核酸降解与核苷酸代谢PPT课件.ppt

第33章核酸降解与核苷酸代谢,2,第33章核酸降解与核苷酸代谢,一、概述二、核酸与核苷酸的分解代谢三、核苷酸的生物合成四、辅酶核苷酸的生物合成,3,1909-1934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)。,体外实验资料：,一、概述,4,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。,在1950年间，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来自门冬氨酸，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,体内实验资料：,5,1964年，科学家确定Lesch-Nyhan综合症与次黄嘌呤-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。,6,食物核蛋白,单核苷酸,核酸的消化,7,单核苷酸,8,作为核酸合成的原料:-最主要的功能体内能量的利用形式ATP-主要形式；GTP-蛋白质合成UTP-糖原合成；CTP-磷脂合成参与代谢和生理调节-cAMP,cGMP组成辅酶-NAD,FAD,CoA活化中间代谢物-UDPG,CDP-DG,核苷酸的生物功能,9,第二节核酸与核苷酸的分解代谢,MetabolismofPyrimidineNucleotides,10,2.1核酸的解聚作用,Nuclease:作用于核酸的二酯键的酶。(即二酯酶)专一性：(底物)RNase：ribonucleaseDNase：deoxyribonuclease作用方式：内切酶：作用点在核酸内部，产物是寡核苷酸链。外切酶：作用于核酸两端，产物是单核苷酸。,11,1.核酸外切酶非特异性的二酯酶，从核酸的一端逐个水解掉核苷酸。如：蛇毒二酯酶作用于DNA或RNA的3-OH，5-核苷酸牛脾二酯酶作用于DNA或RNA的5-OH，3-核苷酸。,12,2.核酸内切酶特异地水解核酸内部的二酯酶。如：RNaseI(牛胰核糖核酸酶)作用于RNA的嘧啶碱基末端为3-嘧啶的核苷酸RNaseII作用于嘌呤碱基DNaseI(牛胰脱氧核糖核酸酶)：对碱基无选择性作用点：5-末端产物：四寡核苷酸DNaseII(牛脾脱氧核糖核酸酶)：作用点：3-末端产物：六寡核苷酸,13,3.限制性(核酸)内切酶工具酶专一性很强，与甲基化酶识别同一位点。作用点：核酸的回文序列。产物：形成粘性末端(cohesiveend)或平齐末端(bluntend)粘性末端：双链DNA经限制性内切酶作用后，每条单链的一端都带有识别序列中的几个互补碱基。命名：以EcoRI为例：E细菌属名、co细菌种名R菌株、I同类酶的(罗马字母)编号,14,产物：不同生物的酶系不同，嘌呤的分解产物也就不同。尿酸人类、灵长类、鸟类、爬行类、大多数昆虫尿囊素其它动物氨、CO2和有机酸(如乙醛酸)微生物和植物的衰老叶片、胚乳,2.2嘌呤核苷酸的分解代谢,15,核糖,脱氨基酶,尿酸,16,嘌呤碱的最终代谢产物,AMP,GMP,H（次黄嘌呤）,G,X（黄嘌呤）,黄嘌呤氧化酶,黄嘌呤氧化酶,17,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,次黄嘌呤类似物，竞争性抑制黄嘌呤氧化酶；,18,尿酸的分解,灵长类、鸟类、爬虫类、昆虫,哺乳动物、腹足类,硬骨鱼,大多数鱼类、两栖类和,甲壳类和咸水瓣鳃类,尿囊素,尿囊酸,19,二、嘧啶核苷酸的分解代谢,2.3嘧啶核苷酸的分解,20,胞嘧啶,NH3,尿嘧啶,二氢尿嘧啶,H2O,CO2+NH3,-丙氨酸,胸腺嘧啶,-脲基异丁酸,-氨基异丁酸,H2O,丙二酸单酰CoA,乙酰CoA,TCA,肝,尿素,甲基丙二酸单酰CoA,琥珀酰CoA,TCA,糖异生,二氢胸腺嘧啶,21,第三节核苷酸的合成,22,从头合成途径(denovosynthesispathway)补救合成途径(salvagesynthesispathway),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,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,3.1核糖核苷酸合成,23,嘌呤核苷酸的从头合成途径是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核糖核苷酸的途径。,肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小肠和胸腺，而脑、骨髓则无法进行此合成途径。,（一）嘌呤核糖核苷酸的从头合成,1.定义,2.合成部位,一、嘌呤核糖核苷酸的合成代谢,24,嘌呤碱合成的元素来源,CO2,天冬氨酸,甲酰基（一碳单位）,甘氨酸,甲酰基（一碳单位）,谷氨酰胺（酰胺基）,25,两个阶段第一阶段：次黄嘌呤核苷酸(IMP)的合成第二阶段：腺嘌呤核苷酸(AMP)与鸟嘌呤核苷酸(GMP)的生成,3.从头合成过程,26,R-5-P（5-磷酸核糖）,PP-1-R-5-P（磷酸核糖焦磷酸）,在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下,IMP,H2N-1-R-5-P（5-磷酸核糖胺）,27,（1）IMP的合成过程,磷酸核糖酰胺转移酶GAR合成酶转甲酰基酶FGAM合成酶AIR合成酶,IMP生成总反应过程,30,腺苷酸代琥珀酸合成酶IMP脱氢酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶GMP合成酶,（2）AMP和GMP的生成,31,（3）ATP和GTP的生成,32,嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。IMP的合成需5个ATP，6个高能磷酸键。AMP或GMP的合成又需1个ATP。,4.嘌呤核苷酸从头合成特点,33,5.从头合成的调节,PRPP,PRA,GTP,+,+,调节方式：反馈调节和交叉调节,34,嘌呤核苷酸的相互转变,35,利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成嘌呤核糖核苷酸的过程，称为补救合成（或重新利用）途径。,（二）嘌呤核糖核苷酸的补救合成途径,1.定义,36,腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adeninephosphoribosyltransferase,APRT)次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine-guaninephosphoribosyltransferase,HGPRT)腺苷激酶(adenosinekinase),2.参与补救合成的酶,37,3.合成过程,PRPP:磷酸核糖焦磷酸,38,4.补救合成的生理意义,补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。,39,嘧啶核苷酸的结构,3.2、嘧啶核糖核苷酸的合成代谢,40,（一）嘧啶核糖核苷酸的从头合成,主要是肝细胞胞液,嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶核糖核苷酸的途径。,1.定义,2.合成部位,41,3.嘧啶合成的元素来源,42,4.合成过程,（1）尿嘧啶核苷酸的合成,43,45,（2）胞嘧啶核苷酸的合成,UDP,UTP,46,（3）dTMP或TMP的生成,dUMP,脱氧胸苷一磷酸dTMP,47,ATP+CO2+谷氨酰胺,氨基甲酰磷酸,UMP,氨基甲酸天冬氨酸,UTP,CTP,天冬氨酸,嘌呤核苷酸,ATP+5-磷酸核糖,嘧啶核苷酸,PRPP,5.从头合成的调节,48,（二）嘧啶核苷酸的补救合成,49,3.3脱氧核苷酸的生成,50,二磷酸脱氧核苷,NDP,dNDP,二磷酸核糖核苷,NADP+,NADPH+H+,核糖核苷酸还原酶，Mg2+,还原型硫氧化还原蛋白-(SH)2,氧化型硫氧化还原蛋白,硫氧化还原蛋白还原酶（FAD）,51,52,dTMP的生成,dUMP,脱氧胸苷一磷酸dTMP,53,一些嘌呤、氨基酸或叶酸等的类似物，以竞争性抑制或“以假乱真”等方式干扰或阻断嘌呤核苷酸的合成代谢，从而进一步阻止核酸以及蛋白质的生物合成。具有抗肿瘤作用,3.4核苷酸的抗代谢物,1.嘌呤核苷酸的抗代谢物,54,最常用的嘌呤类似物是6-巯基嘌呤,氨基酸类似物：氮杂丝氨酸、6-重氮-5-氧正亮氨酸等，结构与谷氨酰胺相似，可干扰谷氨酰胺在嘌呤核苷酸合成中的作用叶酸类似物：氨蝶呤及甲氨蝶呤，竞争性抑制二氢叶酸还原酶，抑制了四氢叶酸的生成，干扰了一碳单位代谢，从而抑制了嘌呤核苷酸的合成。,55,次黄嘌呤(H),6-巯基嘌呤(6-MP),6-巯基嘌呤的结构,57,2.嘧啶核苷酸的抗代谢物,嘧啶类似物,胸腺嘧啶(T),5-氟尿嘧啶(5-FU),最常用的嘧啶类似物是5-氟尿嘧啶,58,某些改变了核糖结构的核苷类似物,59,能够抑制嘧啶核苷酸合成的抗代谢药物也是一些嘧啶核苷酸的类似物，通过对酶的竞争性抑制而干扰或抑制嘧啶核苷酸的合成。主要的抗代谢药物是5-氟尿嘧啶（5-FU）。5-FU在体内可转变为F-dUMP，其结构与dUMP相似，可竞争性抑制胸苷酸合成酶的活性，从而抑制胸苷酸的合成。,60,氮杂丝氨酸,阿糖胞苷,氨甲碟呤,氮杂丝氨酸,61,常见抗代谢药,甲氨喋呤(MTX)、氟尿嘧啶(5-FU)。其衍生物很多，包括喃氟啶(FT207)、优福啶(UFT)、卡莫氟(嘧福禄HCFU)、脱氧氟尿苷(氟铁龙5-DFUR)、氟尿脱氧核苷(FUDR)，临床上可根据病种，肝功能状态等合理选用。环胞苷(CC)、阿糖胞苷(Ara-c)、双氟胞苷(健择Gemcitabine)为新的嘧啶类似物。其化学结构与Ara-c相似，为核糖核苷还原酶抑制剂。其抗瘤谱较Ara-c广，对非小细胞肺癌有效，对胰腺癌、乳腺癌、卵巢癌、头颈部癌也可能有效。六甲嘧胺(克瘤灵HMM)对肺癌特别是小细胞肺癌、霍奇金病、卵巢癌、乳腺癌及消化道癌有一定疗效。,62,双氟胞苷(Gemcitabine)，一种新的嘧啶类似物，其结构与抗代谢药阿糖胞苷相似.研究表明，双氟胞苷能延长无法切除的胰腺癌患者的生存期，中位生存期5.65mo，较5-FU(4.1mo)有提高，统计分析有意义.一年生存率18%，亦较5-FU(2%)提高.双氟胞苷在缓解癌症相关的疼痛、体质量方面较5-FU更有效.,63,第四节辅酶核苷酸的生物合成,64,1.烟酰胺核苷酸的合成1）烟酸+5-磷酸核糖焦磷酸烟酸单核苷酸+PPi(烟酸单核苷酸焦磷酸化酶）2）烟酸单核苷酸+ATP脱酰胺-NAD+PPi(脱酰胺-NAD焦磷酸化酶）3）脱酰胺-NAD+谷氨酰胺+ATPNAD+谷氨酸+AMP+PPi（NAD合成酶）4）NAD+ATPNADP+ADP（NAD激酶）,65,2.黄素核苷酸的合成核黄素+ATPFMN+ADP（黄素激酶）FMN+ATPFAD+PPi（FAD焦磷酸化酶）,66,3.辅酶A的合成（结构式见p403