第九章 核苷酸代谢.doc

天津师范大学教案课 程名 称生物化学任课教师王景安编号09课 题（章节）第九章 核苷酸代谢内 容分 析重点核苷酸从头合成及补救合成途径的基本过程。难点嘌呤核苷酸从头合成的基本过程及抗代谢物。教 学目 的1、熟悉核酸的酶促降解过程。2、熟悉嘌呤核苷酸的分解代谢过程和痛风症病因。3、掌握嘌呤核苷酸从头合成途径的基本过程和原料。4、掌握嘌呤核苷酸补救合成途径及其生理意义。5、掌握嘌呤核苷酸的相互转变；掌握脱氧（核糖）核苷酸的生成；嘌呤核苷酸的抗代谢物及其作用机制。6、掌握嘧啶核苷酸从头合成途径的原料来源、基本过程。7、掌握脱氧胸腺嘧啶核苷酸的生成。8、掌握嘧啶核苷酸的补救合成过程；抗代谢物的种类及作用机制。9、熟悉嘧啶核苷酸的分解代谢。教 学方 法课堂讲授与讨论教 学手 段多媒体教学过程设计第九章 核苷酸代谢第一节 核酸的酶促降解第二节 嘌呤和嘧啶的分解一、嘌呤的分解二、嘧啶的分解第三节 核苷酸的生物合成一、核苷酸生物合成的基本途径二、嘌呤核苷酸的从头合成三、嘧啶核苷酸的合成四、核苷酸转化成核苷三磷酸五、脱氧核苷酸的从头合成六、胸苷酸的合成七、核苷酸从头合成的调节和抗代谢物八、核苷酸的补救合成作业与思考题生物化学简明教程第十一章后面第245页的思考题。课下阅读材料1生物化学简明教程 聂剑初等合编 1999年6月第三版 高等教育出版社。2生物化学习题集 张来群 谢丽涛 主编，1998年10 月第一版，2001年3月第四次印刷，科学出版社出版。3现代生物化学 于自然 主编 2001年10月第一版，化学工业出版社 注：附教学讲义第九章 核苷酸代谢（4h）第一节 核酸的酶促降解核酸酶(也叫核酸内切酶)：水解核酸链内部P二酯键的酶COPOC包括RNA酶与DNA酶，有些专一性较低对DNA、RNA都起作用。形成寡核苷酸片段！A-G-C-T-T-G-C-A-核酸外切酶：从链的一端逐个水解下单核苷酸（也作用P二酯键），如牛（5）脾、蛇毒P二酯酶从RNA或DNA的5(或3) 端水解下3(或5) 核苷酸。A-G-C-T-T-G-C-A-P单酯酶（核苷酸酶）：水解单核苷酸 核苷 + Pi 核苷 戊糖 + 碱基 Pi解 碱基 + 1戊糖 P-核糖 PPP 戊糖 醛缩酶 P-脱氧核糖 TCA 乙酰CoA 乙醛+ GAP 糖代谢5p核糖的链式结构：CHO H COHH COHH COH CH2O-P 第二节 碱基:嘌呤与嘧啶的分解+H2O NH3+ O2一、嘌呤的分解：不同生物不同，爬行类、鸟类、灵长类 尿酸： OHNNNOC N HO除灵长类的哺乳类动物和腹足类，进一步氧化脱羧：尿囊素： CO2 +O2 O O NH2 CN H2O(水解) O COOH OO=CNH CN NH2CNHCHNHCNH2 (硬骨鱼) 2，4二氧5尿基咪唑(尿囊素) 尿囊酸 H2O 甲壳类 多数鱼和两栖类 NH3 + CO2 NH2CNH2 + 乙醛酸 O脱氨、加水过程：A主要在核苷（酸）水平上脱氨 G：主要在碱基水平上脱氨 NNNNC NH2 OH OH NNNNC NNNNC Pi尿酸 黄嘌呤 -NH2+H2O 核苷磷 酸化酶腺苷脱氨酶 核糖 核糖 腺苷 次黄苷 次黄嘌呤 腺苷也可在碱基水平上水解脱氨。总结：AMP 核苷酸酶 A核苷 Pi化酶 A腺苷酸脱氨酶酶 +H2O H2O Pi +H2O 1-P - 核糖 +H2O -NH3 -NH3 -NH3 IMP 核苷酸酶 次黄苷 P解 次黄嘌呤（与黄嘌呤同在黄嘌呤氧化酶催化下氧化）NNCN NOH2N H2O Pi +O2 +H2ONH3 PiH2O鸟嘌呤酶核苷酸酶核苷磷酸化酶GMP G（核苷） 鸟嘌呤 黄嘌呤 尿酸： 尿酸正常血浆中20-60mg/L，超80 mg/L时会形成尿酸盐沉积关节、肾、尿路中，形成痛风症。治疗：用与I相似的别嘌呤醇抑制黄嘌呤氧化酶，使患者排泄次黄嘌呤与黄嘌呤。黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇 别黄嘌呤，别黄嘌呤与黄嘌呤氧化酶活性中心牢固结合，抑制黄嘌呤氧化酶的活性，这种底物经酶作用后成为酶的灭活物，称为自杀性底物。别嘌呤醇与次黄嘌呤只是7、9位N变成了8、9位N。 NHOHHNNNHOOHNHHNNN 别嘌呤醇 别黄嘌呤二、嘧啶的分解 二氢尿嘧啶NNOONNOONNONH2 COOH CH2NADPH+H2OHH H2 CH2+H2O-NH3 -脲基丙酸 NH H2 C=O C U +H2O NH2 O COOH NH3 + CO2 + - 丙aa：H2NCH2CH2COOH*+O2NNOT： HC-CH3+H2OHCH3 CH2 NADPH 2HT NH CH3COOH C = O+H2OH NH2 - 尿基异丁酸 NH3 + CO2 +- 氨基异丁酸*过程：C水解脱氨（胞嘧啶脱氨酶催化形成U）、还原（二氢尿嘧啶脱氢酶催化）、酰氨水解（二氢嘧啶酶催化）及脲基丙酸酶催化 CO2 + NH3及- 丙aa等。氧化脱氨 -丙aa 、-氨基异丁酸 有机酸 CO2 + H2O或直接排除体外。脱氨基作用亦可在核苷或核苷酸水平上进行。第三节 核苷酸的生物合成一、基本途径从头合成途径：以CO2、NH3、aa和P-核糖为原料，进行合成。补救合成途径：以碱基、核苷为原料 核苷酸。不同组织中二途径各不相同，肝主要从头合成，脑、骨髓只能补救合成（原料来源于核酸的分解或食物的消化产物中）。PRPP合成酶二、嘌呤核苷酸的从头合成（所有酶均已分离、提纯）：A与G以5-P-核糖为起始物。先合成IMP.脱氨O OH P-CH2 PRPP合成酶 +Gln -Glu O NH2 P-CH2 O P-P P-CH2 磷酸核糖焦磷酸酰胺基转移酶 AMP +ATP 5-P-核糖 5-P-核糖焦P(PRPP) 5-P-核糖胺合成酶 O NH P-CH2 COOHCH2NH2O NH2 P-CH2 -ADP Pi -CO-CH2-NH2 + +ATP 5-P-核糖胺 甘氨酰胺核苷酸甲酰基转移成酶 N5,N10次甲基四氢叶酸 甲酰甘氨酰胺核苷酸P-R-NHCO-CH2-NH-CHO 合成酶 +ATP +Gln -ADP -Glu 甲酰甘氨脒核苷酸 O=CH-NH-CH2CNH-R-P 脒：含-NH-C- 原子团 NH NH合成酶 环化 +ATP双键移位 -ADP+Pi N N HOOC H2NNN CO2 氨基咪唑核苷酸羧化酶 R-P H2N R-P 5-氨基-咪唑核苷酸 5-氨基-4-羧基咪唑核苷酸 ONN COOH C+Asp +ATPHOOCNN CH-NH 合成酶 H2N CH2 +ADP+PiH2N COOH R-P R-P 5-氨基-4-羧基咪唑核苷酸 5-氨基-4(N-琥珀酸)氨甲酰咪唑核苷酸腺苷酸琥珀酸裂解酶-延胡索酸OO CN N N NCH2N H2N N10-甲酰FH4 5-甲酰氨基-4-氨甲酰咪唑核苷酸H2N 甲酰基转移酶OHN C 5-氨基-4-氨甲酰咪唑核苷酸 H- - R-P IMP环化、水解酶 R-P NH2OHRP来自Asp N NN N腺苷酸琥珀酸合成酶N N 延胡索酸 ASP GTP NNRP AMP IMPIMP脱氢酶 NAD+ NADH+H+ OHRPGlu Gln NNN N GMP XMP HO GMP合成酶 +ATP合成代谢：掌握各原子的来源总结 CO2 Gly NN N N Asp 甲酸 甲酸 Gln 合成的调节：前二步反应PRPP与5-P-核糖胺的合成，受产物IMP、AMP、GMP等产物抑制；AMP合成（转氨）需GTP GDP + Pi ，GMP合成需ATP（GMP可抑制IMP脱氢酶，AMP抑制AMP琥珀酸合成酶）。AMP合成需GTP，而GMP合成需ATP，使二者平衡。 类似底物（抗代谢物抑制）：Gln、Asp、叶酸类似物:重氮(乙酰)丝氨酸：N-=N+=CH-CO-O-CH2-CHNH2-COOH(Gln) 羽田杀菌素：HCO-N(OH)-CH2-COOH(N-羟-N-甲酰甘氨酸 Asp)，氨基蝶呤，氨甲蝶呤(FH 4)均可抑制嘌呤核苷酸的合成。氨基蝶呤：R1=NH2,R2=H 氨甲蝶呤：R1=NH2,R2=CH3四氢叶酸：R1=OH,R2=H N N H2NCONHCHCH2CH2COOH 10 R2NN CH2NH 5 COOH OH(R1)PRPP Gln 5-P-核糖胺 Gly 甘氨酰胺核苷酸 N5，N10、FH4 甲酰甘氨酰胺核苷酸 Gln5-氨基-4-羧基咪唑核苷酸 +CO2 5-氨基-咪唑核苷酸 -H2O 甲酰苷氨脒核苷酸 +ASP H2O5-氨基-4-氨甲酰基咪唑核苷酸 N10、FH4 5-甲酰氨基-4-氨甲酰咪唑核苷酸 环水解酶 IMP NH 甲酰苷氨脒核苷酸：O=CH-NH-CH2-C-NH-R-P N N O COOH 复习：IMP、AMP、XMP、GMP的合成过程。三、嘧啶核苷酸的从头合成：合成RNA的CTP、UTP 二氢乳氢酸酶 先合成嘧啶环，再与PRPP反应合成 COOHGln（NH3）+ CO2 ATP H2N-C-O-P +ASP NH2-C-NH-CH2O O Pi O CH2 H2O COOH N N O O COOH N N O O COOH 二氢乳氢酸 CO2 PPi PRPP H2O O2 脱氢酶 乳清苷酸脱羧酶乳清苷酸焦磷酸化酶二氢乳氢酸脱氢酶 UMP NAD+ ATP尿苷酸激酶 UDP 乳清酸（4-羧基尿嘧啶）ATP核苷二磷酸激酶NNONH2 R-P ATP ADP + PiCTP合成酶 UTP CTP Gln Glu R-P-P-P四、核苷酸转化成核苷三P，均由ATP提供P基团(脱氧)腺苷酸激酶(d)AMP + ATP (d)ADP + ADP (d)NDP + ATP (d)NTP + ADP + 1P核苷激酶只对碱基有选择性（4种），A、G、C、U， ATP 2P核苷激酶对碱基与戊糖无要求，所以只有一种。核苷二磷酸激酶 (d)ATP五、脱氧核苷酸的合成：由相应的（A、G、C）核苷酸还原形成（加H脱H2O），通常是在核苷2P的水平上还原的。还原剂：还原型硫氧还蛋白，后者在硫氧环蛋白还原酶的作用下被NADPH还原，也有许多原核生物则以核苷3P为底物，还原酶也不同（含VB12）。NDP还原酶 NDP dNDP 硫氧还蛋白2S 硫氧还蛋白2SH NADP+ NADPH+H+硫氧还蛋白还原酶 六、胸苷酸的合成胸苷酸也叫脱氧胸苷酸，dTMP（因为没有核糖胸苷酸，所以如此叫也不会混淆）由胸苷酸合成酶催化。由脱氧尿苷酸甲基化生成。dUMP + N5,N10-亚甲基FH4 dTMP + FH2 H2O NADPH Gly FH4 丝aa羟甲基转移酶 Ser P酯酶 核苷二P还原酶 还原型硫氧还蛋白 dUMP的来源：UDP dUDP dUMP 水解脱氨 Pi dCMP + H2O dUMP + NH3激酶 ATP 激酶 ATP dUMP + ATP dUDP dUTP dTMP + ATP dTDP dTTPAsp 七、核苷酸从头合成的调节：嘌呤核苷酸：合成的起始二步的酶，被产物IMP、GMP和AMP所抑制，IMP AMP需GTP，XMP GMP需ATP，所以可保证ATP与GTP的平衡，氨甲酰P合成酶为UMP（产物）所抑制，CTP抑制Asp转氨甲酰酶。八、抗代谢物：结构与底物类似，可阻碍底物的正常代谢，使之不能被生物体所利用，如抗菌索和抗癌药物。 阻止核苷酸、核酸、蛋白质的合成。NCNNNOH嘌呤类似物：别嘌(呤)醇： 与次黄嘌呤相似，抑制黄嘌呤氧化酶， （可被黄嘌呤氧化酶氧化成别黄嘌呤）NNCNNOHOE 与酶结合牢固，而不能作用于正常底 物，这种底物类似物经酶作用后成为 酶的灭活物，称为自杀性底物（别嘌 呤醇 别黄嘌呤）别黄嘌呤与酶 别黄嘌呤 的结合物，反馈抑制嘌呤的合成。 OGlnASP（羽田杀菌素：HC-N-CH2COOH）嘧啶、氨甲蝶呤等都可抑制嘌呤与嘧啶核苷酸 OH (T)的合成：叶酸类似物氨基蝶呤、氨甲蝶呤通过抑制二氢叶酸还原酶，使细胞的DNA、RNA和蛋白质合成受阻，对增殖旺盛的肿瘤细胞作用更强，是一种抗肿瘤药物，对各种急性白血病都有很好的疗效。对肝癌、肺癌、乳腺癌、骨肉瘤也有一定的疗效。也可抑制丝氨酸、蛋氨酸的合成（需转一碳单位的均可抑制）。九、核苷酸的补救合成：由分解产生的碱基或核苷合成（充分利用，节省能量，减少有害物质的生成）1.嘌呤核苷酸的补救合成：主要由碱基与PRPP直接生成核苷激酶途径：核苷P化酶与核苷激酶催化（次要途径）碱基(A) + 1-P-戊(核）糖 核苷 + Pi ATP只有A激酶（生物体内只有腺苷激酶所以次要） 核苷酸 ADP ATP嘌呤碱与PRPP在P-核糖转移酶的作用下形成嘌呤核苷酸，已分离两种酶：腺嘌呤P-核糖转移酶（APRT），次黄嘌呤-鸟嘌呤P-核糖转移酶（HGPRT）。由嘌呤碱直接合成为主。 腺嘌呤PRPP AMPPPiP-R转移酶催化：次黄嘌呤（或鸟嘌呤） + PRPP IMP（或GMP） + ppi补救途径的意义：节约合成碱基的能量，同时可消除核酸分解产生的碱基等，如脑和骨髓因为缺乏有关酶，而不能从头合成嘌呤核苷酸，只能利用补救途径，消耗核酸分解的碱基与核苷合成核苷酸，有一种遗传代谢病（Lesch-Nyhan综合症）：就是缺乏次黄嘌呤鸟嘌呤P-核糖转移酶，体内嘌呤积累导致分解产物尿酸增多，可导