Chuyển Hóa Acid Nucleic

CHUYỂN HOÁ
CHUYỂN HOÁ
ACID NUCLEIC
ACID NUCLEIC
TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y KHOA HUẾ

I. SỰ THOÁI HÓA
I. SỰ THOÁI HÓA

1. SỤ THOÁI HÓA CHUNG CỦA ACID
NUCLEIC ĐẾN MONONUCLEOTID

Ở mô động vật: nuclease cắt đứt liên kết
phosphodieste của polynucleotid (acid nucleic)
thành mononucleotid nhờ gồm 02 loại enzym:

Ribonuclease (RNase) thủy phân ARN.

Deoxyribonuclease (DNase) thủy phân ADN.

Mỗi loại lại phân làm: Exonuclease và
Endonuclease

2. SỰ THOÁI HÓA CỦA
2. SỰ THOÁI HÓA CỦA
MONONUCLEOTID
MONONUCLEOTID

Nucleotid bị thủy phân thành H
3

PO
4
, base nitơ
và pentose.

H
3
PO
4
được sử dụng cho quá trình phosphoryl
hóa hoặc đào thải dưới dạng muối phosphat.

Pentose thoái hóa theo đường chuyển hóa của
glucid.

Base nitơ thoái hóa cho sản phẩm là acid uric,
urê

Nucleoprotein
Protein thuần Acid nucleic
(Histon protamin) (Polynucleotid)
Nuclease
Mononucleotid
Nucleotidase
Acid phosphoric Nucleosid
Nucleosidase
Pentose Base nitơ
( Ribose, Desoxy ribose) (Purin, Pyrimidin)

3. Thoái hóa các base có nitơ

3. Thoái hóa các base có nitơ

Adenin, guanin bị thủy phân thành
hypoxanthin và xanthin bởi adenase,
guanase

Các chất nầy bị oxy hóa thành acid uric bởi
xanthin oxydase

Adenosin bị khử amin bởi adenosin
desaminase tạo inosin rồi oxy hóa cho
hypoxanthin và cuối cùng là acid uric.

Thoái hóa các loại base pyrimidin xảy ra
chủ yếu ở gan và chưa biết rõ.

3.1. Thoái hóa base loại purin
3.1. Thoái hóa base loại purin




























  









 






 








N
N
NH
2
N
N
Ribose
N
N
NH
2
N
N
N
N
N
NH
2
N
NH

N
N
NH
2
N
NH
N
N
NH
2
N
N
NH
2
H
2
N
N
N
N
N
Ribose
N
O
N
N
N
N
N
NH

N
O
N
N
N
N
N
N
O
O
N
HN
HN
[O]
Ribose
O
N
O
N N
O
N





3.2. Thoái hóa loại base pyrimidin
3.2. Thoái hóa loại base pyrimidin
N
N

N H
2
H
O
N
N
N H
2
H
O
C H
3
N
N
H
O
O
C H
3
O
O
H
N
N
N H
3
N H
3
+2H +2H
Cytosin

5- Metyl Cytosin
Uracil
Thymin
Dihydro Uracil Ureidopropionat
Dihydro Thymin
H
2
N C H
2
C H
2
C O O H
C O
2

+
H
2
O
C H
3
C O O H
H
2
O
Ureidoisobutyrat
H
2
N C H

2
C H CO O H
C H
3
Aminoisobutyrat


II. TỔNG HỢP ACID NUCLEIC
II. TỔNG HỢP ACID NUCLEIC
Acid nucleic được tổng hợp từ các
nucleotid triphosphat (NTP)
1. TỔNG HỢP NUCLEOTID
Nucleotid được tổng hợp từ những nguyên
liệu và theo những quá trình khác nhau

1.1. Tổng hợp ribonucleotid có base purin
1.1. Tổng hợp ribonucleotid có base purin

Nguyên liệu
N
N
N
N
CO
2
Acid aspartic
Acid formic
Glutamin
Acid formic
Glycin

1
2
3
4
5
6
7
8
9


-
Giai đoạn 1
Giai đoạn 1
:
:
Ribose 5’ (P) tạo thành glycimamid ribosyl 5’ (P)
Ribose 5’ (P) tạo thành glycimamid ribosyl 5’ (P)

O
O
H
O
H
O
H
C
H
2

O
P
O
O
H
O
H
O
C
H
2

O
P
P
P
ATP ADP
Nucleotid phosphorylase
Ribose-5'- P
5'-Phosphoribosyl-1-pyrophosphat
(PRPP)
Gln
Glu
PPi
Amidotransferase
O
O
H
O
H

C
N
H
2

P
O
H
2

O
O
H
O
H
C
N
H
C
O
C
H
2

N
H
2

P
O

H
2

A
D
P
+ Pi ATP
Mg

++

H
2

N
C
H
2

C
O
O
H
Glycin 5-Phosphoribosylamin
Glycinamid Ribosyl-5- P

-
Giai đoạn 2
Giai đoạn 2
:

:
Tạo nhân imidazol của purin.
Tạo nhân imidazol của purin.
NH
2
H
2
C
C
NHO
R
5'- P
N
H
2
C
C
NHO
R
H
C H
O
5'- P
Glycinamid Ribosyl-
5'- P
Glycinamid Ribosyl-
5'- P
Formyl
Formyl
Glycinamidin Ribosyl-

5'- PAminoimidazol Ribosyl-
5'- P
H-CHO
N
H
2
C
C
N
R
H
2
N
CH
5'- P
f
10
F.H
4
Transformylase
Gln
N
H
2
C
C
NH
R
H
C H

O
H
2
N
5'- P
Glu
ATP
Mg
++
H
2
O ATP,Mg
++
 !"


-
Giai đoạn 3
Giai đoạn 3
:
:
Tạo nhân pyrimidin của purin và sự hình thành IMP
Tạo nhân pyrimidin của purin và sự hình thành IMP
Aminoimidazol Ribosyl-5'- P
C
C
N
CH
N
H

2
N
H
R
5'- P
C
C
N
CH
N
H
2
N
C
R
HNHC
CH
2
O
5'- P
HOOC
HOOC
C
C
N
CH
N
H
2
N

C
R
H
2
N
O
5'- P
C
C
N
CH
N
N
C
R
O
C
HN
5'- P
5-Amino-4-carboxamid
imidazol ribosyl-5'- P
5-Formamido-4-carboxamid
imidazol ribosyl-5'- P
Inosin-5'-monophosphat
(IMP)
CO
2
+Asp
Biotin ATP, Mg
++

Kinosynthetase
Fumarat
Adenylo-Succinase
H-CHO
f
10
FH
4
CHO
C
C
N
CH
N
N
C
R
H
2
N
O
H
5'- P
Transformylase


-
Giai đoạn 4
Giai đoạn 4
: acid inosinic acid adenylic và acid guanylic

: acid inosinic acid adenylic và acid guanylic
(IMP)
Inosin-5'-monophosphat
C
C
N
CH
N
N
C
R
O
C
HN
5'- P
C
C
N
CH
N
N
C
R
C
HN
NH
CH CH
2
HOOC COOH
5'- P

C
C
N
CH
N
N
C
R
C
HN
NH
3
5'- P
C
C
N
CH
N
N
C
R
O
C
HN
O
5'- P
C
C
N
CH

N
N
C
R
O
C
HN
H
2
N
5'- P
Asp
H
2
O
GTP, Mg
++
Adenylosuccinat
synthetase
Succinoadenin nucleotid
Fumarat
Adenylo succinase
Adenosin-5'-monophosphat
(AMP)
Acid adenylat
NAD
+
NADH+H
+
[O]

Xanthosin-5'-monophosphat
Gln
Glu
ATP
Guanosin-5'-monophosphat
(GMP)


Tổng hợp các mononucleotid từ các base tự do:
Tổng hợp các mononucleotid từ các base tự do:

Hypoxanthin + PRPP acid inosinic + PPi
Hypoxanthin (IMP)
Phosphoribosyl transferase


Guanin + PRPP acid guanylic + PPi
Guanin (GMP)
Phosphoribosyl transferase

Adenin + PRPP acid adenylic + P
Adenin Phosphoribosyl transferase (AMP)

Adenosin + ATP acid adenylic + PPi
Nucleosid - Kinase (AMP)

1.2. Tổng hợp ribonucleotid có base
1.2. Tổng hợp ribonucleotid có base
pyrimidin
pyrimidin

Quá trình này gồm 2 giai đoạn:

Nguyên liệu đầu tiên là carbamyl- và
aspartat tạo thành orotat.

Orotat gắn với ribose- 5’- từ PRPP rồi bị
khử carboxyl tạo thành uridin monophosphat
(UMP).

- Giai đoạn I
- Giai đoạn I
: Tạo orotat:
: Tạo orotat:
H
2
N
C
O P
O
HOOC
CH
2
C
COOH
H
2
N
+
Carbamyl phosphat

Aspartat
NH
2
C
N
C
C
O COOH
O
HO
H
N
C
N
C
C
O COOH
O
H
H
H
N
C
N
C
C
O COOH
O
H
H

Carbamyl aspartat
Orotat Dihydro Orotat

Pi
Aspartat
Transcarbamylase
H
2
O
Dihydro Orotase
NADH + H
+
NAD
+
Dihydro Orotat
Dehydrogenase




Giai đoạn II
Giai đoạn II
: Tạo UMP,UMP phosphoryl hoá 2 lần
: Tạo UMP,UMP phosphoryl hoá 2 lần
tạo UTP, UTP amin hóa tạo thành CTP
tạo UTP, UTP amin hóa tạo thành CTP

Orotat
N
C

N
C
C
O COOH
O
H
H
N
C
N
C
C
O COOH
O
H
R
5
P
UDPUTP
Orotidin-5'-phosphat
PRPP PPi
Orotidylic
Pyrophosphorylase
CO
2
Orotidylat
Decarboxylase
N
C
N

C
C
O
O
H
R
5
P
Uridin -5'-monophosphat
'
(UMP)
Uridylat
ATP
ADP+Pi
NH
3
N
C
N
C
C
O
R
5
P
NH
2
P P
dUDP
dUMP

Reductase
Thymidin
Synthetase
CH
3
Cytidin-5'-monophosphat
(CTP)
N
C
N
C
C
O
O
H
dR
5
P
CH
3
Deoxythymidin-5'-monophosphat
(dTMP)
'


1.3. Tổng hợp deoxyribonucleotid
1.3. Tổng hợp deoxyribonucleotid

Tổng hợp Deoxyribonucleotid: do các
ribonucleotid bị khử oxy trực tiếp ở C

2
của ribose

Tổng hợp acid deoxythymidylic (dTTP), dTTP
không có ribonucleotid tương ứng, được tổng
hợp từ UDP như sau:

UDP dUDP dUMP
Phosphoryl hoá
dTTP dTMP
#$%#$%#&%
%'
 ((%(&%
)

Sơ đồ tổng hợp dNDP và dTTP
Sơ đồ tổng hợp dNDP và dTTP

(ADP, GDP, UDP, CDP) (dADP, dGDP, dUDP, dCDP)
Thioredoxin Thioredoxin
SH SH S S
B
1
,
B
2
NADP
+
NADPH+H
+

Ribonucleosid -di -P reductase
Thioredoxin
Reductase
ATP ADP
dNDP dNTP
Nucleosid di

Kinase

2. Tổng hợp ADN
2. Tổng hợp ADN
(S
(S
ự tái bản bảo tồn của ADN)
ự tái bản bảo tồn của ADN)

Nguyên liệu là các (%*+,
,

Enzym xúc tác phản ứng tổng hợp là ADN
polymerase (I, II, III). ADN polymerase I xúc
tác gắn mononucleotid, mononucleotid vào
nhóm OH ở vị trí 3’ của ADN mồi để kéo dài
theo hướng 5’ - 3’.

Phân tử ADN xoắn kép được dùng làm khuôn

S
S
ự tái bản bán tồn của ADN

ự tái bản bán tồn của ADN






 $/01&
22

3&%4

2(%3&%4
25
2%
 67
&%*+ ,


dNTP: deoxyribonucleotid 5’ tri-


Các giai đoạn của sự tái bản:
Các giai đoạn của sự tái bản:

Sơ đồ tái bản dựa vào sự thực nghiệm trên E.Coli
như sau:
- Nhận diện điểm bắt đầu: nhiều protein tham gia sự
nhận diện điểm bắt đầu giúp cho primase tổng
hợp ARN mồi.

- Mở vòng xoắn kép ADN được xúc tác bởi enzym
helicase, nơi hai sợi được tách ra gọi là chạc ba
tái bản.
- Tạo ARN mồi, primase gắn vào điểm bắt đầu xúc
tác tổng hợp ARN mồi bổ sung với ADN.

TẠO ADN
TẠO ADN

* Một sợi được tổng hợp liên tục theo hướng của
chạc ba tái bản (5’ - 3’) xúc tác bởi enzym
polymerase III.

* Sợi kia tổng hợp không liên tục, sợi này gồm
những đoạn khoảng 1000 - 2000 nucleotid gọi là
đoạn Okazaki, mỗi đoạn bắt đầu bằng một mẫu
ARN mồi rồi tổng hợp kéo dài bởi ADN
polymerase III, sau đó ARN mồi được tách ra bởi
enzym exonuclease, polynuclase I xúc tác tổng
hợp đoạn ADN thiếu, các đoạn Okazaki lại được
nối liền nhờ xúc tác của ADN ligase.