MUÏC TIEÂU 1. Vieát ñöôïc sô ñoà söï thoaùi hoaù base acid nucleic, base purin, base pyrimidin. 2. Trình baøy ñöôïc sô ñoà toång hôïp nhaân purin vaø pyrimidin. 3. Moâ taû ñöôïc quaù trình toång hôïp DNA, RNA. 4. Phaân tích ñöôïc caùc roái loaïn chuyeån hoùa. Taát caû caùc teá baøo cuûa cô theå soáng ñeàu coù khaû naêng toång hôïp acid nucleic caàn thieát cho taá baøo do ñoù khoâng yeâu caàu phaûi coù acid nucleic trong thöùc aên. Acid nucleic trong thöùc aên khoâng coù yù nghóa ñaëc bieät ñoái vôùi cô theå. Acid ribonucleic cuûa teá baøo luoân ñoåi môùi nhanh choùng, noù taêng trong teá baøo cuøng vôùi söï toång hôïp protein. Söï ñoåi môùi AND trong caùc moâ thì chaäm hôn nhieàu, söï ñoåi môùi xaûy ra trong caùc teá baøo ñang phaùt trieån, teá baøo taùi sinh. 1. THOAÙI HOÙA Nuclease laø phosphodiesterase coù trong dòch tuïy. Nucleotidase laø moät phosphatase vaø nucleosidae laø moät phosphorylase, caû hai enzym coù trong dòch ruoät. Phosphat ñöôïc söû duïng trôû laïi cho quaù trình phosphoryl hoùa hay ñöôïc thaûi ra trong nöôùc tieåu döôùi daïng phosphat voâ cô. Pentose töø thöùc aên tham gia ñaùng keå vaøo quaù trình toång hôïp acid nucleic cho cô theå. Base purin vaø pyrimidin ñöôïc phoùng thích trong quaù trình tieâu hoùa cuûa acid nucleic phaàn lôùn ñöôïc thoaùi hoùa vaø ñaøo thaûi, moät phaàn ñöôïc söû duïng laïi ñeå toång hôïp acid nucleic. 1.1 Thoaùi hoùa caùc base Purin Thoaùi hoùa chính cuûa base purin theo sô ñoà sau: Ôû ngöôøi vaø ñoäng vaät coù vuù thoaùi hoùa base vôùi hai loaïi phaûn öùng chöû yeáu laø khöû amin thuûy phaân vaø oxy hoùa (hình 13.1). Ôû ngöôøi, linh tröôûng, chim vaø moät soá boø saùt saûn phaåm thoaùi hoùa cuoái cuøng cuûa base purin laø acid uric vaø ñöôïc ñaøo thaûi ra nöôùc tieåu. Noàng ñoä acid uric trong maùu ngöôøi bình thöôøng laø 35mg100ml. Löôïng acid uric trong nöôùc tieåu 0,30,8g24h. Löôïng acid uric trong nöôùc tieåu thay ñoåi theo cheá ñoä aên, ñaëc bieät taêng vôùi cheá ñoä aên giaøu purin (gan, thaän, thòt, cua). Trong beänh Gout, beänh taêng baïch caàu acid uric trong maùu coù theå taêng ñeán 78g100ml.
CHƯƠNG 13 CHUYỂN HÓA ACID NUCLEIC MỤC TIÊU 1. Viết được sơ đồ sự thoái hoá base acid nucleic, base purin, base pyrimidin. 2. Trình bày được sơ đồ tổng hợp nhân purin và pyrimidin. 3. Mô tả được quá trình tổng hợp DNA, RNA. 4. Phân tích được các rối loạn chuyển hóa. Tất cả các tế bào của cơ thể sống đều có khả năng tổng hợp acid nucleic cần thiết cho tấ bào do đó không yêu cầu phải có acid nucleic trong thức ăn. Acid nucleic trong thức ăn không có ý nghóa đặc biệt đối với cơ thể. Acid ribonucleic của tế bào luôn đổi mới nhanh chóng, nó tăng trong tế bào cùng với sự tổng hợp protein. Sự đổi mới AND trong các mô thì chậm hơn nhiều, sự đổi mới xảy ra trong các tế bào đang phát triển, tế bào tái sinh. 1. THOÁI HÓA Nuclease là phosphodiesterase có trong dòch tụy. Nucleotidase là một phosphatase và nucleosidae là một phosphorylase, cả hai enzym có trong dòch ruột. Phosphat được sử dụng trở lại cho quá trình phosphoryl hóa hay được thải ra trong nước tiểu dưới dạng phosphat vô cơ. Pentose từ thức ăn tham gia đáng kể vào quá trình tổng hợp acid nucleic cho cơ thể. Base purin và pyrimidin được phóng thích trong quá trình tiêu hóa của acid nucleic phần lớn được thoái hóa và đào thải, một phần được sử dụng lại để tổng hợp acid nucleic. 1.1 Thoái hóa các base Purin Thoái hóa chính của base purin theo sơ đồ sau: người và động vật có vú thoái hóa base với hai loại phản ứng chử yếu là khử amin thủy phân và oxy hóa (hình 13.1). người, linh trưởng, chim và một số bò sát sản phẩm thoái hóa cuối cùng của base purin là acid uric và được đào thải ra nước tiểu. Nồng độ acid uric trong máu người bình thường là 3-5mg/100ml. Lượng acid uric trong nước tiểu 0,3-0,8g/24h. Lượng acid uric trong nước tiểu thay đổi theo chế độ ăn, đặc biệt tăng với chế độ ăn giàu purin (gan, thận, thòt, cua). Trong bệnh Gout, bệnh tăng bạch cầu acid uric trong máu có thể tăng đến 7-8g/100ml. Acid nucleic (DNA, RNA) Nucleotid Nucleosid Nuclease Nucleotidase Nucleosidase Base nitơ Pentose + + phosphat Hình 13.1: Thoái hóa các base nhân purin một số động vật có xương sống khác, acid uric bò thoái hóa tiếp tục thành allantoin nhờ urat oxydase. các loài cá co xương sản phẩm cuối cùng là allantoat. loài cá có sụn và động vật lưỡng cư sản phẩm cuối cùng là urê. Những động vật biển không có xương sống sản phẩm cuối cùng là NH 4 (hình1). N N N N OH HO OH C N NH 2 O H C C N C N H O H O H C N NH 2 O H H O H C N C NH 2 COO _ O H 2 N C NH 2 2 NH 4 + 4 Uricase Allantoinase Allantoicase Urease Acid Uric Allantoin Allantoat Urea GMPAMP Guanosin Adenosin Guanin O N N N NH H 2 N Xanthin N N N N OH HO Hypoxanthin N N N N OH Inosin N N N N OH Ribose H 2 O Pi H 2 O Pi H 2 O NH 3 H 2 O Ribose H 2 O Ribose H 2 O O 2 H 2 O 2 H 2 O NH 3 H 2 O 2 H 2 O O 2 NUCLEOSIDASE ADENOSIN DEAMINASE XANTHIN OXIDASE GUANIN DEAMINASE _NUCLEOTIDASE 5 ' _NUCLEOTIDASE 5 ' NUCLEOSIDASE XANTHIN OXIDASE Acid Uric N N N N OH HO OH 1.2 Thoái hóa các base pyrimidin Sự thoái hóa base pyrimidin xảy ra chủ yếu ở gan theo sơ đồ sau: Hình 13.2: Thoái hóa base nhân pyrimidin Sản phẩm thoái hóa cuối cùng của pyrimidin là urê và β–alanin (từ uracil) và β– aminoisobutyrat (từ thymin) (hình 13.2). 2. TỔNG HP 2.1 TỔNG HP NUCLEOTID Trong cơ thể nucleotid được tổng hợp theo nhu cầu phát triển của tế bào và mô, đặc biệt khi tế bào phân chia. Có hai con đường tổng hợp nucleotid là: (1) con đường tổng hợp mới, (2) con đường “tận dụng lại” bằng quá trình phosphoribosyl hóa base hay nucleosid. 2.1.1 PRPP (5’-phosphoribosyl-1-pyrophosphat) là chất trung gian có vai trò quan trọng trong tổng hợp nucleotid O N NH NH 2 Cytosin H O O NH N Dihydrouracil N NH H O O Uracyl NH 2 CO NH CH 2 CH 2 COOH _Ureidopropionic b NH 2 CO NH CH 2 CH 2 COOH CH 3 CH 3 N NH H O O Dihydrothymin CH 3 N NH H O O Thymin _Ureidoisobutyric b NH 2 CH 2 CH 2 COOH b _Alanin CH 3 NH 2 CH 2 CH 2 COOH b _Aminoisobutyric NH 3 Ure PRPP được tạo thành từ ribose-5-phosphat và adenosin triphosphat (ATP). Ribose-5-phosphat + ATP → PRPP + AMP Nguồn ribose-5-phosphat được cung cấp từ quá trình chuyển hóa glucose hay từ quá trình thoái hóa nucleosid. PRPP được sử dụng cho cả quá trình tổng hợp mới và quá trình tận dụng lại. Nồng độ PRPP trong tế bào luôn được điều hòa và thường ở mức thấp, quá trình tổng hợp PRPP được xúc tác bởi PRPP synthetase và cần Pi. Bình thøng nồng độ Pi trong tế bào ở mức thấp nên hoạt động PRPP synthetase thấp, nhưng khi Pi tăng thì hoạt động enzym tăng đáng kể. Ngược lại ADP ức chế hoạt động PRPP synthetase. 2.1.2 Tổng hợp mới nucleotid nhân purin Nguồn cacbon và nitơ để tổng hợp nhân purin. Nguồn này là glutamin, glycin, aspartat, cacbon dioxid, và cacbon của folat. Nhân purin được tổng hợp trên một phân tử PRPP (hình 3) Hình 13.3: Nguồn cacbon và nitơ dùng tổng hợp nhân purin Tổng hợp inosin 5’-monophosphat (IMP). IMP được tổng hợp qua 11 bước và sử dụng 6 liên kết phosphat giàu năng lượng (hình 13.4). Đây là quá trình tốn nhiều năng lượng. Tổng hợp AMP và GMP từ IMP. Từ IMP qua quá trình gắn thêm nhóm amin của aspartat cho AMP. Cũng từ IMP qua quá trình oxy hóa và gắn thêm nhóm amin của glutamin cho GMP. Về mặt năng lượng thì GTP được sử dụng cho quá trình IMP→AMP và ATP được sử dụng cho quá trình IMP→GMP. Cơ chế này giúp cân bằng lượng nucleotid adenin và guanin (hình 13.5). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 N C NH C N C N GlycinAspartat Amin của glutamin CO 2 (từ hệ hô hấp) _Methenyl_ tetrahydrofolat N ,N 5 10 _Formyl tetrahydrofolat N 10 Hình 13.4. Quaù trình toång hôïp inosin trong quaù trình toång hôïp nhaân purin Hình 13.5: Tổng hợp AMP và GMP từ IMP Điều hòa quá trình tổng hợp mới nucleotid bằng cơ chế ức chế ngược (feedback). Hai enzym xúc tác của hai phản ứng đầu tiên trong quá trình tổng hợp IMP là PRPP synthetase và PRPP amidotransferase bò ức chế ngược bởi IMP, GMP và AMP (hình 6). Giai đoạn tổng hợp adenylosuccinat từ IMP bò ức chế bởi AMP và giai đoạn tổng hợp XMP bò ức chế bởi GMP (hình 13.6). OOC C C H COO _ _ H O H P N CH N C N R_ O 5 HN C H P N CH N C N R_ O 5 HN C NH OOC C H 2 C H COO _ _ H P N CH N C N R_ O 5 C NH 2 N O P N CH N C N R_ O 5 HN C O OOC C H 2 C H NH 3 COO + _ _ O P N CH N C N R_ O 5 HN C H 2 N ATP GTP H 2 O H 2 O NAD + NADH H + Glutamin Glutamat Aspartat Mg 2 + (IMP) Inosin monophosphat (AMPS) Adenylosuccinat (AMP) Adenosin monophosphat (XMP) Xanthosin monophosphat (GMP) Guanosin monophosphat 12 O 15 O 14 O 13 O ADENYLOSUCCINAT SYNTHASE ADENYLOSUCCINASE IMP DEHYDROGENASE TRANSAMIDINASE Hình 13.6: Điều hòa tổng hợp AMP và GMP 2.1.3 Con đường “tận dụng lại” nguồn nucleosid hay base nitơ để tổng hợp nucleotid nhân purin Từ nguồn base purin của quá trình thoái hóa nucleotid: có hai enzym chuyên biệt xúc tác quá trình vận chuyển ribose phosphat từ PRPP sang base purin tự do. Hypoxanthin-guanin phosphoribosyltransferase xúc tác quá trình tạo nucleotid từ base guanin hay hypoxanthin, và enzym bò ức chế bởi IMP hay GMP. Adenin phosphoribosyl transferase xúc tác giai đoạn tạo AMP từ adenin (hình 7). Từ nucleosid. Nucleosid được phosphoryl hóa bởi nucleosid kinase thành nucleosid 5’- monophosphat. Tuy nhiên con đường này không quan trọng ở động vật có vú. Nucleosid kinase ở động vật có vú chỉ có adenosin kinase. AMP O _ GMP O _ IMP GMP O _ AMP O _ O _ PRPP 5 _Phosphoribosylamin Ribose_ _phosphat 5 IMP XMP GMP Adenylosuccinat AMP IMP GMP O _ AMP O _ O _ RIBOSE PHOSPHAT PYROPHOSPHOKINASE (PRPP SYNTHASE) PRPP GLUTAMYL AMIDOTRANSFERASE ADENYLOSUCCINAT SYNTHASE IMP DEHYDROGENASE ADENYLOSUCCINASE TRANSAMIDINASE Hình 13.7: Con đường tận dụng lại base nitơ để tổng hợp nucleotid Gan là nơi tổng hợp và cung cấp chính base nhân purin và nucleosid nhân purin cho quá trình phosphoribosyl hóa ở các tổ chức không có khả năng tổng hợp mới nucleotid. Ví dụ như não, hồng cầu và bạch cầu đa nhân sử dụng nguồn base purin để tạo nucleotid purin chứ không tổng hợp nhân purin. 2.1.4 Tổng hợp mới nhân pyrimidin Nguồn cacbon và nitơ sử dụng cho tổng hợp nhân pyrimidin. Nguồn này gồm glutamin, aspartat và cacbon dioxid. Khác với purin, nhân pyrimidin không được tổng hợp từ PRPP mà sau khi tổng hợp hoàn chỉnh nhân pyrimindin mới kết hợp với PRPP tạo nucleotid (hình 13.8). Hình 13.8: nguồn cacbon và nitơ sử dụng tổng hợp nhân pyrimidin Adenin N N N NH NH 2 O N N N NH Hypoxanthin Guanin O N N N NH H 2 N AMP O O OH OH N N N N NH 2 H 2 C P O O N N N N O O OH OH H 2 C P O IMP O O OH OH H 2 C P O O N N N N H 2 N GMP PRPP PPi PPi PRPP PPiPRPP ADENIN PHOSPHORIBOSYL TRANSFERASE HYPOXANTIN_GUANIN PHOSPHORIBOSYL TRANSFERASE HYPOXANTIN_GUANIN PHOSPHORIBOSYL TRANSFERASE Carbamyl phosphat Aspartat N N 1 2 3 4 5 6 Tổng hợp uridin 5’-monophosphat (UMP). Giai đoạn đầu tiên là tổng hợp carbamoyl phosphat. Carbamoyl phosphat được tổng hợp trong tế bào chất từ glutamin và cacbon dioxid, ngoài ra carbamoyl phosphat còn được tổng hợp ở ty thể tế bào gan (chất trung gian của quá trình tổng hợp ure) (hình 13.9). Từ UMP tổng hợp CTP và dTMP Từ UMP đến CTP qua hai giai đoạn: (1) chuyển UMP thành UTP nhờ phosphat kinase, (2) nhóm amino của glutamin kết hợp UTP cho CTP (hình 9). Để tổng hợp dTMP nhờ enzym ribonucleotid reductase khử UDP thành dUDP, tiếp theo enzym thimidylat synthase xúc tác chuyển nhóm methyl của N 5 ,N 10 methyltetrahydrofolat để tạo TMP (hình 13.9). Hình 13.9: Tổng hợp nhân pyrimidin Điều hòa sinh tổng hợp nucleotid pyrimidin Nucleotid pyrimidin ức chế ngược enzym aspartat transcarbamoylase và dihydro orotase. _ O O CH 2 C H COO C _ N H C O H 2 N HN N O O COO H O O CH 2 C H COO C H 3 N _ _ + H 3 N C O O O P + O P R 5 HN N O O COO CO 2 + Glutamin + ATP Carbamoylphosphat synthase II Aspartat transcar bamoylase Dihydro orotase Dihydroorotat dehydrogenase Orotat phosphoribosyl transferase Orotidylic acid decarboxylase Ribonucleotid reductase Thymidylat synthase CTP synthase O CH 2 C H COO C N H C O HN O P R 5 HN N O O 1 2 3 4 5 6 Carbamoyl phosphat (CAP) Aspartic acid Carbamoyl aspartic acid (CAA) Dihydroorotic acid (DHOA) Orotic acid (OA) OMPUMP UDP UTP CTP dUDP dUMP TMP CH 3 O P R 5 HN N O O R 5 O P O P O P NH 2 N N O Glutamin NADPH H + NADP + H 2 O Pi PPi PRPP CO 2 NAD + NADH H + Pi H 2 O ADP ATP ADP ATP ATP Methyl H 4 folat N 5 ,N 10 H 2 folat 11 O 10 O 9 O 8 O 7 O 6 O 5 O 4 O 3 O 2 O O 1 12 O 1 2 3 4 5 6 [...]... ribonucleotid Các deoxyribonucleotid được tạo thành do quá trình khử bởi ribonucleotid reductase là dADP, dCDP, dGDP, dUDP Riêng dTMP được tạo từ dUMP với xúc tác của thymidylat synthase 2.2 TỔNG HP ACID NUCLEIC 2.2.1 TỔNG HP DNA Tổng hợp DNA là một quá trình tái bản xảy ra ở hầu hết tế bào và đặc biệt phức tạp ở tế bào có nhân Quá trình này được nghiên cứu đầu tiên ở mức enzym bởi Kornberg Qua nghiên . tổng hợp acid nucleic cần thiết cho tấ bào do đó không yêu cầu phải có acid nucleic trong thức ăn. Acid nucleic trong thức ăn không có ý nghóa đặc biệt đối với cơ thể. Acid ribonucleic của tế. acid nucleic cho cơ thể. Base purin và pyrimidin được phóng thích trong quá trình tiêu hóa của acid nucleic phần lớn được thoái hóa và đào thải, một phần được sử dụng lại để tổng hợp acid nucleic. 1.1. CHƯƠNG 13 CHUYỂN HÓA ACID NUCLEIC MỤC TIÊU 1. Viết được sơ đồ sự thoái hoá base acid nucleic, base purin, base pyrimidin. 2. Trình bày được sơ đồ tổng