第十一章 核苷酸代谢

1、第十一章 核苷酸的代谢华东理工大学生物化学精品课程组上海市精品课程系列学习要求了解核苷酸分解所需酶以及分解代谢产物掌握嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸从头合成的过程以及最初产物。了解二者合成途径的差异。理解用核苷酸生物合成途径筛选融合细胞的原理。理解根据核苷酸的生物合成设计抗癌药的机理。第十一章 核苷酸的代谢某些核酸外切酶对某些核酸外切酶对RNARNA、DNADNA均有作用：均有作用：牛脾磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶产生产生3 3 - -核苷酸核苷酸蛇毒磷酸二酯酶蛇毒磷酸二酯酶产生产生5 -核苷酸核苷酸第十一章 核苷酸的代谢p核苷酸的降解p嘌呤类核苷酸的生物合成p嘧啶类核苷酸的生物合成11.1 核苷酸的降解

2、嘌呤核苷酸的分解代谢嘧啶核苷酸的分解代谢返回鸟类、爬行动物和灵长类动物（包括人）可以将嘌呤核苷酸转换为尿酸排泄掉。嘌呤核苷酸的分解代谢痛风？许多动物还可以进一步将尿酸降解为其它产物，如尿囊素、尿囊酸和尿素等。嘌呤核苷酸的分解代谢双翅目昆虫双翅目昆虫硬骨鱼、两栖类动物硬骨鱼、两栖类动物鱼、两栖类动物鱼、两栖类动物嘌呤核苷酸的分解代谢活动的肌肉会生成氨，发生的反应如下： AMP脱氨酶AMPH2O IMPNH3 反应生成的IMP可以再循环重新形成AMP, 即IMP与天冬氨酸缩合生成腺苷琥珀酸, 然后再除去延胡索酸形成AMP。这一循环途径称为嘌呤核苷酸循环。 返回嘧啶核苷酸的分解代谢核苷酸酶核苷酸酶核

3、苷酸酶核苷酸酶核苷酸酶核苷酸酶磷酸化酶磷酸化酶磷酸化酶磷酸化酶胸苷胸苷嘧啶核苷酸的分解代谢生成的胞嘧啶和胸腺嘧啶可以继续降解生成中枢代谢途径中的中间产物-乙酰CoA和琥珀酰CoA。返回11.2 嘌呤类核苷酸的生物合成嘌呤核苷酸的从头合成嘌呤核苷酸的补救合成途径嘌呤核苷酸的相互转变嘌呤脱氧核糖核苷酸的生成嘌呤类核苷酸生物合成的抑制剂返回嘌呤核苷酸的从头合成嘌呤核苷酸环上的原子来源一碳单位一碳单位天冬氨酸天冬氨酸甘氨酸甘氨酸嘌呤核苷酸的从头合成嘌呤核苷酸的合成特点合成部位：胞浆，肝脏是主要器官，其次是小肠和胸腺，脑和骨髓不能合成。先形成IMP，然后在单磷酸的水平上转变成AMP、GMP。IMP合成从

4、5-P-核糖开始的，在ATP参与下先形成PRPP。嘌呤的各个原子是在PRPP的C1上逐渐加上去的。由Asp、Gln、 Gly、甲酸、CO2 提供N和C ，合成时先形成右环，再形成左环（共11步反应）。四氢叶酸（FH4）是一碳单位的载体。返回嘌呤核苷酸的补救合成途径缺少次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶活性，可以导致严重的代谢病，其生化特征是尿酸排泄量升高，约为正常的6倍，同时嘌呤从头合成的速率大大增加，又称Lesch-Nyhan综合症。返回嘌呤核苷酸的相互转变腺苷酸代琥珀酸腺苷酸代琥珀酸黄嘌呤核苷酸（黄嘌呤核苷酸（XMP）延胡索酸延胡索酸天冬氨酸天冬氨酸嘌呤核苷酸的相互转变GMP生成后，在磷酸激酶的

5、催化下，接受ATP的高能磷酸基团，生成GDP及GTP。这种转变方式也是体内从一磷酸核苷转变为二磷酸及三磷酸核苷的普遍方式，以N代表嘌呤或嘧啶碱基表示为： NMP+ATP NDP+ADP NDP+ATP NTP+ADP返回嘌呤脱氧核糖核苷酸的合成脱氧核糖核苷酸是通过核糖核苷二磷酸还原生成的，NADPH作为这一反应的还原力。大多数脱氧核苷酸的合成是在NDP的基础上进行的。返回嘌呤类核苷酸生物合成的抑制剂临床上几种治癌药物的作用机理嘌呤类似物（6-巯基嘌呤）：可抑制AMP、GMP的生成谷胺酰胺类似物（氮杂丝氨酸）：可抑制IMP的合成中有谷胺酰胺参与的反应叶酸类似物（氨基蝶呤、氨甲喋呤）：可抑制IMP

6、合成中有四氢叶酸参与的反应返回 11.3 嘧啶类核苷酸的生物合成嘧啶核苷酸的从头合成嘧啶核苷酸的补救合成途径嘧啶核苷酸的相互转变嘧啶脱氧核糖核苷酸的生成嘧啶类核苷酸的抗代谢物融合细胞的筛选及应用返回嘧啶核苷酸的从头合成嘧啶核苷酸环上的原子来源嘧啶环的前体是氨甲酰磷酸和天冬氨酸。C-2来自HCO3-；N-3来自谷氨酰胺的酰胺基团；其余原子都来自天冬氨酸。各种嘧啶核苷酸的前体是尿嘧啶核苷酸(UMP)，尿嘧啶核苷酸从头合成的过程比嘌呤简单，并且消耗的ATP少。嘧啶核苷酸的从头合成嘧啶核苷酸的合成特点合成场所：主要在肝细胞胞浆 其合成与嘌呤核苷酸的合成不同，先由氨甲酰磷酸与天冬氨酸形成嘧啶环，再与核糖

7、磷酸（PRPP）结合形成 UMP，其关键的中间产物是乳清酸。胞苷酸则由尿苷酸在三磷酸的水平上转变而来。嘧啶核苷酸的从头合成返回由UMP转换成CTP涉及三步反应。尿苷酸激酶催化ATP的-磷酸转移给UMP，形成UDP。核苷二磷酸激酶催化第二个ATP的-磷酸转移给UDP，形成UTP。CTP合成酶催化来自谷氨酰胺的酰胺氮转移至UTP的C-4，形成CTP。嘧啶核苷酸的相互转变返回嘧啶脱氧核糖核苷酸的合成大多数脱氧核苷酸的合成是在NDP的基础上进行的，但脱氧胸苷酸的合成是个例外。dTMP是由dUMP甲基化形成的。首先dUDP转换为dUMP，然后在由胸苷酸合成酶催化下dUMP转化为dTMP。反应中，5,10

8、-亚甲基四氢叶酸提供一碳单位之后，形成二氢叶酸，二氢叶酸经还原变成四氢叶酸，再接收丝氨酸提供的一碳单位重新形成5,10-亚甲基四氢叶酸。嘧啶脱氧核糖核苷酸的合成dTMPdTMP返回嘧啶核苷酸的补救合成途径尿苷激酶途径 尿苷+ATP 尿苷酸+ADP 胞苷+ATP 胞苷酸+ADP胸苷激酶途径 T + 1-磷酸脱氧核糖 脱氧胸苷+Pi 脱氧胸苷酸（dTMP）磷酸化酶TK胸苷激酶返回嘧啶类核苷酸的抗代谢物嘧啶类似物： 5-氟尿嘧啶(5-FU)叶酸类似物： 氨甲蝶呤嘧啶类核苷酸的抗代谢物氨甲蝶呤返回氟尿嘧啶(FU)氨基蝶呤希罗达希罗达 （卡培他滨）（卡培他滨）NH-CO-ONNOOFOHHOH3C5-脱

9、氧脱氧-5-氟氟-N-(戊氧基戊氧基)羰基羰基-胞（嘧啶核）苷胞（嘧啶核）苷 小肠小肠肝脏肝脏希罗达希罗达5 -DFCR5 -DFURCyD5 -DFCR5 -DFUR5-FU肿瘤肿瘤希罗达希罗达 肿瘤血管生成因子肿瘤血管生成因子（胸苷磷酸化酶，（胸苷磷酸化酶，TP)CyD5 -DFCR = 5 脱氧氟胞苷脱氧氟胞苷; 5 -DFUR = 5 脱氧氟脱氧氟尿尿苷苷;CyD =胞苷脱氨酶胞苷脱氨酶; CE = 羧酸酯酶羧酸酯酶CE希罗达希罗达 作用机制图作用机制图融合细胞的筛选及应用融合细胞的筛选细胞A(胸苷激酶缺陷)和细胞B(次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶缺陷)只能以从头合成方式合成所需的胸苷酸和次黄嘌呤、鸟嘌呤。如将两者一起放入含氨甲喋呤(可抑制从头合成)的培养基(称为HAT培养基)中，则只有融合后的细胞才能依靠对方原有的酶合成所需的物质而存活下来，以此可以筛选出融合细胞。融合细胞的筛选及应用单克隆抗体技术正常淋巴细胞(如小鼠脾细胞)具有分泌抗体的能力，但不能长期培养，瘤细胞(如骨髓瘤)可以在体外长期培养，但不分泌抗体。于是英国人Kohler和Milstein 1975将两种细胞杂交而创立了单克隆抗体技术，获1984年诺贝尔奖。返回思考题别嘌呤醇是黄嘌呤氧化酶的抑制剂，它用来治疗慢性痛风。请说明这种治疗方法的生化基础。使用别嘌呤醇的病人时常会产生黄嘌呤结石，不过肾损伤