TRONG CƠ THỂ THỰC VẬT
Chương 6 NUCLEIC ACID VÀ SỰ CHUYỂN HOÁ CỦA NUCLEIC ACID 6.1 Cấu trúc của nucleic acid
6.2 Sinh tổng hợp nucleic acid
6.2.1 Sinh tổng hợp nucleotide dạng purine
Quá trình sinh tổng hợp nucleotide dạng purine được bắt đầu từ -D-ribose 5-P, sản phẩm trung gian của chu trình pentosephosphate. Các nguyên tử của base có nguồn gốc từ những hợp chất khác nhau và được gắn lần lượt vào gốc ribose.
-D-Ribose-5-P P-O-CH2
HO H
O H
OH H
H OH
P-O-CH2
HO H
O H
OH H
H O –P–O–P
-D-5-P-Ribosyl-PP (PRPP) ATP AMP
P-O-CH2
H O NH2
H
H H
ATP AMP P-O-CH2
H O
H2C-NH2
O=C-NH
H H
Glycine
Amino-P Ribosyl transferase
H2O Pi
L-glutamine
L-glutamate
P-O-CH2
HO H O
H2C-NH
CHO O=C-NH
OH H
H H
5-Phosphoribosyl N-Formylglycinamide
(FGAG) Phosphoribosyl-glycine amide
ormyltransferase
H2O THF
CH2 H N
CH N
H CH2
HC-N-R
O 10-Formyl-THF
P-O-CH2
HO H O
H2C-NH
CHO HN=C-NH
OH H
H H
5’-Phosphoribosyl N-Formylglycinamide
(FGAM) Ribosyl-formyl-glycinamide synthase
H2O
ADP + Pi
ATP L-glutamine
L-glutamate
ATP ADP + Pi
P-O-CH2
H O
H H
HOOC C– N
CH C– N H2N P-O-CH2 O
H–C– N
CH C– N H2N
CO2
Phosphoribosyl- formylglycine- Amidinecycloligase
HO H
OH H
H H
1(5’-P Ribosyl)- 5-Aminoimidazole
(AIR)
P-O-CH2
HO H O
OH H
H H
1(5’-P Ribosyl)- 5-Amino-4-(N- Succinocarboxamide)-
Imidazole COOH
O CH2
C
H–C–N C–N
H CH COOH C– N H2N
P-O-CH2
HO H O
OH H
H H
1(5’-P Ribosyl)- 5-Imidazolecarboxamine
(AICAR)
O
C
H2N C–N
CH C– N H2N Fumarate
Adenylo- Succinate lyase P-Ribosyl-
Aminoimidazole- Succinocarboxamide Synthase
ATP Aspartate
Pi
CH2
H N
CH N
H CH2
HC-N-R
O
P-O-CH2
HO H O
OH H
H H
Inosine-5’-phosphate
O
C
H2N C–N
CH HC C–N N P-O-CH2
HO H O
OH H
H H
5’P-Ribosyl-5-Formamido 4-Imidazolecarboxamine
O
C
H2N C–N
CH O=C C–N
N H H
Các nucleotide dạng purine IMP cyclo-
hydrolase H2O P-Ribosyl-Amino-
midazolecarboxamine Formyltransferase 10-Formyl-THF
THF
Hình 6.6 Các phản ứng tổng hợp purine nucleotide
Ribose 5-P được hoạt hoá bằng việc tiếp nhận một nhóm pyrophosphate, tạo nên 5- phosphoribosyl-1-1pyrophosphate (PRPP). Sau đó nhóm pyrophosphate này được thay thế bằng một nhóm amin có nguồn gốc từ glutamine, cho sản phẩm là 5- phosphoribosylamine. Phản ứng này được thực hiện do sự thuỷ phân pyrophosphate.
Đồng thời ribose ở dạng chuyển sang dạng . Enzyme ribose-P-pyrophosphokinase và amido-P-ribosyltransferase xúc tác cho hai phản ứng, là những điểm tiếp cận của các quá trình điều khiển.
Phản ứng tiếp theo là gắn thêm glycine trực tiếp vào nhóm NH2, được thực hiện do thuỷ phân ATP. Sau đó N10-formyltetrahydrofolat gắn vào một nhóm formyl. Trong một phản ứng phụ thuộc vào ATP và glutamine nhóm oxo ở C-2 được thay thế bằng một nhóm imin. ATP cung cấp năng lượng cho việc đóng vòng và biến đổi vòng imidazol thành vòng thơm 1(5’-phosphoribosyl)-5-aminoimidazol (AIR). Một phản ứng carboxyl hoá xảy ra không có biotin, tiếp nhận CO2 để tạo nên dẫn xuất carboxy. Phân tử này gắn với aspartate bằng một liên kết amide. Sau đó khung aspartate- carbon được giảm trở lại, giải phóng fumarate. Aspartate đưa vào chất tạo thành 1(5’-phosphoribosyl)-5- amino-4-imidazol-carboxamid (AICAR) chỉ nhóm amine của nó. Sự formyl hoá tiếp theo bởi N10-formyltetrahydrofolate cung cấp thành phần cuối cùng của vòng 6 cạnh.
Vòng được đóng lại bằng cách loại H2O, xuất hiện inosin-5’-phosphate. IMP không tích luỹ trong tế bào, nó được biến đổi nhanh thành adenosine- và guanisine- mononucleotide.
6.2.2 Sinh tổng hợp nucleotide dạng pyrimidine Sinh tổng hợp uridin-5’phosphate (UMP)
H2N-C - OH
O
H2N-C - OP
O
Carbamoyl-P Carbamate
HCO3-
ATP ADP + Pi
Bicarbonate Gluta- mine
Gluta- mate
ATP ADP
Pi
N-Carbamoyl-L-Aspartate CH2
C
O=C HO
C H N
H O
COOH NH2
COOH
CH2
H-C-NH2
COO H L-Aspartate
Hình 6.7 Sơ đồ tổng hợp uridine-5’phosphate (UMP)
Các nucletide dạng pyrimidine CH
C
O=C N
CH N O
P-O-CH2
HO H O
H OH H
Ortidine-5’-P Decarboxylase
Uridine-5’-Phosphate CO2
(S)-4,5-Dihydro-Orotate CH2
C
O=C HN
C H N
H O H2O
COOH
Dihydro-Orotate Dehydrogenase (màng)
CH C
O=C HN
C N O UQH2
COOH Orotate
UQ
Chuỗi hô hấp
-D-Ribose-5-P P-O-CH2
HO H
O H
OH H
H OH
P-O-CH2
HO H
O H
OH H
H O –P–O–P
CH C
O=C N
C-COOH N
O
P-O-CH2
HO H O
H OH H
H -D-5-P-Ribosyl-PP (PRPP) ATP AMP
Mg++
PPi Ribosephosphate
Pyrophophokinase
Orotate P-Ribosyl Transferase
Orotidin-5’-Phosphatate
Ở sự tổng hợp purine thành phần của vòng purine từng bước được gắn vào nhóm ribose, còn ở sự tổng hợp pyrimidine trước hết xuất hiện vòng base, sau đó ribose được gắn vào. Những nguyên tử của vòng được gắn vào từ aspartate và carbamylphosphate.
Ở sinh vật nhân chuẩn carbamylphosphate là một thành phần của chu trình ornithine, nhưng hai đường hướng phản ứng được tách ra trong không gian. Ở sự tổng hợp pyrimidine, carbamylphosphate được tạo nên trong tế bào chất (những phản ứng tiếp theo cũng xảy ra ở đây), phản ứng tương ứng của chu trình ornithine xảy ra ở ty thể.
Carbamyl-synthase tham gia vào hai quá trình có những đặc điểm khác nhau: Synthase II tham gia vào tổng hợp pyrimidine sử dụng glutamine là nguồn nitơ và không được hoạt hoá biến cấu bởi N-acetylglutamate, synthase của chu trình ornithine phản ứng và được hoạt hoá bởi NH3. Ở vi khuẩn chỉ có carbamyl-synthase typ II.
Phản ứng tiếp theo được xúc tác bởi enzyme aspartate-carbamyl-transferase, là bước xác định của sinh tổng hợp pyrimidine, ở đây có tác động của cơ chế điều khiển.
Bước tiếp theo là đóng vòng và giải phóng H2O. Sự oxy hoá tiếp theo tạo thành orotate.
Ở sinh vật nhân chuẩn dihydroorotate-oxidase, định vị ở phía ngoài của màng ty thể, chuyển chất khử đến quinone. Ở vi khuẩn enzyme gắn kết với màng và phản ứng với các quinone. Phản ứng với 5’-phosphoribosylpyrophosphate (PRPP) dẫn đến sự kết hợp với ribose, PPi được giải phóng ra. Bước cuối cùng của sinh tổng hợp uridin-5-P là khử carboxyl hoá orotidine-5-P.
Pyrimidine-mononucleotide được biến đổi thành di- và triphosphate bằng sự phosphoryl hoá. Uridin-5’-triphosphate (UTP) được amine hoá bằng glutamine (ở động vật có vú) hoặc NH4+
(ở E.coli) trong một phản ứng cần ATP, tạo thành cytidin-5’-triphosphate (CTP). Phản ứng amine hoá này tương tự phản ứng biến đổi của xanthosin-5’- phosphate, tuy nhiên Pi được giải phóng thay vì PPi.