生物化学---第十一章核苷酸代谢.ppt

第十章 核苷酸代谢,核酸,核酸酶,核苷酸,核苷酸酶,磷酸+核苷,核苷磷酸化酶,碱基 + 戊糖-1-磷酸,核苷水解酶,碱基 + 核糖,第一节 核苷酸分解代谢,一、嘌呤核苷酸的分解代谢,嘌呤碱的分解代谢,二、嘧啶核苷酸的分解代谢过程,第二节 核苷酸的合成代谢,主要发生在肝脏，常因各种抑制物甚至生理紧张导致其中的某些酶缺乏，影响细胞生长。,“从头合成”途径（通常情况下占95%）,核糖、氨基酸、CO2、NH3、Pi,核糖核苷酸,辅酶,RNA,脱氧核糖核苷酸,DNA,“补救”途径,内外源核酸分解,核苷,碱基、Pi,脱氧核苷,核酸类补品原理所在 可提高康复速度,（一）从头合成途径 1.概念： 通过利用一些简单的前体物，如5-磷酸核糖，氨基酸，一碳单位及CO2等，逐步合成嘌呤核苷酸的过程称为从头合成途径(de novo synthesis)。 这一途径主要见于肝脏，其次为小肠和胸腺，脑及骨髓无法利用此途径合成核苷酸,二、 嘌呤核苷酸的合成,2.嘌呤环上各原子的来源,3.从头合成途径的特点 参与从头合成途径的酶均在胞液中 以磷酸戊糖途径中合成的5-磷酸核糖（5-PR）为原料，经11步反应生成次黄嘌呤核苷酸（IMP）。 在合成IMP的过程中，由氨基酸，CO2，一碳单位逐步提供元素或基团，在5-磷酸核糖分子上完成嘌呤碱基的合成 从IMP出发再合成AMP和GMP。,4.合成过程 (1) 5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）合成,5-磷酸核糖 + ATP,磷酸核糖焦磷酸合成酶/激酶,5-PRPP + AMP,6-P-G,(2).次黄嘌呤核苷酸（IMP）的合成,5-磷酸核糖焦磷酸,5-磷酸核糖胺,甘氨酸,甘氨酰胺核苷酸,甲酰甘氨酰胺核苷酸,甲酰甘氨咪核苷酸,5-氨基咪唑核苷酸,5-氨基咪唑-4-羧核苷酸,IMP的 生物合成,5-氨基咪唑-4-琥珀基-甲酰胺核苷酸,5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸,5-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸,次黄嘌呤核苷酸（IMP）,甲酰THFA,(3) IMP转变为GMP和AMP,正性调节表现为前后两端调节 前端正性调节-两个关键酶的促进作用。 PRPPK和GPAT/PPAT ，底物ATP、5-磷酸核糖促进其活性，增加IMP的合成。 后端正性调节- 由ATP促进GMP合成酶 由GTP促进腺苷酸代琥珀酸合成酶 增加GTP和ATP的合成。,2）负性调节主要为合成产物反馈抑制性调节 6个长反馈调节:由AMP，GMP和IMP分别反馈抑制PRPPK和GPAT这两关键酶的活性。 2个短反馈调节:由AMP反馈抑制ASS，由GMP反馈抑制IMPD的活性所进行的反馈抑制来调节嘌呤核苷酸的从头合成。,嘌呤从头合成 合成原料：Asp Gly Gln CO2 一碳单位 重要中间产物：PRPP 关键酶： PRPP合成/激酶 酰胺转移酶 阻断剂：氨基酸或一碳单位结构类似物 过程：在磷酸核糖的分子上逐步合成,嘌呤核苷酸合成的总结：,(三)嘧啶核苷酸的从头合成,1.原子来源,2. 合成部位：主要在肝细胞胞液中进行, 3. 合成特点： （1）先合成嘧啶环，再与PRPP连接； （2）先合成UMP，再转变成其他嘧啶核苷酸。,（2）嘧啶核苷酸从头合成的特点 合成所需要的酶系大多在胞液内，但 二氢乳清酸脱氢酶位于线粒体内 合成从CO2和谷氨酰胺开始，经6步反 应先合成出尿嘧啶核苷酸（UMP）。 由UMP出发再合成其它的嘧啶核苷酸。,4. 尿嘧啶核苷酸的合成过程 （1）UMP的合成 （2）CTP的合成 （3）dTMP的合成,氨基甲酰磷酸合成酶I、II的区别,5. 嘧啶核苷酸从头合成的调节 (1)正性调节:ATP-磷酸核糖焦磷酸激酶 PRPP-乳清酸磷酸核糖转移酶 嘌呤和嘧啶核苷酸从头合成途径有共同的正性调节。保证嘌呤和嘧啶核苷酸合成速度的同步化，以便合成出等量的嘌呤和嘧啶核苷酸。,(2）嘧啶核苷酸负性调节 -合成产物的反馈抑制进行调节。主要集中在对4个关键酶的反馈抑制上 A:氨基甲酰磷酸合成酶（CPS） 由UMP反馈抑制。 B:天冬氨酸转氨基甲酰酶(CAT) 由UMP和CTP反馈抑制。 C:乳清酸磷酸核糖转移酶（OPRT） 由ADP和GDP反馈抑制。 D:CTP合成酶(CTPS)，由CTP反馈抑制。 CTP对天冬氨酸转氨酶的反馈调节为变构调节,CTP浓度升高时，CTP与调节亚基结合使调节亚基和催化亚基变构，酶由活性态转为无活性态，实现反馈抑制调节。,嘧啶核苷酸从头合成的调节,(四)脱氧核糖核苷酸的合成,脱氢一般通过核糖核苷酸还原酶实现 多在二磷酸核苷的水平上发生 有些原核生物在三磷酸核苷水平进行,核糖核苷酸的还原反应,核糖核苷酸还原酶,硫/谷氧还蛋白,核糖核酸还原酶系,硫氧还蛋白/谷胱甘肽还原酶,核糖核苷酸还原酶,核糖核苷酸的还原反应,FAD,核糖核苷酸还原酶,ATP 、Mg2+,硫氧还蛋白还原酶,核糖核苷二磷酸,+ H2O,脱氧核糖核苷二磷酸,FADH2,NADP+,NADPH+H+,谷氧还蛋白还原酶,GSSG,2GSH,谷胱甘肽还原酶,核糖核苷酸还原酶示意图,底物特异性调节位点,酶 活 性调节位点,活性位点,R1亚基,R2亚基,(五)三磷酸核苷酸的合成,的合成,TMP,UMP + ATP,尿嘧啶核苷酸激酶Mg2+,UDP + ADP,UDP + ATP,核苷二磷酸激酶Mg2+,UTP + ADP,CTP合成酶,UTP + Gln（NH4+）+ ATP + H2O,CTP + Glu +ADP+ Pi,1.CTP 在尿嘧啶三磷酸水平合成,dTMP的合成：,是在核苷一磷酸水平上进行的,(六)核苷酸补救合成途径,2. 嘧啶核苷酸的补救合成 嘧啶核苷酸的补救合成主要有两种方式。 （1）一步合成方式 尿嘧啶+PRPP 尿嘧啶磷酸核糖转移酶 UMP + Ppi （2）二步合成方式 尿嘧啶+1-磷酸核糖 尿苷磷酸化酶 尿嘧啶核苷+Pi 尿嘧啶核苷+ATP 核苷激酶 Mg2+ UMP + ADP,嘌呤核苷酸合成的总结：,嘧啶核苷酸合成的总结：,各种核苷酸合成的关系,(七)从头合成抗代谢物 叶酸类似物 嘌呤类似物 嘧啶类似物 Gln Asp 类似物 核苷类似物 核糖核苷酸还原酶的代谢类似物,核苷酸代谢类似物功能,人工合成核苷酸代谢类似物大都是核苷酸代谢过程中必需的代谢中间体的类似物。它们的化学结构与代谢中间体相类似。因此，它们可以“冒名顶替”，“以假乱真”，干扰、抑制或阻断核苷酸合成，进而干扰、抑制或阻断核酸及蛋白质的合成，使细胞的分裂和增殖无法进行。这些核苷酸代谢类似物不仅是进行生化代谢途径研究的工具，也是治疗疾病的有效物药。许多核苷酸代谢类似物作为抗代谢药物已经在临床上广泛使用,1.叶酸类似物 氨蝶呤(aminopterin，AP） 甲氨蝶呤（methotrexate，MTX）,使dUMP不能利用一碳单位甲基化成dTMP。,2.嘌呤核苷酸代谢类物 6-巯基鸟嘌呤（6-thioguanine，6-TG） 6-巯基嘌呤（6-mercaptopurine，6-MP） 8-氮杂鸟嘌呤（8-azaguanine，8-AG） 氮杂硫嘌呤（azathiopurine，AZTP） 别嘌呤醇（allopurinol，APO）等,嘌呤核苷酸的代谢类似物,3.嘧啶核苷酸代谢类似物 5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-FU） 5-碘-2-脱氧尿嘧啶 5-iodo-2-deoxyuridine，5-IDU 6-氮杂尿嘧啶（6-azauridine，6-AU）,嘧啶核苷酸的代谢类似物,4.氨基酸类似物 主要有氮杂丝氨酸（azaserine，AS）， 6-重氮-5-氧正亮氨酸 （diazonorleucine，DAL）， 磷乙天冬氨酸（N-phosphoacetyl-l-asparate， PALA）等。,阿糖胞苷等抑制CDP还原成dCDP，而影响DNA的合成。,5.核苷类似物,6.作用于核糖核苷酸还原酶的代谢类似物 羟基脲（hydroxyurea，HU） 羟基胍（hydroxyguanidine，HG） 胍唑（guanazole，GZ）。,核糖核苷酸还原酶的代谢类似物,嘌呤和嘧啶合成过程比较 试从合成原料及合成过程方面比较 嘌呤核苷酸与嘧啶核苷酸从头合成的异同点。,核苷酸代谢障碍引起的疾病 临床疾病 缺陷的酶 原 因 临床特点 遗传类型 1嘌呤核苷酸代谢障碍 痛风 PRPP合成酶 调节失常 嘌呤产生和 x-染色体连 HGPRT酶 排谢过多 锁，隐性遗传 Lesch-Nyhan 综合征 HGPRT酶 遗传缺陷 嘌呤产生排泄 x-染色体连 多,脑性瘫痪, 锁，隐性遗传 自毁容貌症 免疫缺陷症 腺苷脱氨酶 遗传缺陷 B细胞免疫缺陷, 常染色体隐性遗传 (ADA)缺乏 脱氧腺苷尿症 嘌呤核苷磷 酸化酶(PNP) 肾结石 APRT酶 遗传缺陷 2，8-二羟基腺 常染色体隐性遗传 嘌呤肾结石 黄嘌呤尿 黄嘌呤氧化酶 遗传缺陷 黄嘌呤肾结石， 常染色体隐性遗传 低尿酸血症 2嘧啶核苷酸代谢障碍 先天性乳清 乳清酸磷酸 遗传缺陷 乳清酸排泄多 常染色体隐性遗传 酸尿症 核糖转移酶 红细胞性贫血 乳清酸核苷酸 遗传缺陷 乳清酸排泄较多 常染色体隐性遗传 脱羧酶,一些抗代谢药物的功能 药物名称 6-巯基嘌呤(6MP) 正常代谢物 嘌呤核苷酸 治疗的疾病 白血病自身免疫性病妊娠滋养 细胞肿瘤等 主要作用的酶 IMP脱氢酶腺苷酸代琥珀酸合成酶 作用的代谢途径 嘌呤核核苷酸合成 药物名称 别嘌呤醇(APO) 正常代谢物 黄嘌呤、乌嘌呤、次黄嘌呤 黄嘌呤氧化酶 治疗的疾病 痛风 主要作用的酶 黄嘌呤氧化酶 作用的代谢途 嘌呤核苷酸分解,药物名称 利巴韦林（病毒唑），5-氮基咪唑- 4-羧酸核苷酸 正常代谢物 5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸 治疗的疾病 广谱抗病毒药呼吸道合胞病毒流感 病毒甲肝病毒腺病毒等 主要作用的酶 5-磷酸核糖-5-氨基咪唑-4-N-琥珀基甲 酰胺合成酶（ SAICARS） 作用的代谢途径 嘌呤核苷酸合成 药物名称 5-氟尿嘧啶尿嘧啶 正常代谢物 尿嘧啶 治疗的疾病 胃癌大肠癌食管癌肝癌乳腺 癌皮肤癌等 主要作用的酶 胸苷酸合成酶 作用的代谢途径 嘧啶核苷酸合成,药物名称 重氮脱氧胸苷（AZT） 正常代谢物 胸嘧啶核苷 治疗的疾病 艾滋病 主要作用的酶 不详 作用的代谢途径 嘧啶核苷酸合成 药物名称 氮杂丝氨酸和6重氮-5-氧正亮氨酸 正常代谢物 谷胺酰胺 治疗的疾病 多种肿瘤 主要作用的酶 谷氨酰胺PRPP氨基转移酶甲酰甘 氨酰胺核苷酸合成酶GMP合成酶二 磷酸核苷激酶胸苷酸合成酶 作用的代谢途径 嘌呤核苷酸合成和嘧啶核苷酸合成,药物名称 氨蝶呤和甲氨蝶呤 正常代谢物 叶酸 治疗的疾病 急性白血病头颈部肿瘤妊娠滋养细胞瘤 成骨肉瘤淋巴癌肝癌乳腺癌卵巢癌等 主要作用的酶 二氢叶酸还原酶GAR转甲酰酶AICR转甲酰 酶 作用的代谢途径 嘌呤核苷酸合成 药物名称 羟基脲和