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
![Page 1: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/1.jpg)
CMUCHIANG MAI UNIVERSITY The control network for the purine biosynthesis pathway.
![Page 2: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/2.jpg)
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)
![Page 3: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/3.jpg)
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
![Page 4: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/4.jpg)
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
![Page 5: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/5.jpg)
Major pathways of catabolism in animals.The various purine nucleotides and deoxynulcotides are All degraded to uric acid.
![Page 6: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/6.jpg)
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
![Page 7: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/7.jpg)
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.
![Page 8: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/8.jpg)
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.)
![Page 9: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/9.jpg)
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
![Page 10: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/10.jpg)
CMUCHIANG MAI UNIVERSITY
![Page 11: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/11.jpg)
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
![Page 12: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/12.jpg)
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
![Page 13: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/13.jpg)
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)
![Page 14: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/14.jpg)
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
![Page 15: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/15.jpg)
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)
![Page 16: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/16.jpg)
CMUCHIANG MAI UNIVERSITY Step 6: orotate-5’-monophosphate (OMP) to UMP
โดย enzyme: OMP decarboxylase
decarboxylation
UMP(uridine-5’-monophosphate or uridylic acid)
![Page 17: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/17.jpg)
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)
![Page 18: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/18.jpg)
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
![Page 19: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/19.jpg)
CMUCHIANG MAI UNIVERSITY
Step 3: Synthesis of CTP from UTP
CTP synthetase (glutamine amidotransferase)
เตุ้(มี NH2 ในตุ้น. ที่�� 6 ของ UTP
ATP hydrolysis
![Page 20: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/20.jpg)
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
+
-
![Page 21: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/21.jpg)
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
![Page 22: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/22.jpg)
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
![Page 23: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/23.jpg)
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�
![Page 24: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/24.jpg)
Synthesis of Thymine nucleotide
Thymine = pyrimidine deoxyribonucleotide
Cells ไมี�มี�การ synthesis thymine ribonucleotides หร1อไมี�พบ free thymine ribonucleotide
![Page 25: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/25.jpg)
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
![Page 26: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/26.jpg)
CH3 จัาก -carbon ของserine ไปเตุ้(มีที่��C5 ใน dUMP
The thymine synthesis reaction.
![Page 27: CMU CHIANG MAI UNIVERSITY](https://reader030.vdocuments.net/reader030/viewer/2022012901/5681582e550346895dc593a7/html5/thumbnails/27.jpg)
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