第9章核苷酸代谢.ppt
生物化学生物化学 Biochemistry第第 九九 章章核核 苷苷 酸酸 代代 谢谢Metabolism of Nucleotides 生物化学生物化学 Biochemistryl 核苷酸的分解代谢核苷酸的分解代谢l 核苷酸的合成代谢核苷酸的合成代谢 核酸酶核酸酶是指所有可以水解核酸的酶。是指所有可以水解核酸的酶。依据底物不同分类依据底物不同分类 DNA DNA酶酶(deoxyribonuclease,DNase)(deoxyribonuclease,DNase)RNA RNA酶酶 (ribonuclease,RNase)(ribonuclease,RNase)依据切割部位不同分类依据切割部位不同分类 核酸内切酶：核酸内切酶：限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶 非特异性核酸内切酶非特异性核酸内切酶 核酸外切酶：核酸外切酶：5 5 33 或或3 3 55 核酸外切酶。核酸外切酶。一、核苷酸的分解代谢一、核苷酸的分解代谢EcoRI限制性内切酶：限制性内切酶：可识别可识别DNA上的专一性位点，将两条上的专一性位点，将两条链同时切开，可形成粘性末端（如链同时切开，可形成粘性末端（如EcoRI）或非粘性）或非粘性末端（如末端（如 HaeIII）。）。NGAATTCN3535NGAATTCNNG53AATTCNAATTCN35NG基因工程中就象一流外科大夫手中的手术刀基因工程中就象一流外科大夫手中的手术刀生物化学生物化学 Biochemistry（一）核苷酸的水解（一）核苷酸的水解核苷核苷+磷酸磷酸核苷酸酶核苷酸酶核苷酸核苷酸+H H2 2O O碱基碱基+戊糖戊糖核苷酶核苷酶核苷核苷+H H2 2O O生物化学生物化学 Biochemistry碱基碱基+1-1-磷酸磷酸-戊糖戊糖核苷核苷+H H3 3POPO4 4核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶磷酸解磷酸解生物化学生物化学 Biochemistry（二）嘌呤核苷酸的分解代谢（二）嘌呤核苷酸的分解代谢H2OPRPP核苷酸核苷酸酶Pi核苷核苷磷酸化酶Pi嘌呤碱磷酸戊糖途径R-1-PR-5-P补救途径氧化尿酸磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸 2 2条途径条途径途径一途径一生物化学生物化学 BiochemistryAMPGMPH（次黄嘌呤）（次黄嘌呤）X（黄嘌呤）（黄嘌呤）黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶脱氨酶脱氨酶脱氨酶脱氨酶途径二途径二生物化学生物化学 Biochemistry生物化学生物化学 Biochemistry嘌呤代谢终产物：嘌呤代谢终产物：1.尿酸尿酸：灵长类、鸟类、爬行动物、昆虫；灵长类、鸟类、爬行动物、昆虫；2.尿囊素尿囊素：其他哺乳动物；其他哺乳动物；3.尿囊酸尿囊酸：硬骨鱼；硬骨鱼；4.尿素尿素：软骨鱼、两栖动物；软骨鱼、两栖动物；5.NH4+：海洋无脊椎动物。海洋无脊椎动物。痛风症的治疗机制痛风症的治疗机制鸟嘌呤鸟嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤黄嘌呤尿酸尿酸黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇别嘌呤醇HNHCNCCCNHCHNOHypoxanthineHNHCNCCCNHNHCOAllopurinol别嘌呤醇别嘌呤醇次黄嘌呤次黄嘌呤人血清中尿酸含量为人血清中尿酸含量为20-60mg/L20-60mg/L，当超过，当超过80mg/L80mg/L时，尿酸盐时，尿酸盐晶体在关节、软组织、软骨、肾等处沉淀，导致痛风、尿晶体在关节、软组织、软骨、肾等处沉淀，导致痛风、尿路结石及肾疾病。路结石及肾疾病。生物化学生物化学 Biochemistry每每100g食物含嘌呤的食物含嘌呤的mg数：数：生物化学生物化学 Biochemistry（三）嘧啶核苷酸的分解代谢（三）嘧啶核苷酸的分解代谢嘧啶碱嘧啶碱1-磷酸核糖磷酸核糖嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸嘧啶核苷嘧啶核苷核苷酸酶核苷酸酶PPi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶H2OH2OH2NCH2CH2CO O HH2NCH2CHCO O HCH3NNHONH2H2ONH3HNNHOOCH2CH2NH2NHOHO O CHNNHOOCH3CH2CHNH2NHOHO O CCH3胞 嘧 啶尿 嘧 啶胸 腺 嘧 啶-脲 基 丙 酸CO2+NH3-丙 氨 酸-氨 基 异 丁 酸-脲 基 异 丁 酸生物化学生物化学 Biochemistry二、核苷酸的合成代谢二、核苷酸的合成代谢l从头合成途径从头合成途径(de novo synthesis pathway)是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及COCO2 2等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成核苷酸的途径。合成核苷酸的途径。l补救合成途径补救合成途径(salvage synthesis pathway)利用体内游离的碱基或核苷，经过简单的反利用体内游离的碱基或核苷，经过简单的反应过程，合成核苷酸的途径。应过程，合成核苷酸的途径。核苷酸的从头核苷酸的从头合成概况合成概况5-磷酸核糖磷酸核糖PRPPAspCO2+Gln氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸乳清酸乳清酸UMPdTMPUTPCTPGTPATPAMPGMPIMPGlnGlyGln一碳单位一碳单位一碳单位一碳单位CO2Asp磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸生物化学生物化学 Biochemistry 肝肝、小肠和胸腺的、小肠和胸腺的胞液胞液。（一）嘌呤核苷酸的从头合成（一）嘌呤核苷酸的从头合成 合成部位合成部位生物化学生物化学 Biochemistry 嘌呤碱合成的元素来源嘌呤碱合成的元素来源CO2天冬氨酸天冬氨酸甲酰基甲酰基（一碳单位）（一碳单位）甘氨酸甘氨酸甲酰基甲酰基（一碳单位）（一碳单位）谷氨酰胺谷氨酰胺（酰胺基）（酰胺基）(1)从头合成途径从头合成途径1.嘌呤核苷酸的从头合成嘌呤核苷酸的从头合成HNNNNOR-5-PPRPP(PRA)(IMP)R-5-PATP AM PPRPP合 成 酶G ln G lu酰 胺 转 移 酶5-磷 酸 核 糖 胺9 步 反 应次 黄 嘌 呤 核 苷 酸磷酸核糖磷酸核糖焦磷酸焦磷酸腺苷酸腺苷酸(AMP)鸟苷酸鸟苷酸(GMP)HHOOOHHHOHCH2OPPOPHHCH2OOOHHHOHOHPAMPATPMg2+PPiOOHHHOHHNH2HCH2OPG ln酰 胺 转 移 酶5-磷 酸 核 糖 1-焦 磷 酸 （PR PP）5-磷 酸 核 糖(R-5-P)PR PP合 成 酶5-磷 酸 核 糖 胺G lu(PRA)谷氨酰胺谷氨酰胺IMP的生成的生成HOH2NCCCNCHNOR-5-PH2NCHCNCHNR-5-PCH2CNHCHHNR-5-PHNOCH2CNHCHHNR-5-POOCO2H2OATPOOHHHOHHHN HCH2OCOH2CNH2POHCOH2CNH2FH4ATPOOHHHOHHNH2HCH2OPATPGlnGlu5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸（CAIR）5-氨基咪唑核苷酸（AIR）甲酰甘氨咪核苷酸（FGAM）甲酰甘氨酰胺核苷酸（FGAR）羧化酶甘氨酰胺核苷酸（GAR）Gly转甲酰基酶ADP+PiGAR合成酶PRAN10-CHO FH4FGAM合成酶AIR合成酶5-5-磷酸核糖胺磷酸核糖胺甘氨酸甘氨酸一碳一碳单位单位谷氨酰胺谷氨酰胺CO2谷氨谷氨酰胺酰胺HNHCNCCCNCHNOR-5-PH2NHCNHCCCNCHNOR-5-POH2NH2NCCCNCHNOR-5-PH2OFH4NHH2NCCCNCHNOR-5-PHCCH2COOHCOOHHOH2NCCCNCHNOR-5-PH2OATPIMP 5-甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺 核苷酸（FAICAR）5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸（AICAR）环水解酶转甲酰基酶N10-CHO FH45-氨基咪唑-4-(N-琥珀酸)甲酰胺核苷酸(SAICAR)延胡索酸裂解酶5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸（CAIR）Asp合成酶天冬氨酸天冬氨酸一碳单位一碳单位次黄嘌呤次黄嘌呤核苷酸核苷酸AMP和和GMP的生成的生成HNNNNNHCHHOOCCH2COOHHNNHNNOOHNNHNNOHNNNNNH2HNNNNH2NOIMPXMPH2OGlnGluATPAMPGTPAspNADH+H+腺苷酸代琥珀酸（AMPS）AMPS 裂解酶延胡索酸GMP 合成酶NAD+H2OR-5-PR-5-PR-5-PR-5-PGMPR-5-PAMPS合成酶IMP脱氢酶黄嘌呤黄嘌呤核苷酸核苷酸次黄嘌呤次黄嘌呤核苷酸核苷酸鸟苷酸鸟苷酸腺苷酸腺苷酸生物化学生物化学 Biochemistry嘌呤核苷酸的相互转变嘌呤核苷酸的相互转变IMPAMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸XMPGMPNH3腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶鸟苷酸还原酶鸟苷酸还原酶NADPH+H+NADP+NH3次黄嘌呤次黄嘌呤核苷酸核苷酸黄嘌呤黄嘌呤核苷酸核苷酸生物化学生物化学 BiochemistryAMPADPATPADPATP激酶激酶ADPATP激酶激酶GMPGDPGTPADPATP激酶激酶ADPATP激酶激酶生物化学生物化学 Biochemistryl 由由5-5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸（PRPPPRPP）供给核苷酸的磷酸与核糖部）供给核苷酸的磷酸与核糖部分；分；l 嘌呤碱的合成是以嘌呤碱的合成是以PRPPPRPP为基础，添加原子或基团，形成嘌为基础，添加原子或基团，形成嘌呤的基本框架结构；呤的基本框架结构；l 嘌呤的合成先由嘌呤的合成先由GlnGln、GlyGly、一碳单位形成闭合的五元环，、一碳单位形成闭合的五元环，再由再由COCO2 2、天冬氨酸和一碳单位形成闭合的六元环；、天冬氨酸和一碳单位形成闭合的六元环；l 嘌呤的合成嘌呤的合成首先合成次黄嘌呤核苷酸（首先合成次黄嘌呤核苷酸（IMPIMP），然后再转，然后再转变为变为AMPAMP和和GMPGMP。（2）嘌呤核苷酸从头合成特点）嘌呤核苷酸从头合成特点（3）嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸从头合成的调节从头合成的调节调节方式：调节方式：反馈调节和交叉调节反馈调节和交叉调节生物化学生物化学 Biochemistryl 既满足需要，又不致于浪费。既满足需要，又不致于浪费。l 维持维持ATPATP与与GTPGTP浓度的平衡。浓度的平衡。嘌呤核苷酸从头合成的调节的意义嘌呤核苷酸从头合成的调节的意义生物化学生物化学 Biochemistry2.嘌呤核苷酸的补救合成嘌呤核苷酸的补救合成 腺嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶(APRT)(APRT)次黄嘌呤次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT)(HGPRT)腺苷激酶腺苷激酶(adenosine kinase)(adenosine kinase)（1）参与补救合成的酶）参与补救合成的酶 细胞利用现成的嘌呤碱或嘌呤核苷重新合成细胞利用现成的嘌呤碱或嘌呤核苷重新合成嘌呤核苷酸的过程称为补救合成。嘌呤核苷酸的过程称为补救合成。部位：动物的肝脏中部位：动物的肝脏中生物化学生物化学 Biochemistry（2）补救合成过程）补救合成过程腺腺嘌嘌呤呤核核苷苷AMPATPADP腺腺苷苷激激酶酶生物化学生物化学 Biochemistry（3 3）补救合成的生理意义）补救合成的生理意义l补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。酸的消耗。l体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。补救合成。生物化学生物化学 Biochemistry3.嘌呤核苷酸的抗代谢物嘌呤核苷酸的抗代谢物 嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、氨基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。酸或叶酸等的类似物。主要以竞争性抑制干扰或阻断嘌呤核苷酸主要以竞争性抑制干扰或阻断嘌呤核苷酸的合成代谢，从而进一步的合成代谢，从而进一步阻止核酸以及蛋阻止核酸以及蛋白质的生物合成。白质的生物合成。生物化学生物化学 Biochemistry次黄嘌呤次黄嘌呤(H)6-巯基嘌呤巯基嘌呤(6-MP)（1）嘌呤类似物：主要有）嘌
