เมแทบอลิซึมนิวคลีโอไทด์

เมแทบอลิซึมนิวคลีโอไทด์ประกอบด้วยวิถีการสร้างนิวคลีโอไทด์จากสารตั้งต้นที่เรียบง่าย และการนำกลับมาใช้ใหม่หรือการย่อยสลาย เพื่อจัดหาสารตั้งต้นสำหรับกรดนิวคลีอิกและตัวนำพลังงาน

Definition

เมแทบอลิซึมนิวคลีโอไทด์คือชุดของวิถีการสังเคราะห์และวิถีการสลายที่ผลิตนิวคลีโอไทด์พิวรีนและไพริมิดีนโดยวิถี de novo และวิถีการนำกลับมาใช้ใหม่ และที่ย่อยสลายพวกมันไปเป็นผลิตภัณฑ์ที่ถูกกำจัด

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการสังเคราะห์นิวคลีโอไทด์พิวรีนและไพริมิดีนแบบ de novo วิถีการนำกลับมาใช้ใหม่ (salvage pathways) ที่ประหยัดพลังงานซึ่งนำเบสที่สร้างไว้แล้วกลับมาใช้ใหม่ การเปลี่ยนไรโบนิวคลีโอไทด์เป็นดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์โดยเอนไซม์ไรโบนิวคลีโอไทด์รีดักเทส และการย่อยสลายนิวคลีโอไทด์ไปเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่ถูกขับออก

Core questions

• วิถี de novo และวิถีการนำกลับมาใช้ใหม่แตกต่างกันอย่างไรในด้านต้นทุนและกลยุทธ์?
• วงแหวนพิวรีนและไพริมิดีนถูกประกอบขึ้นอย่างไร?
• ดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์ถูกผลิตจากไรโบนิวคลีโอไทด์ได้อย่างไร?
• ผลิตภัณฑ์สุดท้ายของการย่อยสลายนิวคลีโอไทด์คืออะไร?

Key theories

การรีดักชันไรโบนิวคลีโอไทด์

ไรโบนิวคลีโอไทด์รีดักเทสเปลี่ยนไรโบนิวคลีโอไทด์เป็นดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์ด้วยกลไกที่อาศัยอนุมูลอิสระ ซึ่งเป็นเส้นทางเดียวในการสร้างสารตั้งต้นดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์ของ DNA และเป็นจุดควบคุมสำคัญสำหรับการจัดหาสมดุล

Mechanisms

นิวคลีโอไทด์พิวรีนถูกสร้างขึ้นแบบ de novo โดยการประกอบวงแหวนทีละขั้นตอนบนโครงสร้างไรโบส-ฟอสเฟต ในขณะที่วงแหวนไพริมิดีนถูกสร้างขึ้นก่อนแล้วจึงนำไปติดกับไรโบส-ฟอสเฟต วิถีการนำกลับมาใช้ใหม่จะนำเบสที่สร้างไว้แล้วกลับมาติดกับไรโบส-ฟอสเฟตด้วยต้นทุนพลังงานที่ต่ำกว่ามาก จากนั้นไรโบนิวคลีโอไทด์รีดักเทสจะจัดหาดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์สำหรับ DNA การย่อยสลายจะนำพิวรีนไปสู่กรดยูริกหรือผลิตภัณฑ์อื่น ๆ และไพริมิดีนไปสู่โมเลกุลขนาดเล็กที่ละลายน้ำได้ โดยมีการควบคุมแบบป้อนกลับเพื่อรักษาสมดุลของกลุ่มนิวคลีโอไทด์

Clinical relevance

วิถีนิวคลีโอไทด์เป็นตัวอย่างคลาสสิกของการสังเคราะห์ทางชีวภาพที่มีการควบคุม และเป็นเป้าหมายสำหรับสารยับยั้งเอนไซม์หลายชนิดที่ศึกษาในเคมีทางการแพทย์ การรักษานี้เป็นการบรรยายและไม่เป็นการสั่งยา

History

การศึกษาการติดฉลากไอโซโทปในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 โดยเฉพาะอย่างยิ่งโดย Buchanan ได้ติดตามต้นกำเนิดของอะตอมในวงแหวนพิวรีน ในขณะที่ Reichard และคณะได้อธิบายเอนไซม์ไรโบนิวคลีโอไทด์รีดักเทส ซึ่งเป็นการสร้างเคมีของการสังเคราะห์นิวคลีโอไทด์

Key figures

• John Buchanan
• Arthur Kornberg
• Peter Reichard

Seminal works

• nelson2021
• berg2019

Frequently asked questions

เหตุใดเซลล์จึงรักษาวิถีการนำกลับมาใช้ใหม่ไว้ หากสามารถสร้างนิวคลีโอไทด์แบบ de novo ได้?

วิถีการนำกลับมาใช้ใหม่จะนำเบสที่สร้างไว้แล้วกลับมาใช้ใหม่ด้วยต้นทุนพลังงานที่ต่ำกว่าการสร้างวงแหวนจากศูนย์มาก ซึ่งเป็นประโยชน์ในเนื้อเยื่อที่มีความต้องการสูงหรือมีขีดความสามารถในการสังเคราะห์ที่จำกัด

ดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์สำหรับ DNA มาจากไหน?

พวกมันถูกสร้างขึ้นจากไรโบนิวคลีโอไทด์ที่สอดคล้องกันโดยเอนไซม์ไรโบนิวคลีโอไทด์รีดักเทส ซึ่งจะกำจัดหมู่ 2'-ไฮดรอกซิลออกไปผ่านกลไกอนุมูลอิสระ