รูปที่ 10 ปฏิกิริยา transformylation ในการสังเคราะห์พิวรีน

download report

Transcript รูปที่ 10 ปฏิกิริยา transformylation ในการสังเคราะห์พิวรีน

การสังเคราะห ์พิวรีนนิ วคลีโอไทด ์ โดย De Novo pathway
ื่ John Buchanan ได ้ศก
ึ ษา
ปี ค.ศ. 1948 นักวิทยาศาสตร์ ชอ
การสงั เคราะห์พวิ รีนไรโบนิวคลี
โอไทด์ (purine ribonucleotide) จากสารโมเลกุลเล็ก ๆ
ภายในเซลล์ ทีเ่ รียกว่าเป็ น de novo process โดยทาการให ้
ึ ษา
อาหารทีต
่ ด
ิ ฉลากรังสใี ห ้นกพิราบกิน แล ้วทาการศก
องค์ประกอบทางเคมี (chemicalcomposition) ของสารหรือ
อะตอมทีต
่ ด
ิ ฉลากทีม
่ ใี นกรดยูรค
ิ (uric acid) ทีน
่ กขับถ่าย
ออกมาเพราะนกจะขับถ่ายสารประกอบพวกไนโตรเจน
ทัง้ หมดในรูปของกรดยูรก
ิ พบว่า ใน de novo pathway ของ
การสงั เคราะห์พวิ รีนนิวคลีโอไทด์ จะได ้สารตัง้ ต ้นมาจาก
หลาย ๆ แหล่ง แสดงดังรูปที่ 7
รู ปที่ 7 การสังเคราะห ์ ของอะตอมต่าง ๆ ใน
วงแหวนพิวรีน (purine ring atom) โดย C4,
C5 และ N7
ี (glycine) และแต่
มาจากกรดอะมิโนไกลซน
ละอะตอมอืน
่ ๆ มาจากสารตัง้ ต ้นทีแ
่ ตกต่าง
ึ ษาพบว่า N1 ของพิวรีน มาจากหมูเ่ อ
จากการศก
มีน (amine group) ของกรดอะมิโนแอสปาเตส
(aspartate) C2 และ C8 จะได ้มาจาก10-FormylTHF (formate) N3 และ N9 จะได ้มาจากหมูเ่ อไมด์
(amide group) ของกรดอะมิโนกลูตามีน
(glutamine) C4, C5 และ N7 จะได ้มาจากกรดอะมิ
ี (glycine) และสุดท ้าย C6 ได ้มาจาก
โนไกลซน
คาร์บอนไดออกไซด์การสงั เคราะห์ พิวรีนนิวคลี
โอไทด์ ใน de novo pathway สารอนุพันธ์ตวั แรก
ี มอนอฟอสเฟต
ทีส
่ งั เคราะห์ได ้ คือ อิโนซน
(inosine monophosphate) ซงึ่ จะมีเบส คือ ไฮโป
แซนทีน (hypoxanthine)เป็ นสว่ นประกอบ
ี มอนอฟอสเฟต จึงจะถูก
หลังจากนั น
้ อิโนซน
เปลีย
่ นเป็ น AMP และ GMP โดยสงิ่ ทีส
่ าคัญคือ
2.3.1 การสังเคราะห ์ อิโนซีนมอนอฟอสเฟต (IMP)
ี มอนอฟอสเฟต (IMP) สงั เคราะห์ขน
อิโนซน
ึ้ จาก
้
ปฏิกริ ย
ิ าต่าง ๆ 10 ขัน
้ ตอน โดยสารตัง้ ต ้นทีใ่ ชในการ
สงั เคราะห์พวิ รีน คือ แอลฟา-D-ไรโบส-5-ฟอสเฟตโดย
ทีแ
่ อลฟา-D-ไรโบส-5-ฟอสเฟตจะถูกเปลีย
่ นเป็ น 5ั
phosphoribosyl-α-pyrophosphate (PRPP) โดยอาศย
การทางานของเอนไซม์ PRPP
synthetase (รูปที่ 8) PRPP ยังเป็ นสารมัธยันตร์ทส
ี่ าคัญ
่ กัน และหลังจากนัน
ในพิรม
ิ ด
ิ น
ี นิวคลีโอไทด์ด ้วยเชน
้
ั เอนไซม์ท ี่
ปฏิกริยาก็จะเกิดขึน
้ อีก 10 ขัน
้ ตอนโดยอาศย
ต่างกัน แสดงดังรูปที่ 9
รู ปที่ 8 การสังเคราะห ์ PRPP จากแอลฟา-D-ไร
โบส-5-ฟอสเฟต
การสงั เคราะห์ IMP จาก PRPP โดยวิถ ี de novo path
้
จากรูปที่ 8 PRPP เป็ นมัธยันตร์ตวั แรกทีใ่ ชในการ
สงั เคราะห์ inosinic acid (IMP) ปฏิกริ ย
ิ าขัน
้ ตอนที่ 1 และ
้
4 ใชเอนไซม์
ตวั เดียวกันคือ glutamine
amidotransferase แต่ปฏิกริ ย
ิ าในขัน
้ ตอนที่ 1 ไม่ต ้องการ
ั สเตรทถูกกระตุ ้นด ้วย ATP มาก่อนหน ้านี้
ATP เพราะว่าสบ
แล ้ว สว่ นปฏิกริ ย
ิ าในขัน
้ ตอนที่ 2
ี จะถูกเติมให ้ phosphoribosylamine
กรดอะมิโนไกลซน
และต ้องการ ATP ปฏิกริ ย
ิ าในขัน
้ ตอนที่ 3เอนไซม์
transformylase จะย ้ายหมู่ formyl จาก 10formyltetrahydrofolate ไปให ้วงแหวนของพิวรีน
ปฏิกริ ย
ิ าในขัน
้ ตอนที่ 5 เป็ นการทาให ้วงแหวนปิ ดเกิด
ั ATP ปฏิกริ ย
เป็ นวงแหวน imidazole โดยอาศย
ิ าใน
ขัน
้ ตอนที่ 6 เป็ นปฏิกริ ย
ิ า carboxylation แบบผันกลับได ้
ปฏิกริ ย
ิ าในขัน
้ ตอนที่ 7 และ 8 ทาให ้เกิดการย ้ายหมู่
ไนโตรเจนจากกรดอะมิโนแอสปาเตท เป็ นขัน
้ ตอนทีเ่ กิด
เหมือนการเปลีย
่ น citrulline ให ้เป็ นอาร์จน
ี น
ี ในวิถย
ี เู รีย
ในปฏิกริ ย
ิ าในขัน
้ ตอนที่ 3 และ9 เอนไซม์
์ ี่
transformylase จะเป็ นโปรตีนคอมเพล็กซท
เกีย
่ วข ้องกับ serine transhydroxymethylase
และเอ็นไซม์ทท
ี่ าหน ้าทีไ่ ด ้สามอย่าง คือ
formylmethynylmethylenetetrahydrofolate synthetase (รูปที่ 10) ซงึ่
ข ้อดีของการมี juxtaposing catalytic site คือ
ป้ องกัน
การหายไปทีร่ วดเร็วของโคแฟคเตอร์
tetrahydrofolate เป็ นการควบคุมการทางาน
ของเอนไซม์แบบเป็ นลาดับขัน
้ ตอน และเป็ น
่ งทาง
การควบคุมสารมัธยันตร์ให ้อยูใ่ นชอ
(channeling).
รู ปที่ 10 ปฏิก ิรย
ิ า transformylation ในการ
สังเคราะห ์พิวรีน
้ นสารตัง้ ต ้นในการสร ้างนิวคลี
โดยทัว่ ไป PRPP อาจใชเป็
ั การทางานของ
โอไซด์มอนอฟอสเฟต โดยอาศย
เอนไซม์phophorybosyltransferase โดยต ้องมีเบสอิสระ
่ กัวนีน เข ้ามาร่วมในปฏิกริ ย
เชน
ิ าด ้วย
ึ ษาในหลอดทดลอง พบว่า
ดังรูป ที่ 11 การจากศก
เอนไซม์ phophorybosyltransferase จะทาหน ้าทีใ่ น
วิถก
ี ารสร ้างนิวคลีโอไทด์
รู ปที่ 11 ปฏิก ิรย
ิ าการทางานของ
phophorybosyltransferase ในการสังเคราะห ์พิวรีน
่ อะซาเซ
ในปั จจุบน
ั มียาปฎิชวี นะ (antibiotics) เชน
ลีน (azarserine) และ 6-ไดเอโซ–ออกโซนอร์ลวิ
ี (6-diazo-5-oxonorleucine, DON) (รูปที1
ซน
่ 2) ซงึ่
เป็ นอะนาล็อกของกลูตามีน เป็ นตัวยับยัง้ แบบ
ย ้อนกลับไม่ได ้ของเอนไซม์ glutamine
amidotransferase ซงึ่ ทาหน ้าทีใ่ นการย ้าย amido
nitrogen ของกลูตามีนไปให ้ตัวรับโดยผ่าน ATP
ในปฏิกริ ย
ิ าการสร ้างพิวรีนนิวคลีโอไทด์ ทาให ้วิถ ี
การสร ้างนิวคลีโอไทด์เกิดไม่สมบูรณ์
รู ปที่ 12 โครงสร ้างของอะซาเซลีน
(azarserine) และ 6-ไดเอโซ–ออกโซนอร ์ลิวซีน
(6-diazo-5-oxonorleucine, DON ซงึ่ เป็ นอะนาล็
อกของกลูตามีน
2.3.2 การสังเคราะห ์อะดีนีน และก ัวนี นไรโบนิ วคลีโอ
ี มอนอ
ไทด ์ จากอิโนซีนมอนอฟอสเฟตอิโนซน
ฟอสเฟต (IMP) จะไม่สะสมภายในเซลล์เป็ นจุดทีจ
่ ะ
ทาให ้เกิดเป็ น AMPและ GMP โดย IMP จะถูก
เปลีย
่ นเป็ น AMP และ GMP อย่างรวดเร็ว การเปลีย
่ น
IMP ไปเป็ น AMP จะ
เกิดโดยการย ้ายหมูไ่ นโตรเจนจากกรดอะมิโน
แอสพาร์เตสไปให ้ IMP โดยมีปฏิกก
ิ ริยาการเกิด
เหมือนในขัน
้ ตอนที่ 7 และ 8 ของการสงั เคราะห์พ ิ
้ งงาน GTP และอาศย
ั การ
วรีนแบบ de novo ใชพลั
ทางานของเอนไซม์ adenylosuccinate synthetase
สว่ น GMP จะถูกสร ้างจาก IMP โดย IMP จะถูก
ั NAD+ เป็ นโคแฟคเตอร์
dehydrogenate โดยอาศย
แล ้วเกิด xanthosine monophosphate หลังจากนัน
้
เติมกรดอะมิโนกลูตามีน (glutamine) พร ้อมกับให ้
ั การทางานของ glutamine
พลังงาน ATP โดยอาศย
dependent amidotransferase จะได ้ GMP และ
fumarate แสดงดังรูปที่ 13
่
รู ปที่ 13 การเปลียน
IMP ให้เป็ น AMP และ
GMP
จากรูปที่ 13 จะเห็นได ้ว่า ขัน
้ ตอนการเปลีย
่ น
IMP ไปเป็ น AMP ต ้องการ GTP ไม่ใช ่ ATPซงึ่
อาจเป็ นไปได ้ว่าเกีย
่ วข ้องการควบคุม
อัตราสว่ นของ IMP ทีจ
่ ะเปลีย
่ นไปเป็ นอะดีนน
ี
และกัวนีนนิวคลี
โอไทด์ ถ ้าภายในเซลล์ม ี GTP มาก ก็จะทาให ้
เกิดการสร ้างอะดีนน
ี นิวคลีโอไทด์ ในทางตรง
ข ้ามถ ้าในเซลล์มก
ี ารสะสม ATP ก็จะมีการ
สร ้างกั
วนีนนิวmonophosphate
คลีโอไทด์ไดkinase
้มากขึน
้ ในวิถเี ม
Nucleoside
ึ จะต
้
Nucleoside
monophosphate
kinase
แทบอลิ
ซม
้องใชสารในรู
ปนิวคลีโอไซด์
Nucleoside ดั
diphosphate
kinase
ไตรฟอสเฟต
งนัน
้ GMP
และ AMPจะถูก
AMP +เปลี
ATPย
2 ADP
่ นเป็
นไตรฟอสเฟต ดังสมการ
GMP + ATP GDP + ADP
GDP + ATP GTP + ADP