nang luong sinh hoc 2012 p8

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 t[r]

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 Sinh tổng hợp purine và pyrimidine là sống còn cho tế bào vì các phân tử này dùng để tổng hợp ATP, số cofactor, acid ribonucleic (ARN ), acid deoxyribonucleic (ADN ) và các thành phần quan trọng khác tế bào Hầu hết vi sinh vật có thể tổng hợp các Purine và pyrimidine cho thân vì các chất này có vai trò định chức tế bào Purine và pyrimidine là các bazơ nitrogen vòng chứa số nối đôi và có các đặc tính thơm rõ rệt Purine gồm vòng nối với nhau, còn pyrimidine có vòng Trong vi sinh vật thường gặp các purine adenin và guanin và các pyrimidine uracyl, xitozin và thymine Một base purine pyrimidine nối với đường pentose (ribose deoxyribose) là nucleoside Một nucleotide là nucleoside nối với trên nhóm phosphate liên kết với đường Tổng hợp các bazơ purin Gốc purine tạo từ nhiều thành phần khác nhau: CO2, axit aspatic, glycine, fomate, glutamine Trong quá rình tổng hợp purine xảy đồng thời quá trình tổng hợp nucleotit Tóm tắc kết quá trình đó sau Tổng hợp các bazơ purin Con đường sinh tổng hợp các purine là thứ tự phức tạp gồm 11 bước đó phân tử khác góp phần vào khung purine cuối cùng Vì đường mở đầu với ribo-5phosphate và khung purine kiến trúc trên đường này nên sản phẩm purine đầu tiên đường là nucleotide acid inosinic không phải là base purine tự Trong sinh tổng hợp purine cofactor acid folic đóng vai trò quan trọng Các dẫn xuất acid folic đóng góp carbon và vào khung purine Trên thực tế, thuốc sulfonamide kìm hãm sinh trưởng vi khuẩn là ức chế tổng hợp acid folic Điều này ảnh hưởng đến sinh tổng hợp purine và các quá trình khác cần acid folic Tổng hợp các bazơ purin Một số vi sinh vật khử triphosphate nhờ hệ thống cần cofactor vitamine B12 Số khác, E coli, lại khử ribose nucleoside diphosphate Cả hai hệ thống sử dụng protein nhỏ chứa S gọi là thioredoxin làm tác nhân khử.Sinh tổng hợp adenosine monophosoahte và Guanosine Monophosphate Tổng hợp các bazơ purin Một acid inosinic đã tạo thành, các đường tương đối ngắn tổng hợp adenosine monophosphate và guanosine monophosphate (Hình 18.22) và sản nucleoside diphosphate và triphosphate cách chuyển phosphate từ ATP ADN chứa deoxyribonucleotide (ribose thiếu nhóm hydroxyl trên C2) thay cho ribonucleotide gặp ARN Các deoxyribonucleotide xuất từ khử các nucleoside diphosphate nucleoside triphosphate qua hai đường khác Tổng hợp các bazơ purin Tổng hợp các bazơ purin Riboso 5P +2.glutamine + glycine + CO2 + 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 nucleotit purine còn có thể tổng hợp trực tiếp từ base purin và phosphoriboso – pyrophosphat (PRPP) Adenine + PRPP AMP + P-P 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 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 hypoxanthin và guanin, còn xanthin và axit uric không có hiệu nghiệm Phản ứng thứ chuỗi tổng hợp purin xúc tác enzim glutaminphosphoribosylpirophosphatamidotransferase Glutamin+P-P-Ribose-P+H2OGlutamat+P-P+5’phosphoribosylamin Điều hòa tổng hợp các bazơ purin Enzym này bị kiềm hãm có hiệu lực ATP và ADP, các sản phẩm cuối cùng xa hệ thống sinh tổng hợp và ít bị kìm hãm GMP, GDP, IMP đồng thời có thể phản kìm hãm cạnh tranh phosphoribosylpyrophosphat Tổng hợp các bazơ pyrimidine Sinh tổng hợp pyrimidine mở đầu với acid aspartic và cacbamoyl-phosphate (một phân tử cao tổng hợp từ CO2 và ammonia) Aspartate cacbamoyltransferase xúc tác việc ngưng tụ hai chất này để tạo thành cacbamoylaspartat, sau đó chất này chuyển thành sản phẩm pyrimidine đầu tiên đó là acid orotic Sau khung pyrimidine tổng hợp, nucleotide tạo thành cách thêm vào ribo-5-phosphate nhờ tác dụng chất trung gian cao 5-phosphorusribosyl-1-pyrophosphate Tổng hợp các bazơ pyrimidine Do đó việc kiến trúc vòng pyrimidine hoàn thành trước ribose thêm vào trái với việc tổng hợp vòng Purine bắt đầu với ribo-5-phosphate Việc loại carboxyl hoá orotidine monophosphate sản uridine monophosphate và cuối cùng uridine triphosphate và cytidine triphosphate Tổng hợp các bazơ pyrimidine Tổng hợp các bazơ pyrimidine Pyrimidine thứ ba phổ biến là thymine - thành phần ADN Ribose các nucleotide pyrimidine bị khử theo cùng cách các nucleotide purine Sau đó deoxyuridine monophosphate methyl hoá với dẫn xuất acid folic để tạo thành deoxythymidine monophosphate Tổng hợp các bazơ pyrimizine Khung pyrimidine tạo từ NH3, CO2, axit aspartit NH3  N Aspartic CO2  N Quá trình tổng hợp nucleotic pyrimidine xảy qua các giai đoạn sau CO2+NH3+ATPcarbamyl P carbamyl P+ axit aspartitAxit Orotic Axit Orotic+riboso5PUMPCMPTMP Tổng hợp các bazơ pyrimizine Các nucleotic pyrimidcine còn 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 Các đường tổng hợp nucleosid và nucleotid Ngoài các đường đã mô tả trên việc tổng hợp purinnucleotid và pyrimidinnucleotid có thể qua các bước nucleosid, chất này có thể tạo thành từ ribose -1’phosphat và các base tự Base +R-1’-PBase-R+P Cân phản ứng lệch phía tạo thành nucleosid Khi có desoxyribose-1’-phosphat và desoxynucleositphosphorylase xúc tác thì desoxynucleotit tạo thành Do đó ribose-1’phosphat xuất từ ribose-5’-phosphat (tiền chất) R-5’-P  R-1’-P (có xúc tác phosphoribomutase) Các đường tổng hợp nucleosid và nucleotid R-5’-P  R-1’-P (có xúc tác phosphoribomutase) Cân phản ứng chủ yếu nghiêng phía ribose 5’ phosphat Tương tự thì desoxyribose-1’-phosphat và nhờ enzym phosphodesoxyribomutase xúc tác Tổng hợp Desoxy nucleotid R-5’-P  R-1’-P (có xúc tác phosphoribomutase) Cân phản ứng chủ yếu nghiêng phía ribose 5’ phosphat Tương tự thì desoxyribose-1’-phosphat và nhờ enzym phosphodesoxyribomutase xúc tác Tổng hợp Desoxy nucleotid Trong điều kiện in-vivo, người ta thấy nhiều tế bào và mô có thể tạo thành Desoxy nucleotid cách khử ribonucleotit Việc tạo thành Desoxy nucleotid chủ yếu diễn bước nucleositdiphosphat tương ứng với tham gia NADH là chất khử Protein phân tử thấp là thioredoxin có vai trò là chất vận chuyển điện tử NADH với nucleositdiphosphat Quá trình này xúc tác thioredoxinreductase 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 dATP, dGTP và TTP, qua đó chứng tỏ sinh tổng hợp này là quá trình tự điều hòa 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 thể người thì axitnicotinic còn là vitamin Nhóm amit ddowcj dẫn đến mức nucleotit tác dụng 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 diễn tương tự 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 Sinh tổng hợp axit ribonucleic Lần đầu tiên Ochoa(1955) phát enzim polynucleotitphosphorylase tham gia tổng hợp axitribonucleic Cơ chất để tổng hợp polyribonucleotit là nucleosid -5’diphosphat, cúng liên kết và giải phóng phosphat vô 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) 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) Sinh tổng hợp axit ribonucleic Đặc điểm chung cacsenzym ARN-polymeraza là cần nucleosidtriphosphat làm 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 Sinh tổng hợp axit ribonucleic Trong quá trình tổng hợp xuất hỗn hợp ADN-ARN là sản phẩm trung gian, sau tổng hợp thì snr phẩm này tách Enzym này có vai trò định truyền thông tin mã hóa từ ADN đến ARN Điều đó chứng tỏ tổng hợp phân tử ARN nhờ enzym, có tham gia ADN khuôn mẫu định trình tự bazo Người ta gọi chung phản ứng xúc tác enzym này là “sao chép lại” ARN –polymerase phụ thuộc ADN bị kìm hãm acinomycin nồng độ thấp, vì có liên kết chất kháng sinh này với ADN khuôn mẫu, đặc biệt xảy mạnh mẽ có bazo guanin Histon có tác dụng kìm hãm enzym này, đó histon liên kết với ADN mẫu Sinh tổng hợp axit ribonucleic Người ta còn thấy E.coli-polymerase bị kìm hãm mạnh mẽ Heparin kháng sinh rifampycin Tác dụng kìm hãm heparin tính chất polianion làm phân ly phức hợp polymerase và khuôn mẫu Còn rifampycin lại liên kết chặt chẽ vào vị trí phân tử polymerase gần vị trí tổng hợp ARN Do đó ngăn ngừa tổng hợp ARN Sau ARN –polymerase sau pha xâm nhập còn xuất 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 và cúng có cấu trúc bậc phức tap Sinh tổng hợp axit ribonucleic Trong tế bào Eukaryota còn có ARN-polymerase phụ thuộc ADN , phân bố nội bào khác và cúng có cấu trúc bậc phức tạp ARN-polymerase phụ ARN có mặt tế bào động vật, thực vật và vi sinh vật Kiểu enzym này theo kiểu enzym chép “ARN-Replicase” enzym này sử dụng ARN sợi làm khuôn mẫu và tạo thành sợi kép từ đầu dương đến đầu âm Enzym này xuất sau thời gian nhiễm vi rut tế bào 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 móc nối vài đơn vị nucleotit ào đầu ARN đã kết thúc tổng hợp và dẫn đến làm Sinh tổng hợp axit ribonucleic thay đổi chuỗi ARN đã tổng hợp, đó là điều cần thiết các chức chuyên hóa ARN Trong số đó đã nghiên cứu nhiều 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 móc nối citydylic và gốc adenosin vào nhóm 3’-OH tự Bên cạnh tính chất riêng biệt này thì ARN vận chuyển hay hòa tan còn có chức lựa chọn các bazo methyl hóa Methyl hóa ARN vận chuyển thực 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 bazo methyl hóa) Sinh tổng hợp desoxy ribonucleic (ADN) Tổng hợp ADN ADN-polymerase xúc tác, sở để tổng hợp ADN là tất desosynucleotittriphosphat có ADN Ngoài phải có ADN sợi làm khuôn mẫu để tổng hợp nên sợi ADN ADN sợi cho phép hình thành từ sợi điều kiện invitro làm “nóng chảy” hay xử lý axit kiềm ADN sợi người ta đã phát vi rus ФX-174, nó coi là mẫu điển hình Ngoài mẫu này còn có tham gia enzym và 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, đó nó có tính chất chép cùng loại AND Điều định cuối cùng ổn định thông tin di truyền và truyền lại nó từ bố mẹ đến cái hay từ tế bào mẹ đến hai tế bào thông qua quá trình phân bào Sinh tổng hợp desoxy ribonucleic (ADN) Quá trình tổng hợp AND diễn theo sơ đồ đây, liên kết 3’-P-5’ tạo thành giải phóng phân tử pyrophosphat tự Sơ đồ cho thấy phân tử AND xuất nhờ chép các sợi có hướng phân cực khuôn mãu mồi, từ đó có thể kéo dài chuỗi Người ta theo dõi thấy tính phân cực có hướng đối Hướng trùng hợp sợi AND tạo thành xuất phát từ 5’-P đến 3’-OH Số lượng liên kết các thành phần bazo phản ánh các liên kết hydrogen Quá trình sinh tổng hợp ARN và AND có thể tóm tắc mô hình đây 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