大学生物化学核苷酸代谢

核酸的酶促降解与核苷酸代谢 MetabolismofNucleotides 第八章 核苷酸库 核酸的降解 核苷酸的合成 核酸的合成 核苷酸的降解 核苷酸是核酸的基本结构单位 它不属于营养必需物质 食物核蛋白 蛋白质 核酸 RNA与DNA 胰核酸酶 RNA酶 DNA酶 磷酸二酯酶 单核苷酸 胰 肠核苷酸酶 磷酸单酯酶 核苷 磷酸 核苷酶 水解或磷酸解 戊糖或磷酸戊糖 碱基 核酸的消化 排出 很少利用 核酸的酶促降解 一 核酸酶 二 限制性内切酶 核酸酶 1 核酸酶的分类 1 根据对底物的专一性分为 2 根据切割位点分为 2 核酸酶的作用特点 外切核酸酶对核酸的水解位点 5 OH B 3 B B B B B B B 牛脾磷酸二酯酶 5 端外切5得3 蛇毒磷酸二酯酶 3 端外切3得5 内切核酸酶对RNA的水解位点示意图 RNAaseI RNAaseI RNAaseT1 RNAaseT1 Pu 嘌呤Py 嘧啶 限制性内切酶 类型 命名 意义 原核生物中存在着一类能识别外源DNA双螺旋中4 8个碱基对所组成的特异的具有二重旋转对称性的回文序列 并在此序列的某位点水解DNA双螺旋链 产生粘性末端或平末端 这类酶称为限制性内切酶 ristrictionendonuclease 常用的DNA限制性内切酶的专一性 酶 辨认的序列和切口 说明 AGCT TCGA GGATCC CCTAGG AGATCT TCTAGA GAATTC CTTAAG AAGCTT TTCGAA GTCGAC CAGCTG CCCGGG GGGCCC BamHI AluI BglI EcoRI Hind SalI SmaI 四核苷酸 平端切口 六核苷酸 平端切口 六核苷酸 粘端切口 六核苷酸 粘端切口 六核苷酸 粘端切口 六核苷酸 粘端切口 六核苷酸 粘端切口 限制性内切酶类型 I型 分子量大于105 多亚基 需S 线苷蛋氨酸 ATP和Mg2 识别位点与切割位点相差甚远 产物为异质 是限制与修饰相排斥的多功能酶 型 分子量小于105 需Mg2 切割位点位于识别位点上 产物为专一性片段 不具修饰酶功能 现在分子生物学研究所用的限制性内切酶均为此类 I型 识别位点为5 7bp的非对称序列 切割位点在顺序之外离识别序列5 10bp 切割双链 个别也切割单链 是限制与修饰相多功能酶 限制性内切酶的命名和意义 EcoRI 序号 属名 种名 株名 例 EcoRI 这是从大肠杆菌 Ecoli R菌珠中分离出的一种限制性内切酶 限制性内切酶是分析染色体结构 制作DNA限制图谱 进行DNA序列测定和基因分离 基因体外重组等研究中不可缺少的工具 是一把天赐的神刀 用来解剖纤细的DNA分子 核苷酸的生理功用 作为核酸合成的原料 最主要的功能体内能量的利用形式 参与代谢与生理调节 cAMP cGMP组成辅酶 NAD FAD CoA活化中间代谢物 UDPG CDP DG SAM ATP 主要形式 GTP 蛋白质合成UTP 糖原合成 CTP 磷脂合成 嘌呤核苷酸代谢 MetabolismofPurineNucleotides 第一节 嘌呤核苷酸的分解代谢 AMP I GMP G X 黄嘌呤氧化酶 黄嘌呤氧化酶 尿酸 一 嘌呤核苷酸的分解代谢 腺嘌呤核苷酸 H2O Pi NH3 次黄嘌呤核苷酸 H2O Pi NH3 核苷酸酶 核糖1 磷酸 次黄嘌呤核苷 次黄嘌呤 黄嘌呤 尿酸 次黄嘌呤核苷酸 NADP NH3 Pi 鸟苷 核糖1 磷酸 鸟嘌呤核苷酸 NH3 尿酸 黄嘌呤 鸟嘌呤 正常人血浆尿酸含量 0 12 0 36mmol L 男 0 27mmol L 女 0 21mmol L 以尿酸及其钠盐形式存在 均难溶于水 0 48mmol L 8mg 析出结晶 沉积在关节和软骨等处 痛风症 进食高嘌呤膳食时 体内核酸大量分解 白血病 恶性肿瘤 肾脏疾病尿酸排泄障碍 血中尿酸 临床上用别嘌呤醇治疗 别嘌呤醇治疗痛风症的作用机制 次黄嘌呤 别嘌呤醇 PRPP 别嘌呤醇核苷酸 嘌呤核苷酸从头合成的酶 黄嘌呤氧化酶 嘌呤核苷酸合成 尿酸生成减少 一 嘌呤核苷酸的合成代谢 一 从头合成途径 denovosynthesispathway 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嘌呤核苷酸的过程 二 补救合成途径 salvagesynthesispathway 利用体内游离的嘌呤碱或嘌呤核苷经过简单的反应过程 合成嘌呤核苷酸 核苷酸的从头合成概况 5 磷酸核糖 PRPP Asp CO2 Gln 氨基甲酰磷酸 乳清酸 UMP dTMP UTP CTP GTP ATP AMP GMP IMP Gln Gly Gln 一碳单位 一碳单位 CO2 Asp 甲炔基 一碳单位 甘氨酸 CO2 Asp 甲酰基 一碳单位 Gln 酰胺基 甘氨当中站 谷氮坐两边 左上天冬氨 头顶CO2 一 嘌呤核苷酸的合成代谢 一 从头合成途径 合成的原料 CO2 甲酰基 氨基酸等 合成的场所 肝脏的胞液 合成的过程 两个阶段 1 次黄嘌呤核苷酸 IMP 的合成 2 腺苷酸 AMP 和鸟苷酸 GMP 的合成 一 嘌呤核苷酸的合成代谢 一 从头合成途径的反应过程 1 IMP的合成 11步反应 R 5 P AMP PRPP合成酶 PP 1 R 5 P PRPP 5 磷酸核糖 磷酸核糖焦磷酸 AMP 10步反应 PP 1 R 5 P Gln Glu 酰胺转移酶 酶3 甘氨酰胺核苷酸合成酶 H2N 1 R 5 P Gly 酶3 ATP Mg2 甘氨酰胺核苷酸 GAR PRA 转甲酰基酶 FH4 甘氨酰胺核苷酸 GAR HN Glu 甲酰甘氨酰胺核苷酸 FGAR 甲酰甘氨咪核苷酸 FGAM AIR合成酶 ATP Mg2 K H2O 甲酰甘氨咪核苷酸 FGAM 5 氨基咪唑核苷酸 AIR 5 氨基咪唑 4 羧基核苷酸 CAIR Asp 5 氨基咪唑 4 羧基核苷酸 CAIR 5 氨基咪唑 4 N 琥珀酸 甲酰胺核苷酸 SAICAR 5 氨基咪唑 4 N 琥珀酸 甲酰胺核苷酸 SAICAR 5 氨基咪唑 4 甲酰胺核苷酸 AICAR 延胡索酸 5 氨基咪唑 4 甲酰胺核苷酸 AICAR 5 甲酰胺基咪唑 4 甲酰胺核苷酸 FAICAR N10甲酰FH4 FH4 5 甲酰胺基咪唑 4 甲酰胺核苷酸 FAICAR H2O 次黄嘌呤核苷酸 IMP 2 腺苷酸和鸟苷酸的合成 IMP 腺苷酸代琥珀酸合成酶 AMPS Asp Mg2 GTP 腺苷酸代琥珀酸 AMPS 腺苷酸 AMP 延胡索酸 腺苷酸代琥珀酸裂解酶 IMP NADH H XMP 黄嘌呤核苷酸 IMP脱氢酶 Gln Glu XMP GMP AMP 腺苷酸激酶 ADP 腺苷酸激酶 ATP GMP 鸟苷酸激酶 GDP 鸟苷酸激酶 GTP 2 嘌呤核苷酸从头合成的调节 主要通过产物的负反馈调节 调节包括 2个长反馈和2个短反馈 2个长反馈 2个短反馈 IMP AMPS XMP AMP ADP GMP GDP GTP ATP ATP GTP 一 嘌呤核苷酸的合成代谢 一 从头合成途径 二 补救合成途径 有两条合成途径 1 嘌呤碱与PRPP直接合成嘌呤核苷酸 次黄嘌呤 次黄嘌呤核苷酸 鸟嘌呤 鸟嘌呤核苷酸 PRPP PPi 腺嘌呤 腺嘌呤核苷酸 腺嘌呤磷酸核糖转移酶 APRT HGPRT活性高 APRT活性低 一 嘌呤核苷酸的合成代谢 二 补救合成途径 腺嘌呤 1 磷酸核糖 腺苷 Pi 核苷磷酸化酶 2 腺嘌呤与1 磷酸核糖生成腺苷 再生成腺嘌呤核苷酸 腺苷 ATP 腺苷激酶 腺苷酸 ADP 生理意义 减少从头合成时能量和原料的消耗 节省 作为某些器官 脑 骨髓和脾 合成核苷酸的途径 遗传疾病 Lesch Nyhan莱 尼综合征 自毁容貌综合征 罕见的性染色体X连锁遗传病 疾病生化本质 三 腺苷酸和鸟苷酸的相互转变 AMP GMP XMP AMPS IMP 四 脱氧 核糖 核苷酸的合成 在核苷二磷酸水平被还原而成 NADPH H NADP H2O dNDP NDP 脱氧核苷酸的具体生成过程 NDP dNDP NADP NADPH H 还原型硫氧化还原蛋白 SH 2 核糖核苷酸还原酶 Mg2 硫氧化还原蛋白还原酶 FAD NDP dNDP ADP dADP GDP dGDP UDP dUDP CDP dCDP TDP dTDP dNDP ATP dNTP ADP dCDP ATP dCTP ADP dUDP ATP dUTP ADP dGDP ATP dGTP ADP dADP ATP dATP ADP dTTP dNDP dNMP Pi 下一节讲 嘌呤核苷酸抗代谢物主要是一些嘌呤 氨基酸或叶酸等的类似物 采用竞争性抑制或 以假乱真 等方式抑制合成代谢中的酶 从而干扰和阻断核苷酸的合成 从而进一步阻止核酸以及蛋白质的生物合成 由于肿瘤细胞的核酸与蛋白质代谢旺盛 因此抗代谢物可用于肿瘤的化疗 五 嘌呤核苷酸的抗代谢物 嘌呤核苷酸的抗代谢物 1 嘌呤类似物 8 氮杂鸟嘌呤 6 巯基鸟嘌呤 次黄嘌呤 嘌呤核苷酸的抗代谢物 2 氨基酸类似物抑制有谷氨酰胺参与的反应 谷氨酰胺 氮杂丝氨酸 重氮乙酰丝氨酸 6 重氮 5 氧正亮氨酸 嘌呤核苷酸的抗代谢物 3 叶酸类似物抑制有一碳单位参与的反应 R H 氨喋呤 R CH3 氨甲喋呤 5 6 7 8四氢叶酸 PRPP Gln 6MP 氮杂丝氨酸 PRA GAR FGAR FGAM MTX 氮杂丝氨酸 AICAR MTX FAICAR IMP AMP GMP PRPP PPi PPi PRPP 6MP 6MP 6MP 氮杂丝氨酸 A I G PRPP PPi 嘌呤核苷酸抗代谢物的作用 核苷酸分解代谢大致过程 核苷酸 核苷 Pi Pi 1 磷酸核糖 碱基 补救途径 分解代谢 5 磷酸核糖 PRPP 终末产物经尿排出 核苷酸酶 磷酸化酶 1 磷酸核糖变位酶 第二节嘧啶核苷酸代谢 一 嘧啶核苷酸的合成代谢 一 嘧啶核苷酸的分解代谢 嘧啶核苷酸 嘧啶核苷 嘧啶 NH3 NADPH H NADP H2O H2O CO2 NH3 H2N CH2 CH2 COOH 丙氨酸 胞嘧啶 尿嘧啶 NADPH H NADP H2O CO2 NH3 氨基异丁酸 脲基异丁酸 H2O 胸腺嘧啶 二氢胸腺嘧啶 嘧啶核苷酸与嘌呤核苷酸分解代谢最大的不同是嘧啶环的裂解 最后生成 氨基酸 嘧啶碱的降解产物易溶于水 故嘧啶代谢异常的疾病较少 二 嘧啶核苷酸的合成代谢 一 从头合成途径 先合成嘧啶环 然后再与磷酸核糖连接生成嘧啶核苷酸 Asp CO2 Gln 一 嘧啶核苷酸的从头合成 1 从头合成途径 1 尿嘧啶核苷酸的合成 6步反应 HCO3 Gln 两种氨基甲酰磷酸合成酶的比较 氨基甲酰磷酸合成酶I 氨基甲酰磷酸合成酶II 分布 线粒体 肝 胞浆 各种细胞 氮源 氨 谷氨酰胺 变构激活剂 N 乙酰谷氨酸 无 变构抑制剂 无 UMP 哺乳动物 功能 尿素合成 嘧啶合成 CPS I CPS II 氨基甲酰磷酸 Asp 氨基甲酰天冬氨酸 乳清酸 二氢乳清酸 乳清酸 乳清 酸核 苷酸 OMP 尿嘧啶核苷酸 UMP ATP 2 胞嘧啶核苷酸 CTP 的合成 尿苷酸激酶 UDP UMP 尿苷二磷酸激酶 ADP UTP Gln ATP Glu ADP Pi ATP ADP CTP CTP合成酶 dCMP dUDP Pi NH3 dUMP dTMP ATP 激酶 dTDP 激酶 ADP dTTP ATP ADP dTMP 3 脱氧胸腺嘧啶核苷酸 dTMP或TMP 的合成 2 从头合成的调节 ATP CO2 Gln PRPP 氨基甲酰磷酸 氨甲酰天冬氨酸 PRPP ATP 5 磷酸核糖 OMP UMP UTP CTP 嘌呤核苷酸 嘧啶核苷酸 由合成产物对3个关键酶 酶1 CPS II 酶2 天冬氨酸氨甲酰转移酶 酶3 PRPP合成酶 Asp 的负反馈调节来实现 二 嘧啶核苷酸的补救合成 嘧啶 PRPP 嘧啶核苷酸 PPi 嘧啶磷酸核糖转移酶 尿嘧啶 胸腺嘧啶 乳清酸 胞嘧啶 尿嘧啶核苷 ATP UMP ADP 尿苷激酶 胸苷激酶 TK 与恶性肿瘤 嘌啶核苷酸与嘧啶核苷酸合成的比较 相同点 1 合成原料基本相同 嘌啶核苷酸 嘧啶核苷酸 2 合成部位对高等动物来说 主要在肝脏 3 都有2种合成途径 从头和补救途径 4 都是先合成一个与之有关的核苷酸 然后在此基础上进一步合成核苷酸 不同点 1 在5 P R基础上合成嘌呤环 2 最先合成的核苷酸是IMP 3 在IMP基础上完成AMP和GMP的合成 1 先合成嘧啶环再与5 P R结合 2 先合成UMP 3 以UMP为基础 完成CTP dTMP的合成