第8章核苷酸代谢-2014年

1、第八章 核苷酸代谢,核苷酸的化学组成 核苷酸的合成 脱氧核糖核苷酸的生成 核苷酸合成的抗代谢物 核苷酸的分解代谢,第一节 核苷酸的化学组成（P34）,核苷酸(nucleotide)是核酸的构件分子 核苷酸有核糖、碱基及磷酸三个组成成分,嘌呤碱基：鸟嘌呤（G)、腺嘌呤(A) 嘧啶碱基：胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)-DNA 尿嘧啶（U)-RNA,一 、 碱基,腺嘌呤,鸟嘌呤,胞嘧啶,胸腺嘧啶,尿嘧啶,胺式与亚胺式互变异构,酮式与烯醇式互变异构,含共轭双键:紫外吸收（260nm）,二 、核糖（ pentose）,碳原子编号：C1，C2等表示 核糖：C2-OH (RNA) 脱氧核糖（deoxyribo

2、se）： C2-H (DNA) In nucleotides, pentoses are in their -furanose form.,核糖和脱氧核糖,三、核苷,核苷（ nucleoside）：核糖与碱基之间以N-C键（N-糖苷键）相连接,四、核苷酸,核苷（脱氧核苷）中核糖5碳原子上羟基被磷酸酯化形成核苷酸。 磷酸基团之间通过磷酸酸酐键（phosphoanhydrides bond）连接。 一磷酸（脱氧）核苷酸（d）NMP 二磷酸（脱氧）核苷酸（d） NDP 三磷酸（脱氧）核苷酸（d） NTP,磷酯键,磷酸酸酐键,五、核苷酸的生物学功能,1、核酸的基本结构单位 2、参与能量的转移：ATP/

3、GTP/UTP ATP：能量的货币单位 3、第二信使:cAMP和cGMP 4、是一些重要物质（如辅酶、SAM等）的构成成分 5.某些核苷酸的衍生物是多种生物合成过程的活性中间物质: 如UDP葡萄糖和CDP甘油二酯。,第二节 核苷酸的合成（P192）,The cellular pools of nucleotides (other than ATP) are quite small, perhaps only 1% or less of the amounts required to synthesize the cells DNA. Therefore, cells must continue

4、 to synthesize nucleotides during nucleic acid synthesis, and in some cases nucleotide synthesis may limit the rates of DNA replication and transcription.,核苷酸的从头合成途径（de novo synthesis ） 是利用简单的前体分子（如AA、CO2和R- 5-P等）合成核苷酸的途径 肝、小肠、胸腺等的胞液 The de novo pathways for purine and pyrimidine biosynthesis appear

5、 to be nearly identical in all living organisms.,补救合成途径（salvage pathway） 直接利用核苷酸降解产生的嘌呤、嘧啶碱基或核苷重新合成核苷酸的过程。 脑组织、骨髓,先合成IMP,再以IMP合成AMP和GMP IMP的合成是在磷酸核糖的基础上合成嘌呤环,一、嘌呤核苷酸的从头合成途径,In the de novo purine pathway, the enzymes are present as large, ultienzyme complexes in the cell.,（一）IMP的合成 1.原料 R-5-P Gln：N-3

6、、N-9 Gly：C-4、C-5及N-7 N10-甲酰四氢叶酸： C-2 C-8 CO2：C-6 Asp:N-1 消耗ATP,嘌呤碱合成的元素来源,2.R-5-P的活化 ATP AMP R-5-P PRPP 磷酸核糖焦磷酸合成酶 PRPP :5-磷酸核糖焦磷酸 磷酸核糖焦磷酸合成酶：调节酶（变构调节） 3.IMP的合成过程,Gln Glu+ppi （1） PRPP 5-磷酸核糖胺 PRPP酰胺转移酶 IMP合成途径的调节酶：变构酶,（2） Gly ATP ADP+Pi 5-磷酸核糖胺 甘氨酰胺核苷酸 甘氨酰胺核苷酸合成酶,（3） N10-甲酰FH4 FH4 GAR 甲酰甘氨酰胺核苷酸 FGAR

7、 甘氨酰胺核苷酸转甲酰基酶,甘氨酰胺核苷酸,（4） ATP+Gln Glu +ADP+Pi 甲酰甘氨酰胺核苷酸 甲酰甘氨脒核苷酸 甲酰甘氨脒核苷酸合成酶,甲酰甘氨酰胺核苷酸,甲酰甘氨脒核苷酸,(5)甲酰甘氨脒核苷酸 5氨基咪唑核苷酸 氨基咪唑核苷酸合成酶,甲酰甘氨脒核苷酸,5氨基咪唑核苷酸,(6) ATP+CO2 ADP+Pi 5氨基咪唑核苷酸 5 -氨基咪唑- 4-羧酸核苷酸,氨基咪唑核苷酸羧化酶,氨基咪唑核苷酸羧化酶,(7) AspATP ADP+Pi 5 -氨基咪唑- 4-羧酸核苷酸 N-琥珀基- 5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸,(8)5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸的生成 N-琥珀基-

8、5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸裂解酶,(9) 5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸 5-甲酰氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸 酶：氨基咪唑氨甲酰核苷酸转甲酰基酶,N10甲酰四氢叶酸,(10) IMP的生成 IMP环化水解酶(IMP合成酶）,5-甲酰胺咪唑-4甲酰胺核苷酸,反应共需要：1分子PRPP （ 5-R-P的活化形式) 、2分子谷酰胺、1分子甘氨酸、 1分子天冬氨酸和1分子CO2和2个甲酰基（ N10甲酰四氢叶酸)，消耗了7 分子ATP,XMP-谷氨酰胺氨基转移酶,腺苷酸代琥珀酸,黄嘌呤核苷酸,（二）AMP和GMP的生成,1AMP的生物合成 GTP GDP Asp+IMP 腺苷酸代琥珀酸(AMPS)

9、 AMPS合成酶（变构酶） 延胡索酸+AMP AMPS裂解酶,2.GMP的生物合成,H2O+NAD+ NADH+H+ (1) IMP 黄嘌呤核苷酸（XMP） IMP脱氢酶（变构酶） ATP+Gln AMP+PPi+Glu (2) XMP GMP GMP合成酶,（XMP-谷氨酰胺氨基转移酶),AMP,ADP,ATP,GMP,GDP,GTP,ADP,ATP,激酶,ADP,ATP,激酶,PRPP是5-磷酸核糖的活性供体； 是在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤环的； 先合成IMP，再转变成AMP或GMP。,3. 嘌呤核苷酸从头合成的特点,（三）嘌呤核苷酸从头合成的调节,主要受反馈抑制（feedback in

10、hibition）调节 1.PRPP合成酶（变构酶，单体形式有活性） 抑制剂：嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸 2.PRPP酰胺转移酶（变构酶） 抑制剂： IMP /AMP /GMP 激活剂： PRPP,3.AMPS合成酶 抑制剂：AMP 4.IMP脱氢酶 抑制剂：GMP,二、 嘧啶核苷酸的从头合成途径,（一）特点：先合成嘧啶环，再与磷酸核糖连接 （二）原料 原料：Gln、 HCO3- 、Asp、 5-P-R （三）过程 5-P-R的活化 先合成UMP 再以UTP合成CTP 以dUMP合成dTMP,1. UMP的合成,（1)氨甲酰磷酸的合成 2ATP 2ADP+Pi GlnHCO3-+H2O O=C -

11、O- +Glu 氨甲酰磷酸合成酶 NH2 限速反应: UMP是该酶的变构抑制剂,P,2.CTP的合成,ATP ADP ATP ADP UMP UDP UTP UMP激酶 UDP激酶 ATP ADP+Pi UTP+Gln CTP+Glu CTP合成酶,是由UMP在三磷酸水平上转化而来的,（四）嘧啶核苷酸合成的调节 PRPP合成酶：嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸（） 氨甲酰磷酸合成酶：UMP(） 天冬氨酸氨甲酰转移酶:CTP(）（细菌）,（五）嘧啶环各原子的来源,C-2：HCO3 N-3：Gln的酰胺基团 其余原子：Asp,三、核苷酸的补救合成途径 （一）碱基与PRPP直接合成 (1)腺嘌呤+PRPP A

12、MP+PPi 腺嘌呤磷酸核糖转移酶 （2）次黄嘌呤(或鸟嘌呤）PRPP IMP（GMP) 次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT） HGPRT不足或完全缺乏：X染色体连锁的隐性遗传病 不足: 高尿酸尿症和高尿酸血症 完全缺乏：自毁容貌症（self-mutilating behaviors）,Lesch-Nyhan syndrome,Childrenwith this genetic disorder, which becomes manifest by the age of 2 years, are sometimes poorly coordinated and mentally ret

13、arded. In addition, they are extremely hostile and show compulsive self-destructive tendencies: they mutilate themselves by biting off their fingers, toes, and lips.,（3）尿嘧啶+PRPP UMPPPi 嘧啶磷酸核糖转移酶 嘧啶磷酸核糖转移酶：不能将胞嘧啶转移到PRPP,（二）核苷被磷酸化 1. 碱基R-1-P 核苷Pi 腺（鸟/胞/尿）苷磷酸化酶 核苷ATP NMP+ADP 腺（鸟/胞/尿）苷激酶,（三）dTMP的补救合成 胸腺

14、嘧啶dR-1-P 脱氧胸苷（dT）Pi dT+ATP dTMP+ADP 胸苷激酶,（四）补救合成的意义 （1）简单，消耗ATP少，节省AA （2）脑主要以补救合成途径合成核苷酸 骨髓,四、嘌呤核苷酸的相互转变,第三节 脱氧核糖核苷酸的生成,1.脱氧核糖核苷酸：由相应的NDP还原生成（除dTMP） NADPH+H+ H2O+NADP + NDP dNDP 核糖核苷酸还原酶（RR),2.核糖核苷酸还原酶的结构,3.核糖核苷酸还原酶的调节 变构调节 激活剂:ATP 抑制剂:dATP，dTTP,dCTP,4.dTMP的生成,是在脱氧一磷酸水平上进行的,胸腺嘧啶核苷酸合成酶,4.dTMP的生成,是在脱氧

15、一磷酸水平上进行的,胸腺嘧啶核苷酸合成酶,ATP ADP ATP ADP dTMP dTDP dTTP 激酶 激酶,一、碱基类似物 二、氨基酸类似物 三、叶酸类似物 四、核苷酸类似物,第四节 核苷酸合成的抗代谢物,次黄嘌呤 (H),6-巯基嘌呤 (6-MP),一、碱基似物 （一） 6-巯基嘌呤( 6-Mercaptopurine，6-MP),1.抑制作用,（1）可转变成6-巯基嘌呤核苷酸(IMP的类似物) 抑制核苷酸的从头合成途径 1）可抑制 PRPP合成酶 PRPP酰胺转移酶 2）可抑制 IMP转变为AMP、GMP,（2） 6-巯基嘌呤的抑制作用 抑制嘌呤核苷酸的补救合成途径 竞争抑制次黄嘌

16、呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT） 2. 6-巯基嘌呤的应用 抗癌药物（通过抑制嘌呤核苷酸的合成，最终抑制细胞分裂） 主要用于：急性白血病（尤其是急性淋巴细胞型） 急慢性粒细胞白血病、绒毛膜上皮癌、恶性葡萄胎、恶性淋巴瘤、多发性骨髓瘤,6-MP,6-MP核苷酸,从头合成途径,补救合成途径,HGPRT,PRPP酰胺转移酶,IMP,AMP 和 GMP,(二) 嘧啶类似物 5-氟尿嘧啶(5-Flurouracil,5-FU) ：可转化为FdUMP和5-FUTP 1.FdUMP 与胸腺核苷酸合成酶结合，抑制dTMP的合成。,5-FU,5-FdUMP,5-FUTP,dUMP,dTMP,合成RNA,破

17、坏RNA的结构,2.5-FUTP 可以结合到RNA分子中，破坏RNA的结构,二、氨基酸类似物,氮杂丝氨酸 (AS) ：Gln的类似物,1.抑制嘌呤核苷酸的从头合成途径 2.抑制嘧啶核苷酸的从头合成途径及CTP的合成,ATP ADP+Pi UTP+Gln CTP+Glu CTP合成酶,三、叶酸类似物 叶酸还原酶和二氢叶酸还原酶的抑制剂,氨蝶呤(AP)和甲氨蝶呤(MTX)：抗肿瘤药,MTX,叶酸还原酶,叶酸类似物为什么可作为抗肿瘤药？,四、核苷类似物 阿糖胞苷（胞苷类似物）：抑制CDP还原为dCDP，抑制脱氧胞嘧啶核苷酸的生成。,阿糖胞苷,甲氧苄氨嘧啶,嘌呤核苷酸合成小结,IMP,6-巯基嘌呤核苷

18、酸,嘧啶核苷酸合成小结,UMP,FdUMP,磷酸 核酸 核苷酸 核糖 核酸酶 核苷 碱基,第五节 核苷酸的分解代谢,一、嘌呤核苷酸的分解代谢,1.嘌呤碱基的降解 嘌呤环分解的终产物：尿酸 Pi NH3 (d)R (d)AMP (d)腺苷 (d)次黄苷 次黄嘌呤 腺苷脱氨酶(ADA) 黄嘌呤 尿酸 NH3 黄嘌呤氧化酶 鸟嘌呤,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,2.核苷酸代谢相关疾病及机制 （1）腺苷脱氨酶（ADA）基因缺陷 常染色体隐性遗传病 造成 AMPdAMPdATP(RR的抑制剂）蓄积 dGDP、 dCDP、dTTP合成受阻 淋巴细胞分裂受阻 导致重症联合免疫缺陷病（SCID） T lymphocytes and B lymphocytes do not develop properly.,核糖核苷酸还原酶的结构,（2）痛风症(gout disease) 1）机制：嘌呤核苷酸补救合成途径受阻引起 原因之一：HGPRT缺