生物化学课件：核苷酸代谢　4节

1、第十章核苷酸代谢核酸核酸酶核苷酸核苷酸酶磷酸+核苷 核苷磷酸化酶碱基 + 戊糖-1-磷酸核苷水解酶碱基 + 核糖第一节核苷酸分解代谢一、嘌呤核苷酸的分解代谢嘌嘌呤呤碱碱的的分分解解代代谢谢二、嘧啶核苷酸的分解代谢过程一、一、核苷酸生物核苷酸生物合成基本途径合成基本途径嘧啶合成嘧啶合成嘌呤合成嘌呤合成从头合成从头合成补救合成补救合成从头合成从头合成补救合成补救合成第二节核苷酸的合成代谢主要发生在主要发生在肝肝脏脏，常因各种，常因各种抑制物甚至抑制物甚至生生理紧张理紧张导致其导致其中的某些酶缺中的某些酶缺乏，影响细胞乏，影响细胞生长。生长。“从头合成从头合成”途径途径（通常情况下占（通常情况下占9

2、5%）核糖核苷酸核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸“补救补救”途径途径(脑和骨髓脑和骨髓)内外内外源源核核酸分酸分解解核酸类补品原理所在核酸类补品原理所在可提高康复速度可提高康复速度（一）从头合成途径1.概念： 通过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(de novo synthesis)。这一途径主要见于肝脏肝脏，其次为小肠和胸腺，脑及骨髓无法利用此途径合成核苷酸 二、嘌呤核苷酸的合成2.嘌呤环上各原子的来源嘌呤环上各原子的来源3.从头合成途径的特点参与从头合成途径的酶均在胞液中以磷酸戊糖途径中合成的5-磷酸核糖（5-

3、PR）为原料，经11步反应生成次黄嘌呤核苷酸（IMP）。在合成IMP的过程中，由氨基酸，CO2，一碳单位逐步提供元素或基团，在5-磷酸核糖分子上完成嘌呤碱基的合成从IMP出发再合成AMP和GMP。4.合成过程(1) 5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）合成5-磷酸核糖 + ATP磷酸核糖焦磷酸合成酶/激酶5-PRPP + AMP6-P-G(2).次黄嘌呤核苷酸（IMP）的合成5-5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸5-5-磷酸磷酸核糖胺核糖胺甘氨酸甘氨酸甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸5-5-氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸5-5-氨基咪

4、唑氨基咪唑-4-4-羧核苷酸羧核苷酸IMP的的 生物合成生物合成5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-琥珀基琥珀基- -甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-氨氨甲酰核苷酸甲酰核苷酸5-5-甲酰氨基咪唑甲酰氨基咪唑-4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸（IMPIMP）甲酰甲酰THFATHFA(3) IMP转变为转变为GMP和和AMP正性调节表现为前后两端调节 前端正性调节-两个关键酶的促进作用。 PRPPK和和GPAT/PPAT ，底物ATP、5-磷酸核糖促进其活性，增加IMP的合成。 后端正性调节- 由ATP促进GMP合成酶合成酶 由GTP促进腺苷酸代

5、琥珀酸合成酶腺苷酸代琥珀酸合成酶 增加GTP和ATP的合成。2）负性调节主要为合成产物反馈抑制性调节6个长反馈调节:由AMP，GMP和IMP分别反馈抑制PRPPK和GPAT这两关键酶的活性。2个短反馈调节:由AMP反馈抑制ASS，由GMP反馈抑制IMPD的活性所进行的反馈抑制来调节嘌呤核苷酸的从头合成。 嘌呤从头合成合成原料：Asp Gly Gln CO2 一碳单位重要中间产物：PRPP关键酶：PRPP合成/激酶酰胺转移酶阻断剂：氨基酸或一碳单位结构类似物过程：在磷酸核糖磷酸核糖的分子上逐步合成嘌呤核苷酸合成的总结：嘌呤核苷酸合成的总结：IMPAMPGMPADPGDPATPGTPdADPdGD

6、PdATPdGTP(三三)嘧啶核苷酸的从头合成嘧啶核苷酸的从头合成1.原子来源原子来源 2. 合成部位：主要在合成部位：主要在肝细胞胞液肝细胞胞液中进行中进行,3. 合成特点：合成特点：（1）先合成嘧啶环，再与）先合成嘧啶环，再与PRPP连接；连接；（2）先合成）先合成UMP，再转变成其他嘧啶核，再转变成其他嘧啶核苷酸。苷酸。（2）嘧啶核苷酸从头合成的特点合成所需要的酶系大多在胞液内，但 二氢乳清酸脱氢酶位于线粒体内合成从CO2和谷氨酰胺开始，经6步反 应先合成出尿嘧啶核苷酸（UMP）。由UMP出发再合成其它的嘧啶核苷酸。氨基甲酰磷酸合成酶2ATP2ADP+Pi氨基甲酰磷酸+ GluGlnHC

7、O3-+(CPS-II)4. 尿嘧啶核苷酸的合成过程尿嘧啶核苷酸的合成过程 （1）UMP的合成的合成 （2）CTP的合成的合成 （3）dTMP的合成的合成 氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶I、II的区别的区别CPS CPS 分布分布 线粒体（肝脏线粒体（肝脏) ) 胞液胞液( (所有细胞所有细胞) ) 氮源氮源 NHNH3 3 GlnGln 别构激活剂别构激活剂 N-N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸 无无 反馈抑制剂反馈抑制剂 无无 UMP(UMP(哺乳类动物哺乳类动物) ) 功能功能 尿素合成尿素合成 嘧啶合成嘧啶合成 5. 嘧啶核苷酸从头合成的调节(1)正性调节:ATP-磷酸核糖焦磷酸激酶 P

8、RPP-乳清酸磷酸核糖转移酶 嘌呤和嘧啶核苷酸从头合成途径有共同的正性调节。保证嘌呤和嘧啶核苷酸合成速度的同步化，以便合成出等量的嘌呤和嘧啶核苷酸。(2）嘧啶核苷酸负性调节 -合成产物的反馈抑制反馈抑制进行调节。主要集中在对4个关键酶的反馈抑制上A:氨基甲酰磷酸合成酶（CPS） 由UMP反馈抑制。B:天冬氨酸转氨基甲酰酶(CAT) 由UMP和CTP反馈抑制。C:乳清酸磷酸核糖转移酶（OPRT） 由ADP和GDP反馈抑制。D:CTP合成酶(CTPS)，由CTP反馈抑制。 CTP对天冬氨酸转氨酶的反馈调节为变构调节,CTP浓度升高时，CTP与调节亚基结合使调节亚基和催化亚基变构，酶由活性态转为无活

9、性态，实现反馈抑制调节。氨基甲酰磷酸氨基甲酰天冬氨酸UMPATP + CO2 + GlnPRPPUTPCTPATP + R-5-P嘌呤核苷酸嘧啶核苷酸(四四)脱氧核糖核苷酸的合成脱氧核糖核苷酸的合成脱氢一般通过核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶实现多在二磷酸核苷二磷酸核苷的水平上发生有些原核生物在三磷酸核苷水平进行核糖核苷酸的还原反应核糖核苷酸的还原反应核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶NADP+NADPH+H+硫氧还蛋白硫氧还蛋白还原酶还原酶FADATP 、Mg2+硫氧还蛋硫氧还蛋白（还原白（还原型）型）SHSH硫氧还蛋硫氧还蛋白（氧化白（氧化型）型）SSOP-P-CH2NOHOH核糖核苷二磷酸

10、核糖核苷二磷酸 NDPOP-P-CH2NOHH+ H2O脱氧核糖核苷二磷酸脱氧核糖核苷二磷酸 d NDP硫硫/谷氧还蛋白谷氧还蛋白核糖核酸核糖核酸还原酶系还原酶系硫氧还蛋白硫氧还蛋白/谷胱甘肽还原酶谷胱甘肽还原酶核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸的还原反应核糖核苷酸的还原反应FAD核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶ATP 、Mg2+硫氧还蛋白硫氧还蛋白SHSH硫氧还蛋白硫氧还蛋白SS硫氧还蛋白硫氧还蛋白还原酶还原酶核糖核苷二磷酸核糖核苷二磷酸+ H2O脱氧核糖核苷二磷酸脱氧核糖核苷二磷酸FADH2谷氧还蛋白谷氧还蛋白SS谷氧还蛋白谷氧还蛋白SHSHNADP+NADPH+H+谷氧还蛋白谷氧

11、还蛋白还原酶还原酶OP-P-CH2NOH OHOP-P-CH2NOH HGSSG2GSH谷胱甘肽谷胱甘肽还原酶还原酶核糖核苷酸还原酶示意图核糖核苷酸还原酶示意图底物特异性底物特异性调节位点调节位点酶酶 活活 性性调节位点调节位点活性位点活性位点R1亚基亚基R2亚基亚基 激酶激酶 激酶激酶 A/U/GMP A/U/GDP A/U/GTPA/U/GMP A/U/GDP A/U/GTP ATP ADP ATP ADPATP ADP ATP ADP NADPH+HNADPH+H+ + 核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶 NADPNADP+ +H+H2 2O O 激酶激酶 dA/T/GDP dAdA/T/

12、GDP dA/T/GTP/T/GTP ATP ADPATP ADP (五五)三磷酸核苷酸的合成三磷酸核苷酸的合成 TMPUMP + ATP尿 嘧 啶 核 苷 酸 激 酶 Mg2+UDP + ADPUDP + ATP核苷二磷酸激酶Mg2+UTP + ADPCTP合成酶UTP + Gln（NH4+）+ ATP + H2OCTP + Glu +ADP+ Pi1.CTP 在尿嘧啶在尿嘧啶三磷酸三磷酸水平合成水平合成dTMPdTMP的合成：的合成：是在是在核苷核苷一磷酸一磷酸水平水平上进行的上进行的dUMPdUDPdCMPdTMPN5,N10-CH2-FH2FH4H2OPiH2ONH3FH4NADPH+

13、H+NADP+TMP合成酶HNNOOR5PdCH3FH2还原酶(六)核苷酸补救合成途径尿苷+ ATP尿苷激酶UMP+ ADP次黄嘌呤(鸟嘌呤) + 5-PRPPH(G)PRTIMP(GMP) + PPi 2. 嘧啶核苷酸的补救合成 嘧啶核苷酸的补救合成主要有两种方式。（1）一步合成方式 尿嘧啶+PRPP 尿嘧啶磷酸核糖转移酶 UMP + Ppi（2）二步合成方式尿嘧啶+1-磷酸核糖 尿苷磷酸化酶 尿嘧啶核苷+Pi尿嘧啶核苷+ATP 核苷激酶 Mg2+ UMP + ADP嘌呤核苷酸合成的总结：嘌呤核苷酸合成的总结：IMPAMPGMPADPGDPATPGTPdADPdGDPdATPdGTP嘧啶核苷

14、酸合成的总结：嘧啶核苷酸合成的总结：UMPUDPUTPCTPCDPdUDPdCDPdCTPdUMPdCMPdTMPdTDPdTTP 各种核苷酸合成的关系各种核苷酸合成的关系(七七)从头合成抗代谢物从头合成抗代谢物叶酸类似物嘌呤类似物嘧啶类似物 Gln Asp类似物核糖核苷酸还原酶的代谢类似物核苷酸代谢类似物功能 人工合成核苷酸代谢类似物大都是核苷酸代谢过程中必需的代谢中间体的类似物。它们的化学结构与代谢中间体相类似。因此，它们可以“冒名顶替”，“以假乱真”，干扰、抑制或阻断核苷酸合成，进而干扰、抑制或阻断核酸及蛋白质的合成，使细胞的分裂和增殖无法进行。这些核苷酸代谢类似物不仅是进行生化代谢途径

15、研究的工具，也是治疗疾病的有效物药。许多核苷酸代谢类似物作为抗代谢药物已经在临床上广泛使用 1.叶酸类似物叶酸类似物 氨蝶呤(aminopterin，AP） 甲氨蝶呤（methotrexate，MTX）使使dUMP不能利用一碳单位甲基不能利用一碳单位甲基化成化成dTMP。 2.嘌呤核苷酸代谢类物嘌呤核苷酸代谢类物 6-巯基鸟嘌呤（6-thioguanine，6-TG） 6-巯基嘌呤（6-mercaptopurine，6-MP） 8-氮杂鸟嘌呤（8-azaguanine，8-AG） 氮杂硫嘌呤（azathiopurine，AZTP） 别嘌呤醇（allopurinol，APO）等 嘌呤核苷酸的代谢

16、类似物3.嘧啶核苷酸代谢类似物嘧啶核苷酸代谢类似物 5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-FU） 5-碘-2-脱氧尿嘧啶 5-iodo-2-deoxyuridine，5-IDU 6-氮杂尿嘧啶（6-azauridine，6-AU）嘧啶核苷酸的代谢类似物 5FUFdUMPFUTP抑制dTMP合成抑制DNA合成破坏RNA结构与功能合成RNA4.氨基酸类似物氨基酸类似物 主要有氮杂丝氨酸（azaserine，AS）， 6-重氮-5-氧正亮氨酸 （diazonorleucine，DAL），磷乙天冬氨酸（N-phosphoacetyl-l-asparate， PALA）等。 阿糖胞苷等抑制阿糖

17、胞苷等抑制CDP还原成还原成dCDP，而影响，而影响DNA的合成。的合成。5.核苷类似物核苷类似物 6.作用于核糖核苷酸还原酶的代谢类似物作用于核糖核苷酸还原酶的代谢类似物 羟基脲（hydroxyurea，HU） 羟基胍（hydroxyguanidine，HG） 胍唑（guanazole，GZ）。 核糖核苷酸还原酶的代谢类似物嘌呤和嘧啶合成过程比较试从合成原料及合成过程方面比较嘌呤核苷酸与嘧啶核苷酸从头合成的异同点。 核苷酸代谢障碍引起的疾病核苷酸代谢障碍引起的疾病 临床疾病 缺陷的酶 原 因 临床特点 遗传类型 1嘌呤核苷酸代谢障碍 痛风 PRPP合成酶 调节失常 嘌呤产生和 x-染色体连

18、HGPRT酶 排谢过多 锁，隐性遗传 Lesch-Nyhan 综合征 HGPRT酶 遗传缺陷 嘌呤产生排泄 x-染色体连 多,脑性瘫痪, 锁，隐性遗传 自毁容貌症 免疫缺陷症 腺苷脱氨酶 遗传缺陷 B细胞免疫缺陷, 常染色体隐性遗传 (ADA)缺乏 脱氧腺苷尿症 嘌呤核苷磷 酸化酶(PNP) 肾结石 APRT酶 遗传缺陷 2，8-二羟基腺 常染色体隐性遗传 嘌呤肾结石黄嘌呤尿 黄嘌呤氧化酶 遗传缺陷 黄嘌呤肾结石， 常染色体隐性遗传 低尿酸血症 2嘧啶核苷酸代谢障碍先天性乳清 乳清酸磷酸 遗传缺陷 乳清酸排泄多 常染色体隐性遗传 酸尿症 核糖转移酶 红细胞性贫血 乳清酸核苷酸 遗传缺陷 乳清酸

19、排泄较多 常染色体隐性遗传 脱羧酶一些抗代谢药物的功能 药物名称 6-巯基嘌呤(6MP) 正常代谢物 嘌呤核苷酸 治疗的疾病 白血病自身免疫性病妊娠滋养 细胞肿瘤等 主要作用的酶 IMP脱氢酶腺苷酸代琥珀酸合成酶 作用的代谢途径 嘌呤核核苷酸合成 药物名称 别嘌呤醇(APO) 正常代谢物 黄嘌呤、乌嘌呤、次黄嘌呤 黄嘌呤氧化酶 治疗的疾病 痛风 主要作用的酶 黄嘌呤氧化酶 作用的代谢途 嘌呤核苷酸分解 药物名称 利巴韦林（病毒唑），5-氮基咪唑- 4-羧酸核苷酸 正常代谢物 5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸 治疗的疾病 广谱抗病毒药呼吸道合胞病毒流感 病毒甲肝病毒腺病毒等 主要作用的酶 5-磷酸核糖-5-氨基咪唑-4-N-琥珀基甲 酰胺合成酶（ SAICARS）