复旦生物化学代谢部分课件-核酸降解与核苷酸代谢2

嘧啶核苷酸的生物合成BiosynthesisofPyrimidineNucleotides嘧啶核苷酸的结构NNOONNNH2ONNOOCH3UracilCytosineThymine嘧啶环元素的来源CO2GlnFromaspartateFromcarbamoylphosphateNH3和CO2在氨甲酰磷酸合成酶II(CPS-II)的作用下合成氨甲酰磷酸。CPS-II两种氨基甲酰磷酸合成酶的比较氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ分布线粒体[肝脏]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[哺乳类动物]功能尿素合成嘧啶合成氨甲酰磷酸合成氨甲酰Asp乳清酸的合成乳清酸经乳清苷酸合成UMPUTP合成CTPCTP合成酶AcivicinAzaserine嘧啶核苷酸合成的调节嘧啶核苷酸的合成受到反馈抑制的调节细菌嘧啶核苷酸合成的调节主要受到Asp氨甲酰转移酶（ATCase）的调节，产物CTP有反馈抑制作用。细菌ATCase分子有6个催化亚基和6个调节亚基组成，催化亚基与底物分子结合，调节亚基与变构调节物CTP结合。整个酶分子有两种构象：活性形式和非活性形式，CTP未与调节亚基结合时，酶的活性最大；CTP积累并与调节亚基结合时，调节亚基构象改变并带动催化亚基构象改变，酶变为无活性形式。CTP和ATP对天门冬氨酸氨甲酰转移酶的变构调节动物细胞中，ATCase不是调节酶，其嘧啶核苷酸合成主要受CPS-Ⅱ调控。UDP和UTP抑制其活性，而ATP和PRPP为其激活剂。第二水平的调节是乳清苷酸（OMP）脱羧酶，UMP和CMP为其竞争抑制剂。此外，OMP的生成受PRPP的影响。嘧啶核苷酸合成的调节乳清酸尿症(Oroticaciduria)一种遗传性疾病，主要表现为尿中排出大量乳清酸、生长迟缓和重度贫血。是由于催化嘧啶核苷酸从头合成反应中的乳清酸磷酸核糖基转移酶和乳清苷酸脱羧酶的缺陷所致。临床用尿嘧啶或胞嘧啶治疗。尿嘧啶经磷酸化可生成UMP，抑制CPS-Ⅱ活性，从而抑制嘧啶核苷酸的从头合成。嘧啶核苷酸的补救合成UMP磷酸核糖基转移酶Ura+PRPPUMP+PPi尿嘧啶磷酸化酶Ura+1-P-RUridine+Pi尿苷激酶Uridine+ATPUMP+ADP至今未发现Cytosine能与PRPP作用进行胞苷酸的补救合成。三磷酸核苷酸的合成1.AMP生成ATPAMP+ATP2ADP（adenylatekinase）ADPATP（glycolyticenzymesoroxidativephosphorylation）2.ATP通过核苷单磷酸激酶生成其他NDPATP+NMPADP+NDP3.NTP的生成（Nsdiphosphatekinase）NTPD+NDPANDPD+NTPA脱氧核糖核苷酸的合成BiosynthesisofDeoxynucleotides脱氧核糖核苷酸的合成以核糖核苷酸为原料，通过Ntreductase将核糖分子还原为脱氧核糖。核糖核苷酸必须先行转化为二磷酸核苷酸(NDP)水平，再还原为脱氧核苷二磷酸。除需还原酶外，还需另两种氧还蛋白参与，即硫氧还蛋白(thioredoxin)和谷氧还蛋白(glutaredoxin)。产物为dNDP。dNDP进一步在激酶的作用下形成相应的dNTP。脱氧核苷酸的合成核糖核苷酸还原酶催化NDP还原为dNDPRiboucleotideReductase大肠杆菌和多数真核生物中为二聚体（R1和R2亚基），R1亚基包含两种调节位点，R1和R2之间形成酶的两个活性位点。每一个活性位点上，R1提供两个活性必需的巯基，R2提供一个稳定的酪氨酸自由基。R2亚基还有一个双核的铁离子（Fe3+)辅助因子，帮助产生并稳定酪氨酸自由基。酪氨酸自由基离活性位点太远而不能直接发生反应，但它可以在活性位点产生另外一个自由基起到催化作用。核糖核苷酸还原酶TyrFe3+核糖核苷酸还原酶作用的可能机制羟基脲—抗肿瘤药物羟基脲（HO-HN-CO-NH2)是Fe3+螯合剂，作用于核糖核苷酸还原酶，酶的两个亚基都是二聚体，R1亚基的每条肽链上都有Nt底物结合部位及效应物结合部位，R2亚基的每条肽链含有一个稳定的酪氨酰自由基参与催化反应。酪氨酰自由基的产生与Fe3+的存在关系密切。羟基脲通过螯合Fe3+,使酶的R2亚基上的自由基不稳定达到抑制还原酶活性的目的，影响dNDP和dNTP的合成，DNA合成被抑制。脱氧核苷酸合成机理硫氧还蛋白硫氧还蛋白还原酶谷氧还蛋白还原酶脱氧核苷三磷酸对核糖核苷酸还原酶的调节胸腺嘧啶核苷酸的生物合成BiosynthesisofThymidylatedTMP的补救生物合成存在两种不同途径：补救和全程合成。补救途径以完成的Thy为原料，先生成dT，再形成dTMP。ThymidylatephosphorylaseThymine+deoxyribose-1-PdTdTkinase(TK)dT+ATPdTMP+ADPdTMP的全程生物合成全程合成途径以dUMP为原料N5,N10-methyleneTHFA为甲基供体，由dTMPsynthetase催化生成。胸苷酸的合成由胸苷酸合成酶和二氢叶酸还原酶催化的dUMP合成dTMP可设计药物的靶位胸苷酸合成酶与二氢叶酸还原酶嘧啶核苷酸的抗代谢物嘧啶、嘧啶核苷类似物:5-氟尿嘧啶阿糖胞苷环胞苷NNHOOFHHOH2CHHHOOHHHOCCCNNCONH2HOH2CHHOHHHOCCCNNCNH·NClOUMPUDPUTPdUDPdUMPdTMPCTPCDPdCDPMTX5FU阿糖胞苷氮杂丝氨酸氟尿嘧啶：抗肿瘤药，可用于绒毛膜上皮癌、恶性葡萄胎、结肠癌、直肠癌、胃癌、乳腺癌、卵巢癌、贲门癌、肝癌等恶性肿瘤；局部外用对皮肤基底细胞癌和蕈样霉菌病也有一定疗效。1.骨髓抑制：主要为白细胞减少、血小板下降。2.食欲不振、恶心、呕吐、口腔炎、胃炎、腹痛及腹泻等胃肠道反应。3.注射局部有疼痛、静脉炎或动脉内膜炎。4.其他：常有脱发、红斑性皮炎、皮肤色素沉着手足综合征及暂时性小脑运动失调，偶有影响心脏功能。5-Fluororacil，Fluracil，Fluril，5-Fu5’-氟尿嘧啶和5’-氟脱氧尿苷重要的抗癌药物，在体内转变为5’-氟脱氧尿嘧啶核苷酸（F-dUMP），是TMP的类似物，是胸苷酸合成酶的自杀性抑制物。F-dUMP的第六位C与胸苷酸合成酶的巯基结合，N5,N10–亚甲基FH4与F-dUMP的第五位C结合，形成一个共价结合的三元复合物，酶不能将F除去，干扰了尿嘧啶的甲基化，不能转变为TMP，细胞不能合成DNA而死亡。胸苷酸合成和叶酸代谢作为化学治疗的靶位点dUMP到dTMP的转变及FdUMP的抑制dNTP的生成阿糖胞苷（Cytarabine)阿糖胞甙，阿糖胞嘧啶，胞嘧啶阿拉伯糖甙等名称。嘧啶抗代谢药物，在细胞内先经脱氧胞苷酶催化磷酸化，转变为有活性的阿糖胞苷酸，进一步转化为二核苷酸和三核苷酸起作用。与dCTP竞争而抑制DNAPOL，干扰核苷酸参入DNA。还能抑制核苷酸还原酶，阻止NDP转变为dNDP。不良反应：骨髓抑制、消化道反应，少数病人可有肝功能异常、发热和皮疹。环胞苷(Ancitabine)环胞啶，环胞甙。抗肿瘤药物。本品在体内被转化为阿糖胞苷，作用与阿糖胞苷相似。主要用于各类急性白血病，眼科用于治疗单纯疱疹病和毒性角膜炎。不良反应：胃肠道（食欲减退、恶心、呕吐、腹泻、口腔炎、口腔溃疡）；骨髓抑制（白细胞和血小板减少，严重时可有全血象抑制）；少数病人有肝功能损害等。总结5'-P-RPRPPIMPdAMPGMPdGMPAMPdADPGDPdGDPADPdATPGTPdGTPATPUMPCMPdUMPUDPCDPdUDPUTPCTPdUTPdTMPdCMPdTDPdCDPdTTPdCTPCO2+GlnH2N-CO-POMP核苷酸的从头合成过程总结dCMP辅酶核苷酸的生物合成BiosynthesisofCoenzymeNucleotides烟酰胺核苷酸的合成NAD由一分子烟酰胺核苷酸(NMN)和一分子腺嘌呤核苷酸连接而成，NADP是在NAD的的腺苷酸核糖的2’-羟基上接了一个磷酸。由烟酸合成NAD经3步反应，烟酸与PPRP反应生成烟酸单核苷酸，进一步与ATP缩合生成脱酰胺-NAD，最后酰胺化生成NAD，Gln作为酰胺氮的供体。NADP由NAD经磷酸化转变合成，由NAD激酶催化。NAD的合成烟酸单核苷酸焦磷酸化酶NAD的合成过程脱酰胺-NAD焦磷酸化酶NAD合成酶NADP+NAD激酶黄素核苷酸的合成FMN由6,7-二甲基异咯嗪核醇和磷酸组成，FAD由一分子FMN和一分子腺苷酸连接而成。核黄素在黄素激酶的作用下与ATP反应生成5’-磷酸核黄素，即异咯嗪单核苷酸。FMN又在FAD焦磷酸化酶的作用下与ATP反应生成FAD。FAD的合成FMN、FAD的合成黄素激酶核黄素+ATPFMN+ADPFAD焦磷酸化酶FMN+ATPFAD+PPi辅酶A的生物合成辅酶A分子中有腺苷酸、泛酸、巯基乙胺和磷酸，连接方式为3-磷酸-ADP-泛酰-巯基乙胺。1、泛酸+ATP4’-磷酸泛酸+ADP[泛酸激酶]2、4’-磷酸泛酸+Cys4’-磷酸泛酰半胱氨酸[合成酶，需要CTP（细菌）或ATP供能]3、4’-磷酸泛酰半胱氨酸4’-磷酸泛酰巯基乙胺+CO2[磷酸泛酰半胱氨酸脱羧酶]4、4’-磷酸泛酰巯基乙胺+ATP脱磷酸CoA+PPi[焦磷酸化酶]5、脱磷酸CoA+ATP辅酶A+ADP[激酶]。