چرخه DE NOVO

نوکلئوتیدها یکی از  مهم‌ترین مولکول‌های موجود در سیستم‌های زنده بوده و دارای نقش‌های حیاتی هستند. نوکلئوتیدهایی مثل ATP و GTP به عنوان حاملین انرژی بوده، این ترکیبات در ساختمان کوفاکتورهای NAD، FAD، آدنوزیل متیونین و کوآنزیم A و همچنین ترکیبات واسط بیوسنتتیک فعال شده مثل UDP- گلوکز  و CDP- گلیسرول شرکت دارند. بعضی از این ترکیبات نیز همچون cAMP و cGMA به عنوان پیام‌برهای ثانویه عمل می‌کنند. به طور کلی نوکلئوتیدها از طریق دو مسیر شامل مسیرهای از نو (de novo pathway) و مسیرهای بازیافت تولید می‌شوند. سنتز از نو شامل پیش‌سازهای متابولیکی یعنی اسیدهای آمینه، ریبوز 5- فسفات، دی اکسید کربن و آمونیاک بوده و این در حالی است که مسیر بازیافتی سبب چرخش مجدد  بازها و نوکلئوزیدهایی می‌شود که از تجزیه اسیدهای نوکلئیک به دست آمده‌اند. در این بخش به سنتز از نو بازهای پورینی پرداخته می‌شود. بازهای پورینی که شامل آدنوزین و گوانوزین هستند شامل دو حلقه است که سنتز آنها با انجام واکنش‌هایی بر روی مولکولی به نام 5- فسفو ریبوزیل 1- پیروفسفات (PRPP) انجام می‌شود.

 
مولکول‌های موجود در حلقه پورینی توسط مولکول‌های مختلفی تامین می‌شود که در شکل زیر منبع این مولکول‌ها مشخص شده است

 

 

در مرحله اول این مسیر که مرحله‌ای مهم و تنظیمی در مسیر سنتز پورین‌ها است، یک گروه آمینو از اسید آمینه گلوتامین به کربن شماره یک مولکول PRPP اضافه می‌شود و منجر به تشکیل مولکولی موسوم به 5- فسفوریبوزیل آمین می‌شود.

 

5- فسفوریبوزیل آمین مولکولی شدیدا ناپایدار بوده، به طوری که در pH بدن دارای نیمه عمر حدود 30 ثانیه است. به همین دلیل سریعا وارد مرحله بعدی واکنش‌ها  شده و با مصرف یک مولکول ATP و واکنش با اسید آمینه گلیسین تبدیل به گلیسین آمید ریبونوکلئوتید می‌شود.

در مرحله بعد، گروه آمینوی گلیسین توسط ترکیبی با نام N10- فرمیل تتراهیدروفولات فرمیله می‌شود.

در مرحله بعدی یک نیتروژن از مولکول گلوتامین بر روی فرمیل گلیسین آمید ریبونوکلئوتید اضافه شده و منجر به ایجاد ترکیبی موسوم به فرمیل گلیسین آمیدین ریبونوکلئوتید می‌شود.

در مرحله بعدی بر اثر از دست دادن یک مولکول آب و بسته شدن حلقه، حلقه پنج اتمی ایمیدارزول حلقه پورین به صورت مولکولی با نام 5- آمینو ایمیدازول ریبونوکلئوتید ایجاد می‌شود.

برای تشکیل حلقه دوم پورین ابتدا یک گروه کربوکسیل بر روی گروه آمینوی حلقه ایمیدازول اضافه شده و با استفاده از یک مولکول ATP تبدیل به مولکولی با نام N5- کربوکسی آمینو ایمیدازول ریبونوکلئوتید می‌شود.

 

در مرحله بعد بر اثر واکنشی از نوع بازآرایی گروه کربوکسیل از روی گروه آمینو به موقعیت 4 حلقه ایمیدازول منتقل می‌شود.

 

سپس اسید آمینه آسپارتات گروه آمینوی خود را طی دو مرحله شامل تشکیل یک پیوند پپتیدی 

 

و خارج شدن اسکلت کربنی آسپارتات منتقل می‌نماید و منجر به تشکیل 5- آمینو ایمیدازول-4- کربوکسی آمید ریبونوکلئوتید می‌شود.

 با اضافه شدن آخرین کربن از مولکول N10- متیل تترا هیدرو فولات 

 

و از دست دادن یک مولکول آب بر اثر دهیدراتاسیون، دومین حلقه هسته پورینی نیز بسته شده و اولین ترکیب واسط موسوم به اینوزینات تشکیل می‌شود.

 

از این به بعد مسیر بیوسنتزی آدنوزین و گوانوزین از هم جدا شده و بر اثر چند واکنش ساده ایجاد می‌شوند. برای ایجاد آدنوزین لازم است که یک گروه آمینوی مشتق از آسپارتات بر روی اینوزینات اضافه شود.

 

برای ایجاد گوانوزین نیز، کربن شماره 2 اینوزینات اکسید شده و در مرحله بعدی یک گروه آمینوی مشتق از گلوتامین بر روی ساختار اینوزین اضافه شده و منجر به تولید گوانوزین می‌شود.