รูปที่ 10 ปฏิกิริยา transformylation ในการสังเคราะห์พิวรีน

Report
การสังเคราะห์ พวิ รีนนิวคลีโอไทด์ โดย De Novo pathway
ปี ค.ศ. 1948 นักวิทยาศาสตร์ ชื่อ John Buchanan ได้ ศกึ ษาการสังเคราะห์พิวรี น
ไรโบนิวคลี
โอไทด์ (purine ribonucleotide) จากสารโมเลกุลเล็ก ๆ ภายในเซลล์ ที่เรี ยกว่า
เป็ น de novo process โดยทาการให้ อาหารที่ติดฉลากรังสีให้ นกพิราบกิน แล้ ว
ทาการศึกษาองค์ประกอบทางเคมี (chemicalcomposition) ของสารหรื อ
อะตอมที่ติดฉลากที่มีในกรดยูริค (uric acid) ที่นกขับถ่ายออกมาเพราะนกจะขับถ่าย
สารประกอบพวกไนโตรเจนทังหมดในรู
้
ปของกรดยูริก พบว่า ใน de novo
pathway ของการสังเคราะห์พิวรี นนิวคลีโอไทด์ จะได้ สารตังต้
้ นมาจากหลาย ๆ แหล่ง
แสดงดังรูปที่ 7
รู ปที่ 7 การสังเคราะห์ ของอะตอมต่ าง ๆ ในวงแหวนพิวรี น
(purine ring atom) โดย C4, C5 และ N7
มาจากกรดอะมิโนไกลซีน (glycine) และแต่ละอะตอมอื่น ๆ มา
จากสารตังต้
้ นที่แตกต่างกัน
จากการศึกษาพบว่า N1 ของพิวรี น มาจากหมูเ่ อมีน (amine
group) ของกรดอะมิโนแอสปาเตส (aspartate) C2 และ C8 จะ
ได้ มาจาก10-Formyl-THF (formate) N3 และ N9 จะได้ มา
จากหมูเ่ อไมด์(amide group) ของกรดอะมิโนกลูตามีน
(glutamine) C4, C5 และ N7 จะได้ มาจากกรดอะมิโนไกลซีน
(glycine) และสุดท้ าย C6 ได้ มาจากคาร์ บอนไดออกไซด์การ
สังเคราะห์ พิวรี นนิวคลีโอไทด์ ใน de novo pathway สารอนุพนั ธ์
ตัวแรกที่สงั เคราะห์ได้ คือ อิโนซีนมอนอฟอสเฟต (inosine
monophosphate) ซึง่ จะมีเบส คือ ไฮโปแซนทีน
(hypoxanthine)เป็ นส่วนประกอบ หลังจากนันอิ
้ โนซีนมอนอ
ฟอสเฟต จึงจะถูกเปลี่ยนเป็ น AMP และ GMP โดยสิ่งที่สาคัญคือ
เบสพิวรี นจะถูกสร้ างจากไรโบนิวคลีโอไทด์ ก่อน
2.3.1 การสังเคราะห์ อิโนซีนมอนอฟอสเฟต (IMP)
อิโนซีนมอนอฟอสเฟต (IMP) สังเคราะห์ขึ ้นจากปฏิกิริยาต่าง ๆ 10 ขันตอน
้
โดยสารตังต้
้ นที่ใช้ ในการสังเคราะห์พิวรี น คือ แอลฟา-D-ไรโบส-5-ฟอสเฟตโดยที่
แอลฟา-D-ไรโบส-5-ฟอสเฟตจะถูกเปลี่ยนเป็ น 5-phosphoribosyl-αpyrophosphate (PRPP) โดยอาศัยการทางานของเอนไซม์ PRPP
synthetase (รูปที่ 8) PRPP ยังเป็ นสารมัธยันตร์ ที่สาคัญในพิริมิดีนนิวคลีโอ
ไทด์ด้วยเช่นกัน และหลังจากนันปฏิ
้ กริยาก็จะเกิดขึ ้นอีก 10 ขันตอนโดยอาศั
้
ย
เอนไซม์ที่ตา่ งกัน แสดงดังรูปที่ 9
รู ปที่ 8 การสังเคราะห์ PRPP จากแอลฟา-D-ไรโบส-5-ฟอสเฟต
การสังเคราะห์ IMP จาก PRPP โดยวิถี de novo path way
จากรูปที่ 8 PRPP เป็ นมัธยันตร์ ตวั แรกที่ใช้ ในการสังเคราะห์ inosinic acid
(IMP) ปฏิกิริยาขันตอนที
้
่ 1 และ 4 ใช้ เอนไซม์ตวั เดียวกันคือ glutamine
amidotransferase แต่ปฏิกิริยาในขันตอนที
้
่ 1 ไม่ต้องการ ATP เพราะว่า
สับสเตรทถูกกระตุ้นด้ วย ATP มาก่อนหน้ านี ้แล้ ว ส่วนปฏิกิริยาในขันตอนที
้
่2
กรดอะมิโนไกลซีนจะถูกเติมให้ phosphoribosylamine และต้ องการ
ATP ปฏิกิริยาในขันตอนที
้
่ 3เอนไซม์ transformylase จะย้ ายหมู่ formyl
จาก 10-formyltetrahydrofolate ไปให้ วงแหวนของพิวรี นปฏิกิริยาใน
ขันตอนที
้
่ 5 เป็ นการทาให้ วงแหวนปิ ดเกิดเป็ นวงแหวน imidazole โดยอาศัย
ATP ปฏิกิริยาในขันตอนที
้
่ 6 เป็ นปฏิกิริยา carboxylation แบบผันกลับได้
ปฏิกิริยาในขันตอนที
้
่ 7 และ 8 ทาให้ เกิดการย้ ายหมู่ไนโตรเจนจากกรดอะมิโน
แอสปาเตท เป็ นขันตอนที
้
่เกิดเหมือนการเปลี่ยน citrulline ให้ เป็ นอาร์ จีนีนในวิถี
ยูเรี ย ปฏิกิริยาในขันตอนที
้
่ 9 เป็ นการเกิด transformylase อีกครัง้ โดยการ
ย้ ายหมู่คาร์ บอนจาก 10-formyltetrahydrofolate สุดท้ ายปฏิกิริยาใน
ขันตอนที
้
่ 10 เป็ นขันตอนการเกิ
้
ดควบแน่นเกิดเป็ น IMP
ในปฏิกิริยาในขันตอนที
้
่ 3 และ9 เอนไซม์ transformylase
จะเป็ นโปรตีนคอมเพล็กซ์ที่เกี่ยวข้ องกับ serine
transhydroxymethylase และเอ็นไซม์ที่ทาหน้ าที่ได้
สามอย่าง คือ formylmethynylmethylenetetrahydrofolate synthetase (รูปที่ 10) ซึง่ ข้ อดีของ
การมี juxtaposing catalytic site คือ ป้องกัน
การหายไปที่รวดเร็วของโคแฟคเตอร์ tetrahydrofolate
เป็ นการควบคุมการทางานของเอนไซม์แบบเป็ นลาดับขันตอน
้
และเป็ นการควบคุมสารมัธยันตร์ ให้ อยูใ่ นช่องทาง
(channeling).
รู ปที่ 10 ปฏิกริ ิยา transformylation ในการสังเคราะห์ พวิ รี น
โดยทัว่ ไป PRPP อาจใช้ เป็ นสารตังต้
้ นในการสร้ างนิวคลีโอไซด์มอนอฟอสเฟต โดย
อาศัยการทางานของเอนไซม์phophorybosyltransferase โดยต้ องมีเบส
อิสระ เช่น กัวนีน เข้ ามาร่วมในปฏิกิริยาด้ วย
ดังรูป ที่ 11 การจากศึกษาในหลอดทดลอง พบว่าเอนไซม์
phophorybosyltransferase จะทาหน้ าที่ใน
วิถีการสร้ างนิวคลีโอไทด์
รูปที่ 11 ปฏิกริ ิยาการทางานของ phophorybosyltransferase ใน
การสังเคราะห์ พวิ รีน
ในปั จจุบนั มียาปฎิชีวนะ (antibiotics) เช่น อะซาเซลีน
(azarserine) และ 6-ไดเอโซ–ออกโซนอร์ ลิวซีน (6-diazo-5oxonorleucine, DON) (รูปที่12) ซึง่ เป็ นอะนาล็อกของกลูตามีน
เป็ นตัวยับยังแบบย้
้
อนกลับไม่ได้ ของเอนไซม์ glutamine
amidotransferase ซึง่ ทาหน้ าที่ในการย้ าย amido nitrogen
ของกลูตามีนไปให้ ตวั รับโดยผ่าน ATP ในปฏิกิริยาการสร้ างพิวรี นนิวคลี
โอไทด์ ทาให้ วิถีการสร้ างนิวคลีโอไทด์เกิดไม่สมบูรณ์
รู ปที่ 12 โครงสร้ างของอะซาเซลีน (azarserine) และ 6-ไดเอ
โซ–ออกโซนอร์ ลิวซีน(6-diazo-5-oxonorleucine, DON
ซึง่ เป็ นอะนาล็อกของกลูตามีน
2.3.2 การสังเคราะห์ อะดีนีน และกัวนีนไรโบนิวคลีโอไทด์ จากอิโนซี
นมอนอฟอสเฟตอิโนซีน มอนอฟอสเฟต (IMP) จะไม่สะสมภายในเซลล์
เป็ นจุดที่จะทาให้ เกิดเป็ น AMPและ GMP โดย IMP จะถูกเปลี่ยนเป็ น
AMP และ GMP อย่างรวดเร็ว การเปลี่ยน IMP ไปเป็ น AMP จะ
เกิดโดยการย้ ายหมูไ่ นโตรเจนจากกรดอะมิโนแอสพาร์ เตสไปให้ IMP โดยมี
ปฏิกิกริยาการเกิดเหมือนในขันตอนที
้
่ 7 และ 8 ของการสังเคราะห์พิวรี นแบบ
de novo ใช้ พลังงาน GTP และอาศัยการทางานของเอนไซม์
adenylosuccinate synthetase
ส่วน GMP จะถูกสร้ างจาก IMP โดย IMP จะถูก dehydrogenate
โดยอาศัย NAD+ เป็ นโคแฟคเตอร์ แล้ วเกิด xanthosine
monophosphate หลังจากนันเติ
้ มกรดอะมิโนกลูตามีน
(glutamine) พร้ อมกับให้ พลังงาน ATP โดยอาศัยการทางานของ
glutamine dependent amidotransferase จะได้ GMP
และfumarate แสดงดังรูปที่ 13
รู ปที่ 13 การเปลี่ยน IMP ให้ เป็ น AMP และ GMP
จากรูปที่ 13 จะเห็นได้ วา่ ขันตอนการเปลี
้
่ยน IMP ไปเป็ น AMP
ต้ องการ GTP ไม่ใช่ ATPซึง่ อาจเป็ นไปได้ วา่ เกี่ยวข้ องการควบคุม
อัตราส่วนของ IMP ที่จะเปลี่ยนไปเป็ นอะดีนีน และกัวนีนนิวคลี
โอไทด์ ถ้ าภายในเซลล์มี GTP มาก ก็จะทาให้ เกิดการสร้ างอะดีนีน
นิวคลีโอไทด์ ในทางตรงข้ ามถ้ าในเซลล์มีการสะสม ATP ก็จะมีการ
สร้ างกัวนีนนิวคลีโอไทด์ได้ มากขึ ้นในวิถีเมแทบอลิซมึ จะต้ องใช้ สาร
ในรูปนิวคลีโอไซด์ไตรฟอสเฟต ดังนัน้ GMP และ AMPจะถูก
เปลี่ยนเป็ นไตรฟอสเฟต ดังสมการ
Nucleoside monophosphate kinase
Nucleoside monophosphate kinase
Nucleoside diphosphate kinase
AMP + ATP 2 ADP
GMP + ATP GDP + ADP
GDP + ATP GTP + ADP

similar documents