生物化学第六章.ppt

第六章,核苷酸代谢,教学目标,1、了解核酸的生物降解2、熟悉核苷酸的降解3、了解核苷酸代谢与疾病4、了解嘌呤核苷酸的生物合成5、了解嘧啶核苷酸的生物合成6、了解脱氧核苷酸的生物合成,第一节,核苷酸的分解代谢,一、核酸的生物降解,食物中的核酸与蛋白质结合为Nucleoprotein的形式，在胃中受胃酸作用水解为NA和Proteins，NA在小肠被胰Nuclease包括DNase、RNase和肠液中多核苷酸酶作用降解为单核苷酸，通过核苷酸酶的进一步作用水解为核苷和磷酸，被肠粘膜细胞吸收。,一、核酸的生物降解（续）,肠粘膜细胞中的核苷进一步被水解戊糖和碱基，戊糖被吸收后参加体内糖代谢，嘌呤碱和嘧啶碱绝大部分被分解为尿酸等物质排出体外。,核酸酶(Nuclease),核酸酶是作用于核酸磷酸二酯键的水解酶，包括核糖核酸酶(RNase)和脱氧核糖核酸酶(DNase)，其中能水解核酸分子内磷酸二酯键的酶又称为核酸内切酶(endonuclease)，从核酸的一端逐个水解下核苷酸的酶称为核酸外切酶(exonuclease)。,二、核苷酸的生化作用,1、构成核酸的基本单位2、储存能量,三磷酸核苷酸ATP、CTP、GTP、UTP等3、参与代谢和生理调节：许多代谢过程受到体内ATP、ADP或AMP水平的调节,cAMP(或cGMP)是多种激素调节作用的第二信使4、组成辅酶,如腺苷酸可作为NAD、NADP、FMN、FAD及CoA等的组成成分。,概述,生物体普遍存在的磷酸单酯酶或核苷酸酶可催化核苷酸的水解，而特异性强的磷酸单酯酶只能水解3-Nt或5-Nt。催化核苷水解的酶有2类，即核苷磷酸化酶和核苷水解酶,核苷酸及核苷分解,广泛存在，反应可逆,局限，只对核糖Ns发生作用,动物中基本不发生,主要,主要,主要,一、嘌呤核苷酸的降解,不同生物嘌呤碱的分解能力不同，代谢产物也不同，人和猿类及一些排尿酸的动物（鸟类、某些爬行类和昆虫）嘌呤的代谢产物为尿酸。而其他生物可以分解嘌呤为多种不同产物。,嘌呤碱的分解,嘌呤碱的分解首先是在各种脱氨酶的作用下脱去氨基。Ade和Gua分别生成次黄嘌呤和黄嘌呤，进一步代谢生成尿酸。,嘌呤碱的分解,脱氨作用可以在核苷或核苷酸的水平上进行。动物组织腺嘌呤脱氨酶含量极少，而腺嘌呤核苷脱氨酶及腺嘌呤核苷酸脱氨酶的活性较高，因此腺嘌呤的脱氨分解主要在核苷或核苷酸水平上进行。鸟嘌呤脱氨酶分布广，脱氨分解主要在该酶的作用下进行。,嘌呤分解中的脱氨作用,嘌呤核苷酸分解的三级脱氨,鸟嘌呤脱氨酶（guaninedeaminase)的分布较广，催化鸟嘌呤的脱氨分解，是鸟苷酸、鸟苷及鸟嘌呤主要的脱氨途径。鸟嘌呤脱氨酶鸟嘌呤黄嘌呤+NH3,鸟嘌呤脱氨,AMP/GMP分解,次黄嘌呤的分解,尿酸生成,嘌呤核苷酸的分解代谢总结,不同生物嘌呤核苷酸的分解产物不同,尿囊酸,尿囊素,尿素,氨铵,尿酸,尿酸与疾病,嘌呤核苷酸的分解代谢主要在肝脏、小肠及肾脏中进行。生理情况下嘌呤合成与分解处于相对平衡状态，尿酸的生成与排泄也较恒定。正常人血浆中尿酸含量约0.12-0.36mmol/L，男性平均0.27mmol/L，女性平均0.21mmol/L。当体内核酸大量分解(白血病、恶性肿瘤等)或食入高嘌呤食物时，血中尿酸水平升高，超过0.48mmol/L时，尿酸盐过饱和形成结晶，沉积于关节、软组织、软骨及肾等处，而导致关节炎、尿路结石及肾疾患，称为痛风症。,嘌呤碱分解代谢产生过多的尿酸，溶解性很差，易形成尿酸钠结晶，沉积于关节、软组织、软骨甚至肾脏等处，也可形成尿酸的尿路结石。沉积于男性关节腔的尿酸钠结晶被吞噬细胞吞噬，尿酸钠通过氢键与溶酶体膜作用，破坏溶酶体，释放的水解酶及蛋白因子使局部生成较多致炎物质，引起痛风性关节炎痛风。,痛风(Gout),痛风的尿酸钠晶体,诊断痛风最简便而有价值的实验室检查是血尿酸测定。血尿酸升高是诊断痛风最直接的实验室检查依据，也是确诊的必备条件。急性发作期绝大多数病人血清尿酸含量升高。一般采用尿酸酶法测定。除血尿酸测定外，也可测定尿酸含量，关节腔穿刺检查，血、尿常规检查，血沉检查，痛风石内容物检查，X线摄片检查。,痛风检测,治疗痛风的原则是：合理的饮食控制；充足的水分摄入；规律的生活制度；适当的体育活动；有效的药物治疗；定期的健康检查。饮食治疗每日嘌呤摄入量不超过150mg。,痛风治疗,每100克食物嘌呤含量小于50毫克为低嘌呤的有：五谷类：米、麦、高梁、玉米、马铃薯、甘薯、面条、通心粉；蛋类：鸡蛋、鸭蛋、皮蛋；奶类：牛奶、乳酪、冰琪琳；饮料：汽水、巧克力、可可、咖啡、麦乳精、果汁、茶、蜂蜜、果冻；以及各种水果、蔬菜和油脂等。,常见食物的嘌呤含量范围,每100克食物中含50毫克150毫克嘌呤的为中嘌呤有：肉类：鸡肉、猪肉、牛肉、羊肉、鱼、虾、螃蟹；豆类：黑豆、绿豆、红豆、花豆、碗豆、菜豆、豆干、豆腐以及笋干、金针、银耳、花生、腰果、芝麻等。,常见食物的嘌呤含量范围,每100克食物中含150毫克-500毫克嘌呤的食物为高嘌呤有：豆苗、黄豆芽、芦笋、菜花、紫菜、香菇、乌鱼、鲨鱼、鳕鱼、海鳗、动物肝、肾、肠等、蚌蛤、干贝带鱼、扁鱼干、沙丁鱼、蛤蜊、牡蛎、链鱼、鸡汤、肉汤等。每100克食物中大于500毫克嘌呤：小鱼干、乌鱼皮、酵母粉等。,常见食物的嘌呤含量范围,豆类及蔬菜类：黄豆、扁豆、紫菜、香菇。肉类：肝（猪肝、牛肝、鸡肝、鸭肝、鹅肝）、肠（猪肠、牛肠、鸡肠、鸭肠、鹅肠）、心（猪心、牛心、鸡心、鸭心、鹅心）、肚与胃（猪肝、牛肝、鸡胃、鸭胃、鹅胃）、肾（猪肾、牛肾）、肺脑、胰、肉脯、浓肉汁、肉馅等。水产类：鱼类（鱼皮、鱼卵、鱼干、沙丁鱼、风尾鱼、鲭鱼、鲢鱼、乌鱼、鲨鱼、带鱼、吻仔鱼、海鳗、扁鱼干、鲳鱼）、贝壳类（蛤蜊、牡蛎、蛤子、蚝、淡菜、干贝）、虾类（草虾、金勾虾、小虾、虾米）、海参。其他：酵母粉、各种酒类（尤其是啤酒）。,高嘌呤食物,二、嘧啶核苷酸的降解,不同生物嘧啶碱的分解过程也不一样，一般情况下含氨基的嘧啶要先水解脱去氨基，脱氨基也可以在核苷或核苷酸水平上进行。,尿嘧啶、胞嘧啶分解,胸腺嘧啶的分解,嘧啶分解,嘧啶还原途径的分解,嘧啶氧化途径的分解,三、核苷酸抗代谢antimetaboite,核苷酸抗代谢(antimetaboite)是指一些人工合成的在结构上分别与嘌呤、嘧啶及其核苷或核苷酸、氨基酸和叶酸等类似的化合物，它们可以竞争性抑制的方式抑制核酸与蛋白质的生物合成。肿瘤、病毒的合成十分旺盛，这些核苷酸抗代谢物可作为抗肿瘤、抗病毒药物应用于临床。,嘌呤类似物嘧啶类似物核苷类似物谷氨酰胺和天冬氨酸类似物叶酸类似物,核苷酸抗代谢物,第二节,嘌呤核苷酸的生物合成,概述,可以通过两条完全不同的途径进行，1、补救途径由现成的核苷或游离的碱基、磷酸、戊糖在酶的作用下直接合成NtSalvagePathway2、从头合成或由磷酸戊糖先和尚未完成的Pu或Py环结合，在未完成的环上添加必要的部分，然后闭合成环DenovoSynthesis。,一、嘌呤核苷酸的从头合成,碳14标记的HCOOH和氮15标记的氨基酸与鸽肝匀浆物共培养，得到Pu环各元素的来源，1950s由J.Buchanan和G.RobertGreenberg提出Hypoxanthinedenovosynthesis假说，并证明HypoxanthineNt是Ade-Nt及Gua-Nt合成的前体。,嘌呤核苷酸的从头合成原料,-D-ribose-5-P,ATP,Gln,Asp,Gly，GTP,一碳单位,CO2等。另需辅助因子：Mg2+,Mn2+,NAD+,FH4,嘌呤环元素的来源,“一碳”,“一碳”,IMP合成的过程,合成中先生成IMP，继而合成AMP和GMP。（参看课P486/488图）,IMP的全程合成,PRA:5-磷酸核糖胺;GAR:5-甘氨酰胺核苷酸;FGAR:5-甲酰甘氨酰胺核苷酸FGAM:5-甲酰甘氨眯核苷酸；AIR:5-氨基咪唑核苷酸CAIR:5-氨基咪唑-4-羧基核苷酸；SAICAR:5-氨基咪唑-4-甲酰胺AICAR:5-氨基咪唑-4-甲酰基核苷酸；FAICAR:5-甲酰基咪唑-4-甲酰基核苷酸,由IMP合成AMP和GMP,腺苷琥珀酸合成酶,裂解酶,羽田杀菌素OHC-N（OH）-CH2-COOH,脱氢酶,合成酶,嘌呤核苷酸合成的调节,许多化疗试剂的靶是核苷酸合成途径的酶。肿瘤细胞比绝大多数正常细胞生长快，需要合成更多的核苷酸作为DNA和RNA合成的前体，因此较正常细胞对核苷酸合成抑制剂更为敏感。一系列化疗试剂通过抑制核苷酸合成途径的一个或多个酶起作用。,核苷酸合成与疾病治疗,二、核苷酸的补救合成途径,嘌呤核苷酸的补救合成有两条途径：第1种是通过特异的磷酸核糖转移酶的作用，由PRPP提供磷酸核糖，使游离的嘌呤碱发生磷酸核糖化作用而生成嘌呤核苷酸。（较重要）第2种是嘌呤核苷在5-羟基发生磷酸化生成嘌呤核苷酸。,嘌呤核苷酸的补救合成,人体组织中只有两种是嘌呤碱发生磷酸核糖化的酶：一是腺嘌呤磷酸核糖转移酶（APRT）二是次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT）；HGPRT较APRT活性强。,嘌呤核苷酸的补救合成的酶,HGPRT缺陷的男性儿童表现为一种强制性的自残行为-自毁容貌综合症，为先天性遗传疾病（缺乏HGPRT)，行为对立，侵略性强，自咬手指、脚趾、嘴唇等，智力低下。莱-纳二氏（Lesch-Nyhan)综合症（自毁容貌综合症）,嘌呤核苷酸的补救合成与疾病,自毁容貌综合症机理,本节小结,1、飘呤核苷酸的从头合成2、嘌呤核苷酸的补救合成3、嘌呤核苷酸的生物合成调节4、嘌呤核苷酸的生物合成与疾病,第二节,嘧啶核苷酸的生物合成,一、嘧啶核苷酸的从头合成,首先合成嘧啶环，然后与PRPP中的磷酸核糖连接起来形成嘧啶核苷酸。从头合成首先合成UMP，然后由它转变为其它嘧啶核苷酸。合成的原料有氨基甲酰磷酸和天冬氨酸,嘧啶环元素的来源,氨甲酰磷酸合成氨甲酰Asp,乳清酸的合成,乳清酸合成UMP,嘧啶核苷酸的全程合成：由乳清酸合成UTP和CTP,UTP合成CTP,嘧啶核苷酸合成的调节,乳清酸尿症是一种常染色体隐性遗传病，患者体内嘧啶核苷酸从头合成酶缺陷。该病症分两种类型：一型缺乏乳清酸磷酸核糖转移酶和乳清酸核苷酸脱羧酶；尿中排出多量乳清酸。患者出现发育不良，巨幼红细胞性贫血症。二型只缺乏乳清酸核苷酸脱羧酶，尿中出现乳清酸核苷酸和少量乳清酸。二者均易发生感染。,乳清酸尿症oroticaciduria,二、嘧啶核苷酸的补救合成,UMP磷酸核糖基转移酶Ura+PRPPUMP+PPi尿嘧啶磷酸化酶Ura+1-P-RUridine+Pi尿苷激酶Uridine+ATPUMP+ADPCytosine不能与PRPP作用。,以核糖核苷酸为原料，通过Ntreductase将核糖分子还原为脱氧核糖。核糖核苷酸必须先行转化为二磷酸核苷酸(NDP)水平，再还原为脱氧核苷二磷酸水平。,脱氧核糖核苷酸的合成,除需还原酶外，还需另两种氧还蛋白参与，即硫氧还蛋白(thioredoxin)和谷氧还蛋白(glutaredoxin)。产物为dNDP。进一步在激酶的作用下形成相