分子生物学第四章核苷酸代谢课件

1、第8章 核苷酸代谢Metabolism of Nucleotides滨州医学院生物化学与分子生物学教研室孔丽君核苷酸是核酸的基本结构单位。人体内的核苷酸主要由机体细胞自身合成。因此，与氨基酸不同，核苷酸不属于营养必需物质。食物中不缺乏核酸，食物核酸不利用。概述核苷酸的分布广泛,以5-核苷酸形式存在,5-ATP含量最高细胞中RNA浓度远大于DNA细胞分裂周期中,细胞内DNA含量波动大,RNA浓度相对稳定不同类型细胞中各种核苷酸含量有差异,但总量变化不大 核酸的消化与吸收食物核蛋白蛋白质核酸(RNA及DNA)胃酸核苷酸胰核酸酶核苷磷酸胰、肠核苷酸酶碱基戊糖核苷酶排出，很少利用(磷酸二酯酶)RNA酶

2、DNA酶(磷酸单酯酶)(水解或磷酸解)（或磷酸戊糖）AMP尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)第一节 嘌呤核苷酸的合成与分解代谢 Metabolism of Purine Nucleotides嘌呤核苷酸的结构GMPAMP 肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小肠和胸腺，而脑、骨髓则无法进行此合成途径。（一）嘌呤核苷酸的从头合成 哺乳动物合成部位从头合成途径除某些细菌外，几乎所有生物体都能合成嘌呤碱。 嘌呤碱合成的元素来源CO2天冬氨酸甲酰基（一碳单位）甘氨酸甲酰基（一碳单位）谷氨酰胺（酰胺基）甘氨当中站, 谷氮坐两边,左上天冬氨, 头顶CO2合成的原料: PP-1-R-5-P、一碳单位

3、、 ATP、CO2、甲酰基、氨基酸合成的过程: 两个阶段,1. 次黄嘌呤核苷酸(IMP)的合成 2. 腺苷酸(AMP)和鸟苷酸(GMP)的合成 IMP的合成过程 磷酸核糖酰胺转移酶 GAR合成酶 转甲酰基酶 FGAM合成酶 AIR合成酶腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMP脱氢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来自葡萄糖代谢，G对核酸合成非常重要， PRPP是5-磷酸核糖的活性供体。 先合成 IMP，再转变成 AMP或GMP。 合成消耗大量能

4、量：IMP的合成需5个ATP，6个高能磷酸键。AMP 或GMP的合成又需1个ATP。合成需要大量氨基酸做原料 嘌呤核苷酸从头合成特点从头合成的调节R-5-PATPPRPP合成酶PRPP酰胺转移酶PRAIMP腺苷酸代琥珀酸AMPADPATPXMPGMPGDPGTP+_IMP腺苷酸代琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATPGTP_+调节方式：反馈调节和交叉调节(二)嘌呤核苷酸的补救合成有两种方式腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adenine phosphoribosyl transferase, APRT)次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine- guanine phosph

5、oribosyl transferase, HGPRT)腺苷激酶(adenosine kinase) 参与补救合成的酶腺嘌呤 + PRPPAMP + PPiAPRT次黄嘌呤 + PRPPIMP + PPiHGPRT鸟嘌呤 + PRPPHGPRTGMP + PPi 合成过程腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP临床联系Lesch-Nyhan 莱-尼综合征,自毁容貌综合征HGPRT基因缺陷-罕见的性染色体X连锁遗传病疾病生化本质: 嘌呤合成过多，明显的高尿酸血症，痛风伴为，有自毁容貌。大脑瘫痪、智力减退、舞蹈手足综合征 , 身体和精神发育迟缓 , 有咬指咬唇的强迫性自残行 自毁容貌综合征（四）脱氧核

6、糖核苷酸的生成（N代表A、G、U、C等碱基）在核苷二磷酸水平被还原而成脱掉的O需要两个H，生成H2OdNDP + ATP 激酶dNTP + ADP二磷酸脱氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷NADP+NADPH + H+核糖核苷酸还原酶，Mg2+还原型硫氧化还原蛋白-(SH)2氧化型硫氧化还原蛋白SS硫氧化还原蛋白还原酶(FAD)NDPdNDP核糖核苷酸还原酶ADPdADP核糖核苷酸还原酶GDPdGDP核糖核苷酸还原酶UDPdUDP核糖核苷酸还原酶CDPdCDP核糖核苷酸还原酶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还原酶TMP合成酶（五）嘌呤核苷酸的抗代谢物嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、氨基酸或叶酸等的类似物。嘌呤类似物氨基酸类似物叶酸类似物6-巯基嘌呤6-巯基鸟嘌呤8-氮杂鸟嘌呤等氮杂丝氨酸等氨蝶呤氨甲蝶呤等 嘌呤核苷酸抗代谢物主要是一些嘌呤、氨基酸或叶酸等的类似物 采用竞争性抑制或“以假乱真”等方式抑制合成代谢中的酶，从而干扰和阻断核苷酸的合成, 从而进一步阻止核酸以及蛋白质的生物合成. 由于肿瘤的核酸与蛋白质代谢旺盛, 因此抗代谢

8、物可用于肿瘤的化疗。1. 嘌呤类似物8-氮杂鸟嘌呤N OHNNNHN SHNNNHN SHNNNHH2NN OHNNNHN6-巯基鸟嘌呤次黄嘌呤6-巯基嘌呤（6-MP）6-巯基嘌呤的作用：1、6MP磷酸核糖化生成6MP核苷酸，抑制IMP转化成AMP及GMP。3、 反馈抑制：PRPP酰胺转移酶，干扰磷酸核糖胺的生成，阻断嘌呤核苷酸的从头合成途径。2、竞争性抑制：次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶HGPRT,使PRPP分子中的磷酸核糖不能向G或次黄嘌呤H转移，阻止了补救合成途径。2、叶酸类似物 抑制有一碳单位参与的反应R=H，氨喋呤R=CH3，氨甲喋呤N NH2NNNHH2NCH2NRCNCHOCH2

9、CH2COOHCOOHHNNCHCH2NHCNCHOCH2CH2COOHCOOHHH2NNOHNH5,6,7,8四氢叶酸氨蝶呤及甲氨蝶呤MTX的作用： 叶酸的类似物，竞争性抑制二氢叶酸还原酶，叶酸不能还原成四氢叶酸嘌呤分子中来自一碳单位的C8及C2得不到供应，抑制嘌呤核苷酸的合成.3、氨基酸类似物 抑制有Gln参与的反应H2NCCH2CH2CHCOOHONH2N+ NCH2COCH2CHCOOHONH2N+ NCH2CCH2CH2CHCOOHONH2谷氨酰胺氮杂丝氨酸（重氮乙酰丝氨酸）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-氨基异咪唑-4-甲酰胺核苷酸（AICAR）=5-甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸（FAICAR）IMP次黄嘌呤（H）PRPPPPi=AMP=PRPPPPi=腺嘌呤（A）GMP=PRPPPPi鸟嘌呤(G)6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸MTXMTX目 录二、嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤碱的最终代谢产物AMPGMPH（次黄嘌呤）GX（黄嘌呤）黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶uric acid尿酸血尿酸 8 mg/dl结晶 沉积组织 （gout） 正常人血浆尿酸含量：0.120.36mmol/L 男: 0.27mmol/L, 女:0

11、.21mmol/L 以尿酸及其钠盐形式存在, 均难溶于水0.48mmol/L(8mg%), 析出结晶, 沉积在关节和软骨等处 痛风症进食高嘌呤膳食时体内核酸大量分解(白血病,恶性肿瘤化疗时）肾脏疾病尿酸排泄障碍血中尿酸临床上用别嘌呤醇治疗尿酸结晶痛风结节 痛风症的治疗机制鸟嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤尿酸黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇第二节嘧啶核苷酸的合成与分解代谢Metabolism of Pyrimidine Nucleotides 嘧啶合成的元素来源氨基甲酰磷酸天冬氨酸NH2HCH2CHOOCHOOCAspCO2Gln 嘧啶核苷酸的结构（一）嘧啶核苷酸的从头合成主要是肝细胞胞液合成部位一、嘧啶核

12、苷酸的合成代谢先合成嘧啶环，再与磷酸核糖相连生成嘧啶核苷酸。先合成UMP，再转变成dTMP和CTP。特点嘧啶核苷酸的合成同样有从头合成与补救合成两条途径嘧啶核苷酸的从头合成比嘌呤核苷酸简单 合成原料谷氨酰胺、CO2和天冬氨酸 合成过程 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的比较分布线粒体(肝)胞液(各种细胞)氮源氨谷氨酰胺变构激活剂N-乙酰谷氨酸无变构抑制剂无UMP(哺乳动物)功能尿素合成嘧啶合成(CPS-I)(CPS-II)孔丽君，氨基酸代谢滨州医学院生物化学与分子生物学教研室 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 是在三磷酸水平上进行的。 dTMP或TMP的生成TMP合酶N5, N10-甲烯FH4FH2FH2还原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMP脱氧胸苷一磷酸dTMPUDP脱氧核苷酸还原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMPdTMP或TMP的生成是在一磷酸水平上进行的。2.从头合成的调节PRPPAsp由合成产物对3个关键酶的负反馈调节来实现天冬氨酸氨甲酰转移酶PRPP合成酶CPS-II核苷酸的从头合成概况GlyAspCO2 + Gln氨基甲酰磷酸乳清酸UMPdTMPUTPC

14、TP5-磷酸核糖PRPPGTPATPAMPGMPIMPGlnGln一碳单位一碳单位CO2Asp（二）嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶 + PRPP磷酸嘧啶核苷 + PPi嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶核苷 + 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；恶性肿瘤中明显升高，并与恶性程度相关。嘧啶核苷酸+PPi嘧啶磷酸核糖转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与恶性肿瘤嘌啶核苷酸与嘧啶核苷酸合成的比较相同点1. 合成原料基本相同嘌啶核苷酸嘧啶核苷酸2. 合成部位对高

15、等动物来说,主要在肝脏3. 都有2种合成途径(从头和补救途径) 4. 都是先合成一个与之有关的核苷酸,然后在此基础上进一步合成核苷酸不同点1. 在5-P -R基础上合成嘌呤环2. 最先合成的核苷酸是 IMP3. 在IMP基础上完成AMP和GMP的合成1. 先合成嘧啶环再与 5-P-R结合2. 先合成UMP3. 以UMP为基础, 完成CTP, dTMP的合成 5-P-RPRPPIMPdAMPGMPdGMPAMPdADPGDPdGDPADPdATPGTPdGTPATPUMPCMPdUMPUDPCDPdUDPUTPCTPdUTPdTMPdCMPdTDPdCDPdTTPdCTPCO2+GlnH2N-C

16、O-POMP核苷酸的从头合成过程总结dUDPdCMPdUMP总结核苷酸的合成及相互关系（三）嘧啶核苷酸的抗代谢物嘧啶类似物胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶(5-FU)5-FU5-FdUMP5-FUTPdUMPdTMP合成RNA破坏 RNA的结构某些改变了核糖结构的核苷类似物HOUMPUTPCTPCDPdCDPUDPdUDPdUMPdTMP氮杂丝氨酸阿糖胞苷叶酸类似物氨甲碟呤氮杂丝氨酸（干扰丝氨酸生成N5,N10-甲烯FH4）氨基酸类似物关键酶及代谢的关键点，都作为抗 代谢药物设计的靶点，控制好可以 控制某些细胞的增殖。二、嘧啶核苷酸的分解代谢嘧啶碱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谢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-氨基异丁酸H2N-CH2-CH-COOHCH3-脲基异丁酸H2O胸腺嘧啶二氢胸腺嘧啶胞嘧啶NH3尿嘧啶二氢尿嘧啶 H2OCO2 + NH3-丙氨酸胸腺嘧啶-脲基异丁酸-氨

18、基异丁酸H2O丙二酸单酰CoA乙酰CoATAC肝尿素甲基丙二酸单酰CoA琥珀酰CoATAC糖异生 嘧啶核苷酸与嘌呤核苷酸分解代谢最大的不同是嘧啶环的裂解，最后生成-氨基酸 嘧啶碱的降解产物易溶于水，故嘧啶代谢异常的疾病较少。 乳清酸尿症是缺乏从头合成途径酶所致的原发性遗传病COHNCCHCCOOHNHO乳清酸COHNCCHCCOOHNOR-5-PPRPPPPi磷酸核糖转移酶乳清酸核苷酸COHNCCHCHNOR-5-PCO2尿嘧啶核苷酸脱羧酶乳清酸尿症缺乏酶5和酶6缺乏酶6用尿苷可治疗本病机制：通过补救途径合成UMP和UTP，反馈抑制乳清酸合成THE END嘌呤核苷酸合成小结IMP嘧啶核苷酸合成

19、小结UMP核 酸 酶1、核酸酶的分类（1）根据对底物的 专一性分为（2）根据切割位点分为核糖核酸酶(RNase)脱氧核糖核酸酶(DNase)非特异性核酸酶核酸内切酶核酸外切酶2、核酸酶的作用特点外切核酸酶对核酸的水解位点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）内切核酸酶对RNA的水解位点示意图5 p p p pOHPyPuPyPy1 p p pGACU p p pGA3RNAase IRNAase IRNAase T1RNAase T1Pu ：嘌呤 Py：嘧啶 限制性内切酶 类型 命名 意义 原核生物中存在着一类能识别外源DNA双螺旋中4-8个碱基对所组成的特异的具有二重旋转对称性的回文序列，并在此序列的某位点水解DNA双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这类酶称为限制性内切酶（ristriction endonuclease）。常用的DNA限制性内切酶的专一性酶辨认的序列和切口说明 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