核酸代謝課件

第十二章核苷酸降解

酶促降解生物降解

核苷酸合成從頭合成補救合成核苷酸代謝學(xué)習(xí)要求☆掌握核糖核苷酸的從頭合成和補救途徑，脫氧核糖核苷酸的合成途徑，限制性內(nèi)切酶的生物學(xué)功能和特點，☆了解核酸的酶促降解、嘌呤和嘧啶的降解。

☆了解核酸的降解過程以及降解的酶類?！盍私忄堰虱h(huán)與嘧啶環(huán)上各原子來源?！盍私夂塑账岷铣芍修卓刮镆种坪塑账岷铣傻臋C理。第一節(jié)核苷酸降解一概述食物核蛋白蛋白質(zhì)核酸（RNA及DNA）胃酸核苷酸胰核酸酶核苷磷酸胰、腸核苷酸酶堿基戊糖－1膦酸核苷磷酸化酶二核苷酸的生理功能核酸合成的原料生理調(diào)節(jié)介質(zhì)：cAMP、cGMP輔酶成分：FAD、NADP+活化中間代謝物：UDPG是糖原合成的活性中間物質(zhì)，CDP—甘油二酯是甘油磷酸酯合成的中間活性物質(zhì)，SAM。酶變構(gòu)調(diào)節(jié)劑：ATP、ADP、AMP等人體所需的核苷酸(nucleotide)都是由機體自身合成的。食物中的核酸或核苷酸類物質(zhì)基本上不能被人體所利用。核酸類物質(zhì)的水解產(chǎn)物中，只有磷酸和戊糖可被吸收利用。細胞中核糖核苷酸在mmol范圍，濃度相對穩(wěn)定。脫氧核苷酸為μmol，細胞分裂時濃度變化較大。不同類型細胞中核苷酸含量差別很大，同一類型細胞核苷酸含量差別不大。1核酸外切酶對核糖核酸／脫氧核糖核酸無特異性5′

p

p

p

pOHB

p

p

p

p3′BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶從核酸鏈5′端開始切，生成3′磷酸核苷。蛇毒磷酸二酯酶從鏈的3′端開始切，生成5′磷酸核苷。2核酸內(nèi)切酶EcoRI序號屬名種名株名限制性內(nèi)切酶：細菌細胞內(nèi)存在的一類能識別并水解外源雙鏈DNA的核酸內(nèi)切酶，可用于特異切割DNA。常作為工具酶：分析染色體結(jié)構(gòu)、制作DNA限制圖譜、進行DNA序列測定和基因分離、基因體外重組。EcoRI:來自于Escheriacoli

RY13的第一個限制酶。

p

p

p

pOHPyPuPyPy

p

p

pGACA

p

p

pGARNAaseIRNAaseIRNAaseT1RNAaseT1Pu：嘌呤Py：嘧啶5’3’多數(shù)限制性內(nèi)切酶識別的堿基序列為4－８個堿基的回文順序（palindrome）（從前往后與從后往前堿基一樣）.作用：在微生物細胞內(nèi)發(fā)揮防御外來DNA入侵.自身DNA的酶切位點上經(jīng)甲基化修飾而得到保護.四核苷酸的分解１核苷酸的分解核苷+H3PO4

嘌呤／嘧啶+1-磷酸戊糖核苷酸酶核苷水解酶核苷磷酸化酶核苷酸+H2O核苷+Pi

核苷+H2O嘌呤／嘧啶+戊糖核苷水解酶主要存在于植物和微生物體內(nèi)，只對核糖核苷起作用，對脫氧核糖核苷不起作用。核苷磷酸化酶存在廣泛，催化的反應(yīng)可逆。２嘌呤核苷酸的分解嘌呤核苷酸的分解是氧化降解過程，不同生物降解的產(chǎn)物不同尿素和乙醛酸尿囊酸

尿囊素和CO2尿酸黃嘌呤嘌呤NNNNHHHNH2腺嘌呤ANNNNHHOH2N鳥嘌呤

GNNNNHHH次黃嘌呤INNNNHHO黃嘌呤XOO尿酸(uricacid)AI黃嘌呤---尿酸排尿動物

G

尿囊素其它哺乳動物尿囊酸硬骨魚／植物尿素魚／兩棲類／植物NH3+CO2甲殼類／微生物黃嘌呤氧化酶腺嘌呤脫氨酶鳥嘌呤脫氨酶正常血漿中尿酸為20－60mg/L。

尿酸水溶性較差，當(dāng)血漿中尿酸含量超過80mg/L時，可形成尿酸鹽晶體痛風(fēng)癥★嘌呤核苷酸分解代謝異常，導(dǎo)致血中尿酸水平升高，以尿酸鈉晶體沉積于軟骨、關(guān)節(jié)、軟組織及腎，臨床表現(xiàn)為皮下結(jié)節(jié)、關(guān)節(jié)疼痛。嘌呤含量高的食品：動物內(nèi)臟、骨髓、海味、蛤類、螃蟹原因：高嘌呤飲食；嘌呤代謝酶缺陷；尿酸排泄障礙。治療痛風(fēng)：別嘌呤醇機理：

競爭性抑制黃嘌呤氧化酶的活性：別嘌呤醇結(jié)構(gòu)類似次黃嘌呤，可減少體內(nèi)尿酸生成；

反饋抑制：別嘌呤醇與PRPP反應(yīng)生成別嘌呤核苷酸，阻止嘌呤核苷酸從頭合成途徑的關(guān)鍵酶的激活。次黃嘌呤別嘌呤醇Lesch-Nyhan萊-尼綜合癥

自毀容貌綜合征性染色體X連鎖遺傳病次黃／鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶完全缺失嘌呤合成過多，明顯的高尿酸血癥，痛風(fēng)伴大腦癱瘓、智力減退、舞蹈手足綜合征,身體和精神發(fā)育遲緩,有咬指咬唇的強迫性自殘行為,自毀容貌.３嘧啶核苷酸的分解嘧啶堿可在體內(nèi)進一步分解代謝。嘧啶堿的降解過程主要在肝細胞中進行；不同的嘧啶堿分解代謝的途徑和終產(chǎn)物不同。（１）胞嘧啶和尿嘧啶的降解二氫嘧啶酶H2O-脲基丙酸胞嘧啶脫氨酶H2ONH3胞嘧啶尿嘧啶二氫尿嘧啶脫氫酶NADPH+H+

NADP+二氫尿嘧啶-脲基丙酸酶NH3+CO2H2O-丙氨酸

（２）胸腺嘧啶的降解二氫嘧啶酶H2O-脲基異丁酸胸腺嘧啶二氫胸腺嘧啶脫氫酶NADPH+H+NADP+二氫胸腺嘧啶-脲基異丁酸酶NH3+CO2H2O-異丁酸

胞嘧啶NH3尿嘧啶二氫尿嘧啶H2OCO2+NH3β-丙氨酸胸腺嘧啶β-脲基異丁酸β-氨基異丁酸H2O丙二酸單酰CoA乙酰CoATAC肝尿素甲基丙二酸單酰CoA琥珀酰CoATAC糖異生第二節(jié)核苷酸的合成代謝嘌呤核苷酸的從頭合成嘌呤核苷酸合成的補救途徑脫氧核苷酸的合成嘧啶核苷酸的從頭合成抗代謝藥物對核苷酸合成的抑制一嘌呤核苷酸的合成代謝（一）嘌呤核苷酸的從頭合成：denovosynthesispathway１定義：嘌呤核苷酸的從頭合成途徑是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及二氧化碳等簡單物質(zhì)為原料，經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的途徑。２合成部位：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。３嘌呤堿合成的元素來源甘氨當(dāng)中站,

谷氮坐兩邊,左上天冬氨,

頭頂二氧碳.４從頭合成途徑

嘌呤核苷酸合成特點(1)先形成IMP（次黃苷酸），然后在單磷酸的水平上轉(zhuǎn)變成AMP、GMP。(2)IMP合成從5-P-核糖開始的，在ATP參與下先形成PRPP（5-磷酸核糖-

1-焦磷酸）。(3)嘌呤的各個原子是在PRPP的C1上逐漸加上去的。由Asp、Gln、Gly、甲酸、CO2提供N和C，合成時先形成右環(huán)，再形成左環(huán)。

嘌呤核苷酸合成特點(4)四氫葉酸（FH4）是一碳單位的載體。(5)IMP的合成需5個ATP，6個高能磷酸鍵；(6)調(diào)節(jié)酶：磷酸核糖焦磷酸激酶、磷酸核糖酰氨氨基轉(zhuǎn)移酶（1）次黃苷酸IMP的合成過程R-5-P5-磷酸核糖ATPAMPPRPP激酶PP-1-R-5-P5-磷酸核糖-1-焦磷酸PRPP再經(jīng)過10步反應(yīng)，在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳單位、二氧化碳及天冬氨酸的參與下，合成次黃苷酸。IMP

AMP

GMPH2N-1-R-5′-P（5′-磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酸①酰胺轉(zhuǎn)移酶PRPP還參與核酸補救合成。細胞中PRPP濃度極低，ATP、BPG、IMP、AMP、GMP都能抑制PRPP激酶活性PRPPIMP的合成過程H2N-1-R-5-P1氨基-5-磷酸核苷（PRA）H2C-NH2|+O=C-OH甘氨酸

NH2H2C|O=CNH|R-5’-PGAR合成酶ATP，Mg2+甘氨酰胺核苷酸（GAR）②③

NH2H2C|O=CNH|R-5’-P甘氨酰胺核苷酸（GAR）

NHH2CCHO|O=CNH|R-5’-P甲酰甘氨酰胺核苷酸（FGAR）N5,N10-甲炔FH4FH4轉(zhuǎn)甲?；涪?/p>

NHH2CCHO|O=CNH|R-5’-P甲酰甘氨酰胺核苷酸（FGAR）

NHH2CCHO|HN=CNH|R-5’-P甲酰甘氨咪核苷酸（FGAM）谷氨酰胺谷氨酸ATP，Mg2+FGAM合成酶⑤

NHH2CCHO|HN=CNH|R-5’-P甲酰甘氨咪核苷酸（FGAM）

HC——N||||H2N-CCHN|R-5’-P5氨基咪唑核苷酸（AIR）ATP，Mg2+，K+AIR合成酶-H2O⑥

HC——N||||H2N-CCHN|R-5’-P5氨基咪唑核苷酸（AIR）

O||NHO-C-C||CHH2N-CN|R-5’-P5氨基咪唑4羧酸核苷酸（CAIR）CO2羧化酶⑦

O||NHO-C-C||CHH2N-CN|R-5’-P5氨基咪唑-4-羧酸核苷酸（CAIR）HOOC|H2C

O

|

||

HC-HN-C

N

|CHOOC||CHH2N-CN|R-5’-P5氨基咪唑-4-琥珀酸甲酰胺核苷酸（SAICAR）天冬氨酸ATP，Mg2+合成酶⑧HOOC|H2C

O|

||

HC-HN-C

N

|CHOOC||CHH2N-CN|R-5’-P5氨基咪唑-4-琥珀酸甲酰胺核苷酸（SAICAR）

O

||

H2N-C

NC||CHH2N-CN|R-5’-P5氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸（AICAR）延胡索酸裂解酶⑨

O

||

H2N-C

NC||CHH2N-CN|R-5’-P5氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸（AICAR）

O

||

H2N-C

NC||CHO=C-N-CHN|R-5’-P5甲?；溥?4-甲酰胺核苷酸（FAICAR）N10甲酰FH4FH4轉(zhuǎn)甲?；涪?/p>

O

||

H2N-C

NC||CHO=C-N-CHHN|R-5’-P5甲?；溥?4-甲酰胺核苷酸（FAICAR）

O

||C

NHNC|||CHHCCNN|R-5’-P次黃嘌呤核苷酸（IMP）H2O環(huán)水解酶（2）腺苷酸及鳥苷酸的合成IMP在腺苷酸代琥珀酸合成酶的催化下，由天冬氨酸提供氨基合成腺苷酸代琥珀酸（AMP-S），然后裂解產(chǎn)生腺苷酸（AMP）。IMP在IMP脫氫酶的催化下，以NAD+為受氫體，脫氫氧化為黃苷酸（XMP），黃苷酸在鳥苷酸合成酶催化下，由谷氨酰胺提供氨基合成鳥苷酸（GMP）（2）IMP形成AMP與GMP

O

||C

NHNC|||CHHCCNN|R-5’-P

IMPHOOCCH2CHCOOH|NH

|C

NHNC|||CHHCCNN|R-5’-P

NH2

|C

NHNC|||CHHCCNN|R-5’-P天冬氨酸Mg2+GTP腺苷酸代琥珀酸合成酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶延胡索酸腺苷酸代琥珀酸AMP酶：腺苷酸代琥珀酸合成酶；氨基：Asp提供;中間產(chǎn)物：腺苷酸代琥珀酸(AMP-S)

O

||C

NHNC|||CHHCCNN|R-5’-PIMP

O

||C

NHNC|||CHCC||NN

OH|R-5’-PXMP

O

||C

NHNC|||CHCC|NN

NH2

|R-5’-P

GMPNAD+NADH+H+H2OIMP脫氫酶谷氨酰胺谷氨酸GMP脫氫酶

ATP酶：IMP脫氫酶；鳥苷酸合成酶受氫體：NAD+；氨基：Gln；中間產(chǎn)物：黃苷酸（XMP）；腺苷酸（AMP）與鳥苷酸（GMP）的合成H2O+NAD+XMPIMP脫氫酶NADH+H+Asp+GTPIMPAMP-S腺苷酸代琥珀酸合成酶GDP+PiGln+ATPGMP鳥苷酸合成酶Glu+AMP+PPiAMP腺苷酸代琥珀酸裂解酶延胡索酸嘌呤核苷酸循環(huán)（３）從頭合成的調(diào)節(jié)PRPP合成酶5-磷酸核糖+—IMPAMP、ADPGMP、GDP調(diào)節(jié)方式：反饋調(diào)節(jié)和交叉調(diào)節(jié)PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶+PRPP-IMPAMPGMP腺苷酸代琥珀酸合成酶+GTP—AMPIMP脫氫酶GMP合成酶GMP—ATP+嘌呤核苷酸

從頭合成

的反饋調(diào)節(jié)ATPR-5-PPRPPPRAIMP腺苷酸代琥珀酸AMPADPATPXMPGMPGDPGTPPRPP合成酶酰胺轉(zhuǎn)移酶++————嘌呤核苷酸從頭合成的交叉調(diào)節(jié)IMP腺苷酸代琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPGTPATP——

++交叉調(diào)節(jié)二嘌呤核苷酸的補救合成1補救合成：利用分解代謝產(chǎn)生的自由嘌呤堿，經(jīng)過簡單的反應(yīng)合成嘌呤核苷酸的過程，又稱再利用合成途徑(salvagepathway)。這一途徑可在大多數(shù)組織細胞中進行。2補救合成的生理意義節(jié)省從頭合成時的能量和一些氨基酸的消耗。

是腦和骨髓合成嘌呤核苷酸的唯一途徑。腺嘌呤次黃嘌呤+PRPP鳥嘌呤AMPIMP+PPiGMP腺嘌呤/次黃嘌呤/鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP3嘌呤核苷酸的相互轉(zhuǎn)變IMPAMP腺苷酸代琥珀酸XMPGMPNH3腺苷酸脫氨酶鳥苷酸還原酶NADPH+H+NADP+NH3三脫氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上進行（N:A、G、U、C等堿基）NDPdNDP脫氧核苷酸的生成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）四嘧啶的從頭合成（一）嘧啶核苷酸的從頭合成

1定義：利用氨基酸、CO2等簡單前體物逐步合成嘧啶核苷酸的過程。合成過程主要在肝細胞的胞液中。2嘧啶核苷酸的元素來源3嘧啶核苷酸合成特點●嘧啶的合成先由氨甲酰磷酸與天冬氨酸形成嘧啶環(huán)，再與核糖磷酸（PRPP）形成

UMP，其關(guān)鍵的中間產(chǎn)物是乳清酸。胞苷酸由尿苷酸在三磷酸水平上轉(zhuǎn)化?！癜被柞Ａ姿嵩谔於彼徂D(zhuǎn)氨甲酰酶的催化下，轉(zhuǎn)移一分子天冬氨酸合成氨甲酰天冬氨酸，再經(jīng)環(huán)化、脫氫、脫羧等反應(yīng)，合成第一個嘧啶核苷酸，即UMP

。尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺+

HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶II2ATP2ADP+Pi谷氨酸+氨基甲酰磷酸（１）在氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ的催化下，以Gln，CO2，ATP為原料，合成氨基甲酰磷酸。兩種氨基甲酰磷酸合成酶的比較氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ亞細胞部位肝線粒體肝胞液原料NH３Gln激活劑N－乙酰谷氨酸－生理功能尿素合成嘧啶核苷酸合成CO2+谷氨酰胺

NH2|O=C|O——PHOOCCH2+|CHH2NCOOH

O||HO-CH2NCH2||O=CCHNCOOH

H氨基甲酰磷酸合成酶II2ATP谷氨酸2ADP+Pi天冬氨酸氨基甲酰基轉(zhuǎn)移酶Pi氨基甲酰磷酸天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸(２)UMP合成過程

O||HO-CH2NCH2||O=CCHNCOOH

H

O||CHNCH2||O=CCHNCOOH

HH2O二氫乳氫酸酶氨甲酰天冬氨酸二氫乳氫酸

O||CHNCH2||O=CCHNCOOH

H

O||HN

|ONCOOHHNAD+NADH+H+脫氫酶二氫乳氫酸乳氫酸

O||HN

|ONCOOHH

O||HN

|ONCOOH|R—5’—P乳氫酸乳氫酸核苷酸（OMP）PRPPPPi磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶

O||HN

|ONCOOH|R—5’—P

O||HN

|ON|R—5’—POMP尿嘧啶核苷酸（UMP）脫羧酶CO2（３）其他嘧啶核苷酸合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶谷氨酰胺ATP谷氨酸ADP+Pi核苷酸激酶：對堿基有專一性，對R／dR無專一性；核苷二磷酸激酶：對堿基及戊糖均無專一性。CTP（４）dTMP／TMP的生成UMPUDPdUDPUTPdUMPCTPdTMP還原酶TMP合成酶（４）dTMP／TMP的生成TMP合酶N5,N10-甲烯FH4FH2FH2還原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMP脫氧胸苷一磷酸dTMPUDP脫氧核苷酸還原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMP2從頭合成途徑的調(diào)節(jié)UMP–氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ哺乳類天冬氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶細菌CTP–２從頭合成的調(diào)節(jié)ATP+CO2+谷氨酰胺氨基甲酰磷酸UMP氨基甲酸天冬氨酸UTPCTP天冬氨酸嘌呤核苷酸ATP+5-磷酸核糖嘧啶核苷酸PRPP––––①氨基甲酰磷酸合成酶②天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶③磷酸核糖焦磷酸激酶①②③（二）嘧啶核苷酸的補救合成1定義：由分解代謝產(chǎn)生的嘧啶/嘧啶核苷轉(zhuǎn)變?yōu)猷奏ず塑账岬倪^程。嘧啶核苷的補救合成途徑較重要。嘧啶+

PRPP磷酸嘧啶核苷+PPi嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)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嘌呤核苷酸與嘧啶核苷酸合成的比較嘌呤核苷酸嘧啶核苷酸相同點1.合成原料基本相同;2.合成部位對高等動物來說,主要在肝臟;3.都有2種合成途徑(從頭和補救途徑);4.都是先合成一個與之有關(guān)的核苷酸,然后在此基礎(chǔ)上進一步合成核苷酸.不同點1.在5‘-P-R基礎(chǔ)上合成嘌呤環(huán);2.先合成IMP;3.在IMP基礎(chǔ)上合成AMP和GMP.1.先合成嘧啶環(huán);再與5'-P-R結(jié)合;2.先合成UMP;3.在UMP基礎(chǔ)上合成CTP和dTMP.嘌呤與嘧啶合成比較五抗代謝藥物對核苷酸合成的抑制１能抑制嘌呤核苷酸合成的抗代謝藥物，通常屬于嘌呤、氨基酸或葉酸的類似物，主要通過競爭性抑制代謝酶來干擾／抑制嘌呤核苷酸的合成，因而具有抗腫瘤治療作用。嘌呤類似物氨基酸類似物葉酸類似物6-巰基嘌呤6-巰基鳥嘌呤8-氮雜鳥嘌呤等氮雜絲氨酸等氨蝶呤氨甲蝶呤等①嘌呤類似物次黃嘌呤hypoxanthine,I6-巰基嘌呤6-mercaptopurine,6-MP6-MP結(jié)構(gòu)類似于次黃嘌呤，作用于IMP脫氫酶、腺苷酸代琥珀酸合成酶，因而可以抑制IMP轉(zhuǎn)變?yōu)锳MP/GMP，從而干擾嘌呤核苷酸的合成。NNNNHHHOSH②氨基酸類似物

氮雜絲氨酸：類似谷氨酰胺，可干擾谷氨酰胺在嘌呤核苷酸合成中的作用，從而抑制嘌呤核苷酸的合成。

ONH2|||H2N-C-CH2-CH2-CH-COOH谷氨酰胺

ONH2|||氮雜絲氨酸N+≡N-CH2-C-O-CH2-CH-COOHazaserine

ONH2|||6重氮5氧正亮氨酸

N+≡N-CH2-C-CH2-CH2-CH-COOHdiazonnorleucine③葉酸類似物

競爭性抑制二氫葉酸還原酶，使葉酸不能被還原，減少四氫葉酸生成，導(dǎo)致嘌呤核苷酸合成中一碳單位的供應(yīng)受阻。

氨基蝶呤aminopterin

氨甲蝶呤

methotrexatre，MTX；NH2CH3

甲酰甘氨酰核苷酸FGARPRPP谷氨酰胺Gln=PRA甘氨酰胺核苷酸GAR==甲酰甘氨脒核苷酸FGAM5-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FAICARIMP次黃嘌呤HPRPPPPi=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抗代謝藥物抑制核苷酸合成的環(huán)節(jié)2抗代謝藥物對嘧啶核苷酸合成的抑制胸腺嘧啶5-氟尿嘧啶抑制嘧啶核苷酸合成的抗代謝藥物是一些嘧啶類似物、氨基酸類似物、葉酸類似物及核苷類似物，通過對酶的競爭性抑制而干擾或抑制嘧啶核苷酸的合成。（1）嘧啶類似物：5-氟尿嘧啶（5-FU）5-