nang luong sinh hoc 2012 p8

<span class='text_page_counter'>(1)</span>TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN SINH HỌC THỰC NGHIỆM K.14. SỬ DỤNG ATP TRONG TỔNG HỢP AXIT NUCLEIC GVHD: TS.VÕÕ VĂN TOAØN HỌC VIÊN: HUỲNH VĂN TOAØN.

<span class='text_page_counter'>(2)</span> Sinh tổng hợp của purine và pyrimidine là sống còn cho mọi tế bào vì các phân tử này được dùng để tổng hợp ATP, một số cofactor, acid ribonucleic (ARN ), acid deoxyribonucleic (ADN ) và các thành phần quan trọng khác của tế bào. Hầu hết vi sinh vật có thể tổng hợp các Purine và pyrimidine cho bản thân vì các chất này có vai trò quyết định đối với chức năng của tế bào. Purine và pyrimidine là các bazơ nitrogen vòng chứa một số nối đôi và có các đặc tính thơm rõ rệt. Purine gồm 2 vòng nối với nhau, còn pyrimidine chỉ có một vòng.

<span class='text_page_counter'>(3)</span> Trong vi sinh vật thường gặp các purine adenin và guanin và các pyrimidine uracyl, xitozin và thymine. Một base purine hoặc pyrimidine nối với một đường pentose (ribose hoặc deoxyribose) là một nucleoside. Một nucleotide là một nucleoside nối với một hoặc trên một nhóm phosphate liên kết với đường..

<span class='text_page_counter'>(4)</span> 1. Tổng hợp các bazơ purin Gốc purine được tạo ra từ nhiều thành phần khác nhau: CO2, axit aspatic, glycine, fomate, glutamine. Trong quá rình tổng hợp purine sẽ xảy ra đồng thời cả quá trình tổng hợp nucleotit . Tóm tắc kết quả của quá trình đó như sau.

<span class='text_page_counter'>(5)</span> 1. Tổng hợp các bazơ purin Con đường sinh tổng hợp các purine là một thứ tự phức tạp gồm 11 bước trong đó 7 phân tử khác nhau góp phần vào bộ khung purine cuối cùng. Vì con đường mở đầu với ribo-5phosphate và bộ khung purine được kiến trúc trên đường này nên sản phẩm purine đầu tiên của con đường là nucleotide acid inosinic chứ không phải là một base purine tự do. Trong sinh tổng hợp của purine cofactor acid folic đóng vai trò rất quan trọng. Các dẫn xuất của acid folic đóng góp carbon 2 và 8 vào bộ khung purine. Trên thực tế, thuốc sulfonamide kìm hãm sinh trưởng của vi khuẩn là do ức chế tổng hợp acid folic. Điều này sẽ ảnh hưởng đến sinh tổng hợp của purine và các quá trình khác cần acid folic..

<span class='text_page_counter'>(6)</span> 1. Tổng hợp các bazơ purin Một số vi sinh vật khử triphosphate nhờ hệ thống cần cofactor vitamine B12. Số khác, như E. coli, lại khử ribose trong nucleoside diphosphate. Cả hai hệ thống đều sử dụng một protein nhỏ chứa S gọi là thioredoxin làm tác nhân khử.Sinh tổng hợp adenosine monophosoahte và Guanosine Monophosphate.

<span class='text_page_counter'>(7)</span> 1. Tổng hợp các bazơ purin Một khi acid inosinic đã được tạo thành, các con đường tương đối ngắn sẽ tổng hợp adenosine monophosphate và guanosine monophosphate (Hình 18.22) và sản ra nucleoside diphosphate và triphosphate bằng cách chuyển phosphate từ ATP. ADN chứa deoxyribonucleotide (ribose thiếu một nhóm hydroxyl trên C2) thay cho ribonucleotide gặp trong ARN . Các deoxyribonucleotide xuất hiện từ sự khử của các nucleoside diphosphate hoặc nucleoside triphosphate qua hai con đường khác nhau..

<span class='text_page_counter'>(8)</span> 1. Tổng hợp các bazơ purin.

<span class='text_page_counter'>(9)</span> 1. Tổng hợp các bazơ purin Riboso 5P +2.glutamine + glycine + CO2 + 2 fomate + axit aspartic +H2O  axit inosinic. Từ axit inosinic tạo nên GMP và AMP axit inosinic + axit aspatic + GTPAMP + axit fumaric-GDP + Pi axit inosinic + NAD + ATP + NH3 GMP + NDPH2 +AMP + Pi Ngoài ra nucleotit purine còn có thể tổng hợp trực tiếp từ base purin và phosphoriboso – pyrophosphat (PRPP) Adenine + PRPP AMP + P-P.

<span class='text_page_counter'>(10)</span> 2. Điều hòa tổng hợp các bazơ purin Việc tổng hợp purine qua nhiều phẩn ứng và chuỗi phản ứng khác nhau, cho nên điều hòa chúng bằng cách điều hòa ngược. Ở các tế bào khối u thực thụ và gan chim bồ câu thì việc tổng hợp de –novo có thể kìm hãm bằng hypoxanthin và guanin, còn xanthin và axit uric không có hiệu nghiệm.. Phản ứng thứ 2 trong chuỗi tổng hợp purin được xúc tác bằng enzim glutaminphosphoribosylpirophosphatamidotransferase. Glutamin+P-P-Ribose-P+H2OGlutamat+P-P+5’phosphoribosylamin.

<span class='text_page_counter'>(11)</span> 2. Điều hòa tổng hợp các bazơ purin Enzym này bị kiềm hãm có hiệu lực bằng ATP và ADP, cũng như các sản phẩm cuối cùng ở rất xa hệ thống sinh tổng hợp và ít bị kìm hãm bằng GMP, GDP, IMP đồng thời có thể phản kìm hãm bằng cạnh tranh của phosphoribosylpyrophosphat.

<span class='text_page_counter'>(12)</span> 3. Tổng hợp các bazơ pyrimidine Sinh tổng hợp pyrimidine mở đầu với acid aspartic và cacbamoyl-phosphate (một phân tử cao năng được tổng hợp từ CO2 và ammonia). Aspartate cacbamoyltransferase xúc tác việc ngưng tụ hai cơ chất này để tạo thành cacbamoylaspartat, sau đó chất này được chuyển thành sản phẩm pyrimidine đầu tiên đó là acid orotic. Sau khi bộ khung pyrimidine được tổng hợp, một nucleotide sẽ được tạo thành bằng cách thêm vào ribo-5-phosphate nhờ tác dụng của chất trung gian cao năng 5-phosphorusribosyl-1-pyrophosphate..

<span class='text_page_counter'>(13)</span> 3. Tổng hợp các bazơ pyrimidine Do đó việc kiến trúc vòng pyrimidine được hoàn thành trước khi ribose được thêm vào trái với việc tổng hợp vòng Purine bắt đầu với ribo-5-phosphate. Việc loại carboxyl hoá của orotidine monophosphate sản ra uridine monophosphate và cuối cùng uridine triphosphate và cytidine triphosphate..

<span class='text_page_counter'>(14)</span> 3. Tổng hợp các bazơ pyrimidine.

<span class='text_page_counter'>(15)</span> 3. Tổng hợp các bazơ pyrimidine Pyrimidine thứ ba phổ biến là thymine - một thành phần của ADN . Ribose trong các nucleotide pyrimidine bị khử theo cùng cách như trong các nucleotide purine. Sau đó deoxyuridine monophosphate được methyl hoá với dẫn xuất của acid folic để tạo thành deoxythymidine monophosphate.

<span class='text_page_counter'>(16)</span> 3. Tổng hợp các bazơ pyrimizine Khung pyrimidine được tạo ra từ NH3, CO2, axit aspartit NH3  N Aspartic CO2  N Quá trình tổng hợp nucleotic pyrimidine xảy ra qua các giai đoạn sau CO2+NH3+ATPcarbamyl P carbamyl P+ axit aspartitAxit Orotic Axit Orotic+riboso5PUMPCMPTMP.

<span class='text_page_counter'>(17)</span> 3. Tổng hợp các bazơ pyrimizine Các nucleotic pyrimidcine còn được tổng hợp trực tiếp từ base nito pyrimidcine với PRPP Uracil + P-R-P-P UMP + P-P Thymine +P-R-P-P TMP + P-P Cytocine +P-R-P-P CMP + P-P.

<span class='text_page_counter'>(18)</span> 4. Các con đường tổng hợp nucleosid và nucleotid Ngoài các con đường đã mô tả ở trên việc tổng hợp purinnucleotid và pyrimidinnucleotid cũng có thể qua các bước của nucleosid, chất này có thể được tạo thành từ ribose -1’phosphat và các base tự do Base +R-1’-PBase-R+P Cân bằng phản ứng lệch về phía tạo thành nucleosid. Khi có desoxyribose-1’-phosphat và desoxynucleositphosphorylase xúc tác thì desoxynucleotit được tạo thành. Do đó ribose-1’phosphat xuất hiện từ ribose-5’-phosphat (tiền chất). R-5’-P  R-1’-P (có xúc tác phosphoribomutase).

<span class='text_page_counter'>(19)</span> 4. Các con đường tổng hợp nucleosid và nucleotid R-5’-P  R-1’-P (có xúc tác phosphoribomutase) Cân bằng phản ứng chủ yếu nghiêng về phía ribose 5’ phosphat. Tương tự như vậy thì desoxyribose-1’-phosphat và nhờ enzym phosphodesoxyribomutase xúc tác 5. Tổng hợp Desoxy nucleotid R-5’-P  R-1’-P (có xúc tác phosphoribomutase) Cân bằng phản ứng chủ yếu nghiêng về phía ribose 5’ phosphat. Tương tự như vậy thì desoxyribose-1’-phosphat và nhờ enzym phosphodesoxyribomutase xúc tác.

<span class='text_page_counter'>(20)</span> 5. Tổng hợp Desoxy nucleotid Trong điều kiện in-vivo, người ta thấy nhiều tế bào và mô có thể tạo thành Desoxy nucleotid bằng cách khử ribonucleotit. Việc tạo thành Desoxy nucleotid chủ yếu diễn ra ở bước nucleositdiphosphat tương ứng với sự tham gia của NADH là chất khử. Protein phân tử thấp là thioredoxin có vai trò là chất vận chuyển điện tử giữa NADH với nucleositdiphosphat. Quá trình này được xúc tác bằng thioredoxinreductase.

<span class='text_page_counter'>(21)</span> 5. Tổng hợp Desoxy nucleotid Nucleosid – P-P Desoxynucleosid – P-P. Thioredoxin – R-SH SH2 Thioredoxin – R-S. NADP+ NADPH+H+. S. Tạo thành desoxyribonucleotit bị kiểm tra kết hợp ngược chặt chẽ bằng dATP, dGTP và TTP, qua đó chứng tỏ sinh tổng hợp này là quá trình tự điều hòa.

<span class='text_page_counter'>(22)</span> 6. Tổng hợp Coenzym Con đường chính tổng hợp pyrimizinnucleotit có lẽ bắt nguồn từ axit nicotinic tự do, mà axit này có thể tạo thành từ tryptophan, ngoài ra đối với cơ thể người thì axitnicotinic còn là vitamin. Nhóm amit ddowcj dẫn đến ở mức nucleotit dưới tác dụng của kinase, có thể tạo thành NADP+ và NAD+ NAD+-kinase. NAD+ +A-R-P-P-P NADP+ +A-R-P-P Tạo thành FMN và FAD cũng diễn ra tương tự như trên Riboflavin +A-R-P-P-P. Riboflavin-kinase. Riboflavin-P+ADP. FAD-pyrophosphorylase. Riboflavin-P +A-R-P-P-P. Riboflavin-P-P-R-A +P-P.

<span class='text_page_counter'>(23)</span> 7. Sinh tổng hợp axit ribonucleic Lần đầu tiên. Ochoa(1955) phát hiện enzim polynucleotitphosphorylase tham gia tổng hợp axitribonucleic . Cơ chất để tổng hợp polyribonucleotit là nucleosid -5’diphosphat, cúng liên kết nhau và giải phóng phosphat vô cơ. Phản ứng này là phản ứng thuận nghịch và phụ thuộc ion Mg 2+. nB-R-P-P. (B-R-P)+nP (B là purin hay pyrimizin).

<span class='text_page_counter'>(24)</span> 7. Sinh tổng hợp axit ribonucleic Axitpantotenic(PS)+A-R-P-P-P 4-P-PS+A-R-P-P 4-P-PS+A-R-P-P-P+CH2SHCHNH2COOH  4-P-PS- HNCHCH2SHCOOH +A-R-P-P 4-P-PS- HNCHCH2SHCOOH  4P-pantotein+CO2 4P-pantotein+A-R-P-P-P Pyrophosphorylase A-R-P-PA-R-P-P-PantoteinDephospho-CoA +A-R-P-P-P Kinase PantoteinDephospho-CoA +P-P AP-A-P-P Pantotein (NHCHCHSH).

<span class='text_page_counter'>(25)</span> 7. Sinh tổng hợp axit ribonucleic Đặc điểm chung của cacsenzym ARN-polymeraza là cần nucleosidtriphosphat làm cơ chất. Người ta chia chúng thành các ARN –polymerase phụ thuộc ADN và ARN nATP. AMP. nCTP. ARN-polymerase CMP. nGTP nUTP. + AD N. Mn+2. + AND+4P-P. GMP UMP. n.

<span class='text_page_counter'>(26)</span> 7. Sinh tổng hợp axit ribonucleic Trong quá trình tổng hợp xuất hiện hỗn hợp ADN-ARN là sản phẩm trung gian, sau khi tổng hợp thì snr phẩm này tách ra Enzym này có vai trò quyết định đối với truyền thông tin mã hóa từ ADN đến ARN. Điều đó chứng tỏ tổng hợp phân tử ARN nhờ enzym, có tham gia của ADN khuôn mẫu quyết định trình tự bazo. Người ta gọi chung phản ứng xúc tác bằng enzym này là “sao chép lại” ARN –polymerase phụ thuộc ADN bị kìm hãm bằng acinomycin ở nồng độ thấp, vì có liên kết chất kháng sinh này với ADN khuôn mẫu, đặc biệt xảy ra mạnh mẽ khi có bazo guanin. Histon cũng có tác dụng kìm hãm enzym này, trong đó histon liên kết với ADN mẫu ..

<span class='text_page_counter'>(27)</span> 7. Sinh tổng hợp axit ribonucleic. Người ta còn thấy E.coli-polymerase bị kìm hãm mạnh mẽ bằng Heparin cũng như kháng sinh rifampycin. Tác dụng kìm hãm của heparin do tính chất polianion làm phân ly phức hợp giữa polymerase và khuôn mẫu. Còn rifampycin lại liên kết chặt chẽ vào vị trí phân tử polymerase ở gần vị trí tổng hợp ARN. Do đó ngăn ngừa tổng hợp ARN. Sau khi ARN –polymerase sau khi pha xâm nhập còn xuất hiện một loại ARN-polymerase khác , nó có tính chất và cấu tạo hoàn toàn khác ARN-polymerase đã biết Trong tế bào Eukaryota còn có ARN-polymerase phụ thuộc AND , phân bố nội bào khác nhau và cúng có cấu trúc bậc 4 phức tap.

<span class='text_page_counter'>(28)</span> 7. Sinh tổng hợp axit ribonucleic. Trong tế bào Eukaryota còn có ARN-polymerase phụ thuộc ADN , phân bố nội bào khác nhau và cúng có cấu trúc bậc 4 phức tạp . ARN-polymerase phụ ARN có mặt trong tế bào động vật, thực vật và vi sinh vật. Kiểu enzym này theo kiểu enzym sao chép “ARN-Replicase” enzym này sử dụng ARN một sợi làm khuôn mẫu và tạo thành sợi kép từ đầu dương đến đầu âm. Enzym này xuất hiện sau một thời gian nhiễm vi rut của tế bào nhất định, sau đó tiếp tục làm tăng ARN vi rus. Ngoài các enzym trình bày trên, người ta còn thấy có các hệ thống enzym khác có chức năng móc nối một vài đơn vị nucleotit ào đầu của ARN đã kết thúc tổng hợp và dẫn đến làm.

<span class='text_page_counter'>(29)</span> 7. Sinh tổng hợp axit ribonucleic. thay đổi chuỗi ARN đã tổng hợp, đó là điều cần thiết đối với các chức năng chuyên hóa của mỗi ARN. Trong số đó đã được nghiên cứu nhiều hơn cả là hoàn chỉnh ARN vận chuyển. Như vậy, trường hợp này thì ARN vận chuyển phản ứng với các phân tử nucleotit CTP và ATP. Khi giải phóng pyrophosphat thì chúng lần lượt móc nối 2 citydylic và 1 gốc adenosin vào nhóm 3’-OH tự do. Bên cạnh những tính chất riêng biệt này thì ARN vận chuyển hay hòa tan còn có chức năng lựa chọn các bazo methyl hóa. Methyl hóa ARN vận chuyển chỉ thực hiện khi chuỗi polynucleotit đã có cấu tạo hoàn chỉnh, chất cho nhóm methyl là Sadenosylmethyonin, enzim xúc tác cho phản ứng này gọi là ARNmethylase(có tính chuyên hóa cao với từng bazo methyl hóa).

<span class='text_page_counter'>(30)</span> 8. Sinh tổng hợp desoxy ribonucleic (ADN). Tổng hợp ADN do ADN-polymerase xúc tác, cơ sở để tổng hợp ADN là tất cả 4 desosynucleotittriphosphat có trong ADN. Ngoài ra phải có ADN một sợi làm khuôn mẫu để tổng hợp nên sợi ADN mới. ADN một sợi cho phép hình thành từ 2 sợi trong điều kiện invitro bằng làm “nóng chảy” hay xử lý bằng axit hoặc kiềm. ADN một sợi người ta đã phát hiện trong vi rus ФX-174, nó được coi là mẫu điển hình. Ngoài mẫu này còn có sự tham gia của enzym và một phân tử “mồi” liên kết với 3’-hydroxyl tự do, từ đó bắt đâì kéo dài chuỗi. Sau đó, enzym xúc tác để tạo thành phức hợp khuôn mẫu – AND có tính chất đối nhau, do đó nó có tính chất sao chép cùng loại AND. Điều quyết định cuối cùng đối với ổn định thông tin di truyền và truyền lại của nó từ bố mẹ đến con cái hay từ tế bào mẹ đến hai tế bào con thông qua quá trình phân bào..

<span class='text_page_counter'>(31)</span> 8. Sinh tổng hợp desoxy ribonucleic (ADN). Quá trình tổng hợp AND diễn ra theo sơ đồ dưới đây, mỗi liên kết 3’-P-5’ mới được tạo thành sẽ giải phóng một phân tử pyrophosphat tự do. Sơ đồ cho thấy phân tử AND xuất hiện nhờ sao chép các sợi có hướng phân cực ở khuôn mãu cũng như ở mồi, từ đó có thể kéo dài chuỗi. Người ta theo dõi thấy rằng tính phân cực có hướng đối nhau. Hướng trùng hợp của sợi AND mới tạo thành xuất phát từ 5’-P đến 3’-OH. Số lượng liên kết giữa các thành phần bazo phản ánh bằng các liên kết hydrogen. Quá trình sinh tổng hợp ARN và AND có thể tóm tắc bằng mô hình dưới đây..

<span class='text_page_counter'>(32)</span> Mô hình tóm tắt tổng hợp nucleotid và axit nucleic P-R-P~P+Glutamin Glycin Formiat Glutamin CO2 Aspartat IMP Aspartat Glutamin AMP dAMP. GMP GMP ATP dGMP dGTP. dATP. Aspartat+Carbamylphosphat Aspatylcarbamylphosphat Orotat P-R-P~P ARN. UMP UTP CTP. NH2. CMP. dCMP ADN. dUMP H3 dTMP. dCTP dTTP.

<span class='text_page_counter'>(33)</span>

<span class='text_page_counter'>(34)</span>