分子生物學第四章核苷酸代謝課件

1、第8章 核苷酸代謝Metabolism of Nucleotides濱州醫(yī)學院生物化學與分子生物學教研室孔麗君核苷酸是核酸的基本結構單位。人體內(nèi)的核苷酸主要由機體細胞自身合成。因此，與氨基酸不同，核苷酸不屬于營養(yǎng)必需物質(zhì)。食物中不缺乏核酸，食物核酸不利用。概述核苷酸的分布廣泛,以5-核苷酸形式存在,5-ATP含量最高細胞中RNA濃度遠大于DNA細胞分裂周期中,細胞內(nèi)DNA含量波動大,RNA濃度相對穩(wěn)定不同類型細胞中各種核苷酸含量有差異,但總量變化不大 核酸的消化與吸收食物核蛋白蛋白質(zhì)核酸(RNA及DNA)胃酸核苷酸胰核酸酶核苷磷酸胰、腸核苷酸酶堿基戊糖核苷酶排出，很少利用(磷酸二酯酶)RNA酶

2、DNA酶(磷酸單酯酶)(水解或磷酸解)（或磷酸戊糖）AMP尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)第一節(jié) 嘌呤核苷酸的合成與分解代謝 Metabolism of Purine Nucleotides嘌呤核苷酸的結構GMPAMP 肝是體內(nèi)從頭合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小腸和胸腺，而腦、骨髓則無法進行此合成途徑。（一）嘌呤核苷酸的從頭合成 哺乳動物合成部位從頭合成途徑除某些細菌外，幾乎所有生物體都能合成嘌呤堿。 嘌呤堿合成的元素來源CO2天冬氨酸甲?；ㄒ惶紗挝唬└拾彼峒柞；ㄒ惶紗挝唬┕劝滨０罚０坊└拾碑斨姓? 谷氮坐兩邊,左上天冬氨, 頭頂CO2合成的原料: PP-1-R-5-P、一碳單位

3、、 ATP、CO2、甲?；被岷铣傻倪^程: 兩個階段,1. 次黃嘌呤核苷酸(IMP)的合成 2. 腺苷酸(AMP)和鳥苷酸(GMP)的合成 IMP的合成過程 磷酸核糖酰胺轉(zhuǎn)移酶 GAR合成酶 轉(zhuǎn)甲?；?FGAM合成酶 AIR合成酶腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMP脫氫酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶 GMP合成酶 AMP和GMP的生成AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶是在磷酸核糖分子上逐步合成的，R-5-P來自葡萄糖代謝，G對核酸合成非常重要， PRPP是5-磷酸核糖的活性供體。 先合成 IMP，再轉(zhuǎn)變成 AMP或GMP。 合成消耗大量能

4、量：IMP的合成需5個ATP，6個高能磷酸鍵。AMP 或GMP的合成又需1個ATP。合成需要大量氨基酸做原料 嘌呤核苷酸從頭合成特點從頭合成的調(diào)節(jié)R-5-PATPPRPP合成酶PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶PRAIMP腺苷酸代琥珀酸AMPADPATPXMPGMPGDPGTP+_IMP腺苷酸代琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATPGTP_+調(diào)節(jié)方式：反饋調(diào)節(jié)和交叉調(diào)節(jié)(二)嘌呤核苷酸的補救合成有兩種方式腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(adenine phosphoribosyl transferase, APRT)次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(hypoxanthine- guanine phosph

5、oribosyl transferase, HGPRT)腺苷激酶(adenosine kinase) 參與補救合成的酶腺嘌呤 + PRPPAMP + PPiAPRT次黃嘌呤 + PRPPIMP + PPiHGPRT鳥嘌呤 + PRPPHGPRTGMP + PPi 合成過程腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP臨床聯(lián)系Lesch-Nyhan 萊-尼綜合征,自毀容貌綜合征HGPRT基因缺陷-罕見的性染色體X連鎖遺傳病疾病生化本質(zhì): 嘌呤合成過多，明顯的高尿酸血癥，痛風伴為，有自毀容貌。大腦癱瘓、智力減退、舞蹈手足綜合征 , 身體和精神發(fā)育遲緩 , 有咬指咬唇的強迫性自殘行 自毀容貌綜合征（四）脫氧核

6、糖核苷酸的生成（N代表A、G、U、C等堿基）在核苷二磷酸水平被還原而成脫掉的O需要兩個H，生成H2OdNDP + ATP 激酶dNTP + ADP二磷酸脫氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷NADP+NADPH + H+核糖核苷酸還原酶，Mg2+還原型硫氧化還原蛋白-(SH)2氧化型硫氧化還原蛋白SS硫氧化還原蛋白還原酶(FAD)NDPdNDP核糖核苷酸還原酶ADPdADP核糖核苷酸還原酶GDPdGDP核糖核苷酸還原酶UDPdUDP核糖核苷酸還原酶CDPdCDP核糖核苷酸還原酶TDPdTDPdNDP+ATPdNTP+ADP激酶激酶dCDP+ATPdCTP+ADPdUDP+ATPdUTP+ADP激

7、酶dGDP+ATPdGTP+ADP激酶dADP+ATPdATP +ADP激酶dTTP?dNDPdNMP+Pi磷酸酶UMPUDP dUDPUTP dUMPCTP dTMP還原酶TMP合成酶（五）嘌呤核苷酸的抗代謝物嘌呤核苷酸的抗代謝物是一些嘌呤、氨基酸或葉酸等的類似物。嘌呤類似物氨基酸類似物葉酸類似物6-巰基嘌呤6-巰基鳥嘌呤8-氮雜鳥嘌呤等氮雜絲氨酸等氨蝶呤氨甲蝶呤等 嘌呤核苷酸抗代謝物主要是一些嘌呤、氨基酸或葉酸等的類似物 采用競爭性抑制或“以假亂真”等方式抑制合成代謝中的酶，從而干擾和阻斷核苷酸的合成, 從而進一步阻止核酸以及蛋白質(zhì)的生物合成. 由于腫瘤的核酸與蛋白質(zhì)代謝旺盛, 因此抗代謝

8、物可用于腫瘤的化療。1. 嘌呤類似物8-氮雜鳥嘌呤N OHNNNHN SHNNNHN SHNNNHH2NN OHNNNHN6-巰基鳥嘌呤次黃嘌呤6-巰基嘌呤（6-MP）6-巰基嘌呤的作用：1、6MP磷酸核糖化生成6MP核苷酸，抑制IMP轉(zhuǎn)化成AMP及GMP。3、 反饋抑制：PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶，干擾磷酸核糖胺的生成，阻斷嘌呤核苷酸的從頭合成途徑。2、競爭性抑制：次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶HGPRT,使PRPP分子中的磷酸核糖不能向G或次黃嘌呤H轉(zhuǎn)移，阻止了補救合成途徑。2、葉酸類似物 抑制有一碳單位參與的反應R=H，氨喋呤R=CH3，氨甲喋呤N NH2NNNHH2NCH2NRCNCHOCH2

9、CH2COOHCOOHHNNCHCH2NHCNCHOCH2CH2COOHCOOHHH2NNOHNH5,6,7,8四氫葉酸氨蝶呤及甲氨蝶呤MTX的作用： 葉酸的類似物，競爭性抑制二氫葉酸還原酶，葉酸不能還原成四氫葉酸嘌呤分子中來自一碳單位的C8及C2得不到供應，抑制嘌呤核苷酸的合成.3、氨基酸類似物 抑制有Gln參與的反應H2NCCH2CH2CHCOOHONH2N+ NCH2COCH2CHCOOHONH2N+ NCH2CCH2CH2CHCOOHONH2谷氨酰胺氮雜絲氨酸（重氮乙酰絲氨酸）6-重氮-5-氧正亮氨酸甲酰甘氨酰胺核苷酸（FGAR）PRPP谷氨酰胺（Gln）=PRA甘氨酰胺核苷酸（GAR

10、）=甲酰甘氨脒核苷酸（FGAM）5-氨基異咪唑-4-甲酰胺核苷酸（AICAR）=5-甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸（FAICAR）IMP次黃嘌呤（H）PRPPPPi=AMP=PRPPPPi=腺嘌呤（A）GMP=PRPPPPi鳥嘌呤(G)6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP氮雜絲氨酸氮雜絲氨酸氮雜絲氨酸MTXMTX目 錄二、嘌呤核苷酸的分解代謝嘌呤堿的最終代謝產(chǎn)物AMPGMPH（次黃嘌呤）GX（黃嘌呤）黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶uric acid尿酸血尿酸 8 mg/dl結晶 沉積組織 （gout） 正常人血漿尿酸含量：0.120.36mmol/L 男: 0.27mmol/L, 女:0

11、.21mmol/L 以尿酸及其鈉鹽形式存在, 均難溶于水0.48mmol/L(8mg%), 析出結晶, 沉積在關節(jié)和軟骨等處 痛風癥進食高嘌呤膳食時體內(nèi)核酸大量分解(白血病,惡性腫瘤化療時）腎臟疾病尿酸排泄障礙血中尿酸臨床上用別嘌呤醇治療尿酸結晶痛風結節(jié) 痛風癥的治療機制鳥嘌呤次黃嘌呤黃嘌呤尿酸黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶別嘌呤醇第二節(jié)嘧啶核苷酸的合成與分解代謝Metabolism of Pyrimidine Nucleotides 嘧啶合成的元素來源氨基甲酰磷酸天冬氨酸NH2HCH2CHOOCHOOCAspCO2Gln 嘧啶核苷酸的結構（一）嘧啶核苷酸的從頭合成主要是肝細胞胞液合成部位一、嘧啶核

12、苷酸的合成代謝先合成嘧啶環(huán)，再與磷酸核糖相連生成嘧啶核苷酸。先合成UMP，再轉(zhuǎn)變成dTMP和CTP。特點嘧啶核苷酸的合成同樣有從頭合成與補救合成兩條途徑嘧啶核苷酸的從頭合成比嘌呤核苷酸簡單 合成原料谷氨酰胺、CO2和天冬氨酸 合成過程 尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺 + HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶II2ATP2ADP+Pi谷氨酸 + 氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸合成酶I、 II的比較分布線粒體(肝)胞液(各種細胞)氮源氨谷氨酰胺變構激活劑N-乙酰谷氨酸無變構抑制劑無UMP(哺乳動物)功能尿素合成嘧啶合成(CPS-I)(CPS-II)孔麗君，氨基酸代謝濱州醫(yī)學院生物化學與分子生物學教研室 胞嘧啶核苷酸

13、的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶谷氨酰胺ATP谷氨酸ADP+PiCTP的合成 是在三磷酸水平上進行的。 dTMP或TMP的生成TMP合酶N5, N10-甲烯FH4FH2FH2還原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMP脫氧胸苷一磷酸dTMPUDP脫氧核苷酸還原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMPdTMP或TMP的生成是在一磷酸水平上進行的。2.從頭合成的調(diào)節(jié)PRPPAsp由合成產(chǎn)物對3個關鍵酶的負反饋調(diào)節(jié)來實現(xiàn)天冬氨酸氨甲酰轉(zhuǎn)移酶PRPP合成酶CPS-II核苷酸的從頭合成概況GlyAspCO2 + Gln氨基甲酰磷酸乳清酸UMPdTMPUTPC

14、TP5-磷酸核糖PRPPGTPATPAMPGMPIMPGlnGln一碳單位一碳單位CO2Asp（二）嘧啶核苷酸的補救合成嘧啶 + PRPP磷酸嘧啶核苷 + PPi嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶尿嘧啶核苷 + ATP尿苷激酶UMP +ADP胸腺嘧啶核苷 + ATP胸苷激酶TMP +ADP 胸苷激酶在正常肝中活性很低，再生肝中活性升高；惡性腫瘤中明顯升高，并與惡性程度相關。嘧啶核苷酸+PPi嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶尿嘧啶胸腺嘧啶乳清酸嘧啶+PRPP胞嘧啶嘧啶核苷+ATP嘧啶核苷酸+ADP核苷激酶胸苷激酶,TK與惡性腫瘤嘌啶核苷酸與嘧啶核苷酸合成的比較相同點1. 合成原料基本相同嘌啶核苷酸嘧啶核苷酸2. 合成部位對高

15、等動物來說,主要在肝臟3. 都有2種合成途徑(從頭和補救途徑) 4. 都是先合成一個與之有關的核苷酸,然后在此基礎上進一步合成核苷酸不同點1. 在5-P -R基礎上合成嘌呤環(huán)2. 最先合成的核苷酸是 IMP3. 在IMP基礎上完成AMP和GMP的合成1. 先合成嘧啶環(huán)再與 5-P-R結合2. 先合成UMP3. 以UMP為基礎, 完成CTP, dTMP的合成 5-P-RPRPPIMPdAMPGMPdGMPAMPdADPGDPdGDPADPdATPGTPdGTPATPUMPCMPdUMPUDPCDPdUDPUTPCTPdUTPdTMPdCMPdTDPdCDPdTTPdCTPCO2+GlnH2N-C

16、O-POMP核苷酸的從頭合成過程總結dUDPdCMPdUMP總結核苷酸的合成及相互關系（三）嘧啶核苷酸的抗代謝物嘧啶類似物胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶(5-FU)5-FU5-FdUMP5-FUTPdUMPdTMP合成RNA破壞 RNA的結構某些改變了核糖結構的核苷類似物HOUMPUTPCTPCDPdCDPUDPdUDPdUMPdTMP氮雜絲氨酸阿糖胞苷葉酸類似物氨甲碟呤氮雜絲氨酸（干擾絲氨酸生成N5,N10-甲烯FH4）氨基酸類似物關鍵酶及代謝的關鍵點，都作為抗 代謝藥物設計的靶點，控制好可以 控制某些細胞的增殖。二、嘧啶核苷酸的分解代謝嘧啶堿1-磷酸核糖嘧啶核苷酸核苷 核苷酸酶PPi核苷磷酸化

17、酶嘧啶核苷酸的分解代謝嘧啶核苷酸磷酸酶嘧啶核苷核苷酶嘧啶CONCCHCHNNH2HCOHNCCHCHNOHNH3COHNCCH2CH2NOHNADPH+H+NADP+H2OCOH2NCCH2CH2NOHHOH2OCO2+NH3H2N-CH2-CH2-COOH-丙氨酸胞嘧啶尿嘧啶COHNCC-CH3CHNOHNADPH+H+NADP+COHNCCH-CH3CH2NOHCOH2NCCH-CH3CH2NOHHOH2OCO2+NH3-氨基異丁酸H2N-CH2-CH-COOHCH3-脲基異丁酸H2O胸腺嘧啶二氫胸腺嘧啶胞嘧啶NH3尿嘧啶二氫尿嘧啶 H2OCO2 + NH3-丙氨酸胸腺嘧啶-脲基異丁酸-氨

18、基異丁酸H2O丙二酸單酰CoA乙酰CoATAC肝尿素甲基丙二酸單酰CoA琥珀酰CoATAC糖異生 嘧啶核苷酸與嘌呤核苷酸分解代謝最大的不同是嘧啶環(huán)的裂解，最后生成-氨基酸 嘧啶堿的降解產(chǎn)物易溶于水，故嘧啶代謝異常的疾病較少。 乳清酸尿癥是缺乏從頭合成途徑酶所致的原發(fā)性遺傳病COHNCCHCCOOHNHO乳清酸COHNCCHCCOOHNOR-5-PPRPPPPi磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶乳清酸核苷酸COHNCCHCHNOR-5-PCO2尿嘧啶核苷酸脫羧酶乳清酸尿癥缺乏酶5和酶6缺乏酶6用尿苷可治療本病機制：通過補救途徑合成UMP和UTP，反饋抑制乳清酸合成THE END嘌呤核苷酸合成小結IMP嘧啶核苷酸合成

19、小結UMP核 酸 酶1、核酸酶的分類（1）根據(jù)對底物的 專一性分為（2）根據(jù)切割位點分為核糖核酸酶(RNase)脫氧核糖核酸酶(DNase)非特異性核酸酶核酸內(nèi)切酶核酸外切酶2、核酸酶的作用特點外切核酸酶對核酸的水解位點5 p p p pOHB p p p p3BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶（ 5端外切5得3）蛇毒磷酸二酯酶（ 3端外切3得5）內(nèi)切核酸酶對RNA的水解位點示意圖5 p p p pOHPyPuPyPy1 p p pGACU p p pGA3RNAase IRNAase IRNAase T1RNAase T1Pu ：嘌呤 Py：嘧啶 限制性內(nèi)切酶 類型 命名 意義 原核生物中存在著一類能識別外源DNA雙螺旋中4-8個堿基對所組成的特異的具有二重旋轉(zhuǎn)對稱性的回文序列，并在此序列的某位點水解DNA雙螺旋鏈，產(chǎn)生粘性末端或平末端，這類酶稱為限制性內(nèi)切酶（ristriction endonuclease）。常用的DNA限制性內(nèi)切酶的專一性酶辨認的序列和切口說明 A G C T T C G A G G A T C C C C T A G G A G A T C T T C T A G A G A A T T C C T T A A G A A G C T T T T C G A A G T C G A C C A G C