Chuyển hóa acid nucleic Trường Đại học Y Khoa Huế

CHUYỂN HOÁ ACID NUCLEIC 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

CHUYỂN HOÁ ACID NUCLEICTRƯỜNG ĐẠI HỌC Y KHOA HUẾ

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

MONONUCLEOTID

MONONUCLEOTID

trình phosphoryl hóa hoặc đào thải dưới dạng muối phosphat.

chuyển hóa của glucid.

phẩm là acid uric, urê

Nucleoprotein Protein thuần Acid nucleic

(Histon protamin) (Polynucleotid)

3 Thoái hóa các base có nitơ

hypoxanthin và xanthin bởi adenase, guanase

uric bởi xanthin oxydase

desaminase tạo inosin rồi oxy hóa

cho hypoxanthin và cuối cùng là acid uric.

xảy ra chủ yếu ở gan và chưa biết rõ

3.1 Thoái hóa base loại purin

Adenosin Adenin Guanin

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

O

N N

N N

N NH N

O

N N

N N

N N O

O

N HN

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

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

C H 3

Aminoisobutyrat

II TỔNG HỢP ACID NUCLEIC

Acid nucleic được tổng hợp từ các

1.1 Tổng hợp ribonucleotid có base purin

 Nguyên liệu

N

N

N N

3 4

5

8 9

Ribose-5'- P 5'-Phosphoribosyl-1-pyrophosphat

(PRPP)

Gln

Glu PPi

- Giai đoạn 2 :

Tạo nhân imidazol của purin.

NH 2

H 2 C C NH O

R 5'- P

N

H 2 C C NH O

FormylGlycinamidin Ribosyl- 5'- P Aminoimidazol Ribosyl- 5'- P

H-CHO

N

H 2 C C N R

HN HC

CH 2

O

5'- P HOOC

R

H 2 N O

C HN

5-Amino-4-carboxamid imidazol ribosyl-5'- P

5-Formamido-4-carboxamid imidazol ribosyl-5'- P

CO 2 +Asp Biotin ATP, Mg ++

Kinosynthetase

Fumarat Adenylo-Succinase

H-CHO

f 10 FH

4

CH O

C

C N CH

N

N C

R

H 2 N O

- Giai đoạn 4 : 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

C

R C

C

R

O C

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:

 Hypoxanthin + PRPP acid inosinic + PPi

1.2 Tổng hợp ribonucleotid có base

pyrimidin

Quá trình này gồm 2 giai đoạn:

và aspartat tạo thành orotat.

rồi bị khử carboxyl tạo thành uridin monophosphat (UMP).

- Giai đoạn I : 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 HO

H

N C

N C

C

O H

H

H N

H 2 O Dihydro Orotase

NADH + H + NAD + Dihydro Orotat Dehydrogenase

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

Orotat

N C

N C

C

O H

H

N C

N C

C

O H

R 5 P

UDP UTP

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

Thymidin Synthetase

CH 3

Cytidin-5'-monophosphat (CTP)

N C

N C

C

O

O H

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

ATP ADP dNDP dNTP

Nucleosid di  Kinase

nhóm OH ở vị trí 3’ của ADN mồi để kéo dài theo hướng 5’ - 3’.

khuôn

S ự tâi bản bân tồn của ADN

ADN mồi, Mg ++

(dNMP ) n + dNTP (dNMP) n + 1 + Ppi Enzym

dNMP: deoxyribonucleotid 5’mono - 

dNTP: deoxyribonucleotid 5’ tri- 

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

 * 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

3 TỔNG HỢP ARN

tri phosphat và enzym tổng hợp ARN polymerase

3.1 Quá trình tổng hợp

 3.1.1 ARN polymerase phụ thuộc ARN

(replicase: enzym tái bản)

-Đây là sự nhân đôi ARN của virus trong tế bào chủ trong quá trình nhiễm trùng:

ARN (+) của virus dùng làm khuôn để tổng hợp sợi ARN (-) bổ sung và xoắn kép với ARN (+) rồi từ ARN (-) lại làm khuôn tổng hợp ARN (+) của virus.

 ARN mồi, Mg ++

n 1 ATP + n 2 GTP + n 3 CTP + n 4 UTP

ARN polymerase

 

[(AMP)n 1 - (GTP)n 2 - (CMP)n 3 - (UMP)n 4 ]

+ (n 1 + n 1 + n 1 + n 1 ) PPi

A.12A: UNIVERSAL GENETIC CODE

TTT Phe F TCT Ser S TAT Tyr Y TGT Cys C

TTC Phe F TCC Ser S TAC Tyr Y TGC Cys C

TTA Leu L TCA Ser S TAA Stop * TGA stop *

TTG Leu L TCG Ser S TAG Stop * TGG Trp W

CTT Leu L CCT Pro P CAT His H CGT Arg R

CTC Leu L CCC Pro P CAC His H CGC Arg R

CTA Leu L CCA Pro P CAA Gln Q CGA Arg R

CTG Leu L CCG Pro P CAG Gln Q CGG Arg R

ATT Ile I ACT Thr T AAT Asn N AGT Ser S

ATC Ile I ACC Thr T AAC Asn N AGC Ser S

ATA Ile I ACA Thr T AAA Lys K AGA Arg R

ATG Met M ACG Thr T AAG Lys K AGG Arg R

GTT Val V GCT Ala A GAT Asp D GGT Gly G

GTC Val V GCC Ala A GAC Asp D GGC Gly G

GTA Val V GCA Ala A GAA Glu E GGA Gly G

GTG Val V GCG Ala A GAG Glu E GGG Gly G

A.12B: VERTEBRATE MITOCHONDRIAL GENETIC CODE

TTT Phe F TCT Ser S TAT Tyr Y TGT Cys C

TTC Phe F TCC Ser S TAC Tyr Y TGC Cys C

TTA Leu L TCA Ser S TAA Stop * TGA Trp W

TTG Leu L TCG Ser S TAG Stop * TGG Trp W

CTT Leu L CCT Pro P CAT His H CGT Arg R

CTC Leu L CCC Pro P CAC His H CGC Arg R

CTA Leu L CCA Pro P CAA Gln Q CGA Arg R

CTG Leu L CCG Pro P CAG Gln Q CGG Arg R

ATT Ile I ACT Thr T AAT Asn N AGT Ser S

ATC Ile I ACC Thr T AAC Asn N AGC Ser S

ATA Met M ACA Thr T AAA Lys K AGA Stop *

ATG Met M ACG Thr T AAG Lys K AGG Stop *

GTT Val V GCT Ala A GAT Asp D GGT Gly G

GTC Val V GCC Ala A GAC Asp D GGC Gly G

GTA Val V GCA Ala A GAA Glu E GGA Gly G

GTG Val V GCG Ala A GAG Glu E GGG Gly G

A.12C: INVERTEBRATE MITOCHONDRIAL GENETIC CODE

(DROSOPHILA)

TTT Phe F TCT Ser S TAT Tyr Y TGT Cys CTTC Phe F TCC Ser S TAC Tyr Y TGC Cys CTTA Leu L TCA Ser S TAA Stop * TGA Trp WTTG Leu L TCG Ser S TAG Stop * TGG Trp WCTT Leu L CCT Pro P CAT His H CGT Arg RCTC Leu L CCC Pro P CAC His H CGC Arg RCTA Leu L CCA Pro P CAA Gln Q CGA Arg RCTG Leu L CCG Pro P CAG Gln Q CGG Arg RATT Ile I ACT Thr T AAT Asn N AGT Ser SATC Ile I ACC Thr T AAC Asn N AGC Ser SATA Met M ACA Thr T AAA Lys K AGA Ser SATG Met M ACG Thr T AAG Lys K AGG Ser SGTT Val V GCT Ala A GAT Asp D GGT Gly GGTC Val V GCC Ala A GAC Asp D GGC Gly GGTA Val V GCA Ala A GAA Glu E GGA Gly GGTG Val V GCG Ala A GAG Glu E GGG Gly G

A.12D: FLATWORM MITOCHONDRIAL GENETIC CODE

TTT Phe F TCT Ser S TAT Tyr Y TGT Cys CTTC Phe F TCC Ser S TAC Tyr Y TGC Cys CTTA Leu L TCA Ser S TAA Stop * TGA Trp WTTG Leu L TCG Ser S TAG Stop * TGG Trp WCTT Leu L CCT Pro P CAT His H CGT Arg RCTC Leu L CCC Pro P CAC His H CGC Arg RCTA Leu L CCA Pro P CAA Gln Q CGA Arg RCTG Leu L CCG Pro P CAG Gln Q CGG Arg RATT Ile I ACT Thr T AAT Asn N AGT Ser SATC Ile I ACC Thr T AAC Asn N AGC Ser SATA Ile I ACA Thr T AAA Asn N AGA Ser SATG Met* M ACG Thr T AAG Lys K AGG Ser SGTT Val V GCT Ala A GAT Asp D GGT Gly GGTC Val V GCC Ala A GAC Asp D GGC Gly GGTA Val V GCA Ala A GAA Glu E GGA Gly GGTG Val* V GCG Ala A GAG Glu E GGG Gly G

Note: Asterisks (*) indicate initiation and termination codons used in platyhelminths.

Tổng hợp protein

G A G U A G U U G U

U GA G A UGU G U G C C

U GCGA G C U

U CGGU

A G A GGUU U

GC

GUG

o

o

G U G C G U G U G A U A U G

GU A AA A U CG U A G C

G U UAU U

G A GA

G G U GUGUU G C C G C G A G

o

o

U A U C G U U G U

A AG G A UGU U G C U

G U CGU G C G

G UGG

G U A U GUUG U C G G A G

AG

o

o

U U G A G U G C A G A G U

UU AU G GGU G U G U

U AGGA C U

G UU A

G A C AU U A U G U C C A G

Co

o

C G G G U G C U A G A

UU AA A G UUU G A U

C U UAU C

A A GA

A U C U GGUG A U U C G

o

o

U C U C A G C U G A G U

U U AA A G CGU U G U U

G A AGA

GC

GA A

GU

A C A GAAU G U G U G G A

o

o

G A G A U G U G UU G U G C

G C UA

GA

G A U U

G G G CU UUGU G C C G U C C

o

o

G C G U G U G U U G

U G A A G A

U G AAG U A U U U

U C A U AU UUAU A G A G C C G C

o

o

G G G U G U U G U U

U U UAG A A UU C U G C U

U GUAG C

G AG G U

G G U UUUG C G C C C A

o

o

U U U G U G U A G U

UA AA A C CGUG A U

G UGGU G U G

G AGAG

U U C UGUG A G C G G G A

o

o

G U U G U G U U A G

U U AG U A UU U G U U

U C CA

GUG

GGGU

C U A GAUA G U

U U UA C A UA A G U

U U CGU G U G

G AGUG

G G U CU A U C G A C U G A A

o

Alanine (A)

Arginine (R)

Asparagine (N)

Aspartate (D) Cysteine (C)

Glutamine (Q)

Glutamate (E)

Glycine (G) Histidine

(H)

Isoleucine (I) Leucine (L1)

Leucine (L2) Lysine (K)

Methionine (M)

Phenylalanine

(P) Proline (F)

Serine Serine

(S1) (S2)

Threonine (T)

Tryptophan (W) Tyrosine (Y)

Valine (V)

o

A U G U U G U U A G U

UU AG U G CG U G G A U

G U AGC U U

G AGGU

A G

C G UUU G U U G C A G A G

o

oU

G U U G A A C G A UUG G GUA G U

U CGGC G U

G A UUG

A A U GUUA U C A C

Ao

o

A A G A G U G C A G A

AU AU G GGUG U

U A AGC G U A

A A UA

G G GGUUG C C C G U G U G

o

o

G A G A G U G U A G U G

U U UAA A C UG U G U G U

C A UGU C

UA AAA

A C G AUUG U C U U

o

o

A G U G A C G U A U

U GG A C UGU C G U U

U C AAA A G

G A GGU

G G C UUUG U G U G C G

o

o

G C G A U A G U U U G

U AG A A UU C C G U U

U A CGC A G

G G GGA

G A A GUUU U G U G C A

o

o

C G U G G C G C G U UAG C A G G U A U G U

G A UAG U

A UAGU G

A G A GUUU U G U G U

o

o

A G A G C G U G A G C GUG C G UA U A U

G C AAG U UUAU

G G U A UUUG A G C C C G C U

o

o

U G U G U G U G U G U GGG C A UAU A G U

U UGGU A A GGGGU

A A U UUGA G U G C A A

o

o

C G U UA G U G U U A G

A AG A A UGC U G C U

U GGGG U G

G AGGU

C U C U GGUG A G U G C G

DỊCH MÃ

RIBOSOME

(polysome)

Sự nhân đôi của virus trong tế bào

chủ

3.1.2.ARN polymerase phụ thuộc ADN

(transcriptase: enzym sao chép)

monophosphat trong ARN là một quá trình sao chép bởi vì các thông tin di truyền chứa trong ADN được sao chép sang ARN.

của tế bào (ARNr, ARNt, ARNm) từ các ribonucleotid triphosphat giải phóng pyrophosphat, phản ứng cần ADN làm khuôn, các base của ARN tổng hợp bổ sung với một trong hai chuỗi của ADN và phát triển theo hướng 5’ - 3’.

Sự tổng hợp ARN với ADN mồi

ADN, Mg ++

 n 1 ATP + n 2 GTP + n 3 CTP + n 4 UTP

ARN polymerase

[ (AMP)n 1 - (GMP)n 2 - (CMP)n 3 - (UMP)n 4 ] + (n 1 + n 2 + n 3 + n 4 )Ppi

3.2 Chất ức chế sự tổng hợp ARN

Polymerase

ở tế bào có nhân (đây là cơ chế nhiễm độc của nấm độc Amanita phalloides)

Rifampicin gắn vào chuỗi bêta, được dùng để điều trị lao

3.3 Sự hoàn thiện ARN sau sao chép

 Các ARN sau khi được tổng hợp theo

quá trình sao chép là những phân tử

ARN sơ cấp, còn gọi là phân tử tiền

ARN Các phân tử này phải qua một quá trình hoàn thiện để tạo thành các ARN trưởng thành hay ARN hoàn thiện.

 Sự hoàn thiện các ARN gồm các giai

đoạn:

3.4 Sao chép ngược ADN từ

ARN/virus

tham gia trực tiếp vào sự tổng hợp ADN gọi

là sao chép ngược:

ARN virus ( có khoảng 10 000 nucleotid) và enzym đi vào tế bào chủ Enzym sao chép ngược xúc tác sự tổng hợp ADN bổ sung

trên ARN virus tạo thành phân tử lai

ARN-ADN.

tế bào chủ Bằng cơ chế này một số

Retrovirus gây ra ung thư, như Rous sarcom virus (còn gọi là Avian Sarcom Virus).

3.5 Sự sao chép ngược của HIV

 - Virus gây thiếu hụt miễn dịch ở người

(Humain Immunodeficiency Virus: HIV),

nguyên nhân của hội chứng thiếu hụt miễn dịch (Acquired Immune Deficiency

Syndrome:AIDS) do Retro Virus, được phân lập năm 1983.

gen Env chịu sự đột biến rất nhanh, đồng thời sự sao chép ngược của HIV gấp 10 lần các sự sao chép đã biết.

 Lợi dụng tính chất này người ta đã tìm ra một loại thuốc gây đột biến trong quá

trình sao chép ngược của HIV để điều trị

nhiễm HIV.

3.6.Thuốc điều trị HIV

của thymin:

(3’-Azido 2’, 3’- Dideoxythymin).

HIV, AZT Triphosphat gắn vào enzym như một chất ức chế cạnh ranh với

dTTP AZT lại có ái lực cao hơn dTTP AZT có thể gắn vào đầu 3’ của chuỗi ARN, nhưng vì AZT không có nhóm OH

ở 3’ tự do, chuỗi ARN đến đó sẽ bị

dừng không kéo dài thêm nữa

tương tự là DDI (Dideoxyinosin)

Thuốc điều trị HIV

O

CH 2 HO

III RỐI LOẠN CHUYỂN HÓA

ACID NUCLEIC

 Bình thường acid uric trong máu khoảng 3 - 7mg/100ml (190- 420 µ mol/l), trong nước tiểu khoảng 0,3 - 0,8g/24giờ, ít thay đổi trong cùng một người nhưng thay đổi theo chế độ ăn,

ăn nhiều purin (gan, thận ) lượng acid uric trong nước tiểu tăng.

 Trong trường hợp thiếu enzym tổng hợp nucleotid: Phospho-Ribosyl Transferase các base purin thoái hóa nhiều tạo acid uric, do đó acid uric trong máu tăng.

4 SỰ SỬA CHỮA ADN

 4.2.Các hệ thống sửa chữa: do hàng loạt enzym, protein:

Sự tăng acid uric do bệnh lý

 Trong bệnh tăng bạch cầu, bệnh goutte lượng acid uric trong máu tăng 7 - 8mg/100ml, đặc biệt trong bệnh goutte đồng thời với sự tăng nồng độ acid uric trong máu và nước tiểu, có sự lắng đọng tinh thể urat ở sụn, bao gân, túi nháy của các khớp, đôi khi còn có trong thận, da và

cơ Xung quanh urat kết tinh là tổ chức viêm hình các hạt goutte bao quanh mô chết, thường gặp ở các khớp gây viêm khớp mãn tính.

Sự tổn thương do tia tử ngoại:

Các base bị khử amin, xúc tác bởI enzym thuỷ phân tự phát: AG, Hypoxantin, CU

N N

O O

O P

O

OH

N O

O O

O P

O

OH O

Các hoá chất gây nên sự amin:

Guanin Xantin

N N

NH 2

O

R

N N O

R

O Cytosin Uracil

N N

N N

NH 2

R

N N

N N O

N N O

R HO

N N

N N O

R

NH 2

Sự metyl hoá do hoá chất: Dimetyl sulfat

N

N

N

N R

Guanin 6-O-Metyl Guanin

Tạo liên kết đồng hoá trị do tia tử ngoại tạo nên cấu trúc dime: T=T

Ánh sáng mặt trờI tạo ra liên kết

O O

P

N

O O

O

O N

P