核苷酸代谢.ppt

Metabolismofnucleotide,第十章核苷酸代谢,刘永徐州医学院生物化学与分子生物学研究中心江苏省脑病生物信息重点实验室,体外实验资料：,19091934年，美国生物化学家Owen证明，核酸的分解单位是核苷酸。,1961年，美国生化学家JuanOro模拟大气放电，在有氰化氢参加的反应体系中发现有氨基酸和腺嘌呤生成。,1963年，Ponnamperuma在类似的实验中也得到了腺嘌呤。后来，他又与RuthMariner、CarlSagan将腺嘌呤与核糖连接成为腺苷；再连接磷酸，得到了腺苷三磷酸(ATP)。,体内实验资料：,早在演绎核苷酸生物合成前，生物化学家就已经发现动物会排泄3种不同的含氮废物，即NH3、尿素和尿酸。尿酸就是嘌呤化合物的代谢产物。,1950年，JohnM.Buchanan和G.RobertGreenberg采用同位素示踪结合嘌呤核苷酸降解物尿酸分析证明，嘌呤分子的原子N1来自天冬氨酸，N3和N9来自谷氨酰胺等，完成了嘌呤生物合成过程的演绎。更为重要的是，他们还发现嘌呤不是以游离含氮碱，而是以核苷酸形式在体内合成的。,这些发现促进了对核苷酸代谢相关疾病的认识,1964年，科学家确定Lesch-Nyhan综合征与次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT）缺陷有关。至今已发现，核苷酸的合成和分解代谢障碍与很多遗传性、代谢性疾病有关。模拟核苷酸组成成分，如取代碱基、核苷和核苷酸的类似物已发展为在临床上常用、有效的抗代谢药物。,核苷酸(nucleotide)是构成核酸(nucleicacid)的基本单位，人体所需的核苷酸都是由机体自身合成的。食物中的核酸或核苷酸类物质基本上不能直接被人体所利用，而是先分解成游离碱基后被摄取利用-补救合成途径。,核苷酸(nucleotide)构成核酸(nucleicacid)的基本单位,AMP、GMP、CMP、UMP,dAMP、dGMP、dCMP、dTMP,食物核蛋白,单核苷酸,核酸的消化,单核苷酸,核苷酸的生理功用：,作为合成核酸的原料；,作为能量的贮存和供应形式；,参与代谢或生理活动的调节,cAMP和cGMP参与细胞信号转导,参与构成酶的辅酶或辅基,NAD+，NADP+，FAD，FMN，CoA中均含有核苷酸的成分,作为代谢中间物的载体,UDP携带糖基,CDP携带胆碱，胆胺或甘油二酯,腺苷携带蛋氨酸（SAM）,Metabolismofpurinenucleotide,1嘌呤核苷酸代谢,一、嘌呤核苷酸的合成代谢,AMP，GMP,合成途径,从头合成途径,补救合成途径,利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成核糖核苷酸的过程,利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成核糖核苷酸的途径,（一）从头合成途径：,1、概念：,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(denovosynthesis)。,部位：,肝脏（主）,小肠和胸腺（次）,原料：,嘌呤环各原子的来源,2合成步骤：,（4）ATP和GTP的合成。,（3）AMP和GMP的合成；,（2）IMP的合成；,在磷酸戊糖的基础上逐步形成嘌呤环（先甜后苦）,（1）PRPP的生成；,（1）5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）的生成,磷酸核糖焦磷酸激酶即PRPP合成酶，是限速酶,R-5-P来自磷酸戊糖途径,10步酶促反应,（2）IMP的合成,PP-1-R-5-P,5-磷酸核糖胺（PRA）,GAR,FGAR,FGAM,FGAM,5-氨基咪唑核苷酸（AIR）,5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸（CAIR）,5-氨基咪唑-4-（N-琥珀酸）-甲酰胺核苷酸（SAICAR）,AICAR,5-甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸（FAICAR）,IMP,（3）AMP和GMP的合成；,AMP-S,XMP,R-5-P（5-磷酸核糖）,PP-1-R-5-P（磷酸核糖焦磷酸）,在Gln、Gly、一碳单位、CO2及Asp的逐步参与下,IMP,H2N-1-R-5-P（5-磷酸核糖胺）,（4）ATP和GTP的合成,dADP/dGDP,ADP/GDP,AMP/GMP,3、主要特点：,嘌呤环是从AA，一碳单位，CO2合成的,PRPP是核苷酸的磷酸核糖部分的供体,嘌呤环是在磷酸核糖分子上逐步形成,脱氧核苷酸是在二磷酸核苷酸水平上进行的,从头合成的调节,PRPP,PRA,GTP,调节方式：反馈调节和交叉调节,ThedenovosynthesisofAMPandGMPisregulatedmainlybysequentialfeedbackInhibition.,（二）补救合成途径：,指利用分解代谢产生的游离碱基或核苷合成相应核苷酸的过程。,又称再利用合成途径(salvagepathway)。,3、过程：,两条途径,（1）,（2）,4、生理意义：,节省能量和一些氨基酸的消耗,脑、骨髓等器官的主要途径,当HGPRT完全缺失时患儿表现自毁容貌症,5、临床意义：,单克隆抗体：由同一免疫细胞分裂而来的同源细胞系所分泌的抗体-长期、稳定地分泌的均一性抗体,6、科研应用-单克隆抗体制备：,融合杂交瘤细胞-无限增殖,分泌抗体SP2/0(小鼠骨髓瘤细胞)-HGPRT缺陷脾细胞(免疫细胞)HAT培养基中,SP2/0不能存活,脾细胞不能增殖,仅余融合细胞能不断扩增,（三）抗代谢药物对嘌呤核苷酸合成的抑制：,嘌呤、氨基酸或叶酸的类似物,6-巯基嘌呤（6-MP），6-巯基鸟嘌呤，8-氮杂鸟嘌呤,1、嘌呤类似物,氮杂丝氨酸、6-重氮-5-氧正亮氨酸,2、氨基酸类似物,3、叶酸类似物：氨蝶呤和甲氨蝶呤,脱氧核苷酸的生成NDP由NADPH提供还原氢生成脱氧核苷二磷酸dNDP,二、嘌呤核苷酸的分解代谢,肝、肾及小肠,部位：,尿酸(uricacid),终产物：,尿酸,X,G,GR,GMP,I,IR,AR,AMP,临床意义：,痛风症：,嘌呤核苷酸分解代谢异常,血尿酸,尿酸钠晶体沉积于软骨、关节、软组织及肾脏,皮下结节，关节疼痛,治疗：忌食动物内脏、沙丁鱼、凤尾鱼、鳃鱼、鲭鱼、虾、肉汤、扁豆、干豆类等含嘌呤高的食品,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,1嘧啶核苷酸的代谢Metabolismofpyrimidinenucleotide,一、嘧啶核苷酸的合成代谢,UMP,CMP,dTMP,嘧啶环各原子的来源,（一）从头合成途径：,肝脏的胞液,部位：,原料：Asp,Gln,CO2,特点：,（1）先合成嘧啶环，再与磷酸核糖相连,（2）首先合成UMP，再由UMPCMP,UMP,乳清酸,氨基甲酰天冬氨酸,氨基甲酰磷酸,Gln+CO2+2ATP,1尿苷酸（uridinemonophosphate)的合成：,嘧啶核苷酸的主要合成步骤为：,E1：,NH3Gln,肝线粒体胞液,AGA无,尿素合成嘧啶合成,氨基甲酰磷酸合成酶,2、胞苷酸的合成,UMP,UDP,UTP,CTP,dTMPisderivedfromdUMPviaamethylationreactionusingN5,N10-methyleneH4folateasdonorsofbothone-carbonunitandelectrons.,3、脱氧嘧啶核苷酸的合成,dTTP,dTDP,dTMP,dUDP,dUMP,dCMP,dCTP,dCDP,CDP,CTP,嘧啶核苷酸从头合成的调节,（二）补救合成途径：,（三）抗代谢药物对嘧啶核苷酸合成的抑制-肿瘤的化学治疗法,嘧啶核苷酸的类似物,嘧啶类似物：,5-氟尿嘧啶（5-FU）,FdUMP(fromfluorouracil)andmethotrexateinhibitsthymidylatesynthaseandDHFRrespectively.,氨基酸类似物、叶酸类似物,阿糖胞苷,二、嘧啶核苷酸的分解代谢,肝脏,部位：,-氨基异丁酸,-丙氨酸,CO2+NH3,二氢胸腺嘧啶,二