第八章核苷酸代谢

第八章核苷酸代谢

5’AC

T

GT3’

3’T

GACA5’

DNA合成原料:dATP/dGTP/dTTP/

dCTP

5’AC

UGU3’

RNA合成原料:ATP/GTP/UTP/CTP

5’AC

U

GU3’

3’U

GACA5’

dsRNARNA5-磷酸核糖PRPPPRAIMPAMPADPATPGMPGDPGTPXMPX尿酸嘌呤核苷酸的代谢dADPdGDPdATPdGTP

第二节嘧啶核苷酸代谢一、嘧啶核苷酸的合成代谢合成途径：从头合成补救合成（一）嘧啶核苷酸的从头合成原料：谷氨酰胺、CO2、天冬氨酸特点：与嘌呤核苷酸从头合成途径不同，先合成嘧啶环，再与磷酸核糖相连而成。★★氨基甲酰磷酸天冬氨酸=o=o嘧啶碱合成的元素来源GlnCO2★★★过程：（1）尿嘧啶核苷酸的合成：谷氨酰胺+HCO3-

氨基甲酰磷酸+谷氨酸酶Ⅱ2ATP2ADP+Pi酶Ⅱ：氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ两种氨基甲酰磷酸合成酶的比较合成酶Ⅰ合成酶Ⅱ分布线粒体（肝）胞液（所有细胞）氮源氨谷氨酰胺变构激活剂N-乙酰谷氨酸无反馈抑制剂无UMP（哺乳动物）功能尿素合成嘧啶合成★★★★CO2+谷氨酰胺氨基甲酰磷酸天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸氨基甲酰转移酶Pi酶Ⅱ乳清酸核苷酸乳清酸二氢乳清酸二氢乳清酸酶H2O脱氢酶磷酸核糖转移酶尿嘧啶核苷酸（UMP）脱羧酶CO2OMPPRPPUMPUDPdUDPUTPdUMPCTPTMP二磷酸核糖还原酶TMP合成酶甲基化ATPATPATPGlnMg+CTP合成酶磷酸激酶dCMP

脱氨基（2）CTP的合成UMPUDPUTP尿苷酸激酶ATPADPATPADP

二磷酸核苷激酶CTPCTP合成酶谷氨酸谷氨酰胺ADP+PiATP（3）脱氧胸腺嘧啶核苷酸的生成dUDPdCMPdUMP水解脱氨基dTMP胸苷酸合成酶N5，N10-亚基FH4FH22.从头合成的调节ATP+CO2+谷氨酰胺氨基甲酰磷酸氨基甲酰天冬氨酸UMPUTPCTPPRPP嘌呤核苷酸ATP+5-磷酸核糖嘧啶核苷酸天冬氨酸㈠㈠㈠㈠哺乳动物细胞氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ细菌氨基甲酰磷酸转移酶★★（二）嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶+PRPP一磷酸嘧啶核苷+PPi

嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶核苷+ATPUMP+ADP尿苷激酶脱氧胸苷TMP胸苷激酶胸苷激酶正常肝中活性低,再生肝和恶性肿瘤时明显升高（三）嘧啶核苷酸的抗代谢物A、嘧啶类似物：5-氟尿嘧啶（5-FU）与TMP类似,代谢为FdUMP抑制胸腺嘧啶核苷酸激酶，代谢为FUTP以FUMP掺入RNA,破坏RNA结构，消化道癌乳癌(毒性大)FUTPUTP×胸腺嘧啶核苷酸激酶dUMPdTMPdTDPdTTP×RNA合成原料:UTP/ATP/CTP/GTPRNARNADNA合成原料:dTTP/dATP/dCTP/dGTP

5’AC

T

GT3’

3’T

GACA5’

DNA半保留不连续复制

5’AC

T

GT3’

3’T

GACA5’

5

’

3

’

3’5

’3

’

B、氨基酸类似物：氮杂丝氨酸与Gln类似抑制CTP和IMP合成C、核苷类似物：阿糖胞苷(Ara-C)由嘧啶与阿拉伯糖结合能抑制CDP还原成dCDP，也能影响DNA聚合酶活性,急性粒细胞性白血病,疱疹性角膜炎，疱疹性结膜炎。As2O3CDPdCDPdCTP×5-碘脱氧尿苷(碘苷/疱疹净)

与5-FU机制类似dUMPdTMPdTDPdTTP×嘧啶核苷酸嘧啶碱+磷酸核糖胞嘧啶尿嘧啶NH3、CO2、β-丙氨酸胸腺嘧啶NH3、CO2、β-氨基异丁酸二、嘧啶核苷酸的分解代谢胞嘧啶胸腺嘧啶NH2NADPH+H+NADP+尿嘧啶二氢胸腺嘧啶(接下页)嘧啶硷的分解代谢-1(接上页)NADPH+H+NADP+H2O二氢尿嘧啶β-脲基异丁酸H2Oβ-脲基丙酸H2N-CH2-CH2-COOHβ-丙氨酸CO2+NH3H2N-CH2-CH-COOHCH2β-氨基异丁酸H2OH2O嘧啶硷的分解代谢-2嘧啶核苷酸分解代谢特点1环被打破2终产物:NH3/CO2./β丙氨酸

β-氨基异丁酸★★课堂练习1．下列哪个反应不需要1’一焦磷酸一5’一磷酸核糖（PRPP)?A．5’一磷酸一l’一氨基核糖的生成

B．由次黄嘌呤转变为次黄苷酸

C．嘧啶生物合成中乳清酸的生成

D．由腺嘌呤转变为腺苷酸

E.由鸟嘌呤转变为鸟苷酸2．嘧啶环中的两个氮原子来自

A．谷氨酰胺和氨B．谷氨酰胺和天冬酰胺

C．谷氨酰胺和谷氨酸D．谷氨酸和氨甲酰磷酸

E．天冬氨酸和氨甲酰磷酸3．胸腺嘧啶的甲基来自，

A．N10一甲酰四氢叶酸（N10CHFH4）

B．N5，N10一次甲基四氢叶酸（N5

，N10一CHFH4)C．N5，N10一亚甲基四氢叶酸（N5

，N10CH2FH4

）

D．N5一甲基四氢叶酸（N5CH3FH4）

E．N5一亚氨甲基四氢叶酸（N5

一CH＝NHFH4）

4．dTMP合成的直接前体是

A．dUMPB．TMPC．TDPD．dUDPE．dCMP5．嘧啶核苷酸生物合成途径的反馈抑制是由于控制了下列哪个酶的活性？

A．二氢乳清酸酶

B．乳清酸焦磷酸化酶

C．二氢乳清酸脱氢酶

D．天冬氨酸转氨甲酰酶

E．羟甲基胞苷酸合成酶

6．5－FU的抗癌作用机制为

A．合成错误的DNA，抑制癌细胞生长

B．抑制尿嘧啶的合成，从而减少RNA的生物合成

C．抑制胞嘧啶的合成，从而抑制DNA的生物合成

D．抑制胸腺嘧啶核苷酸合成酶的活性。从而抑制DNA的生物合成

E．抑制二氢叶酸还原酶的活性，从而抑制了TMP的台成7.下列关于嘧啶分解代谢的叙述哪一项正确？

A．产生尿酸B．可引起痛风C．产生尿囊酸

D.需要黄嘌呤氧化酶E．产生氨和二氧化碳8．合成嘧啶核苷酸过程中首先合成的是

ATTPB．CTPC．UMPDXMPE以上都不是9．脱氧核糖核苷酸生成方式主要是

A．直接由核糖还原B由核苷还原

C．由核苷酸还原

D.由二磷酸核苷还原

E．由三磷酸核苷还原10嘧啶核苷酸合成特点是

A．在5磷酸核糖上合成碱基D．甘氨酸完整地掺入

B．由FH4提供一碳单应E．谷氨酸是氮原子供体

C．先合成氨基甲酰磷酸11．催化dUMP转变成dTMP的酶是

A．核苷酸还原酶B．胸腺嘧啶核苷酸合成酶

C．核苷酸激酶D．甲基转移酶

E．脱氧胸苷激酶12．关于天冬氨酸氨基甲酰基转移酶的下列说法，哪一种是错误的？

A．服从米氏方程的酶动力学

B．CTP是其反馈抑制剂

C．催化嘧啶核苷酸从头合成的限速反应步骤

D．是由多亚基组成的酶

E．是一种别构调节酶13．PRPP酰胺转移酶活性过高可以导致痛风症，此酶催化

A．从R－5－P生成PRPPB．从甘氨酸合成嘧啶环

C．从PRPP生成磷酸核糖胺

D．从IMP生成AMPE．从IMP生成GMP14·

在嘧啶核苷酸合成中，合成氨基甲酰磷酸的部位是

A．线粒体B．微粒体C．胞质

D．溶酶体E.胞核15．阿糖胞苷可抑制

A．二氢叶酸还原酶

B．核糖核苷酸还原酶

C．胸腺嘧啶核苷酸合成酶

D．二氢乳清酸脱氢酶

E．氨基甲酰基转移酶嘧啶核苷酸代谢小结Gln氨基甲酰磷酸CO2

ATP

UTPUDPCTPCDP

dCMPdCDPdUDPdUMPTMP(dTMP)Gln脱氨合成代谢β-丙氨酸二氢尿嘧啶NH3

CO2

β-氨基异丁酸

dTDP

dTTP分解代谢PRPP乳清酸OMPUMP1嘧啶核苷酸从头合成的原料2嘧啶核苷酸从头合成的限速酶3两种氨基甲酰磷酸合成酶的比较4重要的抗代谢物及其机理本节重点补充材料外源DNA在体内的吸收与降解由于基因治疗与DNA疫苗的飞速发展，经常要通过一定的方式将外源的DNA导入到动物体，然而对于它们的吸收与降解机制到目前为止仍然不是十分清楚。用基因治疗疾病时，须解决外源基因在动物体内的吸收与降解问题，尤其是大量外源DNA质粒在动物吸收与降解研究已成为一个热点，目前主要集中在肠胃道吸收降解和细胞吸收降解。1.

外源DNA在肠胃道中的吸收与降解

用噬菌体M13DNA来研究外源DNA在小鼠体内的吸收与降解情况发现，食物中的外源DNA在鼠肠胃道中是不完全降解的。在84只不同的小鼠中，M13DNA可在小鼠的小肠、盲肠及粪便中检测到；在254只小鼠中，M13DNA的976bp片段可在小鼠进食后的8小时在血液中检测到；然而对照组中却没有发现M13DNA片段血液白细胞的表面，0.4%的肝白细胞中可检测到M13DNA片段，另外脊柱上皮细胞、盲肠端淋巴结的白细胞、B细胞、T细胞和脾中的巨噬细胞中检测到，说明外源DNA能通过肠胃道经淋巴结进入白细胞及其它组织。然而进食时间大于24小时后，在以上组织未发现M13DNA，表明外源DNA发生了显著的降解说明肠胃道对于外源DNA的进入不是一个不可穿越的屏障。但迄今为止，仍然不知道肠胃道吸收外源DNA的程度以及降解程度，吸收外源DNA后会主要作用于那些细胞2.

外源DNA在细胞中的吸收与降解(1)外源DNA经非序列依赖性DNA结合蛋白内吞入细胞核。正常机体细胞中存在DNA结合蛋白，它主要分布于细胞核内作为转录调控因子。近年来研究发现胞质中也存在一些DNA结合蛋白，Hagstrom纯化出了家兔骨骼肌肌浆网膜上存在的非序列依赖性DNA结合蛋白2)吸收后的外源DNA一部分在核酸酶的作用下发生降解，未发生降解的外源DNA则插入细胞基因组DNA中，并且会多次插入动物细胞基因组中。

插入基因组后，防止了外源DNA受核酸酶的降解在细胞中所发现的外源DNA片段与所吸收的外源DNA片段不会完全一样，主要是由于DNA片段在进入细胞核时发生降解的缘故。(3)未被降解的外源DNA插入细胞基因组后，将导致不可预见的后果。一旦核酸酶未对外源DNA完全降解，而使外源DNA插入基因组后，细胞会启动将外源DNA甲基化这一最后防卫系统，使外源DNA得到有效控制。

外源DNA在细胞中的甲基化是一种普遍存在的现象这种防卫系统对于转基因生物及人体细胞基因治疗来说是一种障碍，显然甲基化后使外源基因失去表达活性对于转基因生物技术及基因治疗是不利的。

存在于基因组中的甲基化外源DNA经常是不稳定的，在一定的情况下常发生甲基化的胞嘧啶突变为胸腺嘧啶，这种突变很大程度上与细胞产生癌基因表现型相关(4)由于外源DNA的甲基化，而导致了它在分裂过程中不稳定。通常在细胞的最初几次分裂中甲基化的外源DNA片段是比较稳定的，然而经过一定的分裂次数后，外源DNA会通过目前仍不清楚的机制而完全降解，从而从基因组中丢失3.

展望

外源DNA的吸收与降解只是在个别动物中做了研究。对基因治疗与DNA免疫用质粒DNA在组织中的吸收与降解研究仍很少。

在动物鼻粘膜中供给少量DNA疫苗后，分析DNA疫苗的分布与降解情况，实验发现DNA疫苗可以快速分布于全身，质粒DNA可在血浆、淋巴结、脾、肝、骨髂中检测出

经3个月后，除了注射位点之外，质粒DNA已不能检测出，但质粒所编码的蛋白质可在血浆与组织中检测到。然而很多问题还有待进一步研究，如外源DNA的降解动力学，在肠胃道中的吸收与排出程度，如何有效防止质粒的降解以增强基因治疗与DNA免疫的作用1核苷酸的组成、结构和分类2主要中间产物和终产物3主要合成途径4代谢过程中的重要中间产物、关键酶和辅酶调节，合成的主要过程及反馈调节本章重点

推荐课外读物e-book《基因的革命》《解密生命》

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ByGuoXing-ZhongDept.Biochem.&Mol.Bio.SMMU1．下列关于嘌呤核苷酸从头合成的叙述哪项是正确的？A．嘌呤环的氮原子均来自氨基酸的α一氨基B．合成中不会产生自由嘌呤碱C氨基甲酰磷酸为嘌呤环的形成提供氨甲酰基D．在由IMP合成AMP和GMP时均用ATP供能E次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶催化IMP转变为GMP课堂练习★★★★★2．下列哪二个反应不需要1’一焦磷酸一5’一磷酸核糖（PRPP)?A．5’一磷酸一l’一氨基核糖的生成

B．由次黄嘌呤转变为次黄苷酸

C．嘧啶生物合成中乳清酸的生成

D．由腺嘌呤转变为腺苷酸

E.由鸟嘌呤转变为鸟苷酸3．氨甲蝶吟和氨基喋呤抑制核苷酸合成中的哪个反应

A．谷氨酰胺中酰胺氮的转移

B．向新生成的环状结构中加入CO2C．ATP中磷酸键能量的传递

D．天冬氨酸上氮的提供

E．二氢叶酸还原成四氢叶酸4．人体内嘌呤核苷酸分解代谢的主要终产物是

A．尿素B．尿酸C．肌酐D．尿苷酸E．肌酸5．嘧啶环中的两个氮原子来自

A．谷氨酰胺和氨B．谷氨酰胺和天冬酰胺

C．谷氨酰胶和谷氨酸D．谷氨酸和氨甲酰磷酸

E．天冬氨酸和氨甲酰磷酸8．嘧啶核苷酸生物合成途径的反馈抑制是由于控制了下列哪个酶的活性？

A．二氢乳清酸酶

B．乳清酸焦磷酸化酶

C．二氢乳清酸脱氢酶

D．天冬氨酸转氨甲酰酶

E．羟甲基胞苷酸合成酶

9．5－FU的抗癌作用机制为

A．合成错误的DNA，抑制癌细胞生长

B．抑制尿嘧啶的合成，从而减少RNA的生物合成

C．抑制胞嘧啶的合成，从而抑制DNA的生物合成

D