардың прекурсорларының түзілуін бәсекелестік түрде тежейді.

Пиримидин синтезі

Оротат деп аталатын азотты негіз PRPP-дан тәуелсіз синтезделеді. ОМФ УМФ-қа айналады, содан кейін АТФ арқылы UDP және UTP-ге фосфорилирленеді. UTP деаминациялау реакциясы арқылы CTP-ге айналуы мүмкін. ТТП нуклеин қышқылы синтезі үшін субстрат емес, сондықтан жасушада синтезделмейді. Оның орнына, dTTP dUDP немесе dCDP-ден, тиісінше дезоксирибоза формаларына айналғаннан кейін, жанама түрде түзіледі.

GTP сигналын аудару

ГТП сигналдарды беру үшін маңызды, әсіресе G протеиндерімен байланыста. G протеиндері жасуша мембранасына байланысқан рецептормен жұптасады. GTP, G протеінінің альфа-бөлімшесін белсендіреді, оның нәтижесінде G протеінінен бөлініп, төменгі ағындағы эффектор ретінде әрекет етеді. Нуклеозид аналогтары – ДНК және РНК синтезінде қолданылатын нуклеозидтерге құрылымдық жағынан ұқсас нуклеозидтер. Бұл нуклеозид аналогтары жасушаға енгеннен кейін, вирус ферментімен фосфорилдануы мүмкін. Соның нәтижесінде пайда болатын нуклеотидтер ДНК немесе РНК синтезінде қолданылатын нуклеотидтерге өте ұқсас, бірақ келесі нуклеотидті қосу үшін 3' OH тобы болмайды, бұл тізбектің тоқтауына себеп болады. Вирустық инфекцияларды емдеуде бұл қасиет пайдаланылуы мүмкін, себебі вирус ДНК полимеразасы еуропалық ДНК полимеразасына қарағанда кейбір нуклеозид аналогтарын оңайырақ таниды, мысалы, лейкемияның кейбір түрлерін емдеуде қолданылатын цитозин арабиноза (ара С). Бұл ВИЧ/ЖИТС-ті емдеу үшін қолданылатын нуклеозид аналогтарында жиі кездеседі.