cmu chiang mai university
DESCRIPTION
CMU CHIANG MAI UNIVERSITY. The control network for the purine biosynthesis pathway. CMU CHIANG MAI UNIVERSITY. Purine biosynthesis pathway. Ribose-5-phosphate. มีการควบคุมโดย allosteric sites ที่ 2 steps แรก. IMP. 1. Ribose-5-phosphate pyrophosphokinase. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
CMUCHIANG MAI UNIVERSITY The control network for the purine biosynthesis pathway.
CMUCHIANG MAI UNIVERSITY Purine biosynthesis pathway
Ribose-5-phosphate
IMP
มี�การควบคมีโดย allosteric sites ที่�� 2 steps แรก
1. Ribose-5-phosphate pyrophosphokinase
- เปลี่��ยน ribose-5-P เป�น -PRPP- Negative feedback โดย ADP แลี่ะ GDP
2. Gln-PRPP amidotransferase (Glutamine-PRPP amidotrnasferase)พบว�ามี� 2 allosteric sites
2.1 สำ�าหร�บ A-series ของ nucleotide phosphate (AMP, ADP, ATP) จั�บแลี่ะที่�าการย�บย�!ง
2.2 สำ�าหร�บ G-series ของ nucleotide phosphate (GMP, GDP, GTP) จั�บแลี่ะที่�าการย�บย�!ง
***PRPP ย�งมี�ผลี่ ” feed-forward activator” โดยจัะไปกระตุ้%น Gln-PRPP amidotransferase
*** IMP synthesis จัะข&!นอย'�ก�บผลี่(ตุ้ภั�ณฑ์,สำดที่%ายของ pathway (adenine แลี่ะ guanine nucleotides)
CMUCHIANG MAI UNIVERSITY
IMP
AMP GMP
Adenylosuccinate synthetase IMP dehydrogenase
1. AMP biosynthesis pathway
Adenylosuccinate synthetase ถู'กย�บย�!งโดย AMP
ADP
ATP
GDP
GTP
2. GMP biosynthesis pathway
IMP dehydrogenase ถู'กย�บย�!งโดย GMP
***Level ของ AMP และ GMP ถูกควบค�มโดย “self-correcting”
Note: GTP ให%พลี่�งงานใน AMP biosynthesis ATP ให%พลี่�งงานใน GMP biosynthesis
adenylosuccinate XMP
CMUCHIANG MAI UNIVERSITY Purine degradation
- Nucleic acid เป�นสำ�วนประกอบของเซลี่ลี่, : จั&งมี�การ digest จัากอาหาร (diet)
1. Nucleosidase
2. Nucleoside phosphorylase
Nucleoside + H2O Base + ribose
Nucleosidase
Nucloside + Pi Base + ribose-1-P
Nucleoside phosphorylase
Feeding experiments โดย radioactive labelled nucleic acid น�!นจัะเป�นเพ�ยงสำ�วนน%อย ของ nucleic acid ที่��จัะน�ามีาใช้%ในเซลี่ลี่,
แตุ้�พบว�า de novo pathway ของ nucleotide biosynthesis จัะเป�นแหลี่�งอ�นด�บหน&�งของNucleic acid precursor.
Nucleotide degradation Recycling of cellular component
Major pathways of catabolism in animals.The various purine nucleotides and deoxynulcotides are All degraded to uric acid.
CMUCHIANG MAI UNIVERSITY Pathways of Purine catabolism
1. Adenosine deaminase
NH4+ ออกจัาก adenosine ได% Inosine
Severe combined Immunodeficiency syndrome (SCID)
- Lack of immune response of infection disease
- 30% of SCID no adenosine deaminase (ADA)
- ADA is Zn2+ -dependent enzyme
- deoxyadenosine , เปลี่��ยนเป�น dATP Negative feedback inhibitor of deoxynucleotide biosynthesis
No deoxynuclotides DNA cannot be replicated and cells cannot divide
CMUCHIANG MAI UNIVERSITY 2. Xanthine oxidase
- Present in liver, intestinal, mucosa and milk
- Oxygen molecule oxidized hypoxanthine and xanthine H2O2
- Xanthine oxydase: non heme, Fe-S centres and molybdenum cofactor (as electron transferring prostatic groups)
- Human and primates, uric acid (end product of purine catabolism) Urine (urea)
- Birds and reptilesAll catabolism nitrogenous compounds to uric acid.Animal conserve water by excreting crystals of uric acid.
CMUCHIANG MAI UNIVERSITY Gout: An excess of uric acid
- Excessive uric acid accumulating in the body fluids.
- Uric acid, urate salts Insoluble in water + precipitate from solution if produced in excess
- Arthritis pain in joints Urate salts deposition in cartilaginous tissue.
- Urate crystals may also appear as kidney stones and leads to painful in urinary tract
Hyperuricemia : chronic elevation of blood uric acid levels
-3% of population as a consequence of impaired excretion of uric acid + overproduction of purine catabolism.
Treatments: Allopurinol = hypoxanthine analog
Binds tightly to xanthine oxidase
Uric acid
Hypoxanthine, xanthine : do not accumulate to harmful concentration (becauseThey are more soluble and more easily excreted.)
CMUCHIANG MAI UNIVERSITY 3. The Biosynthesis of Pyrimidines
CMP UMP
The biosynthesis of pyrimidines ring atoms.
Glutamine amideHCO3
-
Aspartate
Precursors for 6 pyrimidinering
Pyrimidine ring system forms beforeRibose-5-P attach.
Purine biosynthesis 7 precursors for 9 purine atoms
Carbamoyl-P
CMUCHIANG MAI UNIVERSITY
CMUCHIANG MAI UNIVERSITY
The Biosynthesis of Pyrimidines
Step 1: Carbamoyl-Phosphate synthesis
- Carbamoyl phosphate synthetase II (CPS II) : cytosolic enzyme (mammal) Carbamoyl phosphate synthetase (CPS) in bacteria
- C2, N3 in pyrimidine ring
-Substrates of CPS: HCO3-
Glutamine 2 ATP H2O
CMUCHIANG MAI UNIVERSITY Step 2: Carbamoyl-P to Carbamoyl-Aspartate
- Aspartate transcarbamoylase (ATCase)
- เป�น enzyme ที่��เตุ้(มี aspartate ที่�� carbamoyl-phosphate
- ไม�ใช้� ATP เพราะ carbamoyl phosphate อย'�ในร'ป ‘activated’ carbamoyl group
- C4, C5, C6 แลี่ะ N1 ใน pyrimidine ring
CMUCHIANG MAI UNIVERSITY
Step 3: Carbamoyl_Asp to Dihydroorotate (DHO) (pyrimidine ring closure)
Pyrimidine ring closure:
- NH2 group ของ carbamoyl-P และ -COO- ของ aspartate
โดย enzyme: Dihydroorotase
Dihydroorotate (DHO)
CMUCHIANG MAI UNIVERSITY Step 4: Dihydroorotate (DHO) to Orotate
- โดย enzyme: Dihydroorotate dehydrogenase (DHO dehydrogenase)
Bacteria: DHO dehydrogenase ค1อ NAD+-linkage flovoprotein แลี่ะ Fe-S centres ซ&�งเป�น additional redox prostatic groups
Eukaryote: DHO dehydrogenase เป�น protein ที่��เป�นองค,ประกอบของ inner mitochondria membrane Quinone จั&งที่�าหน%าที่��ร �บ e- จัาก DHO แลี่%วเปลี่��ยนเป�น Orotate
CMUCHIANG MAI UNIVERSITY Step 5: Ribose-5-P is joined to N-1 of Orotate
เป�นการเตุ้(มี ribose-5-phosphate ลี่งใน orotate molecule
โดย enzyme: Orotate phosphoribosyltransferase
Ribose-5-P มีาจัาก PRPP ( ribose phosphate donor)
Product: Orotidine 5’-Monophosphate (OMP)
CMUCHIANG MAI UNIVERSITY Step 6: orotate-5’-monophosphate (OMP) to UMP
โดย enzyme: OMP decarboxylase
decarboxylation
UMP(uridine-5’-monophosphate or uridylic acid)
CMUCHIANG MAI UNIVERSITY Pyrimidine biosynthesis in mammals vs bacteria
Bacteria: 6 enzymes in de novo pyrimidine biosynthesis
In mammals: 6 enzymes activities มีาจัาก proteins 3 ช้น(ด
210 KDa protein: multifunctional polypeptides (Cytosolic enzyme)
CPSIIAspartate transcarbamoylaseDihydroorotate
multifunctional polypeptides = 1 polypeptide ม� 2 / มากกว�า enzymatic centres
210 KDa protein
DHO dehydrogenase (associated ก�บ surface ของ inner mitochondria membrane
UMP synthase (Orotate phosphoribosyltrnasferase, OMP decarboxylase) (Multifunctional polypeptide)
CMUCHIANG MAI UNIVERSITY Synthesis of predominant ribonucleotides UTP and CTP
2 pyrimidine ribonucleotides (UTP และ CTP) เป�นตุ้�วหลี่�ก โดยผ�าน pathway เด�ยวก�น
UMP + ATP UDP + ADP
Step 1: Nucleoside monophosphate kinase
Step 2:
UDP + ATP UTP + ADP
Nucleotide diphosphate kinase
CMUCHIANG MAI UNIVERSITY
Step 3: Synthesis of CTP from UTP
CTP synthetase (glutamine amidotransferase)
เตุ้(มี NH2 ในตุ้น. ที่�� 6 ของ UTP
ATP hydrolysis
Regulation of Pyrimidine Biosynthesis
Bacteria
-จัะถู'กควบคมีใน allosteric enzymes: aspartate transcarbamoylase (ATCase). CTP: feedback-inhibitor
- ATP เป็�น feedback activator ของ ATCase เช้�นก�น
+
-
Regulation of Pyrimidine Biosynthesis
Animal pyrimidine biosynthesis
UTP, UDP: feedback-inhibitor ใน CPS II(Carbamoyl phosphate synthetase II)
ATP, PRPP : allosteric acitvators
ATP: activator ของ CPS II
PRPP: activator ของ orotate phosphoribosyltransferase
UMP: feeback-inhibitor ของ OMP decarboxylase
Pyrimidine degradationCMU
CHIANG MAI UNIVERSITY
การเก(ด pyrimidine degradation ในเซลี่ลี่,เพ1�อการน�า nucleotides มีาใช้%ใหมี� (recycle)
Pyrimidine degradation จัะได% - pyrimidine ring (cytosine, uracil, thymine) - original substrates (aspartate, CO2, ammonia)
เร�งด%วยเอนไซมี, phosphoribosyltransferase
CMUCHIANG MAI UNIVERSITY
Deoxyribonucleotide Biosynthesis
Purine, pyrimidine biosynthesis เป�นการสำ�งเคราะห, AMP, GAP, UMP, CTP(ribonucleotides, RNA)
Cells จัะมี�การเปลี่�ยนจัาก RNA เป�น DNA เพ1�อใช้%ในการเป�นสำารพ�นธุกรรมีภัายในเซลี่ลี่,
Ribonucleotide reductase
Substrate: NDPs (ribonucleotide diphosphate)
Enzyme: Ribonucleotide reductase
เร�งการเตุ้(มีหมี'� hydride ion (H:-) แที่นที่�� –OH ในตุ้�าแหน�งที่�� 2 ของ ribose
Ribonucleotide reductase: Fe-dependentEnzyme ที่��สำามีารถูสำร%าง free radical
แลี่ะช้�วยในการถู�ายเที่ H:- หร1อ electron ได%ด�
Synthesis of Thymine nucleotide
Thymine = pyrimidine deoxyribonucleotide
Cells ไมี�มี�การ synthesis thymine ribonucleotides หร1อไมี�พบ free thymine ribonucleotide
Synthesis of Thymine nucleotide
dTMP สำ�งเคาระห,มีาจัาก dUMP (percurosr)
dCDP dCMPPi
dUMP
dCMP deaminase
Synthesis dUMP: route 1
Synthesis dUMP: route 2
dUTP dUMP
dUTPase
dCDPase
CH3 จัาก -carbon ของserine ไปเตุ้(มีที่��C5 ใน dUMP
The thymine synthesis reaction.
CMUCHIANG MAI UNIVERSITY เรื่� องแจ้�งให้�ทรื่าบ
การลี่งที่ะเบ�ยนกระบวนว(ช้า 211312 น�กศึ&กษาตุ้%องผ�าน 211311211318 น�กศึ&กษาตุ้%องผ�าน 211317
กรื่ณี�ลงทะเบ�ยนผิ&ดเง� อนไข ให้�ด'าเน&นการื่ถูอนกรื่ะบวนว&ช้า โดยได�รื่(บอ(กษรื่ W ภายในว(นท� 25 มกรื่าคม 2551