Chương 5 Sinh tổng hợp Nucleotide và DNA

Trong chương này, chúng ta sẽ tìm hiểu các quá trình sinh tổng hợp các nucleotide và tái bản của DNA, kể cả bộ gene RNA của một số virus. Ngoài ra, chương này cũng đề cập đến cả cơ sở phân tử của các quá trình phát sinh đột biến và tái tổ hợp DNA như là thuộc tính thứ hai của DNA.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 5 Sinh tổng hợp Nucleotide và DNA 75Chương 5 Sinh tổng hợp Nucleotide và DNA Sau khi khám phá ra cấu trúc DNA, Watson và Crick đã đề xuất bakiểu truyền thông tin di truyền có thể có trong các tế bào: (1) Tái bản(replication): DNA→DNA; (2) Phiên mã (transcription): DNA→ RNA;và (3) Dịch mã (translation): RNA→ Protein. Các kênh truyền thông tinnày còn được gọi là Giáo lý trung tâm (central dogma) của sinh học phântử. Sau này đến năm 1970, Baltimore và Temin trên cơ sở nghiên cứu cơchế hoạt động của bộ gene RNA ở virus Sarcoma đã bổ sung thêm kênhRNA→ DNA, gọi là phiên mã ngược (reverse transciption). (Hình 5.1) Hình 5.1 Giáo lý trung tâm của sinh học phân tử (có sửa đổi). Trong chương này, chúng ta sẽ tìm hiểu các quá trình sinh tổng hợpcác nucleotide và tái bản của DNA, kể cả bộ gene RNA của một số virus.Ngoài ra, chương này cũng đề cập đến cả cơ sở phân tử của các quá trìnhphát sinh đột biến và tái tổ hợp DNA như là thuộc tính thứ hai của DNA.I. Sinh tổng hợp các nucleotide Các quá trình sinh tổng hợp các ribonucleotide và deoxyribo-nucleotide có ý nghĩa cực kỳ quan trọng đối với các tế bào, vì chúng là cáctiền chất cơ bản cho tổng hợp DNA và RNA. Hơn nữa, các nucleotideđóng vai trò quan trọng trong hầu hết các quá trình trao đổi chất và nănglượng của tế bào. Chẳng hạn, ATP về bản chất là nucleotide của adenine -cơ chất toàn năng trong trao đổi năng lượng sinh học, và là thành phầnchính của các coenzyme như NAD+, NADP+, FAD và CoA. Một sốnucleotide như cAMP có vai trò nổi bật trong cơ chế điều hoà hoạt độnggene và tải nạp tín hiệu (signal transduction) ở các tế bào prokaryote vàeukaryote. Các nucleotide khác cũng cần thiết cho các quá trình tổng hợpcác hợp chất carbohydrate, lipid, amino acid, nucleic acid và protein. 761. Sinh tổng hợp các nucleotide purine Để tổng hợp mới (de novo) purine tạo ra IMP, một nucleotide củahypoxanthine, có tất cả 10 giai đoạn được xúc tác bởi các enzyme mà chấttrung gian đều là các ribonucleoside - 5-monophosphate. Ở giai đoạn thứ nhất, 5-phosphoribosine-1-pyrophosphate (PRPP)chuyển hoá thành trong một phản ứng phụ thuộc vào glutamine và đưa vàoN-9 của vòng purine, như sau: PRPP + Glutamine → 5-phosphoribosylamine + PPi + Glutamate Chất trung gian 5-phosphoribosylamine này lại phản ứng với glycineđưa vào C-4, C-5 và N-7. Các nguyên tử còn lại của vòng purine lần lượtđược đưa vào từng cái một, như sau đây: 5-phosphoribosylamine + Glycine → Glycinamide ribonucleotide Glycinamide ribonucleotide + N5,N10-methynyl-FH4 → Formylglycinamide ribonucleotide + FH4 Formylglycinamide ribonucleotide + Glutamine → Formylglycinamine ribonucleotide + Glutamate Formylglycinamine ribonucleotide (đóng vòng) → 5- Aminoimidazole ribonucleotide Aminoimidazole ribonucleotide + CO2 → 5- Amino-4-carboxyamidazole ribonucleotide 5- Amino-4-carboxyamidazole ribonucleotide + Aspartate → 5- Aminoimidazole-4-carboxamide ribonucleotide + Fumarate Aminoimidazole-4-carboxamide ribonucleotide + N10, Formyl-FH4 → N- Aminoimidazole-4-carboxamide ribonucleotide + FH4 N- Aminoimidazole-4-carboxamide ribonucleotide → Inosine monophosphate (IMP) + H2O. IMP có thể chuyển hoá thành Guanosine monophosphate (GMP)nhờ sự oxy hoá và amin hoá ở C-2, hoặc thành Adenosine monophosphate(AMP) nhờ amine hoá C-6. Trong phản ứng này, aspartate là chất chonhóm amin và trở thành fumarate. Điều này được minh hoạ như sau: • * IMP + NAD + H2O → Xanthylate (XMP) + NADH + H+ * XMP + Glutamine + ATP → GMP + Glutamate + AMP + PPi • * IMP + Aspartate + GTP → Adenylsuccinate + GDP + Pi * Adenylsuccinate → AMP + Fumarate 77 Như vậy việc tổng hợp các purine đòi hỏi phải được cung cấpglutamine như một nguồn nguyên tử nitơ và các chất dẫn xuất củatetrahydrofolate vốn cung cấp các gốc carbon đơn. Hiện tượng amin hoáphụ thuộc glutamine bị ức chế bởi các chất tương tự glutamine và các chấtkháng sinh do vi khuẩn Streptomyces sinh ra.2. Sinh tổng hợp các nucleotide pyrimidine Trong phần này xem xét chủ yếu sáu giai đoạn của quá trình tổng hợpUMP (uridine-5-monophosphate), được tóm lược như sau: Tạo thành carbamyl aspartate từ glutamine và bicarbonate cùngvới 2 phân tử ATP nhờ enzyme carbamyl phosphate synthetase; Glutamine + 2ATP + HCO3-→ H2N-COOPO3-2 + Glutamate + 2ADP+ HPO4-2 Tạo thành carbamyl aspartate: Carbamyl phosphate nhường nhómcarbamoyl cho nhóm α-amin của aspartate để tạo thành carbamylaspartate; Tạo thành dihydroorotate bằng cách loại một phân tử nước; Tạo thành orotate nhờ sự tham gia của coenzyme NAD+, giải ...