生化核苷酸代謝

1、9 核苷酸代謝生化與分子生物學(xué)教研室 劉先俊P208一、概述（一）核苷酸的生物學(xué)作用合成核酸的原料 合成DNA的原料:dATP、dGTP、dCTP、dTTP 合成RNA的原料:ATP、GTP、CTP、UTP2. 在細(xì)胞能量代謝中有重要作用，它們是生物體內(nèi)直接供能的主要高能物質(zhì)。 ATP-主要形式；GTP-蛋白質(zhì)合成 UTP-糖原合成；CTP-磷脂合成3. 三大輔酶的組成成分（CoA，NAD+，F(xiàn)AD)4.核苷酸衍生物是許多生物合成中的活化中間產(chǎn)物，如UDPG是糖原合成過程中葡萄糖的活性供體，CDP- 二?；视褪橇姿岣视偷那绑w等。5.核苷酸是代謝調(diào)節(jié)物 如cAMP 與cGMP是某些激素作用的第

2、二信使，在信息的傳遞上有重要作用；ATP參與共價修飾可以改變某些酶的活性（糖原合成酶的磷酸化作用）；ATP/ADP比值的變化對某些酶有變構(gòu)調(diào)節(jié)作用等。 食物核蛋白胃酸蛋白質(zhì)核酸（RNA及DNA）單核苷酸（二）核酸的消化水解3，5-磷酸二酯鍵H2O胰核酸酶（磷酸二酯酶）核糖核酸酶（RNase）脫氧核糖核酸酶 (DNase)胰、腸核苷酸酶（磷酸單酯酶）H2O磷酸核苷堿基戊糖（或戊糖-1-磷酸）單核苷酸 核苷磷酸化酶核苷酶（水解或磷酸解） 核苷水解酶H2OH3PO4大部分排出體外，僅小部分被利用（三）代謝概述從頭合成途徑（肝臟、小腸粘膜）(de novo synthesis pathway)補救合成

3、途徑（腦、骨髓）(salvage synthesis pathway) 利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及CO2等簡單物質(zhì)為原料，經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)，合成核苷酸的途徑利用體內(nèi)游離的堿基或核苷，經(jīng)過簡單的反應(yīng)，合成核苷酸的過程嘌呤核苷酸的結(jié)構(gòu)GMPAMP二、嘌呤核苷酸的代謝 肝是體內(nèi)從頭合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小腸和胸腺，而腦、骨髓則無法進行此合成途徑。（一）嘌呤核苷酸的從頭合成 哺乳動物合成部位1、從頭合成途徑除某些細(xì)菌外，幾乎所有生物體都能合成嘌呤堿。 嘌呤堿合成的元素來源CO2天冬氨酸甲酰基（一碳單位）甘氨酸甲?；ㄒ惶紗挝唬┕劝滨０罚０坊└拾碑?dāng)中站, 谷氮坐兩邊,左上天冬氨,

4、頭頂CO22.嘌呤核苷酸從頭合成合成過程 IMP的合成 AMP和GMP的生成第1步反應(yīng)第1階段：IMP的合成第2步反應(yīng)9第3步反應(yīng)9457IMP生成總反應(yīng)過程9489576831247589腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMP脫氫酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶 GMP合成酶 第2階段：AMP和GMP的生成體內(nèi)嘌呤核苷酸的互變AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶 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個ATP，6個高能磷酸鍵。AMP 或GMP的合成又需1個ATP。 嘌呤核苷酸從頭合成特點嘌呤核苷酸從頭合成的調(diào)節(jié)正性調(diào)節(jié):指促進嘌

5、呤核苷酸合成的調(diào)節(jié)。負(fù)性調(diào)節(jié):是指抑制嘌呤核苷酸合成的調(diào)節(jié)。正性調(diào)節(jié)表現(xiàn)為前后兩端調(diào)節(jié) 前端正性調(diào)節(jié)-關(guān)鍵酶(PRPP合成酶、酰胺轉(zhuǎn)移酶）的促進作用。 底物ATP、5-磷酸核糖和PRPP促進其活性，增加IMP的合成。 后端正性調(diào)節(jié)-由ATP促進GMP合成酶 由GTP促進腺苷酸代琥珀酸合成酶 增加GTP和ATP的合成。2）負(fù)性調(diào)節(jié)主要為合成產(chǎn)物反饋抑制性調(diào)節(jié)6個長反饋調(diào)節(jié):由AMP，GMP和IMP分別反饋抑制（ PRPP合成酶、酰胺轉(zhuǎn)移酶兩關(guān)鍵酶）的活性。2個短反饋調(diào)節(jié):由AMP反饋抑制腺苷酸代琥珀酸合成酶，由GMP反饋抑制GMP合成酶的活性所進行的反饋抑制來調(diào)節(jié)嘌呤核苷酸的從頭合成。 （二）嘌

6、呤核苷酸的補救合成有兩條合成途徑(1) 嘌呤堿與PRPP直接合成嘌呤核苷酸次黃嘌呤次黃嘌呤核苷酸鳥嘌呤鳥嘌呤核苷酸次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(HGPRT)PRPPPPi腺嘌呤腺嘌呤核苷酸腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（APRT）HGPRT活性高APRT活性低90%嘌呤堿腺嘌呤+1-磷酸核糖腺苷+Pi核苷磷酸化酶(2) 腺嘌呤與1-磷酸核糖生成腺苷, 再生成腺嘌呤核苷酸腺苷+ATP腺苷激酶腺苷酸+ADP生理意義：1. 節(jié)?。耗芰颗c原料消耗2. 某些組織器官只能用補救合成途徑合成 核苷酸如腦。Lesch-Nyhan Syndrome（萊-尼綜合征或自毀容貌綜合）性染色體X連鎖先天性遺傳病， HGPRT（

7、次黃嘌呤鳥嘌呤磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶）缺陷的男性兒童。患者尿酸增高、神經(jīng)系統(tǒng)功能異常等，表現(xiàn)為行為對立，侵略性強，自咬手指、腳趾、嘴唇等，智力低下。又稱自毀容貌綜合癥（三）脫氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上進行（N代表A、G、U、C等堿基）dNDP + ATP 激酶dNTP + ADP二磷酸脫氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷NADP+NADPH + H+核糖核苷酸還原酶，Mg2+還原型硫氧化還原蛋白-(SH)2氧化型硫氧化還原蛋白SS硫氧化還原蛋白還原酶(FAD)（四）嘌呤核苷酸的抗代謝物嘌呤核苷酸的抗代謝物是一些嘌呤、氨基酸或葉酸等的類似物。嘌呤類似物氨基酸類似物葉酸類似物6-巰基嘌呤6-巰

8、基鳥嘌呤8-氮雜鳥嘌呤等氮雜絲氨酸等氨蝶呤氨甲蝶呤等次黃嘌呤(H)6-巰基嘌呤(6-MP) 6-巰基嘌呤的結(jié)構(gòu)66甲酰甘氨酰胺核苷酸（FGAR）PRPP谷氨酰胺（Gln）=PRA甘氨酰胺核苷酸（GAR）=甲酰甘氨脒核苷酸（FGAM）5-氨基異咪唑-4-甲酰胺核苷酸（AICAR）=5-甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸（FAICAR）IMP次黃嘌呤（H）PRPPPPi=AMP=PRPPPPi=腺嘌呤（A）GMP=PRPPPPi鳥嘌呤(G)6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP氮雜絲氨酸氮雜絲氨酸氮雜絲氨酸MTXMTX（五）嘌呤核苷酸的分解代謝嘌呤核苷酸分解代謝的基本過程AMPIGMPGX黃

9、嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶尿酸嘌呤核苷酸（AMP與GMP）在人類的分解代謝終產(chǎn)物是尿酸，后者隨尿液而排出體外。 正常人血漿尿酸含量：0.120.36mmol/L 以尿酸及其鈉鹽形式存在, 均難溶于水0.48mmol/L(8mg%), 析出結(jié)晶, 沉積在關(guān)節(jié)和軟骨等處 痛風(fēng)癥根據(jù)痛風(fēng)癥發(fā)生的原因，可將其分為兩類：1原發(fā)性痛風(fēng)癥：可能由于先天性代謝缺陷所致的痛風(fēng)癥。其病因非常復(fù)雜，目前仍未完全清楚。 2繼發(fā)性痛風(fēng)癥：是指獲得性疾病、使用某些藥物、長期大量進食高嘌呤的食物等所并發(fā)的痛風(fēng)癥。如由于各種不同的疾病導(dǎo)致細(xì)胞增多（如白血病等）或組織細(xì)胞大量壞死（如腫瘤的放療、化療等），使大量核酸分解，尿酸的生成

10、增多；各種腎臟疾病使尿酸的排泄減少，血中尿酸含量升高等。別嘌呤醇治療痛風(fēng)癥的主要作用機理有：1）作為黃嘌呤氧化酶的抑制劑。別嘌呤醇可作為黃嘌呤氧化酶的底物，經(jīng)黃嘌呤氧化酶的作用轉(zhuǎn)變成別黃嘌呤（使別嘌呤醇C2位羥化），后者可與黃嘌呤氧化酶的活性部位結(jié)合，從而抑制酶的活性（酶的自殺作用即酶把一個化合物轉(zhuǎn)變?yōu)閺姷囊种苿?，而這個抑制劑又立即使該酶失活），使尿酸的合成量明顯減少。同時增加次黃嘌呤和黃嘌呤的排出。2）降低嘌呤核苷酸生物合成的總速度。別嘌呤醇可與PRPP反應(yīng)生成別嘌呤醇核苷酸，使PRPP的水平降低，而PRPP是嘌呤核苷酸從頭合成過程中的限制性底物。 別嘌呤醇治療痛風(fēng)癥的作用機制C OHNNN

11、HHNN OHNNNHCH次黃嘌呤別嘌呤醇PRPP別嘌呤醇核苷酸嘌呤核苷酸從頭合成的酶黃嘌呤氧化酶嘌呤核苷酸合成反饋尿酸生成減少三、嘧啶核苷酸的代謝AspCO2GlnNH2HCH2CHOOCHOOCNCNCCC123456提供合成嘧啶堿基的原料是谷氨酰胺、CO2和天冬氨酸。（一）嘧啶核苷酸的從頭合成途徑 1嘧啶核苷酸的從頭合成過程分為2個階段：第一階段：尿嘧啶核苷酸（UMP）的合成，包括下列步驟：氨(基)甲酰磷酸的形成。這一部在胞液中進行 。HCO3_+GlnGlu2ATP2ADP+Pi氨基甲酰磷酸合成酶II氨基甲酰磷酸NH2O=CO P氨(基)甲酰磷酸合成酶與甲酰磷酸合成酶的主要差別氨(基)

12、甲酰磷酸合成酶甲酰磷酸合成酶分布線粒體（肝）胞液（幾乎所有細(xì)胞）氮源氨谷胺酰胺變構(gòu)激活劑N-乙酰谷氨酸反饋抑制劑 UMP功能 尿素合成嘧啶合成261451332456第2階段：胞嘧啶核苷酸（CMP）的合成與脫氧胸苷酸（dTMP）的合成。 UMP是其它所有嘧啶核苷酸的共同前體。 胞苷酸的合成： 由尿嘧啶核苷酸轉(zhuǎn)變?yōu)榘奏ず塑账岬姆磻?yīng)是在核苷三磷酸（即底物是UTP）水平進行的。dTMP的生成55TMP合酶N5, N10-甲烯FH4FH2FH2還原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMP脫氧胸苷一磷酸dTMPUDP 核苷酸還原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMP2.嘧啶核苷酸從頭合成的調(diào)節(jié)正性調(diào)

13、節(jié):ATP-磷酸核糖焦磷酸激酶 PRPP-乳清酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶 嘌呤和嘧啶核苷酸從頭合成途徑有共同的正性調(diào)節(jié)。保證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。負(fù)性調(diào)節(jié) -合成產(chǎn)物的反饋抑制進行調(diào)節(jié)。主要集中在對3個關(guān)鍵酶的反饋抑制上A:氨基甲酰磷酸合成酶（CPS） 由UDP、UTP反饋抑制。B:CTP合成酶(CTPS)，由CTP反饋抑制。 （二）嘧啶核苷酸的補救合成途徑： 生物體內(nèi)，嘧啶核苷酸的補救合成有兩種方式：1）通過嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶催化嘧啶堿基接受PRPP提供的磷酸核糖基，直接生成嘧啶核苷酸，包括尿嘧啶、胸腺嘧啶，但胞嘧啶不能進行該反應(yīng)。2）嘧啶堿基在核苷磷酸化酶的催化下，先與核糖-1-磷酸反應(yīng)生成嘧啶核苷，后者再在嘧啶核苷激酶作用下，被磷酸化而形成嘧啶核苷酸。 尿嘧啶+1-磷酸核糖 尿嘧啶核苷+Pi尿嘧啶核苷+ATP UMP + ADP尿苷磷酸化酶 核苷激酶，Mg2+（三）嘧啶核苷酸的抗代謝物嘧啶類似物胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶(5-FU)55某些改變了核糖結(jié)構(gòu)的核苷類似物UMPUTPCTPCDPdCDPUDPdUDPdUMPdTMP氮雜絲氨酸阿糖胞苷氨甲碟呤氮雜絲氨酸（四）嘧啶核苷酸的分解代謝嘧啶堿1