2010级第08章核苷酸

null第二篇 物质代谢及其调节第二篇 物质代谢及其调节主讲教师：王燕 副教授 生物化学与细胞生物学教研室 办公地点：行政楼 601 电话： 7623361 复习：复习：null第 八 章核 苷 酸 代 谢Metabolism of Nucleotides null第一节 嘌呤核苷酸的代谢 第二节 嘧啶核苷酸的代谢null核酸口服液有无保健治疗效果 普通人群服用有益吗 什么人群不宜服用？？？为什么人们在讲食物的营养时很少提到核酸null是构成核酸(nucleic acid)的基本单位，人体所需的核苷酸都是由机体自身合成的。 食物中的核酸或核苷酸类物质基本上不能被人体所利用。 核苷酸(nucleotide)概 述核苷酸的生物功用核苷酸的生物功用1、核酸合成的原料（最主要） 2、体内能量的利用形式： ATP、GTP、UTP、CTP 3、参与代谢和生理调节： ATP/ADP/AMP, 第二信使cAMP、cGMP 4、组成CoA/FAD/NAD+/NADP+的成分：腺苷酸 5、活化中间代谢产物：UDP-葡萄糖:糖原合成 CDP-二脂酰甘油:磷酸甘油酯合成 nullnull尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)AMPnull核酸的消化 膳 食 核 蛋 白蛋白质 蛋白代谢 核酸 DNA、RNA 胃 酸单核苷酸磷酸 核苷嘧啶核苷 嘌呤核苷 核糖或 脱氧核糖嘧啶碱 核糖或 脱氧核糖嘌呤碱胰核酸酶胰、肠核苷酸磷酸化酶嘌呤核苷酶嘧啶核苷酶注:核蛋白null 食物中的核蛋白，在胃中受胃酸的作用，或在小肠中受蛋白酶作用，分解为核酸和蛋白质。 核酸主要在十二指肠由胰核酸酶(pancreatic nucleases)和小肠磷酸二酯酶(phosphodiesterases)降解为单核苷酸。 核苷酸由不同的碱基特异性核苷酸酶(nucleotidases)和非特异性磷酸酶(phosphatases)催化，水解为核苷和磷酸。 核苷可直接被小肠粘膜吸收，或在核苷酶(nucleosidases)和核苷磷酸化酶(nucleoside phosphorylases)作用下，水解为碱基，戊糖或1-磷酸戊糖。null 体内核苷酸的分解代谢与食物中核苷酸的消化过程类似，可降解生成相应的碱基，戊糖或1-磷酸核糖。 1-磷酸核糖在磷酸核糖变位酶催化下转变为5-磷酸核糖，成为合成PRPP的原料。 碱基可参加补救合成途径，亦可进一步分解。 第一节 嘌呤核苷酸的代谢第一节 嘌呤核苷酸的代谢Metabolism of Purine Nucleotidesnull嘌呤核苷酸的结构GMPAMP一、嘌呤核苷酸的合成代谢一、嘌呤核苷酸的合成代谢从头合成途径 (de novo synthesis pathway) 补救合成途径 (salvage synthesis pathway) null1.定义:指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。 （一）嘌呤核苷酸的从头合成 （de novo synthesis）null 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、骨髓则无法进行此合成途径。2.合成部位null3.合成原料: 磷酸核糖 甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺 CO2 N10甲酰FH4、 N5,N10-甲炔FH4甲炔nullnull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）null 口 诀左一碳，右一碳； 1天2碳3酰胺； 中间夹个甘氨酸； 4，5，7氮Gly； 头顶CO2； 8-2，9-3来源同； 脚踏Gln； 6-C来自碳酸酐。 剩下一氮天冬酸。null4.过程(1) IMP的合成(2) AMP和GMP的生成 (3)ATP和GTP的合成分为3个阶段：null磷酸戊糖的活化: PRPP ATP AMP 5-磷酸核糖 5-磷酸核糖-1-焦磷酸 PRPP合成酶(1) IMP的合成过程null① 磷酸核糖酰胺转移酶 ② GAR合成酶 ③ 转甲酰基酶 ④ FGAM合成酶 ⑤ AIR合成酶null(2)AMP和GMP的生成(2)AMP和GMP的生成①腺苷酸代琥珀酸合成酶 ②腺苷酸代琥珀酸裂解酶 ③IMP脱氢酶 ④GMP合成酶nullR-5-P （5-磷酸核糖）PP-1-R-5-P （磷酸核糖焦磷酸）在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下IMPnull(3)三磷酸嘌呤核苷的合成： 激酶 激酶 AMP/GMP ADP/GDP ATP/GTP ATP ADP ATP ADP null5.嘌呤核苷酸从头合成特点• 在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤环。 •耗能： IMP的合成需6分子ATP。 AMP或GMP的合成又需1或2分子ATP。 不是所有细胞都具有从头合成嘌呤核苷酸的能力。null6.从头合成的调节PRPPPRAGTP调节方式：反馈调节和交叉调节目 录null（二）嘌呤核苷酸的补救合成途径 利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成（或重新利用）途径。1.定义嘌呤碱 嘌呤核苷嘌呤核苷酸null2.合成部位:细胞液(脑、骨髓为主) 3.合成原料:嘌呤碱、嘌呤核苷null4.合成过程腺嘌呤磷酸核糖转移酶(APRT)次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT) null5.合成特点: 过程简单，耗能少。 特异性酶: 腺嘌呤磷酸核糖转移酶(APRT) 次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶 (HGPRT) 6.补救合成的生理意义6.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。null 例如Lesch-Nyhan综合征是由于HGPRT（次黄嘌呤－鸟嘌呤磷酸核糖转移酶 ）的严重遗传缺陷所致，是一种性连锁遗传缺陷，见于男性。 患者 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现为尿酸增高及神经异常。如脑发育不全、智力低下、攻击和破坏性行为、常咬伤自己的嘴唇、手和足趾，故亦称自毁容貌症。其尿酸增高较易解释，由于HGPRT缺乏，使得分解产生的PRPP不能被利用而堆积，PRPP促进嘌呤的从头合成，从而使嘌呤分解产物－尿酸增高。而神经系统症状的机制尚不清楚。 null从头合成与补救合成途径的比较从头合成与补救合成途径的比较（三）嘌呤核苷酸的相互转变（三）嘌呤核苷酸的相互转变AMP腺苷酸代 琥珀酸IMPXMPGMP腺苷酸脱氨酶鸟苷酸还原酶NH3NADPHNH3NADP+腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMP 脱氢酶Asp (NH2-)腺苷酸代琥珀酸裂解酶GMP合成酶 Gln酰胺基NAD+（四） 脱氧核糖核苷酸的生成（四） 脱氧核糖核苷酸的生成null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硫氧化还原蛋白还原酶 （FAD）脱氧核苷酸的生成null核糖核苷酸还原酶的别构调节作用物 主要促进剂 主要抑制剂CDP ATP dATP、dGTP 、 dTTP UDP ATP dATP 、dGTP ADP dGTP dATP 、ATP GDP dTTP dATPnull（五） 嘌呤核苷酸的抗代谢物1.性质: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。 2.机制:竞争性抑制或“以假乱真”方式干扰或 阻断嘌呤核苷酸的合成代谢,进而阻止核 酸及蛋白质的生物合成。 3.意义:抗肿瘤作用.nullA.嘌呤类似物: 6-巯基嘌呤(6MP)、6-巯基鸟嘌呤、 8-氮杂鸟嘌呤 其中, 6MP临床应用较多.其化学结构与次黄嘌 呤相似,并可在体内转变成6MP核苷酸.因而可抑 制IMP转变为AMP及GMP;可通过竞争性抑制影 响次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT)而 阻止了补救合成途径;还可反馈抑制PRPP酰基转 移酶而阻断从头合成途径.null次黄嘌呤 (H)6-巯基嘌呤 (6-MP)6-巯基嘌呤的结构nullB.氨基酸类似物: 氮杂丝氨酸、6-重氮-5-氧正亮氨酸 其结构与谷氨酰胺相似,可干扰谷氨酰胺在 嘌呤核苷酸合成中的作用而抑制其合成. C.叶酸类似物: 氨蝶呤、氨甲蝶呤(MTX) 竞争性抑制二氢叶酸还原酶,使叶酸不能还 原成二氢叶酸及四氢叶酸.嘌呤分子中来自 一碳单位的C2、8得不到供应而抑制其合成.null目 录二、嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤碱的最终 代谢产物AMPGMPI （次黄嘌呤）GX （黄嘌呤）黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶二、嘌呤核苷酸的分解代谢nullAMPGMP核苷酸酶H2OPi腺苷腺苷脱氨酶H2ONH3次黄苷H2ONH3脱氨酶核苷酸酶H2OPi还原酶NADPH+H+NADP+NH3IMP鸟苷H2OPi核苷磷酸 化酶Pi1-磷酸核糖(接下页)嘌呤核苷酸的分解代谢-1null（接上页）核苷磷酸 化酶Pi磷酸核糖鸟嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤黄嘌呤氧化酶H2O O2H2O2鸟嘌呤酶H2ONH3黄嘌呤 氧化酶H2O，O2H2O2尿酸嘌呤核苷酸的分解代谢-2null尿酸AMPGMPnull 哺乳动物中，腺苷和脱氧腺苷不能由碱基分解，而是在核苷和核苷酸水平上分别由腺苷脱氨酶(adenosine deaminase,ADA)和腺苷酸脱氨酶(AMP deaminase)催化脱氨生成次黄嘌呤核苷或次黄嘌呤核苷酸。它们再水解成次黄嘌呤，并在黄嘌呤氧化酶(xanthine oxidase)的催化下逐步氧化为黄嘌呤和尿酸(uric acid)。ADA的遗传性缺乏，可选择性清除淋巴细胞，导致严重联合免疫缺陷病(Severe combined immunodeficiency olisease,SCID)。null 1990.9.14 首例基因治疗 4岁 女孩 严重免疫缺陷症(SCID) 缺乏腺苷酸脱氨酶(ADA) 2--脱 氧腺苷含量升高 毒性 严重破坏 免疫功能 ADA基因 LN逆转录病毒载体 靶细胞为病人淋巴细胞 回输 nullnull嘌呤核苷酸分解代谢特点:1、环打不破; 2、最终产物: 尿酸null 血尿酸正常含量:0.12-0.36mmol/L,溶解度低.当超过0.48mmol/L(8mg/dl)时，尿酸盐将过饱合而形成结晶，沉积于关节、软组织、软骨及肾等处，而导致关节炎、尿路结石及肾疾患，称为痛风症。 临床常用别嘌呤醇治疗痛风症。因别嘌呤醇与次黄嘌呤结构相似，可抑制黄嘌呤氧化酶而抑制尿酸生成。另外, 别嘌呤醇可与PRPP结合, 产物可反馈抑制从头合成的酶。痛风症null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null 在用别嘌呤醇治疗期间，次黄嘌呤和黄嘌呤都不会堆积，它们经次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶催化转换为IMP和黄嘌呤核苷酸，然后形成AMP和GMP。次黄嘌呤和黄嘌呤的溶解度比尿酸钠和尿酸大得多，如果它们不能通过补救途径被重新利用也可经肾脏排泄掉。 鸟类、爬行动物和灵长类动物（包括人）可以将嘌呤核苷酸转换为尿酸排泄掉。 许多动物还可以进一步将尿酸降解为其它产物，最后形成二氧化碳和氨。 null5-磷酸核糖 PRPP PRA IMPAMP ADP ATP GMP GDP GTP嘌呤核苷酸的代谢dADPdGDPdATPdGTP第二节 嘧啶核苷酸的代谢第二节 嘧啶核苷酸的代谢Metabolism of Pyrimidine Nucleotides嘧啶核苷酸的结构嘧啶核苷酸的结构null从头合成途径 补救合成途径一、嘧啶核苷酸的合成代谢（一）嘧啶核苷酸的从头合成（一）嘧啶核苷酸的从头合成主要是肝细胞胞液嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途径。 1.定义2.合成部位null3.原料： 谷氨酰胺、CO2、天冬氨酸 特点： 先合成嘧啶环，再与磷酸核糖相连。null氨基甲酰磷酸 天冬氨酸=o=o嘧啶碱合成的元素来源Gln CO22碳3谷余天冬null4.合成过程（1） 尿嘧啶核苷酸的合成nullnullnull（2） 胞嘧啶核苷酸的合成UDPUTPnull（3） dTMP或TMP的生成dUMP脱氧胸苷一磷酸 dTMPUDP脱氧核苷酸还原酶dUDPCDPdCDPdCMP水解脱氨基null 脱氧胸腺嘧啶核苷酸(dTMP)是由脱氧尿嘧啶核苷酸(dUMP)甲基化生成。而dUMP由dUTP水解生成，体内进行此种“浪废”能量的反应过程的意义在于：细胞必须减少细胞内dUTP浓度以防止脱氧尿嘧啶掺入DNA中，因为合成DNA的酶系不能有效识别dUTP和dTTP。null乳清酸尿症(Orotic aciduria) 乳清酸尿症是一种遗传性疾病，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(5)和(6)的双功能酶（乳清酸磷酸核糖转移酶和乳清酸核苷酸脱羧酶，位于同一条多肽链上)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CPSⅡ活性，从而抑制嘧啶核苷酸的从头合成。（二） 嘧啶核苷酸的补救合成（二） 嘧啶核苷酸的补救合成胸苷激酶正常肝中活性低, 再生肝和恶性肿瘤时明显升高（三）嘧啶核苷酸的抗代谢物（三）嘧啶核苷酸的抗代谢物嘧啶类似物胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶(5-FU)nullA、嘧啶类似物： 5-氟尿嘧啶（5-FU）与TMP类似,代谢为FdUMP 抑制胸腺嘧啶核苷酸激酶，代谢为FUTP以FUMP 掺入RNA,破坏RNA结构，消化道癌、乳癌(毒性大)nullUTP×胸腺嘧啶核苷酸激酶dUMP dTMP dTDP dTTP×RNA合成原料: UTP/ATP/CTP/GTPRNADNA合成原料: dTTP/dATP/dCTP/dGTPnullB、氨基酸类似物： 氮杂丝氨酸 与Gln类似抑制 CTP 和 IMP 合成nullC、核苷类似物： 阿糖胞苷(Ara-C)由嘧啶与阿拉伯糖结合能抑制CDP还原成dCDP，也能影响DNA聚合酶活性,急性粒细胞性白血病,疱疹性角膜炎，疱疹性结膜炎。As2O3CDP dCDP dCTP×null某些改变了核糖结构的核苷类似物null5-碘脱氧尿苷(碘苷/疱疹净) 与5-FU机制类似dUMP dTMP dTDP dTTP×null氮杂丝氨酸阿糖胞苷氨甲碟呤氮杂丝氨酸二、嘧啶核苷酸的分解代谢二、嘧啶核苷酸的分解代谢null胞嘧啶NH3尿嘧啶二氢尿嘧啶 H2OCO2 + NH3β-丙氨酸胸腺嘧啶β-脲基异丁酸β-氨基异丁酸H2O丙二酸单酰CoA乙酰CoATCA肝尿素甲基丙二酸单酰CoA琥珀酰CoATCA糖异生nullβ－丙氨酸和β氨基异丁酸可继续分解代谢。 β-氨基异丁酸亦可随尿排出体外。null嘧啶核苷酸分解代谢特点1.环被打破 2.终产物: NH3 、 CO2. β-丙氨酸 β-氨基异丁酸嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸合成与分解的鉴别 嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸合成与分解的鉴别 nullnullnullnullnullnullnullnull 插入基因组后，防止了外源DNA受 核酸酶的降解在细胞中所发现的外源 DNA片段与所吸收的外源DNA片段不会 完全一样，主要是由于DNA片段在进入 细胞核时发生降解的缘故。nullnull 外源DNA在细胞中的甲基化是一种普遍 存在的现象这种防卫系统对于转基因生物 及人体细胞基因治疗来说是一种障碍，显 然甲基化后使外源基因失去表达活性对于 转基因生物技术及基因治疗是不利的。nullnullnullnull 在动物鼻粘膜中供给少量DNA疫苗 后，分析DNA疫苗的分布与降解情况， 实验发现DNA疫苗可以快速分布于全身， 质粒DNA可在血浆、淋巴结、脾、肝、 骨髂中检测出nullnull然而很多问题还有待进一步研究，如外源 DNA的降解动力学，在肠胃道中的吸收与 排出程度，如何有效防止质粒的降解以增 强基因治疗与DNA免疫的作用null 推荐课外读物 e-book 《基因的革命》 《解密生命》 Download from http://www.bio-soft.net By Guo Xing-Zhong Dept. 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