TÀI LIỆU HÓA HỌC. SLIDE BÀI GIẢNG CHƯƠNG 15 - CHUYỂN HOÁ ACID NUCLEIC

MỤC TIÊU
1. Viết được sơ đồ sự thoái hóa acid nucleic, base CHUYỂN HÓA
purin và base pyrimidin ACID NUCLEIC
2. Trình bày được các bước trong quá trình tổng hợp
purin và pyrimidin nucleotid
3. Mô tả được sự tổng hợp ADN
4. Mô tả được sự tổng hợp ARN
5. Giải thích được một số rối loạn chuyển hóa acid nucleic. # 1
THOÁI HÓA ACID NUCLEIC Base N + Pentose
1.1. Sơ đồ tổng quát Acid nucleic (ADN, ARN) H2O Nuclease
(phosphodiesterase) Purin Pyrimidin Nucleotid Pvc Nucleotidase
(phosphatase) Nucleosid Acid uric NH3 , CO2 Nucleosidase (phosphorylase) Base N + Pentose Urê # #
1.2. Thoái hóa base purin Xanthin oxidase oxidase Xanthin ADA deficiency (ADA) H nucleosidase Xanthin oxidase
Tất cả các purin nucleotid đều thoái hóa tạo acid uric
(nhưng có thể không dừng lại ở đó!) #
2 loại phản ứng chủ yếu: khử amin thuỷ phân và oxy hoá # Người Chim Acid uric NT Một số bò sát
• Sản phẩm thoái hóa cuối cùng của purin khác nhau giữa các Sản phẩm loài.
Thoái hóa cuối cùng
Uric Acid  Allantoin  Allantoic Acid  Urea  Ammonia Một số bò sát khác Đa số ĐV có vú
• Ở đa số các loài ĐV có vú, acid uric được chuyển thành
Alantoin(allantoatureaNH3)
allantoin tan trong nước nhờ uricase. Nhuyễn thể
• Ở người, thiếu uricase nên sản phẩm cuối cùng của thoái hóa purin là acid uric.
• Lượng acid uric thay đổi theo chế độ ăn, đặc biệt tăng với Uricase uricase
chế độ ăn giàu purin (gan, thận, thịt, cua…). # # • Bình thường:
-Acid uric/máu  3 – 6 mg%
-Acid uric /NT  500-800 mg/ 24 giờ
• Bệnh “gút” (goutte, gout, thống phong):
 Acid uric/máu : >10mg%  15-20mg%
 Có tinh thể Natri Urat ở sụn, xương …đặc biệt là các khớp 
Viêm khớp cấp; ở đường tiểu  Sỏi đường tiểu.
 Yếu tố nguy cơ: chế độ ăn giàu purin, uống rượu bia, béo phì…. # #
1.3. Thoái hóa base Pyrimidin Chủ yếu ở gan # urê #
2.1. Tổng hợp Purin và
2. TỔNG HỢP ACID NUCLEIC Purin 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.
• Quá trình tổng hợp chỉ tổng hợp các ribonucleotid.
• Các deoxyribonucleotid sau đó sẽ được tổng hợp từ các ribonucleotid tương ứng.
• Nguyên liệu: H3PO4: từ thức ăn; Ribose: từ con đường HMP 
Ribose-5- P; Base N: cơ thể tổng hợp. • Hai con đường :
• Con đường tổng hợp mới (de novo pathway) : từ những tiền chất
chuyển hóa (acid amin, ribose 5-P, CO2, NH3 )
• Con đường tận dụng (salvage pathway) : tái sử dụng base nitơ và
nucleosid tự do giải phóng từ quá trình thoái hóa acid nucleic. #
Deoxyribonucleotid được tạo thành từ ribonucleotid nhờ sự khử oxy # TH purin nucleotid từ ribose 5- phosphat 3 giai đoạn:
Gđ 1: Tổng hợp PRPP từ ribose-5-P
Gđ 2: Trải qua nhiều pư để tạo thành IMP
Gđ 3: Tạo thành AMP và GMP từ IMP # #
Sinh tổng hợp purin nucleotid
Gđ 3 : Tạo thành AMP và GMP
Những chất trung gian trong quá trình sinh tổng hợp mới purin. từ IMP Adenine ribose-P Guanine ribose-P # Adapted from LEHNINGER: P # rinciples of Biochemistry
5TH edition (2008) David L. Nelson and Michael M. Cox Publisher: W. H. Freeman 1 ĐIỀU HÒA TỔNG HỢP
TH purin nucleotid từ việc tái sử dụng base
nitơ và nucleosid tự do PURIN NUCLEOTID 2
• Gồm 3 cơ chế ức chế
ngược (ức chế enzym) ở 3 Gđ • Ở Gđ3 : IMP  AMP cần có GTP 3 IMP  GMP cần có ATP  sự tổng hợp 2 HGPRT nucleotid này có khuynh hướng cân bằng. Allopurinol allopurinol PRPP ribonucleotid bất hoạt (*) HGPRT #
Trong HC Lesch-Nyhan: hoạt tính HGPRT giảm → (*) không xảy ra # 2.2.
Dùng pp đồng vị với 14C và 15N  xác định được
Tổng hợp Pyrimidin và Pyrimidin nucleotid
nguồn gốc các nguyên tử trong nhân Purin:
 Tận dụng lại các base pyrimidin: vd: uracil  uridin  UMP nhờ
enzym uridin phosphorylase và uridin kinase
 Tổng hợp mới: 2 giai đoạn :
Khác với purin, nhân pyrimidin không
được tổng hợp từ PRPP mà sau khi tổng
hợp nhân pyrimidin mới kết hợp với PRPP
để tạo thành pyrimidin nucleotid. # # 1
UMP được tổng hợp trước rồi từ đó mới tổng hợp TMP và CTP.
Các ribonucleotid được tổng hợp trước, sau
đó mới khử Oxy ở vị trí C2’ của đường thành các deoxyribonucleotid. 2 Thiếu 2 enzym dUMP của pư 5, 6  tăng acid orotic dTMP trong nước tiểu. (giảm UMP nên giảm tổng hợp ADN và ARN, # #
trẻ bị thiếu máu và chậm phát triển) d
ĐIỀU HÒA TỔNG HỢP Tăng acid Orotic/NT và PYRIMIDIN NUCLEOTID
CTP ức chế ngược enzym aspartate tr Megaloblastic anemia 1 CTP ức chế aspartate transcarbamoylase (hình bên)
• Do khiếm khuyết enzym của 2 pư trong qt UMP ức chế CAP
tổng hợp UMP → thiếu CTP, TMP, UTP → synthase giảm sx HC . TTP không có vai trò
• Tăng bài tiết acid orotic trong nước tiểu.
trong ức chế ngược trên sự a
• Triệu chứng: chậm lớn; thiếu máu nặng nscarbamoylase. 2 tổng hợp pyrimidin ADP và GDP cũng điều
• Điều trị bằng uridin/cytidin hòa quá trình tổng hợp PRPP (pư 1 trong qt tổng hợp purin nucleotid) do
đó cũng điều hòa quá trình tổng hợp pyrimidin. # #
Nguồn gốc các nguyên tử trên Pyrimidin:
2.3. KHỬ RIBONUCLEOTID THÀNH DEOXYRIBONUCLEOTID
• Khử nhóm 2’-hydroxyl của ribonucleotid diP
• Phức hợp enzym ribonucleotid reductase # # 2.4. Tổng hợp ADN
Sự tạo thành các Nucleosid di và triphosphat: Bằng pư phosphoryl hóa (replication) S phase Qt nhân đôi ADN G1 interphase G2
Tất cả các loài đều phải Mitosis nhân đôi ADN của -prophase chúng một cách chính -metaphase -anaphase xác trước khi tế bào -telophase phân chia.
Nhân tế bào eukaryote # #
2.4.1.Sự nhân đôi bán bảo tồn
2.4.2.Cấu trúc chạc ba của ADN
Dựa trên mô hình cấu trúc xoắn đôi của ADN → giả thuyết
về cơ chế bán bảo tồn (a) của sự tổng hợp ADN: (replication fork):
Trong qt nhân đôi, 2 sợi ADN tách dần ra tạo nên cấu trúc
dạng chữ Y, vùng hoạt động này được gọi là chạc ba ADN.
Một pt ADN sẽ tạo ra 2 pt ADN giống hệt nó, mỗi pt
ADN con gồm 1 sợi của ADN mẹ (bán bảo tồn) và 1 sợi mới được tổng hợp. # #
2.4.3.Quá trình nhân đôi ADN
Quá trình nhân đôi ADN, các giai đoạn:
Ít nhất 20 enzym và yếu tố protein tham gia
1. Nhận biết điểm mở đầu và tháo xoắn
hệ thống Replicase (Replisom) hoạt động rất
tách biệt 2 sợi ADN mẹ (hệ thống Replicase)
nhanh và rất chính xác: “bộ máy nhân đôi” •
2 loại protein chính tham gia:
 Tiền chất: 4 loại dNTP: dATP, dTTP, dGTP, dCTP
ADN helicase, tách rời hai sợi
(deoxyribonucleosid 5’-triphosphat)
Protein gắn ADN sợi đơn (single  ADN khuôn
strand DNA – binding protein hay SSB
 Mg 2+ (tối ưu hóa hoạt động của men ADN
protein), giữ cho 2 sợi ADN đơn ở polymerase)
trạng thái rời nhau và ổn định. •
Quá trình này sử dụng năng lượng từ ATP # #
2. Tạo ARN mồi nhờ primase
Primase kết hợp ADN helicase tạo primosom
3.Tổng hợp hai sợi ADN mới nhờ ADN polymerase (ADN Polymerase III) -sợi dẫn, -sợi sau đoạn Okazaki
4. Loại ARN mồi nhờ ADN polymerase I. Sau đó các đoạn
ADN mới tiếp tục được kéo dài.
5. Nối những đoạn ADN mới nhờ ADN ligase # #
ADN ligase nối các đoạn Okazaki bằng liên kết phosphodieste Tổng hợp sợi dẫn chỉ cần 1 ARN mồi. Tổng hợp sợi sau cần nhiều ARN mồi và ban đầu nhiều đoạn ADN ngắn đ ư ợ c t ổ n g h ợ p ( đ o ạ n O k a z a k i ) # #
Cơ chế của sự kéo dài sợi ADN
2.4.4. Sửa chữa ADN :
• E.coli, tỉ lệ sai sót 1/109 – 1010 nucleotid.
• Nhờ ADN polymerase I có thể lùi lại tách và loại bỏ nucleotid
sai, gắn nucleotid đúng.
• ARN polymerase không có tác dụng tự sửa chữa. # #
Quá trình nhân đôi ADN ở tế bào Eukaryote:
2.5. Tổng hợp ARN (transcription) •
Chromosome ở tb Eukaryote là một sợi ADN xoắn đôi có chiều
(Sự chuyển mã, sao mã, sao chép)
dài trung bình là ~108 base pair.
Toàn bộ bộ gen của ADN cần được nhân đôi, nhưng •
Tốc độ nhân đôi 2 kb/phút → tái bản 1 chromosome người ~35 ngày.
chỉ một phần nhỏ của bộ gen là được sao chép tùy •
Giải pháp: quá trình nhân đôi sẽ bắt đầu ở nhiều vị trí khác nhau trên
theo nhu cầu phát triển, thay đổi sinh lý, môi trường. chromosome.
Vùng ADN có thể được sao chép tạo ARN được gọi là gen cấu trúc. 5' G C A G T A C A T G T C 3' coding ADN-sợi mã hóa strand 3' C G T C A T G T A C A G 5' template ADN-sợi khuôn strand transcription Bubbles Bubbles # # 5' G C A G U A C A U G U C 3' RNA ARN
Sự giống nhau giữa tái bản Sự khác nhau giữa
(replication) và sao chép
replication và transcription (transcription) • Sợi khuôn ADN replication transcription Khuôn Sợi đôi Sợi đơn
• Sự hình thành liên kết phosphodieste. Nguyên dNTP NTP liệu
• Chiều tổng hợp từ 5´ đến 3´. Mồi Có Không Enzym ADN polymerase ARN polymerase Sản phẩm dsDNA ssRNA # base pair A-T, G-C A-U, T-A, G-C# 2.5.1. Ở tb nhân sơ b. Giai đoạn kéo dài: a. Giai đoạn khởi đầu:
• ARN polymerase sẽ tìm một điểm có gen khởi động, đây là
nơi bắt đầu sự chuyển mã.
• Một vùng của chuỗi xoắn kép được tháo xoắn:
•ARN Polymerase không có hoạt
tính nuclease. Mức độ sai sót của
sự tổng hợp ARN là 1/104 hoặc 1/105.
• Sự tổng hợp ARN không cần một đoạn mồi. c. Giai đoạn kết thúc:
• Sự tổng hợp ARN xảy ra theo chiều 5’ 3’, giống sự tổng hợp ADN. # # Điều chỉnh ARN:
• ARNm được điều chỉnh rất ít hoặc
không cần điều chỉnh sau khi ARN được tổng hợp. Một số
ARN được giải mã ngay trong quá trình chuyển mã.
• tiền ARNt và tiền ARNr:
- bị cắt đoạn bởi nuclease và được điều chỉnh thành những sợi ARN mới.
- thêm một số nucleotid vào đầu ARN.Ví dụ, CCA được
thêm vào đầu 3’ của một số phân tử ARNt nào chưa có
sẵn trình tự chuỗi này ở đầu.
- thay đổi về base và ribose của ARNr.
một số base được methyl hóa ;
- tạo base hiếm ở ARNt… # #
2.5.2.Ở tế bào nhân thật: •
Sự chuyển mã và giải mã phân cách nhau về không gian và thời gian • Xảy ra trong nhân.
• Những bản sao tiên phát được gắn chóp 7-methylguanosin
ở đầu 5’ và đuôi polyadenylat, dài khoảng 250 gốc A, ở đầu 3’.
• Hầu hết các tiền ARNm ở tế bào có nhân thật bậc cao đều
được qua một quá trình cắt nối (splicing). # #