Ribonukleotidreduktase
Definition
Die Ribonukleotidreduktase ist ein Enzym, das die 2'-Hydroxyl-Gruppe der Ribose reduziert und im Gegenzug ein Molekül Thioredoxin oxidiert.
Die Umwandlung von Ribose in Desoxyribose dient der Synthese von DNA.
Reaktionsmechanismus
Die Ribonukleotidreduktase besitzt in ihrem aktiven Zentrum ein Tyrosylradikal. Dieses zieht im ersten Reaktionsschritt ein Wasserstoffatom vom C3’ des Nukleosiddiphosphats ab. Anschließend protoniert ein Cysteinrest des Enzyms die 2’-Hydroxidgruppe, die das Nukleosiddiphosphat als Wasser verlässt. Als Zwischenprodukt entsteht also ein Radikalkation.
Nun wird ein Hydrid-Ion von einem weiteren Cysteinrest des Enzyms auf das C2’ übertragen. Im letzten Schritt wird das Wasserstoffatom, das im ersten Reaktionsschritt abgespalten wurde, wieder auf das C3’-Radikal übertragen. Das fertige Desoxy-Ribonukleotid kann nun das Enzym verlassen. Das Enzym setzt Ribose nur dann in Desoxyribose um, wenn am betreffenden Nukleosid zwei Phosphatreste vorhanden sind. Es muss sich daher um ein Nukleosiddiphosphat handeln.
Regeneration der Ribonukleotidreduktase
Die beiden SH-Gruppen der Cysteinreste des Enzyms bleiben als Disulfid zurück. Durch das SH-haltige Thioredoxin wird diese Disulfidbrücke reduziert. Das nun oxidierte Thioredoxin wird durch die Thioredoxinreduktase regeneriert. Sie überträgt zwei Protonen und zwei Elektronen von FADH2 auf Thioredoxin. Diese Protonen und Elektronen stammen letztlich von NADPH, das seinerseits durch den Pentosephosphat-Zyklus bereitgestellt wird.
Regulation
Die Ribonukleotidreduktase kann über zwei allosterische Zentren reguliert werden. Es resultiert entweder eine Regulation der Gesamtaktivität, oder eine Regulation der Substratspezifität.
Regulation der Gesamtaktivität
Durch ATP wird die Gesamtaktivität der Ribonukleotidreduktase stimuliert. dATP (Desoxyadenosintriphosphat) hemmt dagegen die enzymatische Aktivität.
Regulation der Substratspezifität
dTTP (Desoxythymidintriphosphat) vermindert die Affinität für UDP und CDP und erhöht damit die Affinität für GDP. Umgekehrt erhöht dATP die Affinität für UDP und CDP. dGTP erhöht die Affinität für ADP.
Hemmung
Hydroxyharnstoff wirkt als Hemmstoff der Ribonukleotidreduktase.