Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Класс химических соединений
Class of chemical compounds
Нуклеозидтрифосфат – это нуклеозид, содержащий азотистое основание, связанное с углеводным сахаром, содержащим 5 атомов углерода (либо рибозой, либо дезоксирибозой), к которому присоединены три фосфатные группы. Они являются молекулярными предшественниками ДНК и РНК, которые представляют собой цепи нуклеотидов, образующиеся в процессах репликации ДНК и транскрипции. Нуклеозидтрифосфаты также служат источником энергии для клеточных реакций и участвуют в сигнальных каскадах. Нуклеозидтрифосфаты плохо абсорбируются, поэтому обычно синтезируются внутри клетки. Пути синтеза различаются в зависимости от конкретного нуклеозидтрифосфата, но, учитывая множество важных функций нуклеозидтрифосфатов, синтез строго регулируется во всех случаях. Нуклеозидные аналоги также могут применяться для лечения вирусных инфекций.
A nucleoside triphosphate is a nucleoside containing a nitrogenous base bound to a 5 carbon sugar (either ribose or deoxyribose), with three phosphate groups bound to the sugar. They are the molecular precursors of both DNA and RNA, which are chains of nucleotides made through the processes of DNA replication and transcription. Nucleoside triphosphates also serve as a source of energy for cellular reactions and are involved in signalling pathways. Nucleoside triphosphates cannot be absorbed well, so they are typically synthesized within the cell. Synthesis pathways differ depending on the specific nucleoside triphosphate being made, but given the many important roles of nucleoside triphosphates, synthesis is tightly regulated in all cases. Nucleoside analogues may also be used to treat viral infections.
Именование
Термин "нуклеозид" обозначает азотистое основание, связанное с углеводным сахаром, содержащим пять атомов углерода (либо рибозой, либо дезоксирибозой). Для указания количества фосфатных групп нуклеотиды могут именоваться как нуклеозид (моно-, ди- или три-)фосфаты. Таким образом, нуклеозидные трифосфаты являются разновидностью нуклеотидов. Нуклеозидные трифосфаты, содержащие рибозу, обычно обозначаются аббревиатурой NTP, а нуклеозидные трифосфаты, содержащие дезоксирибозу – аббревиатурой dNTP. Например, dATP обозначает дезоксирибозаденозинтрифосфат. NTP являются строительными блоками РНК, а dNTP – строительными блоками ДНК. Атомы углерода сахара в нуклеозидном трифосфате нумеруются по кольцу, начиная с исходного карбонильного атома углерода сахара. Для различения атомов углерода сахара и азотистого основания к номерам атомов углерода в сахаре обычно добавляют штрих ('). Азотистое основание соединено с 1'-атомом углерода посредством гликозидной связи, а фосфатные группы ковалентно связаны с 5'-атомом углерода. Первая фосфатная группа, присоединенная к сахару, называется α-фосфатом, вторая – β-фосфатом, а третья – γ-фосфатом; они связаны между собой двумя фосфоангидридными связями.
The term nucleoside refers to a nitrogenous base linked to a 5 carbon sugar (either ribose or deoxyribose). To provide information about the number of phosphates, nucleotides may instead be referred to as nucleoside (mono, di, or tri) phosphates. Thus, nucleoside triphosphates are a type of nucleotide. Nucleoside triphosphates that contain ribose as the sugar are conventionally abbreviated as NTPs, while nucleoside triphosphates containing deoxyribose as the sugar are abbreviated as dNTPs. For example, dATP stands for deoxyribose adenosine triphosphate. NTPs are the building blocks of RNA, and dNTPs are the building blocks of DNA. The carbons of the sugar in a nucleoside triphosphate are numbered around the carbon ring starting from the original carbonyl of the sugar. Conventionally, the carbon numbers in a sugar are followed by the prime symbol (‘) to distinguish them from the carbons of the nitrogenous base. The nitrogenous base is linked to the 1’ carbon through a glycosidic bond, and the phosphate groups are covalently linked to the 5’ carbon. The first phosphate group linked to the sugar is termed the α phosphate, the second is the β phosphate, and the third is the γ phosphate; these are linked to one another by two phosphoanhydride bonds.
Синтез ДНК и РНК
Клеточные процессы репликации и транскрипции ДНК включают в себя синтез ДНК и РНК соответственно. Синтез ДНК использует dNTP в качестве субстратов, а синтез РНК – rNTP в качестве субстратов. Таким образом, для синтеза ДНК требуются dATP, dGTP, dCTP и dTTP, а для синтеза РНК – 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 OH-группу на 3'-углероде растущей цепи нуклеотидов с α-фосфатом на 5'-углероде следующего (d)NTP, высвобождая β- и γ-фосфатные группы в виде пирофосфата (PPi). Это приводит к образованию фосфодиэфирной связи между двумя (d)NTP. Высвобождение PPi обеспечивает энергию, необходимую для протекания реакции. Нуклеозидные трифосфаты плохо абсорбируются, поэтому все нуклеозидные трифосфаты обычно синтезируются de novo. Синтез АТФ и ГТФ (пуринов) отличается от синтеза КТФ, ТТФ и УТФ (пиримидинов). Как пуриновый, так и пиримидиновый синтез используют фосфорибозилпирофосфат (PRPP) в качестве исходной молекулы. Преобразование NTP в dNTP возможно только в дифосфатной форме. Обычно NTP теряет один фосфат, превращаясь в NDP, затем под действием фермента рибонуклеотидредуктазы превращается в dNDP, после чего к нему добавляется фосфат, образуя dNTP.
The cellular processes of DNA replication and transcription involve DNA and RNA synthesis, respectively. DNA synthesis uses dNTPs as substrates, while RNA synthesis uses rNTPs as substrates. Thus, DNA synthesis requires dATP, dGTP, dCTP, and dTTP as substrates, while RNA synthesis requires ATP, GTP, CTP, and UTP. Nucleic acid synthesis is catalyzed by either DNA polymerase or RNA polymerase for DNA and RNA synthesis respectively. These enzymes covalently link the free OH group on the 3’ carbon of a growing chain of nucleotides to the α phosphate on the 5’ carbon of the next (d)NTP, releasing the β and γ phosphate groups as pyrophosphate (PPi). This results in a phosphodiester linkage between the two (d)NTPs. The release of PPi provides the energy necessary for the reaction to occur. Nucleoside triphosphates cannot be absorbed well, so all nucleoside triphosphates are typically made de novo. The synthesis of ATP and GTP (purines) differs from the synthesis of CTP, TTP, and UTP (pyrimidines). Both purine and pyrimidine synthesis use phosphoribosyl pyrophosphate (PRPP) as a starting molecule. The conversion of NTPs to dNTPs can only be done in the diphosphate form. Typically a NTP has one phosphate removed to become a NDP, then is converted to a dNDP by an enzyme called ribonucleotide reductase, then a phosphate is added back to give a dNTP.
Синтез пуринов
Азотистое основание, называемое гипоксантином, непосредственно присоединяется к PRPP. В результате образуется нуклеотид, называемый инозинмонофосфат (ИМФ). Затем ИМФ превращается либо в предшественник АМФ, либо в предшественник ГМФ. После образования АМФ или ГМФ они могут быть фосфорилированы АТФ до дифосфатных и трифосфатных форм. Синтез пуринов регулируется аллостерическим ингибированием образования ИМФ адениновыми или гуаниновыми нуклеотидами. АМФ и ГМФ также конкурентно ингибируют образование своих предшественников из ИМФ.
A nitrogenous base called hypoxanthine is assembled directly onto PRPP. This results in a nucleotide called inosine monophosphate (IMP). IMP is then converted to either a precursor to AMP or GMP. Once AMP or GMP are formed, they can be phosphorylated by ATP to their diphosphate and triphosphate forms. Purine synthesis is regulated by the allosteric inhibition of IMP formation by the adenine or guanine nucleotides. AMP and GMP also competitively inhibit the formation of their precursors from IMP.
Синтез пиримидина
Азотистое основание, называемое оротатом, синтезируется независимо от PRPP. ОМФ превращается в УМФ, который затем может быть фосфорилирован АТФ до UDP и UTP. UTP затем может быть преобразован в CTP посредством реакции деаминирования. ТТФ не является субстратом для синтеза нуклеиновых кислот, поэтому он не синтезируется в клетке. Вместо этого dTTP образуется косвенно из dUDP или dCDP после превращения в их соответствующие дезоксирибозные формы.
A nitrogenous base called orotate is synthesized independently of PRPP. OMP is converted to UMP, which can then be phosphorylated by ATP to UDP and UTP. UTP can then be converted to CTP by a deamination reaction. TTP is not a substrate for nucleic acid synthesis, so it is not synthesized in the cell. Instead, dTTP is made indirectly from either dUDP or dCDP after conversion to their respective deoxyribose forms.
Трансдукция сигнала GTP
GTP необходим для передачи сигнала, особенно в работе с G-белками. G-белки связаны с рецептором, находящимся в клеточной мембране. GTP активирует альфа-субъединицу G-белка, вызывая её диссоциацию от G-белка и её функцию как нисходящего эффектора. Нуклеозидные аналоги – это нуклеозиды, структурно схожие (аналогичные) нуклеозидам, используемым в синтезе ДНК и РНК. Попав в клетку, эти нуклеозидные аналоги могут быть фосфорилированы вирусным ферментом. Полученные нуклеотиды достаточно похожи на нуклеотиды, используемые в синтезе ДНК или РНК, чтобы включаться в растущие цепи ДНК или РНК, но у них отсутствует доступная 3'-OH группа для присоединения следующего нуклеотида, что приводит к обрыву цепи. Это можно использовать в терапевтических целях при вирусных инфекциях, поскольку вирусная ДНК-полимераза легче распознает определенные нуклеотидные аналоги, чем эукариотическая ДНК-полимераза, например, цитозин арабинозид (ара-С) при лечении некоторых форм лейкемии. Это часто встречается в нуклеозидных аналогах, используемых для лечения ВИЧ/СПИДа.
GTP is essential for signal transduction, especially with G proteins. G proteins are coupled with a cell membrane bound receptor. GTP activates the alpha subunit of the G protein, causing it to dissociate from the G protein and act as a downstream effector. Nucleoside analogues are nucleosides that are structurally similar (analogous) to the nucleosides used in DNA and RNA synthesis. Once these nucleoside analogues enter a cell, they can become phosphorylated by a viral enzyme. The resulting nucleotides are similar enough to the nucleotides used in DNA or RNA synthesis to be incorporated into growing DNA or RNA strands, but they do not have an available 3' OH group to attach the next nucleotide, causing chain termination. This can be exploited for therapeutic uses in viral infections because viral DNA polymerase recognizes certain nucleotide analogues more readily than eukaryotic DNA polymerase. such as cytosine arabinose (ara C) in the treatment of certain forms of leukemia. This is common in nucleoside analogues used to treat HIV/AIDS.