生物化学及分子生物学(人卫第九版)-09核苷酸代谢

作者:王大勇王曦迪单位:哈尔滨医科大学第九章核苷酸代谢MetabolismofNucleotides目录第一节核苷酸代谢概述第二节嘌呤核苷酸的合成与分解代谢第三节嘧啶核苷酸的合成与分解代谢重点难点熟悉了解掌握1.核苷酸的生物学功能2.嘌呤核苷酸从头合成的概念、部位、主要阶段及元素来源3.嘌呤核苷酸分解代谢产物4.补救合成意义5.嘧啶核苷酸从头合成的概念、部位及元素来源1.嘧啶核苷酸的补救合成及嘧啶核苷酸分解代谢产物2.嘌呤核苷酸从头合成调节及嘧啶核苷酸从头合成调节3.嘌呤核苷酸的抗代谢物及嘧啶核苷酸的抗代谢物1.核酸酶及分类2.嘌呤核苷酸的相互转变核苷酸代谢概述OverviewofNucleotideMetabolism第一节作为核酸合成的原料体内能量利用形式参与代谢和生理调节组成辅酶活化中间代谢一、核苷酸的生物学功能尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）生物化学与分子生物学（第9版）核酸酶：是指所有可以水解核酸的酶。（一）核酸酶二、核苷酸可由核酸酶水解核酸生成依据底物不同分类DNA酶(deoxyribonuclease,DNase)：专一降解DNA的酶。RNA酶(ribonuclease,RNase)：专一降解RNA的酶。依据对底物作用方式不同核酸内切酶：在DNA或RNA分子内部切断磷酸二酯键。核酸外切酶：水解核酸分子链末端的磷酸二酯键，有5´→3´或3´→5´核酸外切酶。生物化学与分子生物学（第9版）核酸外切酶分类核酸内切酶及外切酶作用位点示意图5´→3´核酸外切酶：从5′端切除核苷酸的称为5′→3′核酸外切酶3´→5´核酸外切酶：从3′端切除核苷酸的称为3′→5′核酸外切酶生物化学与分子生物学（第9版）核酸酶的功能参与DNA的合成、修复以及RNA的剪接清除多余的、结构和功能异常的核酸，以及外源性核酸降解食物中的核酸体外重组DNA技术中的重要工具酶生物化学与分子生物学（第9版）(二)核酸的消化吸收食物核蛋白蛋白质核酸（RNA及DNA）核苷酸核苷磷酸碱基戊糖胃酸胰核酸酶胰、肠核苷酸酶核苷酶生物化学与分子生物学（第9版）三、核苷酸的代谢包括合成和分解代谢核苷酸的合成代谢核苷酸的分解代谢生物化学与分子生物学（第9版）嘌呤核苷酸的合成与分解代谢第二节SynthesisandDegradationofPurineNucleotides嘌呤核苷酸的结构GMPAMP生物化学与分子生物学（第9版）从头合成途径（Denovosynthesis）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，合成嘌呤核苷酸，称为从头合成途径。一、嘌呤核苷酸的合成存在从头合成和补救合成两条途径补救合成途径（salvagepathway）利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应过程，合成嘌呤核苷酸，称为补救合成途径。生物化学与分子生物学（第9版）1.从头合成途径（一）嘌呤核苷酸的从头合成除某些细菌外，几乎所有生物体都能合成嘌呤碱哺乳动物从头合成部位：肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小肠和胸腺，而脑、骨髓则只能进行补救合成生物化学与分子生物学（第9版）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）嘌呤碱合成的元素来源生物化学与分子生物学（第9版）嘌呤核苷酸合成过程第一阶段：IMP的合成第二阶段：AMP和GMP的生成R-5´-P（5´-磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5´-P（磷酸核糖焦磷酸）IMPAMPGMPH2N-1-R-5´-P（5´-磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酸酰胺转移酶生物化学与分子生物学（第9版）R-5'-PPP-1'-R-5'-PPRPP合成酶H2N-1-R-5'-P酰胺转移酶ATPAMPGlnGlu核糖-5'-磷酸磷酸核糖焦磷酸，PRPP5'-磷酸核糖胺,PRAH2C-NH2O=C-OHGAR合成酶ATPMg2+甘氨酰胺核苷酸，GAR转甲酰基酶N10-甲酰FH4FH4甲酰甘氨酰胺核苷酸，FGARGlnGluATP,Mg2+R-5'-PNH甲酰甘氨脒核苷酸，FGAM12345第一阶段：IMP的生成H2CNHCHOHN=CR-5'-PNHH2CNHCHOO=CR-5'-PNHH2C--NH2O=C生物化学与分子生物学（第9版）NHCHO甲酰甘氨脒核苷酸，FGAMAIR合成酶ATP,Mg2+,K+H2O5-氨基咪唑核苷酸，AIR羧化酶5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸，CAIR合成酶N-琥珀酰-5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸，SAICARCO2Asp,ATP,Mg2+延胡索酸5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸，AICARR-5'-PNCCCHH2NNCOH2N5-甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸，FAICARIMP合酶R-5'-PNCCCHH2NNCOHOR-5'-PNCCCHH2NNCONHHOOCH2CHCHOOCR-5'-PNCCCHNHNCOHNHCR-5'-PNCCCHNHNCOH2NO=CH6R-5'-PNHCCCHH2NN789N10-甲酰FH4FH4转甲酰基酶K+10H2O11次黄嘌呤核苷酸,IMPR-5'-PNHH2CHN=C第二阶段：由IMP生成AMP和GMP生物化学与分子生物学（第9版）嘌呤核苷酸从头合成特点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个ATP，6个高能磷酸键。AMP或GMP的合成又需1个ATP。生物化学与分子生物学（第9版）2.从头合成的调节调节方式：反馈调节和交叉调节R-5'-PATPPRPP合成酶PRPP酰胺转移酶PRAIMP腺苷酸代琥珀酸AMPADPATPXMPGMPGDPGTP++_____IMP腺苷酸代琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATPGTP__++生物化学与分子生物学（第9版）（二）嘌呤核苷酸的补救合成有两种方式参与补救合成的酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adeninephosphoribosyltransferase,APRT)次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine-guaninephosphoribosyltransferase,HGPRT)腺苷激酶(adenosinekinase)生物化学与分子生物学（第9版）补救合成过程腺嘌呤+PRPPAMP+PPiAPRT次黄嘌呤+PRPPIMP+PPiHGPRT鸟嘌呤+PRPPHGPRTGMP+PPi腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP生物化学与分子生物学（第9版）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。12生物化学与分子生物学（第9版）（三）体内嘌呤核苷酸可以相互转变IMPAMP腺苷酸代琥珀酸XMPGMPNH3生物化学与分子生物学（第9版）（四）脱氧核苷酸的生成在二磷酸核苷水平进行N代表A、G、U、C等碱基HO-P-O-P-O-CH2OOOOOHOHH碱基核糖核酸还原酶NADPH+H+NADP++H2OHO-P-O-P-O-CH2OOOOOHOHOHH碱基HNDPdNDP生物化学与分子生物学（第9版）脱氧核苷二磷酸的生成dNDP+ATP激酶dNTP+ADP二磷酸脱氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷NADP+NADPH+H+核糖核苷酸还原酶，Mg2+还原型硫氧化还原蛋白-(SH)2氧化型硫氧化还原蛋白SS硫氧化还原蛋白还原酶(FAD)脱氧核苷三磷酸的生成生物化学与分子生物学（第9版）（五）嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、氨基酸或叶酸类似物嘌呤类似物氨基酸类物叶酸类似物6-巯基嘌呤6-巯基鸟嘌呤8-氮杂鸟嘌呤等氮杂丝氨酸等氨蝶呤氨甲蝶呤等6-巯基嘌呤的结构嘌呤核苷酸抗代谢物常见的嘌呤核苷酸抗代谢物生物化学与分子生物学（第9版）次黄嘌呤(H)6-巯基嘌呤(6-MP)嘌呤核苷酸抗代谢物的作用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-氨基异咪唑-4-甲酰胺核苷酸（AICAR）=5-甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸（FAICAR）IMP次黄嘌呤（H）PRPPPPi=AMPPRPPPPi腺嘌呤（A）GMP=PRPPPPi鸟嘌呤(G)6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸MTXMTX生物化学与分子生物学（第9版）二、嘌呤核苷酸的分解代谢终产物是尿酸核苷酸核苷核苷酸酶Pi核苷磷酸化酶碱基1-磷酸核糖核苷酸的分解生物化学与分子生物学（第9版）嘌呤核苷酸的分解代谢AMPGMPH（次黄嘌呤）GX（黄嘌呤）尿酸黄嘌呤氧化酶生物化学与分子生物学（第9版）痛风症的治疗机制NCCCHNNCOHNHCNCCNNCHCOHNHC次黄嘌呤别嘌呤醇鸟嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤黄嘌呤氧化酶尿酸黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇次黄嘌呤及别嘌呤醇分子式别嘌呤醇抑制尿酸生成表示抑制生物化学与分子生物学（第9版）嘧啶核苷酸的合成与分解代谢第三节SynthesisandDegradationofPyrimidineNucleotides嘧啶核苷酸的结构生物化学与分子生物学（第9版）UMPCMPdTMP一、嘧啶核苷酸的合成也有从头合成与补救合成两条途径(一)嘧啶核苷酸的从头合成比嘌呤核苷酸简单合成部位主要是肝细胞胞液合成原料谷氨酰胺、CO2和天冬氨酸生物化学与分子生物学（第9版）嘧啶合成的元素来源天冬氨酸谷氨酰胺CO2生物化学与分子生物学（第9版）氨基甲酰磷酸的合成谷氨酰胺+HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶II2ATP2ADP+Pi谷氨酸+氨基甲酰磷酸生物化学与分子生物学（第9版）两种氨基甲酰磷酸合成酶（CPS）的区别内容CPS-ⅠCPS-Ⅱ分布肝细胞线粒体胞液（所有细胞）氮源氨谷氨酰胺变构激活剂N-乙酰谷氨酸无功能合成尿素嘧啶合成CPS-I和CPS-II区别生物化学与分子生物学（第9版）尿嘧啶核苷酸的合成过程CO2+谷氨酰胺2ATPGlu2ADP+PiNH2O=COP+CH2CHHOOCH2NCOOH氨基甲酰磷酸天冬氨酸氨基甲酰转移酶PiCH2CHHO-CNHCOOHONH2C氨甲酰天冬氨酸二氢乳清酸酶H2OCH2CHCNHCOOHOHNC二氢乳清酸NAD+NADH+H+CCNHCOOHOHNC乳清酸磷酸核糖转移酶PRPPPPiCCNCOOHOHNCR-5’-P乳清酸核苷酸OMP脱羧酶CCNOHNCR-5’-P生物化学与分子生物学（第9版）胞嘧啶核苷酸的合成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+PiUMPCTP生物化学与分子生物学（第9版）dTMP或TMP的生成TMP合酶N5,N10-甲烯FH4FH2FH2还原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMPdTMPUDP脱氧核苷酸还原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMPdUMP脱氧胸苷一磷酸生物化学与分子生物学（第9版）2.从头合成的调节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表示抑制生物化学与分子生物学（第9版）（二）嘧啶核苷酸的补救合成途径与嘌呤核苷酸类似嘧啶+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生物化学与分子生物学（第9版）（三）嘧啶核苷酸的抗代谢物也是嘧啶、氨基酸或叶酸等的类似物嘧啶类似物胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶(5-FU)生物化学与分子生物学（第9版）核苷类似物阿糖胞苷环胞苷生物化学与分子生物学（第9版）UMPUTPCTPCDPdCDPUDPdUDPdUMPdTMP氮杂丝氨酸阿糖胞苷氨甲碟呤氮杂丝氨酸嘧啶核苷酸抗代谢物的作用表示抑制生物化学与分子生物学（第9版）二、嘧啶核苷酸的分解代谢嘧啶碱1-磷酸核糖嘧啶核苷酸核苷核苷酸酶PPi核苷磷酸化酶生物化学与分子生物学（第9版）胞嘧啶胸腺嘧啶NH3尿嘧啶二氢尿嘧啶H2OCO2+