Тетрагидробиоптерин как кофактор ферментов¶

Тетрагидробиоптерин (сокращённо ТГБП, BH4) — органическое соединение класса птеридинов, восстановленная форма биоптерина, выполняющая функцию кофактора ряда ферментов у животных и человека. Химически представляет собой 5,6,7,8-тетрагидропроизводное птеридина с двумя гидроксильными группами в пиримидиновом кольце и аминогруппой в боковой цепи. Молекулярная формула — C₉H₁₅N₅O₃. ТГБП участвует в переносе электронов и восстановительных эквивалентов в реакциях гидроксилирования ароматических аминокислот и синтеза оксида азота.

¶Химические свойства

Тетрагидробиоптерин — лабильное соединение, легко окисляющееся кислородом воздуха. В физиологических условиях существует в виде нескольких форм: полностью восстановленной (BH4), дигидро- (BH2) и хиноноидной дигидробиоптерин (qBH2). Окисление BH4 до BH2 и далее до биоптерина происходит спонтанно, поэтому в клетке поддерживается постоянный уровень восстановленной формы. Молекула чувствительна к свету и нейтральным pH; стабилизируется в присутствии восстановителей, например аскорбата или дитиотреитола.

¶Роль как кофактора

ТГБП служит обязательным кофактором нескольких классов ферментов:

• Ароматические аминокислотные гидроксилазы — фенилаланингидроксилаза (PAH), тирозингидроксилаза (TH) и триптофангидроксилазы (TPH1 и TPH2). Эти ферменты катализируют встраивание атома кислорода в ароматическое кольцо с одновременным восстановлением ТГБП до хиноноидной формы. Фенилаланингидроксилаза превращает фенилаланин в тирозин в печени; тирозингидроксилаза лимитирует синтез катехоламинов (дофамина, норадреналина, адреналина); триптофангидроксилазы регулируют образование серотонина и мелатонина.
• Синтазы оксида азота (NOS) — нейрональная (nNOS), индуцибельная (iNOS) и эндотелиальная (eNOS). ТГБП обеспечивает перенос электронов в каталитическом цикле превращения L-аргинина в L-цитруллин и оксид азота.
• Алкилглицеролмонооксигеназа — участвует в синтезе эфирных липидов.
• Отдельные представители семейства гидроксилаз с железосодержащим активным центром, требующие тетрагидроптеридинового кофактора.

В реакциях с участием BH4 образуется промежуточный 4a-гидрокситетрагидробиоптерин, который затем регенерируется. Механизм включает активацию молекулярного кислорода и встраивание одного атома кислорода в субстрат.

¶Биосинтез и регенерация

Синтез ТГБП происходит из гуанозинтрифосфата (ГТФ) через последовательность реакций с участием ферментов ГТФ-циклогидролазы I (GCH1), пирувоилтетрагидроптеринсинтазы (PTPS), сепиаптеринредуктазы (SPR) и других. Ключевой регуляторный этап — реакция, катализируемая GCH1, которая считается лимитирующей.

Регенерация BH4 из окисленной формы qBH2 осуществляется двумя путями: через дигидроптеридинредуктазу (DHPR) и через пирувоилтетрагидроптеринсинтазу совместно с сепиаптеринредуктазой. Нарушение любого из этих звеньев ведёт к дефициту кофактора.

¶Клиническое значение

Дефицит ТГБП лежит в основе группы наследственных заболеваний — так называемых недостаточностей биоптерина. Наиболее известна недостаточность, вызванная мутациями гена GCH1, при которой развивается гиперфенилаланинемия, не поддающаяся коррекции диетой, а также тяжёлый дефицит нейротрансмиттеров. Симптомы включают задержку развития, мышечную гипотонию, судороги, нарушения движения.

Терапия основана на введении синтетического аналога — сапроптерина дигидрохлорида, а также на диете с ограничением фенилаланина и добавлении предшественников нейротрансмиттеров (L-допы, 5-гидрокситриптофана). Отдельно рассматривается роль BH4 при гиперфенилаланинемии, вызванной мутациями PAH: часть пациентов отвечает на введение кофактора, что позволяет расширить диету.

Исследуется связь уровня ТГБП с патогенезом эндотелиальной дисфункции, артериальной гипертензии и нейродегенеративных процессов, поскольку окисление BH4 снижает активность синтаз оксида азота и способствует окислительному стрессу.

¶Методы определения

Концентрацию ТГБП в биологических жидкостях и тканях определяют методами высокоэффективной жидкостной хроматографии с электрохимической или флуоресцентной детекцией, а также тандемной масс-спектрометрией. В клинической практике применяют нагрузочные тесты с тетрагидробиоптерином для оценки чувствительности пациентов с гиперфенилаланинемией.