Уридинмонофосфат как нуклеотид¶

Уридинмонофосфат (сокращённо УМФ, англ. uridine monophosphate, UMP) — нуклеотид, состоящий из азотистого основания урацила, пятиуглеродного сахара рибозы и одной фосфатной группы. Относится к классу пиримидиновых рибонуклеотидов и является мономерным звеном рибонуклеиновых кислот (РНК). В биохимии соединение известно также как уридиловая кислота и играет центральную роль в синтезе пиримидиновых нуклеотидов у всех живых организмов.

¶Химическое строение

Молекулярная формула УМФ — C₉H₁₃N₂O₉P, молярная масса около 324,18 г/моль. Молекула построена из трёх частей:

• Урацил — пиримидиновое основание с двумя атомами кислорода в положениях 2 и 4;
• Рибоза — пятиуглеродный моносахарид, присоединённый к урацилу через N-гликозидную связь (атом N1 основания к C1′ сахара);
• Фосфатная группа — остаток ортофосфорной кислоты, этерифицирующий гидроксил при C5′ рибозы.

По химическим свойствам УМФ — слабая кислота, хорошо растворимая в воде и плохо — в органических растворителях. При физиологических значениях pH фосфатная группа диссоциирована. Нуклеотид входит в состав коферментов и активированных форм сахаров, например уридиндифосфатглюкозы (UDP-глюкозы).

¶Место в обмене веществ

УМФ занимает узловое положение в метаболизме пиримидинов. В организме человека и животных он образуется двумя основными путями.

Путь de novo начинается с синтеза карбамоилфосфата, который в цитозоле соединяется с аспартатом, образуя карбамоиласпартат. После ряда реакций формируется оротат, присоединяемый к рибозо-5-фосфату с образованием оротидинмонофосфата (ОМФ). Декарбоксилирование ОМФ даёт УМФ. Этот путь характерен для животных, растений и многих микроорганизмов.

Путь реутилизации (сберегающий) основан на фосфорилировании уридина и урацила ферментами уридинкиназой и урацилфосфорибозилтрансферазой. У микроорганизмов и растений дополнительно действует обратный фермент — УМФ-синтаза, превращающая урацил непосредственно в УМФ.

Из УМФ последовательно образуются УДФ и УТФ путём фосфорилирования. Далее УТФ служит предшественником цитидинтрифосфата (ЦТФ) после аминирования, а также участвует в синтезе дезоксирибонуклеотидов через восстановление рибозы.

¶Биологические функции

УМФ и его производные выполняют несколько ключевых задач:

• Строительный блок РНК. Уридиловые остатки входят в состав всех молекул РНК — матричной, транспортной, рибосомной и регуляторных РНК.
• Синтез пиримидинов. УМФ — предшественник ЦТФ и дезокситимидинмонофосфата (dTMP), необходимых для репликации ДНК.
• Активация сахаров. UDP-глюкоза, UDP-галактоза и UDP-глюкуроновая кислота участвуют в синтезе гликогена, гликолипидов и гликопротеинов, а также в реакциях конъюгации.
• Регуляция. УТФ и УДФ служат аллостерическими регуляторами ряда ферментов, влияя на скорость синтеза нуклеотидов.

¶Медицинское и прикладное значение

Нарушения обмена УМФ лежат в основе наследственного заболевания — оротовой ацидурии, при которой из-за дефицита ферментов уридинмонофосфатсинтазы или оротатфосфорибозилтрансферазы накапливается оротовая кислота. Это приводит к анемии, задержке роста и кристаллурии. Терапия включает приём уридина, который по пути реутилизации восполняет запасы УМФ.

В фармакологии производные уридина применяются как лекарственные средства. Уридинтрифосфат используют в офтальмологии для заживления роговицы, а цитидин- и уридинсодержащие аналоги входят в схемы противовирусной терапии. В биотехнологии УМФ и его производные служат субстратами для ферментативных реакций и компонентами питательных сред при культивировании клеток.

В пищевой промышленности и нутрициологии соединения уридина рассматривают как условно незаменимые факторы, особенно важные для питания новорождённых, поскольку грудное молоко содержит заметные количества уридина и его нуклеотидов.

¶Методы определения

Для количественного анализа УМФ применяют высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ) с ультрафиолетовым или масс-спектрометрическим детектированием. Нуклеотид поглощает свет в области около 260 нм, что позволяет идентифицировать его в смесях. В исследовательской практике используют также ферментативные методы, основанные на специфических реакциях с участием УМФ-зависимых ферментов.

¶Источники

• Биохимия: учебник для вузов (под редакцией Е. С. Северина)
• Нуклеиновые кислоты и нуклеотиды: справочные материалы по биоорганической химии
• Данные баз PubChem и UniProt по метаболизму пиримидинов
• Материалы по клинической биохимии наследственных нарушений обмена