Chuong 10 phan giai va tong hop acid nucleic pps

CHƯƠNG 10




Các nucleotide có vai trò quan trọng trong mọi tế
bào






Là tiền chất của ADN và ARN
Là chất mang năng lượng (ATP, GTP)
Là thành phần của nhiều coenzyme (NAD, FAD,
coenzyme A, S-adenosyl methionine…)

Hai con đường tạo nucleotide


Con đường tổng hợp mới (de novo pathway): tổng hợp
từ tiền chất chuyển hóa gồm amino acid, ribose 5phosphate, CO2, H2O.




Hai con đường tạo nucleotide


Con đường tổng hợp mới (de novo pathway): tổng hợp

từ tiền chất chuyển hóa gồm amino acid, ribose 5phosphate, CO2, H2O.



Con đường tận dụng (salvage pathway): sử dụng lại các
base và nucleotide tự do được giải phóng từ phân giải
nucleotide


Hypoxanthine
Purine

Tái tổ hợp ADN
Sửa chữa ADN
Tổ
ng

Phiên mã

Tổng hợp ADN
phụ thuộc ARN

ADN

ARN
Cải biến sau
phiên mã
Tổng hợp ADN
phụ thuộc ARN

Ph
ân

hợ

Xanthine
gi
ải

p

Glycine,
PRPP và
các hợp
chất khác

Acid uric

Thải ra ngoài

Allantion

Nucleotide
n
Tổ

g

p
hợ

Ph

â

i
ả
i
ng

Aspartate,
PRPP và
các hợp
chất khác

Urea

NH3 + CO2

Pyrimidine
Tham gia các con
đường chuyển
hóa khác hoặc
thải ra ngoài

Acid β- amino isobutyric

β-alanin

Tham gia trao
đổi amino acid





Hai nucleotide purine của acid nucleic là adenosine
5’-monophosphate (AMP, adenylate) và guanosine
5’-monophosphate (GMP, guanylate).
Nguồn gốc của các nguyên tử nitơ và carbon của
vòng purine như sau:





Con đường sinh tổng hợp purine đã được
Buchanan và Robert Greenberg nghiên cứu chi tiết
trong những năm 1950, gồm 11 bước


Nhóm amin của glutamine được chuyển cho C1 của PRPP
tạo thành 5-phosphoribosylamine


Ba nguyên tử (2 C và 1 N) từ glycine được kết hợp vào bằng
phản ứng cần ATP để hoạt hóa gốc carboxyl của glycine


Formyl hóa gốc amin của glycine để tạo formylglycinamide

ribonucleotide. Chất cho nhóm formyl là N10- formyltetrahydrofolate.


Glutamine cung cấp một nitơ (amin hóa lần 2) tạo thành
forminglycinamidine ribonucleotide.


Đóng vòng, khử nước, tạo vòng imidazole của phân tử
purine: 5-aminoimidazole ribonucleotide


Carboxyl hóa với sự tham gia của một phân tử CO 2 tạo thành
carboxyaminoimidazole ribonucleotide, riêng đối với vi khuẩn
và nấm, sự carboxyl hóa này gồm 2 bước


Aspartate cho gốc amin tạo thành một liên kết amin rồi giải
phóng fumarate để tạo thành 5-aminoimidazole-4carboxamine ribonucleotide


Carbon cuối cùng được N10-formyltetrahydro folate cung cấp


Bằng phản ứng khử nước, vòng thứ hai của nhân purine được khép lại,
tạo thành inozil monophosphate (hay inosinate và được viết tắt là IMP).
IMP là nucleotide cơ bản, từ đó các nucleotide khác được sinh ra


Từ IMP, cần thêm một gốc amin từ aspartate để tạo thành adenylate.
Quá trình này gồm hai bước tương tự phản ứng 8 và 9 nhưng GTP là chất

cho năng lượng.
Sự tạo thành guanylate cũng gồm hai bước với sự tham gia của ATP và
glutamine là nguồn cung cấp amin

Sinh tổng hợp AMP và GMP từ IMP


Sinh tổng hợp
purine được điều
hòa bằng sự ức chế
ngược: Sự dư thừa
sản phẩm cuối cùng
(IMP, AMP, GMP).




Các ribonucleotide pyrimidine thông dụng là:





Cytidine 5’-monophosphate (CMP, cytidylate)
Uridine 5’-monophosphate (UMP, uridylate)

Trong tổng hợp mới các nucleotide pyrimidine,
vòng pyrimidine được xây dựng trước rồi mới gắn
ribose 5-phosphate

ATP + HCO3- + Glutamine + H2O

O

(1)
2 ADP + Pi carbamoyl phosphate
+ Glutamate synthetase II

C

CH

HN

CH
N
COOO
H
Orotate
orotate
PRPP
(5) phosphoribosyl
transferase
PPi
O
C

NH2
O C

2O PO3
Carbamoyl phosphate

Aspartate
Aspartate
(2) transcarbamoylase
Pi
(ATCase)

C

O

HN

C

C

HO

NH2 CH2
CH2
C
N
O
COOH
Carbamoyl aspartate
dihydroorotate
(3) dehydrogenase

H 2O
O
C
HN

CH2

CH2
N
COOO
H
Dihydroorotate
Quinone
(4) dihydroorotate
dehydrogenase
Reduced quinone

O
-2

CH
N

CH
COO-

O3P O CH2 O
H H
H
H

OH OH
Orotidine-5'-monophosphate (OMP)
(6) OMP decarboxylase
O
CO2
C
CH
HN
C

C

O
-2

N

CH

O3P O CH2 O
H H
H
H
OH OH
Uridine monophosphate (UMP)











Aspartate nhận carbamoyl từ carbamoyl phosphate → Ncarbamoylaspartate
Bằng phản ứng khử nước, vòng được đóng lại để tạo thành
L-dihydroorotate
Tạo orotate với sự tham gia của coenzyme NAD+
PRPP tham gia vào quá trình cung cấp ribose 5-phosphate
để tạo thành orotidylate
Orotidylate bị khử carboxyl để tọa thành uridylate (UMP)
Để tạo CTP, UMP phải được chuyển thành UTP
Glutamine cho gốc nitơ (nhiều loài có thể trực tiếp sử dụng
NH4+) và ATP cung cấp năng lượng để chuyển UTP thành
CTP




Quá trình tổng hợp của nucleotide pyrimidine cũng bị kìm
hãm bởi sản phẩm




Enzyme đầu tiên của quá trình (aspartate transcarbamoylaseATCase) xúc tác phản ứng giữa aspartate và carbamolyl phosphate
bị kìm hãm bởi sản phẩm cuối cùng là CTP theo cơ chế kìm hãm dị
lập thể
Khi CTP không liên kết vào tiểu đơn vị điều hòa, enzyme hoạt động ở

mức tối đa. Khi CTP dư và liên kết vào tiểu đơn vị điều hòa sẽ làm
thay đổi cấu hình. Sự thay đổi này được truyền cho tiểu đơn vị xúc
tác, enzyme được chuyển sang chế độ không hoạt động


HCO3- + Glutamine + ATP

HCO3- + Glutamine + ATP

Carbamoyl phosphate

Carbamoyl phosphate

Carbamoyl aspartate

Carbamoyl aspartate

Dihydroorotate

Dihydroorotate

Orotate

Orotate
PRPP

PRPP

OMP

OMP

UMP

UMP

UDP

UDP

UTP

UTP

CTP

CTP

Ở vi khuẩn

Ở động vật


1.3. Thymidylate có nguồn gốc từ dCDP và dUMP
Trong cấu trúc ADN có chứa thymine chứ không phải uracyl
và con đường tạo mới thymine chỉ liên quan đến
deoxyribonucleotide.


1.4. Phân giải purine và pyrimidine

Phân giải purine
NH2

H

N

N

N

N
AMP
H 2O
Pi

AMP H
deaminase N

H2O NH4+
Ribose P

nucle otidas e

H 2O
Pi

O

O

H

N
N
IMP

Ribose

P
H 2O

nucle otidas e

O

H

N

N
N

N

H
XMP

Ribose

P

N

H 2N

N

GMP Ribose
H 2O

nucle otidas e

Pi

adenosine
Adenosine deaminase Inosine
H 2O

N

O

N

N

Pi

Xanthosine

nucle otidas e

Guanosine

NH4+

purine
purine
purine
P
P
i
nucleoside
Pi
i
nucleoside
nucleoside
phosphorylase
phosphorylase Ribose-1-P
phosphorylase Ribose-1-P
Ribose-1-P
(PNP)
(PNP)
(PNP)
guanine
xanthine
deaminase
oxidase
Guanine

Xanthine
Hypoxanthine
O 2 + H 2O

H 2O 2
O 2 + H 2O
H 2O 2
O

H

xanthine
oxidase
H
N

N
O

NH4+

O
N

N

H
H
Acid uric

H 2O

P