天津大学生物化学课件Lecture14NucleotideMetabolism.ppt

第十一章 核苷酸代谢 一、核酸的酶促降解 二、嘌呤和嘧啶的分解 三、核苷酸的生物合成 核酸的酶促降解 核酸内切酶断裂核酸链内部 磷酸二酯键 核酸外切酶从核酸链的一端 逐个水解下核苷酸 核苷酸受细胞内磷酸单酯酶水 解成为核苷和磷酸，核苷的进 一步分解生成嘌呤碱基和嘧啶 碱基以及核糖-1-磷酸 嘌呤的分解 腺苷脱氨酶核苷磷酸化酶 核苷磷 酸化酶 鸟嘌呤酶 黄嘌呤氧化酶 Pi 核糖-1-磷酸 Pi 核糖-1-磷酸 腺苷 次黄苷 鸟苷 鸟嘌呤 次黄嘌呤 黄嘌呤 尿酸(醇式) 治痛风的药-别嘌呤醇 嘌呤代谢的最终产物 尿酸 氧化酶 尿囊素酶 尿囊酸酶 尿素酶 尿酸（酮式） 尿囊素 尿囊酸 尿素 乙醛酸 灵长类 鸟类 爬虫类 昆虫 哺乳动物（灵 长类除外） 腹足类 硬骨鱼 大多数鱼类 两栖类 淡水瓣鳃类 甲壳类 咸水瓣鳃类 嘌呤的分解 腺苷脱氨酶核苷磷酸化酶 核苷磷 酸化酶 鸟嘌呤酶 黄嘌呤氧化酶 Pi 核糖-1-磷酸 Pi 核糖-1-磷酸 腺苷 次黄苷 鸟苷 鸟嘌呤 次黄嘌呤 黄嘌呤 尿酸(醇式) 嘌呤类在核苷酸、核苷和碱基三个 水平上的降解 腺苷酸 次黄苷酸 黄苷酸 鸟苷酸 腺苷 次黄苷 黄苷 鸟苷 腺嘌呤 次黄嘌呤 黄嘌呤 鸟嘌呤 尿酸 嘧啶的分解代谢 尿嘧啶 二氢尿嘧啶 胞嘧啶 -脲基 丙酸 胸腺嘧啶 二氢 胸腺嘧啶 -脲基异丁酸 -丙氨酸 -氨基 异丁酸 核苷酸的生物合成 核苷酸的从头合成途径 核苷酸的补救合成途径 核苷酸从头合成的抗代谢物 核苷酸生物合成的基本途径 从头合成途径(De novo pathway): 利用核 糖磷酸、某些氨基酸、CO2和NH3等简单化 合物为原料，经一系列酶促反应合成核苷 酸 补救途径(Salvage pathway)：利用体内游 离的碱基或核苷合成核苷酸 IMP（次黄苷酸）的合成 核糖-5-磷酸 5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP） PRPP 谷氨酰胺 核糖胺-5-磷酸 谷氨酸 Step 1 Step 2 IMP的合成 Step 3 Step 4 核糖胺-5-磷酸 甘氨酸 甘氨酰胺核苷酸 甘氨酰胺核苷酸 甲酰基四氢叶酸 甲酰甘氨酸核苷酸 四氢叶酸 IMP的合成 Step 5 Step 6 甲酰甘氨酰胺核苷酸 谷氨酰胺 甲酰甘氨咪唑核苷酸 谷氨酸 甲酰甘氨咪唑核苷酸 5-氨基咪唑核苷酸 IMP的合成 Step 7 Step 8 5-氨基咪唑核苷酸 5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸 5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸 天冬氨酸 5-氨基咪唑-4-(N-琥珀酸)甲酰胺核苷酸 IMP的合成 Step9 Step 10 5-氨基咪唑-4-(N-琥珀酸) 5-氨基咪唑-4- 延胡索酸 甲酰胺核苷酸 甲酰胺核苷酸 5-氨基咪唑-4- 甲酰胺核苷酸 5-甲酰胺基咪唑-4- 甲酰胺核苷酸 N10-甲酰 四氢叶酸 四氢叶酸 IMP的合成 Step 11 5-甲酰胺基咪唑-4- 甲酰胺核苷酸 次黄苷酸(IMP) IMP的合成总览 谷氨酰胺 谷氨酸 甘氨酸 天冬氨酸 谷氨酰胺 谷氨酸 延胡索酸 嘌呤核各原子的来源 甘氨酸 一碳单位 谷氨酰胺 一碳单位 天冬氨酸 CO2 AMP和GMP的合成 天冬氨酸 腺苷酸琥珀酸 XMP 谷氨酰胺 谷氨酸 延胡索酸 嘧啶核苷酸的合成 天冬氨酸 乳清酸的生物合成途径 氨甲酰磷酸 天冬氨酸 氨甲酰天冬氨酸 -Pi 转氨甲酰酶 -H2O二氢乳清酸酶 二氢乳清酸脱氢酶 氨甲酰磷酸合成酶 乳清酸 二氢乳清酸 乳清酸转变成UTP和CTP 乳清酸 乳清苷酸 谷氨 酰胺 谷氨酸 乳清苷酸 焦磷酸化酶 乳清苷酸 脱羧酶 尿苷酸激酶 核苷二磷酸激酶 CTP合成酶 核苷酸转化成核苷三磷酸 (d) AMP + ATP (d) ADP + ADP (d) NMP + ATP (d) NDP + ADP (d) NDP + ATP (d) NTP + ADP (脱氧)腺苷酸激酶 脱氧核苷酸的合成 NDP还原酶 硫氧还原蛋白 还原酶 硫氧还蛋白硫氧还蛋白 碱基碱基 NDP还原酶 NDP还原酶催化机理 胸苷酸的生物合成途径（1） 胸苷酸的生物合成途径（2） 胸苷酸合成酶机理（1） 胸苷酸合成酶机理（2） 胸苷酸合成酶机理（3） 抗癌药5-氟尿嘧啶 药物用的是5-氟尿嘧啶碱基，通过补救途径生成FdUMP 胸苷酸合成酶的抑制途径 核苷酸从头合成的调节 嘌呤核苷酸合成起始阶段的PRPP合成酶和 PRPP酰胺转移酶可被合成产物IMP、AMP 及GMP等抑制，从核糖胺-5-磷酸到IMP之 间未发现调节步骤 核苷酸的从头合成实际上是不可逆的 嘌呤和嘧啶两类核苷酸的合成有协调控制 关系，二者的合成速度通常是平行的 嘌呤核苷酸从头合成的调节 ATP GTP 核苷酸从头合成的抗代谢物 嘌呤类似物 次黄嘌呤 6-巯基嘌呤 核苷酸从头合成的抗代谢物 谷氨酰胺和天冬氨酸类似物 谷氨酰胺 重氮丝氨酸 6-重氮-5-氧正亮氨酸 核苷酸从头合成的抗代谢物 叶酸类似物 叶酸： R1 = OH， R2 = H 氨基蝶呤： R1 = NH2， R2 = H 氨甲蝶呤： R1 = NH2， R2 = CH3 核苷酸的补救合成嘌呤核苷酸 碱基 + 核糖-1-磷酸 核苷 + Pi 核苷 + ATP 核苷酸 + ADP 腺嘌呤 + PRPP AMP + PPi 次黄嘌呤(鸟嘌呤) + PRPP IMP(GMP) + PPi 核苷磷酸化酶 核苷磷酸激酶 腺嘌呤核糖磷酸转移酶（APRT） 核糖磷酸转移酶 （HGPRT） 核苷酸的补救合成嘧啶核苷酸 嘧啶 + PRPP 嘧啶核苷酸 + PPi 尿嘧啶 + 核糖-1-磷酸 尿嘧啶核苷 UMP 胞嘧啶核苷 + ATP CMP + ADP 嘧啶核糖磷酸转移酶 尿苷磷酸化酶 -Pi 尿苷激酶 +ATP，-ADP 尿苷激酶 PRPP + 谷氨酰胺 甘氨酸 甲酸盐 谷氨酰胺 CO2 天冬氨酸 甲酸盐 IMP AMP GMP ADP GDP ATP dADP dGDP dATP dGTP CO2 + ATP + 谷氨酰胺 天冬氨酸 乳清酸 PRPP UMP CMP UDP CDP CTP dUMP dCMP dTMP dUDP dCDP dTDP dUTP dCTP dTTP RNA DNA UTP GTP 核苷酸生物合成与核酸生物合成的关系 核苷酸代谢小结（1） 核苷酸在所有生物细胞中起着各种重要的 作用 有两种途径合成核苷酸：1）从头合成（de novo pathway）；2）补救途径（salvage pathway） 核糖-5-磷酸-1-焦磷酸是嘧啶和嘌呤从头合 成的共同起始物，谷氨酰胺、甘氨酸和天 冬氨酸提供了碱基上的氮原子。 核苷酸的代谢可以发生在不同水平上 核苷酸代谢小结（2） 嘌呤核苷酸的从头合成是在核糖上组装碱基，