ها ی ب ر چ م س ی ل و ب ا ت م
متابولیسم چربیهامتابولیسم چربیها
Cholesterol
Phospholipid
Triglycerides Bile Salts T G Emulsion Lipase
Fatty acids +Monoglycrid+Diglycrid
<10 carbone Absorbed
> 10 C in Intestine Cells with cholesterol &phspholipid &M.G &D.G& Protein Chylomicrones
Cholesterol
Phospholipid
Triglycerides Bile Salts T G Emulsion Lipase
Fatty acids +Monoglycrid+Diglycrid
<10 carbone Absorbed
> 10 C in Intestine Cells with cholesterol &phspholipid &M.G &D.G& Protein Chylomicrones
IntroductionIntroduction
The lipases break the triacylglycerols down to fatty acids and glycerol
The fatty acids are transportred in the blood by serum albumin
The lipases break the triacylglycerols down to fatty acids and glycerol
The fatty acids are transportred in the blood by serum albumin
Breakdown of TriacylglycerolsBreakdown of Triacylglycerols
Transport into Mitochondrial MatrixTransport into Mitochondrial Matrix
Fatty acid oxidationFatty acid oxidationAcyl-CoA Synthetase
Acyl-CoA Synthetase
یک الکترون FADH2درهرمرحله انتقال زنجیر در میشودکه تولید2ATP. میدهد
یک میشودکه NADH2درهرمرحله الکترون تولید انتقال زنجیر در3ATP.مدهید
کربس سیکل در میشودکه تولید آ کوآنزیم استیل یک درهرمرحله12ATP.میدهد
بتااکسیداسیون مرحله هر در . 17ATPپس میشود تولیدچرب اسید بتا 2nاگر واکنشهای باشد آن ساختمان در کربن.n-1اکسیداسیون . داشت خواهیم بنابراین میشود تکرار مرتبه
ودومی کوآداریم استیل دو پایان در میکند 12ATPچون تولیدATP=17(n-1)+12
ابتدا در :2ATPوچون بنابراین . شد مصرفATP=17(n-1)+10ATP=17n – 7
باشد . فرد چرب اسید کربن تعداد کرده 3اگر کم چرب ازاسید کربنپایان ودر نموده عمل باال . 6ATPوطبق میکنیم اضافه آن به
باشد . فرد چرب اسید کربن تعداد کرده 3اگر کم چرب ازاسید کربنمیکنیم . استفاده زیر ATP= 17n-ازرابطه
1
یک الکترون FADH2درهرمرحله انتقال زنجیر در میشودکه تولید2ATP. میدهد
یک میشودکه NADH2درهرمرحله الکترون تولید انتقال زنجیر در3ATP.مدهید
کربس سیکل در میشودکه تولید آ کوآنزیم استیل یک درهرمرحله12ATP.میدهد
بتااکسیداسیون مرحله هر در . 17ATPپس میشود تولیدچرب اسید بتا 2nاگر واکنشهای باشد آن ساختمان در کربن.n-1اکسیداسیون . داشت خواهیم بنابراین میشود تکرار مرتبه
ودومی کوآداریم استیل دو پایان در میکند 12ATPچون تولیدATP=17(n-1)+12
ابتدا در :2ATPوچون بنابراین . شد مصرفATP=17(n-1)+10ATP=17n – 7
باشد . فرد چرب اسید کربن تعداد کرده 3اگر کم چرب ازاسید کربنپایان ودر نموده عمل باال . 6ATPوطبق میکنیم اضافه آن به
باشد . فرد چرب اسید کربن تعداد کرده 3اگر کم چرب ازاسید کربنمیکنیم . استفاده زیر -ATP= 17nازرابطه
1
ATP YieldATP Yield
)جدید) چربیها سوختن انرژی (جدید)محاسبه چربیها سوختن انرژی محاسبهیک الکترون FADH2درهرمرحله انتقال زنجیر در میشودکه تولید
1/5ATP. میدهدیک میشودکه NADH2درهرمرحله الکترون تولید انتقال زنجیر در
2/5ATP.مدهیدکربس سیکل در میشودکه تولید آ کوآنزیم استیل یک درهرمرحله
10ATP.میدهدبتااکسیداسیون مرحله هر در . 14ATPپس میشود تولید
چرب اسید بتا 2nاگر واکنشهای باشد آن ساختمان در کربن.n-1اکسیداسیون . داشت خواهیم بنابراین میشود تکرار مرتبه
ودومی کوآداریم استیل دو پایان در میکند 10ATPچون تولیدATP=14(n-1)+10
ابتدا در :2ATPوچون بنابراین . شد مصرفATP=14(n-1)+8ATP=14n – 6
باشد . فرد چرب اسید کربن تعداد کرده 3اگر کم چرب ازاسید کربنپایان ودر نموده عمل باال . 5ATPوطبق میکنیم اضافه آن به
باشد . فرد چرب اسید کربن تعداد کرده 3اگر کم چرب ازاسید کربنمیکنیم . استفاده زیر ATP= 14n-ازرابطه
1
یک الکترون FADH2درهرمرحله انتقال زنجیر در میشودکه تولید1/5ATP. میدهد
یک میشودکه NADH2درهرمرحله الکترون تولید انتقال زنجیر در2/5ATP.مدهید
کربس سیکل در میشودکه تولید آ کوآنزیم استیل یک درهرمرحله10ATP.میدهد
بتااکسیداسیون مرحله هر در . 14ATPپس میشود تولیدچرب اسید بتا 2nاگر واکنشهای باشد آن ساختمان در کربن.n-1اکسیداسیون . داشت خواهیم بنابراین میشود تکرار مرتبه
ودومی کوآداریم استیل دو پایان در میکند 10ATPچون تولیدATP=14(n-1)+10
ابتدا در :2ATPوچون بنابراین . شد مصرفATP=14(n-1)+8ATP=14n – 6
باشد . فرد چرب اسید کربن تعداد کرده 3اگر کم چرب ازاسید کربنپایان ودر نموده عمل باال . 5ATPوطبق میکنیم اضافه آن به
باشد . فرد چرب اسید کربن تعداد کرده 3اگر کم چرب ازاسید کربنمیکنیم . استفاده زیر -ATP= 14nازرابطه
1
Ketone BodiesKetone Bodies
Use of fatty acids in the citric acid cycle requires carbohydrates for the the production of oxaloacetate.
During starvation or diabetes, OAA is used to make glucose
Fatty acids are then used to make ketone bodies (acetoacetate and D–3–hydroxybutarate)
Use of fatty acids in the citric acid cycle requires carbohydrates for the the production of oxaloacetate.
During starvation or diabetes, OAA is used to make glucose
Fatty acids are then used to make ketone bodies (acetoacetate and D–3–hydroxybutarate)
ستونی ستونی ترکیبات ترکیبات
1- اسید استیک .استو -2 اسید بوتیریک هیدرکسی .بتا
استون3- متابولیسم در اختاللی هرگاه
کوآ استیل شود ایجاد کربوئیدراتهاچون چربیها سوختن از حاصل
شود کربس سیکل وارد تواند نمیترکیب همدیگر وبا میشود جمع
میکند ستونی ترکیبات .وتولیدایجاد؟ مواقع
های 1- وگرسنگی ها قحطی در.شدید
-2 دیابت در -3-4
1- اسید استیک .استواسید -2 بوتیریک هیدرکسی .بتا
استون -3متابولیسم در اختاللی هرگاه
کوآ استیل شود ایجاد کربوئیدراتهاچون چربیها سوختن از حاصل
شود کربس سیکل وارد تواند نمیترکیب همدیگر وبا میشود جمع
میکند ستونی ترکیبات .وتولیدایجاد؟ مواقع
های -1 وگرسنگی ها قحطی در.شدید
دیابت -2 در3- 4-
Fatty acid are synthesized and degraded by different pathways.
Synthesis takes place in the cytosol.Intermediates are attached to the acyl carrier protein (ACP).In higher organisms, the active sites for the synthesis reactions are all on the same polypeptide.The activated donor in the synthesis is malonyl–ACP.Fatty acid reduction uses NADPH + H+.Elongation stops at C16 (palmitic acid)
Fatty acid are synthesized and degraded by different pathways.
Synthesis takes place in the cytosol.Intermediates are attached to the acyl carrier protein (ACP).In higher organisms, the active sites for the synthesis reactions are all on the same polypeptide.The activated donor in the synthesis is malonyl–ACP.Fatty acid reduction uses NADPH + H+.Elongation stops at C16 (palmitic acid)
Fatty Acid Synthesis.Fatty Acid Synthesis.
بیو سنتز اسید های چرب
بیو سنتز اسید های چرب
The intermediates in fatty acid synthesis are covalently linked to the acyl carrier protein (ACP)
The intermediates in fatty acid synthesis are covalently linked to the acyl carrier protein (ACP)
Acyl Carrier ProteinAcyl Carrier Protein
Acetyl–CoA is synthesized in the mitochondrial matrix, whereas fatty acids are synthesized in the cytosol
Acetyl–CoA units are shuttled out of the mitochondrial matrix as citrate:
Acetyl–CoA is synthesized in the mitochondrial matrix, whereas fatty acids are synthesized in the cytosol
Acetyl–CoA units are shuttled out of the mitochondrial matrix as citrate:
Citrate ShuttleCitrate Shuttle
Eicosanoid horomones are synthesized from arachadonic acid (20:4).
Prostaglandins20-carbon fatty acid containing 5-carbon ringProstacyclinsThromboxanes
Leukotrienescontain three conjugated double bonds
Eicosanoid horomones are synthesized from arachadonic acid (20:4).
Prostaglandins20-carbon fatty acid containing 5-carbon ringProstacyclinsThromboxanes
Leukotrienescontain three conjugated double bonds
Eicosanoid HormonesEicosanoid Hormones
6.2 Eicosanoid Hormones6.2 Eicosanoid Hormones
Cholesterol: What is it?Cholesterol: What is it?
Cholesterol is a fatty steroid made primarily in the liver of most animals and humans. It is an integral component in the synthesis of hormones, can also be found in cell walls of animals and humans.
Isolated cholesterol is a white, flaky solid that is insoluble in aqueous environments.
H O
Cholesterol
بیو سنتز کلسترو
ل
بیو سنتز کلسترو
ل
بیو سنتز کلسترولبیو سنتز کلسترول
statin drugs&Cholesterol statin drugs&Cholesterol -
دفع کلسترولدفع کلسترول
cholesterol.
متابولیسم پروتئین ها و
اسیدهای امینه
متابولیسم پروتئین ها و
اسیدهای امینه
تجزیهتجزیه
Dietary protein Polypeptide Mixture Aminoacid &
oligopepti
بافتی های پروتئین Aminoacid انواع Aminoacid
Dietary protein Polypeptide Mixture Aminoacid &
oligopepti
بافتی های پروتئین Aminoacid انواعAminoacid
PepsinPepsin
BloodBloodسنتزسنتز
AminopeptidaseTripeptidasedipeptidase
AminopeptidaseTripeptidasedipeptidase
Trypsin,Chymotrypsincarboxypeptid
ase
Trypsin,Chymotrypsincarboxypeptid
ase
KidneyKidney
NH3NH3
R-CH-COOH
NH2
R-CH-COOH
NH2 DeaminationDeamination
اسید اسید کتو کتو
Non Protein Nitrogen (NPN)Non Protein Nitrogen (NPN)
کربس ATPسیکل
UreaUrea
NH4NH4UrineUrine
LiverLiver
آمینه اسیدهای آمینه متابولیسم اسیدهای متابولیسم
متابولیسم چرخه وارد طریق ازسه امینه اسیدهای:میشوند
-1 . غذا . 2ازطریق پروتئینها- انحالل - 3ازطریقبدن در سنتز
آمینه های اسید :واکنشهای -1 دکربوکسیله و دآمینه شامل عمومی .واکنشهای
آمین –2 عامل .سرنوشتآمینه –3 اسید کربنی ریشه .سرنوشت
متابولیسم چرخه وارد طریق ازسه امینه اسیدهای:میشوند
1- . غذا . 2ازطریق پروتئینها- انحالل - 3ازطریقبدن در سنتز
آمینه های اسید :واکنشهایدکربوکسیله -1 و دآمینه شامل عمومی .واکنشهای
آمین – 2 عامل .سرنوشتآمینه – 3 اسید کربنی ریشه .سرنوشت
شدن شدن Deamination دآمینه Deamination دآمینه
1-Transaminases: I- (AST) aspartate aminotransferase Serum Glutamate:oxaloacetate transaminase [SGOT]
II-Serum Glutamate:pyruvate transaminase [SGPT]alanine aminotransferase(ALT)
1-Transaminases: I- (AST) aspartate aminotransferase Serum Glutamate:oxaloacetate transaminase [SGOT]
II-Serum Glutamate:pyruvate transaminase [SGPT]alanine aminotransferase(ALT)
Pyridoxal phosphate
(PLP)-
Pyridoxal phosphate
(PLP)-
a s p a r t a t e - k e t o g l u t a r a t e o x a l o a c e t a t e g l u t a m a t e
A m i n o t r a n s f e r a s e ( T r a n s a m i n a s e )
C O O
C H 2
C H 2
C
C O O
O
C O O
C H 2
HC
C O O
N H 3+
C O O
C H 2
C H 2
HC
C O O
N H 3+
C O O
C H 2
C
C O O
O + +
a l a n i n e - k e t o g l u t a r a t e p y r u v a t e g l u t a m a t e
A m i n o t r a n s f e r a s e ( T r a n s a m i n a s e )
C O O
C H 2
C H 2
C
C O O
O
C H 3
HC
C O O
N H 3+
C O O
C H 2
C H 2
HC
C O O
N H 3+
C H 3
C
C O O
O + +
شدن شدن Deamination دآمینه Deamination دآمینه
2-Glutamate dehydrogenase [GluDH]2-Glutamate dehydrogenase [GluDH]
شدن شدن Deamination دآمینه Deamination دآمینه
3- L –amioacid oxidase :
R-CH –COOH R-CO-COOH NH2 H2O NH3
3- L –amioacid oxidase :
R-CH –COOH R-CO-COOH NH2 H2O NH3
شدن شدن Deamination دآمینه Deamination دآمینه
اکسیاتیو غیر شدن Non Oxidativ دآمینهDeamination glutaminase glutamine + H2O + glutamate
NH3
Asparginase + Aspargine +H20 Asparticacid
NH3
اکسیاتیو غیر شدن Non OxidativدآمینهDeamination glutaminaseglutamine + H2O glutamate +
NH3
AsparginaseAspargine +H20 Asparticacid +
NH3
Serine Dehydratase catalyzes: serine pyruvate + NH3
آمین عامل آمین سرنوشت عامل سرنوشت
.
سرنوشت ریشه کربنیسرنوشت ریشه کربنی
به تبدیل آنها کربنی ریشه که ای امینه های اسید اسیداز پیرویک یکی کربس یا سیکل های به واسطه شود
امینه های اسید ساز یا گلیکوژنیکآنها میگویند قند .
به تبدیل آنها کربنی ریشه که ای امینه های استیل اسیدکوا استواستیل یا های کوا اسید آنها به امینه شودساز یاستون میگویند کتوژنیک .
به تبدیل آنها کربنی ریشه که ای امینه های اسید اسیداز پیرویک یکی کربس یا سیکل های به واسطه شود
امینه های اسید ساز یا گلیکوژنیکآنها میگویند قند .
به تبدیل آنها کربنی ریشه که ای امینه های استیل اسیدکوا استواستیل یا های کوا اسید آنها به امینه شودساز یاستون میگویند کتوژنیک .
Acetoacetyl CoA
Glucose
Phosphoenol-pyruvate
Asparagine
Aspartate
TyrosinePhenylalanin
eIsoleucine
ValineMethionin
eThreonine
Oxaloacetate
Fumarate
SuccinylCoA
-keto-glutarat
e
Citrate
Pyruvate
GlycineCysteineSerineAlanine
ThreonineTryptopha
n
Isoleucine
Leucine
Acetyl CoA
GlutamateGlutamineHistidineProline
Arginine
LeucineLysine
PhenylalanineTyrosine
Tryptophan
Fates of the carbon skeletons of amino acids. Glucogenic amino acids are shaded red, ketogenic amino acids are shaded
green and glucoketogenic amino acids are shaded blue.3232
Histidine Metabolism: Histamine Formation
N
NH
CH2CHCO2-
NH3
+
N
NH
CH2CH2NH2
Histidine Histamine
Histidinedecarboxylase
CO2
Histamine:• Synthesized in and released by mast cells• Mediator of allergic response: vasodilation, bronchoconstriction (H1 receptors)
• H1 blockers: Diphenhydramine (Benadryl) Loratidine (Claritin)
• Stimulates secretion of gastric acid (H2 receptors)
• H2 blockers: Cimetidine (Tagamet); ranitidine (Zantac)
تیروزین و آالنین فنیل تیروزین متابولیسم و آالنین فنیل متابولیسم
CH2CHCO2-
NH3+
CH2CHCO2-
NH3+
HO
Phenylalanine(Essential)
Tyrosine
(Phenylalaninehydroxylase)
DOPA
NADPH + H+
T3& T4
پروتئینها انواع سنتزبافتی
Alkaptonuria ×
تیروئید + ید
انواع سنتزبافتی پروتئینها
کتون فنیلها
CH2CHCO2-
NH3+
HO
HO CH2CHCO2-
NH3+
HO
HO
Epinephrine(Adrenaline)
Norepinephrine
Albinism
Tyrosine
Homogentisate(الکاپتون
Phenylketonuria (PKU) Disease
Homogentisatedioxygenase
Melanine
Fumarate + acetoacetate
Tyrosinase
کربس ATPسیکل
3535
Catecholamine BiosynthesisCatecholamine Biosynthesis
CH2CHCO2-
NH3+
HO
CH2CHCO2-
NH3+
HO
HO
CH2CH2NH2
HO
HO
CHCH2NH2
HO
HO
OH
CHCH2NHCH3
HO
HO
OH
Tyr hydroxylase
O2
Tyrosine Dihydroxyphenylalanine (DOPA)
Dopamine
DOPAdecarboxylase CO2
Dopaminehydroxylase
Norepinephrine
Catechol
Epinephrine(Adrenaline)
SAM
S-Adenosyl-homocysteine
Methyl transferase
DOPA, dopamine, norepinephrine,and epinephrine are all neurotransmitters
3636
L-DOPA in ParkinsonismL-DOPA in Parkinsonism
Blood Brain
Blood Brain Barrier
L-DOPA L-DOPA Dopamine
Dopamine
HO
HO CH2-C-CO2H
CH3
NHNH2Carbidopa
Blocks
Parkinsonism associated with dopamine in brain through loss of
neurons in basal ganglia.Carbidopa + L-DOPA
3737
Monoamine Oxidase (MAO)Monoamine Oxidase (MAO)
MAO(in mitochondria)
R R’OH H Norepi
OH CH3 EpiH H Dopamine
CHCH2NHR'
HO
HO
R
CHCHO
HO
HO
R
CHCO2H
HO
HO
RUrinary metabolite
MAO inhibitors (e.g., tranylcypromine) are useful in the treatment of depression
Brain levels of dopamine and norepi.; also serotonin
Aldehydedehydrogenase
R=OH Vanillylmandelic acid (VMA)R=H Homovanillic acid (HVA)
3838
TyramineTyramineOH
CH2CH2NH2
Tyramine
OH
CH2CHO
MAO
• Tyramine found naturally in several types of cheese; also beer and red wine.
• Tyramine intake can cause hypertensive crisis in persons taking a MAO inhibitor ( norepi release)
( blood pressure)
3939
Catechol-O-Methyl Transferase (COMT)
Catechol-O-Methyl Transferase (COMT)
CHCH2NHR'
HO
HO
R
CHCH2NHR'
HO
CH3O
R
COMT
Inactive metabolite
SAM S-Adenosyl-homocysteine
• COMT found in cytoplasm• Terminates activity of catecholamines
• Catecholamine excretion products result from combined actions of MAO and COMT
• Inhibitors of COMT (e.g., tolcapone) useful in Parkinson’s disease
Active catecholamine
4040
Melanin FormationMelanin Formation
CH2CHCO2-
NH3
O
O
+
CH2CHCO2-
NH3+
HO
HO
Highly colored polymeric
intermediates
Melanin(Black polymer)
Tyr hydroxylase
DOPA
Dopaquinone
CH2CHCO2-
NH3+
HO
Tyrosine
Tyrosinase
Melanin formed in skin (melanocytes), eyes, and hairIn skin, protects against sunlight
Albinism: genetic deficiency of tyrosinase
O2
NH
CH2CHCO2-
NH3
+
NH
CH2CHCO2-
NH3
HO
+
NH
CH2CH2NH2
HO
Tryptophan(Trp)
Indole ring
Trphydroxylase
O2
5-Hydroxy-tryptophan
Decarboxylase
CO2 5-Hydroxy-tryptamine (5-HT);Serotonin
NH
CH2CHO
HO
NH
CH2CO2H
HO
MAO
Dehydrogenase
5-Hydroxyindole acetic acid (5-HIAA) (Urine)
B3
N
CO2H
4242
Amino Acids Formed From -Ketoglutarate
Amino Acids Formed From -Ketoglutarate
O-O2CCH 2CH2CCO 2
-
NH3+
-O2CCH 2CH2CHCO 2-
NH3+O
H2NCCH 2CH2CHCO 2-
Transamination or Glutamate
dehydrogenase
-Keto-glutarate
Glutamate
Glutamine
Glutamine synthase
N
H H
CO2-
+
4 Steps
Proline
NH3+
+H3NCH2CH2CH2CHCO 2
- Ornithine
5 Steps
Arginine
Urea Cycle
NH3+NH2
H2N=C-HNCH2CH2CH2CHCO 2-
+
Guanidino group
4343
Synthesis of Nitric OxideSynthesis of Nitric Oxide
NH3+NH2
H2N=C-HNCH2CH2CH2CHCO 2-
+
NH3+
NH2CONHCH2CH2CH2CHCO 2- + NO
Nitric oxide synthase (NOS)
Arginine
Citrulline
4444
Nitric OxideNitric Oxide
• Cell messenger• Implicated in a wide range of physiological
and pathophysiological events:• Vasodilation:
• Activates guanylyl cyclase cGMP• Nitroglycerin Glycerin + NO
• Sildenafil (Viagra): in vascular smooth muscle:
NO cGMP GMPPhospho-
diesterase-5Blocks
4545
Formation of SerineFormation of Serine
OHH
CH2OPO3-2
C
CO 2-
CH2OPO3-2
CO 2-
C=O
NH3+H
CH2OPO3-2
C
CO 2-
NH3+H
CH2OH
CO 2-
C
Glucose Glycolysis
3-Phospho-glycerate
3-Phospho-hydroxypyruvate
3-PhosphoserineSerine (Ser)
Pyruvate
Dehydrogenase
NAD+ NADH + H+
Glutamate
-Ketoglutarate
Transaminase
Phosphatase
3 Steps
Inhibits
4646
Conversion of Serine to GlycineConversion of Serine to Glycine
N
N
N
NH2N
OH
CH2NHR
H
H
NH
N CH2
NH2C
Folate
Tetrahydrofolate (FH4)
Dihydrofolate reductase
N5, N10-Methylene FH4
NH3+H
CH2OH
CO 2-
C Serine
NH3+H
H
CO 2-
CGlycine
Serine hydroxymethyltransferase (PLP-dep.)
Key intermediatein biosynthesis of
purines andformation of
thymine Important in biosynthesis of heme,
porphyrins, and purines
4747
Sulfur-Containing Amino AcidsSulfur-Containing Amino Acids
NH3+
CH3SCH2CH2CHCO 2-
NH3+
HSCH2CH2CHCO 2-
NH3+
CH2CHCO2-
NH3+
SCH2CH2CHCO 2-NH3
+
HSCH2CHCO 2-
OH
CH3CHCH 2CO2-
Methionine(Essential)
L-Homocysteine
MethionineSynthase
(Vit. B12-dep.)+ FH4
+ 5-Methyl FH4
NH3+H
CH2OH
CO 2-
C Serine
Cystathionine
Cystathionine-synthase(PLP-dep.)
Cystathioninelyase
Cysteine(Non-essential)
+
-Hydroxy-butyrate
4848
HomocysteineHomocysteine
Homocysteinuria• Rare; deficiency of cystathionine -synthase
• Dislocated optical lenses• Mental retardation
• Osteoporosis• Cardiovascular disease death
High blood levels of homocysteine associated withcardiovascular disease
• May be related to dietary folate deficiency• Folate enhances conversion of
homocysteine to methionine
4949
Methionine Metabolism: Methyl DonationMethionine Metabolism: Methyl Donation
N
N N
N
O
OHOH
-O2CCHCH2CH2-S-H2C
NH2
NH3+ CH3
+NH3
+
CH3SCH2CH2CHCO 2-
N
N N
N
O
OHOH
-O2CCHCH2CH2-S-H2C
NH2
NH3+
N
N N
N
O
OHOH
H3NCH2CH2CH2-S-H2C
NH2
CH3
+
S-Adenosyl methioninesynthase
ATP
S-Adenosyl Methionine
(SAM)
S-Adenosyl homocysteine
Methyl-transferases
Decarboxylated SAM
SAM Decarboxylase
CO2
Methionine
R-H
R-CH3
+
5050
PolyaminesPolyamines• Spermidine and spermine found in virtually
all procaryotic and eucaryotic cells
• Precise role undefined• Bind to nucleic acids
• Inhibition of biosynthetic pathway:
H2NNH2
CO2H
CHF2
-Difluoromethyl-ornithine (DFMO)
(Eflornithine) - inhibits ODC;used to treat
Pneumocystis carinii infectons
5151
Polyamine BiosynthesisPolyamine Biosynthesis
NH3+
H3NCH2CH2CH2CHCO 2-
+
H3NH
H
HN
H
N NH3
++++
H3NNH3
++
Ornithine(from urea cycle)
Putrescine
CO2
Ornithinedecarboxylase
(ODC)(PLP-dep.)
DecarboxylatedSAM
Spermidine synthase
5’-Methylthio-adenosine
H3NNH
NH3
H
+++
Spermidine
Spermine
DecarboxylatedSAM
Spermine synthase
5’-Methylthio-adenosine
5252
Creatine and CreatinineCreatine and Creatinine
NH3+NH2
+H2N=C-HNCH2CH2CH2CHCO 2
-
Arginine Glycine Ornithine
Arginine-glycinetransamidinase
(Kidney)NH2
H2N=C-HNCH2CO 2-
+
Guanidoacetate
NHPO3-2
CH3
+H2N=C-NCH2CO 2
-
GuanidoacetateMethyltransferase
(Liver)
SAM + ATP
S-Adenosyl-homocysteine
+ ADP
Phosphocreatine
N
NH
CH3
HN
O
Creatinine(Urine) Non-enzymatic
(Muscle)
NH2
CH3
H2N=C-NCH2CO 2-
+
Creatine kinase(Muscle)
ATP
Creatine ADP + Pi
5353
Creatine and Creatinine Creatine and Creatinine
Creatine:• Dietary supplement
• Used to improve athletic performance
Creatinine:• Urinary excretion generally constant;
proportional to muscle mass
Creatinine Clearance Test:• Compares the level of creatinine in urine (24 hrs.)
with the creatinine level in the blood• Used to assess kidney function
• Important determinant in dosing of several drugs in patients with impaired renal function
ساختمان نوکلئوتید ها و اسیدهای
نوکلئیک
ساختمان نوکلئوتید ها و اسیدهای
نوکلئیک
Nucleic Acid StructureNucleic Acid Structure
A. Structure of nucleotidesB. Nitrogenous basesC. Pentose sugarsD. NucleosidesE. NucleotidesF. Nucleotide chainsG. Structure of B-DNA
A. Structure of nucleotidesB. Nitrogenous basesC. Pentose sugarsD. NucleosidesE. NucleotidesF. Nucleotide chainsG. Structure of B-DNA
ساختمان نوکلئوتید ها و اسیدهای نوکلئیک
A. Structure of NucleotidesA. Structure of Nucleotides
•A nucleotide is composed ofA nitrogenous base:Purines:Adenine& GuaninePyrimidines:Cytosine &Thymine&Uracil
A pentose sugarA phosphate group
•A nucleotide is composed ofA nitrogenous base:Purines:Adenine& GuaninePyrimidines:Cytosine &Thymine&Uracil
A pentose sugarA phosphate group
Nucleosides & NucleotidesNucleosides & Nucleotides
•NucleosideA pentose sugar molecule with a nitrogenous base attached to the 1´ carbonNucleosides are named by using the root of the base name, plus the suffix “-osine” (for purines) or “-idine” (for pyrimidines)Nucleosides with deoxyribose sugars are designated with the prefix “deoxy-”
•NucleosideA pentose sugar molecule with a nitrogenous base attached to the 1´ carbonNucleosides are named by using the root of the base name, plus the suffix “-osine” (for purines) or “-idine” (for pyrimidines)Nucleosides with deoxyribose sugars are designated with the prefix “deoxy-”
• Base + sugar + phosphate(s) nucleotide
• Base + sugar nucleoside
• DNA and RNA are large macromolecules with several levels of complexity
• Nucleotides form the repeating units
• Phosphodiester bonds link nucleotides to form a strand
• Two strands interact to form a double helix
• The double helix interacts withproteins resulting in 3-D structuresin the form of chromatin
• DNA and RNA are large macromolecules with several levels of complexity
• Nucleotides form the repeating units
• Phosphodiester bonds link nucleotides to form a strand
• Two strands interact to form a double helix
• The double helix interacts withproteins resulting in 3-D structuresin the form of chromatin
NUCLEIC ACID STRUCTURE NUCLEIC ACID STRUCTURE
3D structure
Nucleotide Polymerization Reaction: Phosphodiester Bond Formation
Nucleotide Polymerization Reaction: Phosphodiester Bond Formation
9-30Copyright ©The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or displayFigure 9.11
Base Pairing Key to DNA StructureBase Pairing Key to DNA Structure
Features of the DNA Double HelixFeatures of the DNA Double Helix
NH2
T
2 nm
One nucleotide0.34 nm
One completeturn 3.4 nm
O
O
HH
NN
H
H
HHOOO
OPO–
NH2
HN
N
NH
N
HH
H
OH
HHOOO
O–
PO–
HH
H
HHOOO
OPO–
NH2
O
O
H H
NN
H2N
HN
N
NH
N
H H
H
HHO
OOO–
PO
H H
H
HHO OO
O–
PO
H N
NH
N
N
H H
H
HHO
OOO–
PO–
H2N
HO5end 3end
3hydroxyl3end 5 end
5phosphate
TA
T A
T AP
PP
P
P
S
S
S
S
SS
S
S
A
C G
G
C G
C G
G
G
C
C
G C
GC
G C
C
P
PS
P
PP
P
P
S
SS
S
S
PP
P
P
PP
P
P
S
S SS
S
S
S
S
SP
S
S
P
PP
S
SS
SP
CH2
CH2
CH2
H2N
CH2
CH2
CH2
A
P
S
P
P
H
CH3H
NNHO
O
Space-filling model of DNA
Ball-and-stick model of DNA
Minorgroove
Majorgroove
Minorgroove
Majorgroove
Features of the DNA Double HelixFeatures of the DNA Double Helix
BDNA:
هلیکس آن راست گرد می باشد.
جفت ب�از وج�ود 10 در ه�ر دور آن دارد.
می باشد.Å4/3طول هر دور آن
Å20 ( nmفاص�له دو رش�ته آن است.(2
هلیکس مح�ور ب�ه نس�بت بازه�ا بصورت عمود قرار می گیرند.
ن�وع ش�یار دی�ده 2در س�اختمان آن می شود:
major grove - minor grove
: ب�زرگ ش�یار Å22 ( nmطول 2/2)
: کوچ�ک ش�یار Å12 ( nmطول 2/1)
DNADNAانواعانواعDNADNAانواعانواع
ADNA: هلیکس آن راست گرد می باشد.
جفت باز وجود دارد.11 در هر دور آن
زاوی�ه ب�ه مح�ور هلیکس 23بازه�ا نس�بت درجه دارند.
در س�اختمان آن فق�ط ی�ک ن�وع ش�یار دی�ده می شود.
در صورت کم بودن رطوبت محیط یا زیادبوجود ADNA و ZDNAبودن نمک محیط
می آیند.
ZDNA: هلیکس آن چپ گرد می باشد.
جفت باز وجود دارد.12 در هر دور آن
زاوی�ه هلیکس مح�ور ب�ه نس�بت 180بازه�ا درجه دارند.
در س�اختمان آن فق�ط ی�ک ن�وع ش�یار دی�ده می شود.
DNADNAانواعانواعDNADNAانواعانواع
ADNA BDNA
Comparison of A, B, and Z forms of DNA
Comparison of A, B, and Z forms of DNA
9-57
• The primary structure of an RNA strand is much like that of a DNA strand
• RNA is made as a single strand only, however it may form a double stranded
structures
• RNA strands can be a 10s to1000s of nt in length
• RNA is made from a DNA template - only one of the two strands of a DNA helix is used as
the template
• RNA contains uracil rather than thymine
Messenger RNA=mRNATransfer RNA=tRNA
Ribosomal RNA=rRNA
RNA StructureRNA Structure
9-58Figure 9.22
Messenger RNAsMessenger RNAs
• Contain protein coding informationATG start codon to UAA, UAG, UGA Stop Codon A cistron is the unit of RNA that encodes one polypeptide chain
• Base pairing/3D structure is the exceptionCan be used to regulate RNA stability termination, RNA editng, RNA splicing
• Contain protein coding informationATG start codon to UAA, UAG, UGA Stop Codon A cistron is the unit of RNA that encodes one polypeptide chain
• Base pairing/3D structure is the exceptionCan be used to regulate RNA stability termination, RNA editng, RNA splicing
Transfer RNA (tRNA)Transfer RNA (tRNA)
• Is a single strand folded into a cloverleaf shape
•Has a specific site to which specific amino acids can attach
•There is a different type of tRNA for each type of amino acid
•Each type of tRNA has three bases which are specific to the type of amino acid which will attach
•These three bases are called the anticodon
• Is a single strand folded into a cloverleaf shape
•Has a specific site to which specific amino acids can attach
•There is a different type of tRNA for each type of amino acid
•Each type of tRNA has three bases which are specific to the type of amino acid which will attach
•These three bases are called the anticodon
GCA
tRNA Specific amino acid attaches
Anticodon – specific to the amino acid which attaches to this tRNA molecule
More simply drawn
متابولیسم اسیدهای نوکلئیک
Nucleoprotein
Nucleic acid Protein
Nucleotide
NucleosidePhosphate
Base Ribose
Nucleotidase
Nucleosidase
Degradation of nucleic acid
In stomach Gastric acid and pepsin
In small intestine Endonucleases: RNase and DNase
Significances of nucleotidesSignificances of nucleotides
1. Precursors for DNA and RNA synthesis
2. Essential carriers of chemical energy, especially ATP
3. Components of the cofactors NAD+, FAD, and coenzyme A
4. Formation of activated intermediates such as UDP-glucose and CDP-diacylglycerol.
5. cAMP and cGMP, are also cellular second messengers.
1. Precursors for DNA and RNA synthesis
2. Essential carriers of chemical energy, especially ATP
3. Components of the cofactors NAD+, FAD, and coenzyme A
4. Formation of activated intermediates such as UDP-glucose and CDP-diacylglycerol.
5. cAMP and cGMP, are also cellular second messengers.
There are two pathways leading to nucleotides
There are two pathways leading to nucleotides
• De novo synthesis: The synthesis of nucleotides begins with their metabolic precursors: amino acids, ribose-5-phosphate, CO2, and one-carbon units.
• Salvage pathways: The synthesis of nucleotide by recycle the free bases or nucleosides released from nucleic acid breakdown.
• De novo synthesis: The synthesis of nucleotides begins with their metabolic precursors: amino acids, ribose-5-phosphate, CO2, and one-carbon units.
• Salvage pathways: The synthesis of nucleotide by recycle the free bases or nucleosides released from nucleic acid breakdown.
§ 2.1 De novo synthesis§ 2.1 De novo synthesis
• Site: in cytosol of liver, small intestine and thymus
• Characteristics: a. Purines are synthesized using 5-
phosphoribose(R-5-P) as the starting material step by step.
b. PRPP(5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate) is active donor of R-5-P.
c. AMP and GMP are synthesized further at the base of IMP(Inosine-5'-Monophosphate).
• Site: in cytosol of liver, small intestine and thymus
• Characteristics: a. Purines are synthesized using 5-
phosphoribose(R-5-P) as the starting material step by step.
b. PRPP(5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate) is active donor of R-5-P.
c. AMP and GMP are synthesized further at the base of IMP(Inosine-5'-Monophosphate).
Purine Nucleotide SynthesisPurine Nucleotide Synthesis
Purine Nucleotide SynthesisPurine Nucleotide Synthesis
OH
H
H
CH2
OH OH
H HO
O2-O3P
-D-Ribose-5-Phosphate (R5P)
O
H
H
CH2
OH OH
H HO
O2-O3P
5-Phosphoribosyl--pyrophosphate (PRPP)
P
O
O
O P
O
O
O
ATP
AMP
RibosePhosphatePyrophosphokinase
H
NH2
H
CH2
OH OH
H HO
O2-O3P
-5-Phosphoribosylamine (PRA)
AmidophosphoribosylTransferase
Glutamine + H2O
Glutamate + PPi
Inosine Monophosphate (IMP)
HN
HCN
C
CC
N
CH
N
O
4
5
HH
CH2
OH OH
H HOO2-O3P
SS
H2OMg2+
NADPH + H+NADP+
SHSH
thioredoxin
ribonucleotide reductase
NDP£¨N=A, G, C, U£©
dNDP
dNTP
ATP
ADP
kinase
O BaseCH2
HOH
OP PO BaseCH2
OHOH
OP P
thioredoxin
thioredoxin reductase
FAD
Deoxyribonucleotide synthesis at the NDP level
Purine nucleotide biosynthesis is regulated by feedback inhibition
Purine nucleotide biosynthesis is regulated by feedback inhibition
Purine Salvage PathwayPurine Salvage Pathway
N
NN
N
NH2
O
Guanine
N
N N
O
N
Hypoxanthine
O
OHHO
2-O3POH2C
N
N N
O
N
IMP
O
OHHO
2-O3POH2C
N
NN
N
NH2
O
GMP
.
.
Adenine AMP
PRPP PPi
adenine phosphoribosyl transferase
PRPP PPi
hypoxanthine-guaninephosphoribosyl transferase
(HGPRT)
Absence of activity of HGPRT leads to Lesch-Nyhan syndrome.
پورین بازهای دفع و پورین تجزیه بازهای دفع و تجزیه
-
GoutImpaired excretion or overproduction of uric acid
Uric acid crystals precipitate into joints (Gouty Arthritis), kidneys, ureters (stones)
Lead impairs uric acid excretion – lead poisoning from pewter drinking goblets
Fall of Roman Empire?Xanthine oxidase inhibitors inhibit production of uric acid, and treat gout
Allopurinol treatment – hypoxanthine analog that binds to Xanthine Oxidase to decrease uric acid production
The uric acid and the gout
Uric acid Over 8mg/dl, in the plasma
Gout, Urate crystallization in joints, soft tissue, cartilage and
kidney
Hypoxanthine
Xanthine Out of body
In urine
Diabetese nephrosis
……
ALLOPURINOL IS A XANTHINE OXIDASE INHIBITORALLOPURINOL IS A XANTHINE OXIDASE INHIBITOR
A SUBSTRATE ANALOG IS CONVERTED TO AN INHIBITOR, IN THIS CASE A “SUICIDE-INHIBITOR”
Element source of pyrimidine base
Element source of pyrimidine base
N
CN
C
CC
12
34
5
6Asp
CO2
Gln
•Carbamoyl phosphate synthetase(CPS) exists in 2 types: •CPS-I, a mitochondrial enzyme, is dedicated to the urea cycle and
arginine biosynthesis. •CPS-II, a cytosolic enzyme, used here. It is the committed step in
animals.
synthesis of carbamoyl phosphatesynthesis of carbamoyl phosphate
2 ATP + HCO3- + Glutamine + H2O
CO
O PO3-2
NH2
Carbamoyl Phosphate
HN
CNH
C
CHC
COOO
O
Orotate
HN
CN
CH
CHC
O
O
HH
CH2
OH OH
H HO
O2-O3P
Uridine Monophosphate(UMP)
2 ADP +Glutamate + Pi
CarbamoylPhosphateSynthetase II
AspartateTranscarbamoylase(ATCase)
Aspartate
Pi
H2O
Dihydroorotase
PRPP PPi
Orotate PhosphoribosylTransferase
Pyrimidine Synthesis
CMP
TMP
Synthesis of UMP from carbamoyl phosphate
5. Regulation of de novo synthesis5. Regulation of de novo synthesis
carbamoyl phosphate
carbamoyl aspartate
UMP
ATP + CO2 + Gln
PRPP
UTP CTP
ATP + R-5-P
purine nucleotide
pyrimidine nucleotide
پیریمیدین بازهای ودفع پیریمیدین تجزیه بازهای ودفع تجزیه
Thymidine γ aminoisobutyrate
CO2+NH3 CytosineUracil β alanine
+CO2+NH3
γ aminoisobutyrate Succinyl COA
Thymidine γ aminoisobutyrate
CO2+NH3 CytosineUracil β alanine
+CO2+NH3
γ aminoisobutyrate Succinyl COA
Pyrimidine Catabolism Pyrimidine Catabolism
enzyme specification.