Птеридины. цикл фолиевой кислоты
Цикл фолиевой кислоты начинается с восстановления фолата до дигидрофолата. Эта реакция катализируется ферментом дигид- рофолатредуктазой ( EC 1.5.1.3 ). Восстанавливающим агентом яв- ляется NADPH или NADH . Дигидрофолатредуктаза катализирует также и следующую реакцию - восстановление дигидрофолата до тетрагидрофолата; в этой реакции, также как и в предыдущей, в качестве восстановителя выступает NADPH или NADH . Дальнейшие пути превращения тетрагидрофолата расходятся: он может превращаться в метилентетрагидрофолат, в 5- или 10-формилтетрагидрофолат, а также в формиминотетрагидрофолат. Превращение THF в CH2THF происходит двумя альтернативными путями: при помощи глицингидроксиметилтрансферазы ( EC 2.1.2.1 ) и глицинсинтазного комплекса ( EC 1.4.4.2 + EC 2.1.2.10 ).
Глицинсинтазный комплекс локализуется во внутренней мембране митохондрий гепатоцитов . Ранее считалось, что этот мультиферментный комплекс ответственен за синтез глицин а, за что он и получил такое название. Это мнение было обусловлено тем, что in vitro при помощи глицинсинтазного комплекса удалось из аммиака , углекислоты и CH2THF синтезировать глицин. Синтез этот, однако, оказался возможен, как это было показано в более поздних работах, благодаря обратимости реакции распада глицина, которую этот мультиферментный комплекс катализирует in vivo . Таким образом, хотя этот комплекс и носит название глицинсинтазного, in vivo он катализирует не синтез, а распад глицина. При этом продуктами распада являются CO2 и NH3, а второй атом углерода глицина переносится в виде метиленовой группы на тетрагидрофолат с образованием CH2THF.
CH2THF в водном растворе самопроизвольно (неферментативно) распадается на THF и формальдегид (HCHO). Эта реакция обратима; равновесное соотношение концентраций CH2THF и THF зависит от внутриклеточной концентрации HCHO. Таким образом, при повышении внутриклеточной концентрации HCHO возможен самопроизвольный (неферментативный) переход THF в CH2THF.
Дальнейшие превращения CH2THF идут тремя различными путями. Во-первых, CH2THF используется в качестве донора метильной группы при биосинтезе тимидилата из уридилата. Реакция катализируется ферментом тимидилатсинтазой ( EC 2.1.1.45 ); при этом CH2THF превращается в DHF. Второй путь - восстановление CH2THF до CH3THF. Эта реакция протекает двумя различными путями и катализируется двумя ферментами, носящими название метилентетрагидрофолатредуктаза : NADPH-зависимая ( EC 1.5.1.20 ) и FADH2-зависимая ( EC 1.7.99.5 ). Третий путь превращения CH2THF - окисление CH2THF до CHTHF ; при этом происходит восстановление NAD или NADP . Эта реакция катализируется ферментом метилентетрагидрофолатдегидрогеназой ( EC 1.5.1.5 ).
CHTHF образуется не только из CH2THF, но также из F5THF и FITHF , которые, в свою очередь, образуются из THF. Образование FITHF и F5THF связано с катаболизмом гистидина; связь эта, однако, носит односторонний характер. Односторонность ее выражается в том, что для образования FITHF или F5THF необходимы промежуточные продукты распада гистидин а, а именно N-формиминоглутамат или N-формилглутамат соответственно; в то же время, катаболизм гистидина может происходить как с образованием FITHF или F5THF, так и без образования указанных метаболитов. Другими словами, для прохождения катаболизма гистидина присутствие THF вовсе не обязательно. Перенос формиминогруппы или формильной группы на THF (с N-формиминоглутамата или с N-формилглутамата соответственно) катализируется ферментом глутаматформиминотрансферазой ( EC 2.1.2.5 ). К сказанному следует добавить, что катаболизм гистидина протекает в организме человека весьма медленно, так что в моче здоровых людей содержатся как промежуточные продукты распада гистидина, так и свободный гистидин.
FITHF и F5THF превращаются далее в CHTHF при помощи соответственно дезаминирования и дегидратации. Дезаминирование FITHF катализируется ферментом формиминотетрагидрофолатциклодеаминазой ( EC 4.3.1.4 ). Дегидратация F5THF катализируется формилтетрагидрофолатциклолигазой-5 ( EC 6.3.3.2 ). Эта реакция требует затрат энергии, поэтому она сопряжена с гидролизом ATP. Помимо этого, F5THF претерпевает самопроизвольное (неферментативное) обратимое таутомерное превращение в F10THF.
CHTHF далее превращается в F10THF под действием фермента метенилтетрагидрофолатциклогидролазы ( EC 3.5.4.9 ). Помимо этого, F10THF, как уже говорилось выше, может образовываться из F5THF путем самопроизвольных таутомерных превращений, а также непосредственно из THF при помощи акцептирования свободного формиата. Последняя реакция происходит с высвобождением молекулы воды и катализируется ферментом 10- формилтетрагидрофолатсинтазы ( EC 6.3.4.3 ). 10-формилтетрагидрофолатсинтазная реакция требует затрат энергии и сопровождается гидролизом ATP.
F10THF далее превращается в THF, и, таким образом, цикл замыкается. Превращение F10THF в THF осуществляется четырьмя различными путями и катализируется четырьмя разными ферментами. Два пути сопряжены с биосинтезом пуриновых нуклеотидов; в этих реакциях F10THF является донором формильной группы; третий путь состоит в отщеплении от F10THF свободного формиата, а в четвертом пути формиат не выделяется в свободном виде, а окисляется до CO2, при этом NADP восстанавливается до NADPH. Свободный формиат, образующийся при формилтетрагидрофолатдеформилазной реакции, далее может присоединяться к THF с образованием F10THF при помощи фермента формилтетрагидрофолатсинтазы или окисляться до углекислоты при помощи различных форматдегидрогеназ ( EC 1.2.1.2 , EC 1.2.1.43 , EC 1.2.2.1 , EC 1.2.2.3 ).
При синтезе пуриновых нуклеотидов F10THF отдает свою формильную группу в реакциях образования фосфорибозилформилглицинамида и фосфорибозилформамидоимидазолкарбоксамида ( биосинтез пуриновых нуклеотидов ). Эти реакции катализируются соответственно фосфорибозилглицинамидформилтрансферазой ( EC 2.1.2.2 ) и фосфорибозиламидоимидазолкарбоксамидформилтрансферазой ( EC 2.1.2.3 ). Реакция превращения F10THF в THF и CO2 с сопряженным восстановлением NADP катализируется ферментом формилтетрагидрофолатдегидрогеназой ( EC 1.5.1.6 ).
Как уже было сказано выше, при восстановлении CH2THF образуется CH3THF . Это соединение является донором метильной группы в реакции регенерации метионин а из гомоцистеин а. Эта реакция необходима для поддержания цикла метилирования. В разнообразных реакциях метилирования донором метильной группы является S-аденозилметионин . Эта реакция катализируется метилентетрагидрофолатредуктазой ( EC 1.5.1.20 ). В реакциях метилирования S-аденозилметионин отдает метильную группу субстрату, который подвергается метилированию, а сам превращается в S-аденозилгомоцистеин . Затем происходит регенерация метионин а путем переноса метильной группы с CH3THF на гомоцистеин; при этом CH3THF превращается в THF, а гомоцистеин - в метионин. Перенос метильной группы с CH3THF на гомоцистеин катализирует фермент метилтетрагидрофолатгомоцистеинметилтрансфераза-5 ( EC 2.1.1.13 ), а перенос на гомоцистеин метильной группы с CH3Pte(Glu)3 (триглутаматного производного тетрагидрофолиевой кислоты, у которого атом водорода в N*5*-положении замещен метильной группой) катализируется другим ферментом - метилтетрагидроптероилтриглутаматгомоцистеинметилтрансферазой-5 ( EC 2.1.1.14 ).
