第9章核苷酸代谢.ppt
第 九 章,核 苷 酸 代 谢,Metabolism of Nucleotides,核苷酸的分解代谢 核苷酸的合成代谢,核酸酶是指所有可以水解核酸的酶。 依据底物不同分类 DNA酶(deoxyribonuclease, DNase) RNA酶 (ribonuclease, RNase) 依据切割部位不同分类 核酸内切酶： 限制性核酸内切酶 非特异性核酸内切酶 核酸外切酶： 5´3´或3´5´核酸外切酶。,一、核苷酸的分解代谢,EcoRI,限制性内切酶：可识别DNA上的专一性位点，将两条链同时切开，可形成粘性末端（如EcoRI）或非粘性末端（如 HaeIII）。,基因工程中就象一流外科大夫手中的手术刀,（一）核苷酸的水解,核苷 + 磷酸,核苷酸酶,核苷酸 + H2O,碱基 + 戊糖,核苷酶,核苷 + H2O,碱基 + 1-磷酸-戊糖,核苷 + H3PO4,核苷磷酸化酶,磷酸解,（二）嘌呤核苷酸的分解代谢,途径一,AMP,GMP,H （次黄嘌呤）,X （黄嘌呤）,黄嘌呤氧化酶,黄嘌呤氧化酶,脱氨酶,脱氨酶,途径二,嘌呤代谢终产物：,尿酸：灵长类、鸟类、爬行动物、昆虫； 尿囊素：其他哺乳动物； 尿囊酸：硬骨鱼； 尿素：软骨鱼、两栖动物； NH4+：海洋无脊椎动物。,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,别嘌呤醇,次黄嘌呤,人血清中尿酸含量为20-60mg/L，当超过80mg/L时，尿酸盐晶体在关节、软组织、软骨、肾等处沉淀，导致痛风、尿路结石及肾疾病。,每100g食物含嘌呤的mg数：,（三）嘧啶核苷酸的分解代谢,二、核苷酸的合成代谢,从头合成途径(de novo synthesis pathway) 是指利用磷酸核糖、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，合成核苷酸的途径。 补救合成途径(salvage synthesis pathway) 利用体内游离的碱基或核苷，经过简单的反应过程，合成核苷酸的途径。,肝、小肠和胸腺的胞液。,（一）嘌呤核苷酸的从头合成,合成部位,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）,(1) 从头合成途径,1. 嘌呤核苷酸的从头合成,(PRA),IMP的生成,5-磷酸核糖胺,次黄嘌呤核苷酸,AMP和GMP的生成,嘌呤核苷酸的相互转变,由5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）供给核苷酸的磷酸与核糖部分； 嘌呤碱的合成是以PRPP为基础，添加原子或基团，形成嘌呤的基本框架结构； 嘌呤的合成先由Gln、Gly、一碳单位形成闭合的五元环，再由CO2、天冬氨酸和一碳单位形成闭合的六元环； 嘌呤的合成首先合成次黄嘌呤核苷酸（IMP），然后再转变为AMP和GMP。,（2）嘌呤核苷酸从头合成特点,（3）嘌呤核苷酸从头合成的调节,调节方式：反馈调节和交叉调节,既满足需要，又不致于浪费。 维持ATP与GTP浓度的平衡。,嘌呤核苷酸从头合成的调节的意义,2. 嘌呤核苷酸的补救合成,细胞利用现成的嘌呤碱或嘌呤核苷重新合成嘌呤核苷酸的过程称为补救合成。 部位：动物的肝脏中,（2）补救合成过程,（3）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。,3. 嘌呤核苷酸的抗代谢物,嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、氨基酸或叶酸等的类似物。 主要以竞争性抑制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。,次黄嘌呤 (H),6-巯基嘌呤 (6-MP),（1）嘌呤类似物：主要有6-巯基嘌呤 ( 6-Mercaptopurine，6-MP),6-MP 核苷酸是 IMP的类似物,（2）氨基酸类似物：,氮杂丝氨酸(AS)是Gln的类似物，干扰谷氨酰胺在嘌呤核苷酸合成中的作用，从而抑制嘌呤核苷酸的合成。,（3）叶酸类似物：,氨蝶呤(AP)和氨甲蝶呤(MTX)能竞争性抑制FH2还原酶，使叶酸不能还原成FH2和FH4，从而抑制嘌呤中C8和C2原子中一碳单位的供应。,（二）嘧啶核苷酸的生物合成,嘧啶合成的元素来源,氨基甲酰磷酸,1. 从头合成途径,（1）尿嘧啶核苷酸的合成,（2）CTP的合成,是在三磷酸水平上进行的。,（3）途径的特点,首先合成嘧啶环（区别于嘌呤核苷酸的合成），再与PRPP结合； 嘧啶环上的原子或基团来自氨甲酰磷酸和天冬氨酸； 首先合成UMP，再由UMP转化成其它核苷酸。,（4）从头合成的调节,2. 嘧啶核苷酸的补救合成,嘧啶 + PRPP,磷酸嘧啶核苷 + PPi,嘧啶磷酸核糖转移酶,尿嘧啶核苷 + ATP,尿苷激酶,UMP +ADP,胸腺嘧啶核苷 + ATP,胸苷激酶,TMP +ADP,3.嘧啶核苷酸的抗代谢物,（1）嘧啶类似物,5-氟尿嘧啶(5-FU) 是胸腺嘧啶的类似物，是胸苷合成酶的抑制剂，抑制TMP的合成。,5-FU,5-FdUMP,5-FUTP,dUMP,dTMP,合成RNA,破坏 RNA的结构,（2）氨基酸类似物,如氮杂丝氨酸类似谷氨酰胺，可以抑制CTP的合成。 如甲氨喋呤抑制叶酸代谢，使dUMP不能利用一碳单位甲基生成dTMP。,（3）叶酸类似物,叶酸类似物（AP 、MTX）,（4）核苷类似物,阿糖胞苷,胞嘧啶,阿糖胞苷能抑制CDP还原成dCDP，是重要的抗癌药物。,氮杂丝氨酸,阿糖胞苷,氨甲碟呤,氮杂丝氨酸,（三） 脱氧核糖核苷酸的生成,体内脱氧核糖核苷酸是通过相应的核糖核苷酸还原生成的。 这种还原反应是由核糖核苷酸还原酶催化，在二磷酸核苷（NDP）水平上进行的。,图9-18 脱氧核糖核苷酸的生成,1.脱氧核糖核苷酸的生成过程,核糖核苷酸还原酶的调节,2. dTMP或TMP的生成,是在一磷酸水平上进行的,胸腺嘧啶核苷酸合成酶,嘌呤核苷酸合成小结,嘧啶核苷酸合成小结,复习题： 1. 概念 （1）SAM （2）核苷酸的从头合 2. 讨论核苷酸在体内的主要生理功能。 3. 讨论PRPP（磷酸核糖焦磷酸）在核苷酸代谢中的重要性。 4. 试从合成原料、合成程序、反馈调节等方面比较嘌呤核苷酸与嘧啶核苷酸从头合成的异同点。,
