第十二章核苷酸代谢核苷酸的生物功能合成核酸是多种.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十二章核苷酸代谢核苷酸的生物功能合成核酸是多种,第一节,核酸和核苷酸的分解代谢,一、,核酸的酶促降解,核酸是核苷酸以3、5-磷酸二酯键连成的高聚物，核酸分解代谢的第一步就是分解为核苷酸，作用于磷酸二酯键的酶称核酸酶（实质是磷酸二脂酶）。,根据对底物的专一性可分为：核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、非特异性核酸酶。,根据酶的作用方式分：内切酶、外切酶。,1、,核糖核酸酶,只水解,RNA,磷酸二酯键的酶（,RNase），,不同的,RNase,专一性不同。,牛胰核糖核酸酶（,RNaseI），,作用位点是嘧啶核苷-3-磷酸与其它核苷酸间的连接键。,核糖核酸酶,T1（RNaseT1），,作用位点是3-鸟苷酸与其它核苷酸的5-,OH,间的键。,2、,脱氧核糖核酸酶,只能水解,DNA,磷酸二酯键的酶。,DNase,牛胰脱氧核糖核酸酶（,DNaseI）,可切割双链和单链,DNA。,产物是以5-磷酸为末端的寡核苷酸。,牛胰脱氧核糖核酸酶（,DNase），,降解产物为3-磷酸为末端的寡核苷酸。,限制性核酸内切酶：细菌体内能识别并水解外源双源,DNA,的核酸内切酶，产生3-,OH,和5-,P。,3、,非特异性核酸酶,既可水解,RNA，,又可水解,DNA,磷酸二酯键的核酸酶。,小球菌核酸酶是内切酶，可作用于,RNA,或变性的,DNA，,产生3-核苷酸或寡核苷酸。,蛇毒磷酸二酯酶能从,RNA,或,DNA,链的游离的3-,OH,逐个水解，生成5-核苷酸。,牛脾磷酸二脂酶从游离的5-,OH,开始逐个水解，生成3核苷酸。,二、,核苷酸的降解,1、,核苷酸酶,（磷酸单脂酶）,2、,核苷酶,核苷磷酸化酶：广泛存在，反应可逆。,核苷 +磷酸,核苷磷酸化酶,碱基 +戊糖-1-磷酸,核苷水解酶：主要存在于植物、微生物中，只水解核糖核苷，不可逆,核糖核苷+,H,2,O,核苷水解酶,碱基 +核糖,三、,嘌呤碱的分解,首先在各自的脱氨酶的作用下水解脱氨，脱氨反应可发生在嘌呤碱、核苷及核苷酸水平上。,不同种类的生物分解嘌呤碱的能力不同,尿酸：灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类,尿囊素：哺乳动物（灵长类除外）、腹足类,尿囊酸：硬骨鱼类,尿素：大多数鱼类、两栖类,NH,3:,低等动物,植物与动物相似,-,产生尿囊素、尿囊酸、尿素、,NH,3,。,微生物,-,产生,NH,3,、CO,2,及有机酸,四、,嘧啶碱的分解,人和某些动物体内脱氨基过程有的发生在核苷或核苷酸上。脱下的,NH,3,可进一步转化成尿素排出。,第二节,嘌呤核苷酸的合成,一、,从头合成,由5-磷酸核糖-1-焦磷酸（5-,PRPP）,开始，先合成次黄嘌呤核苷酸，然后由次黄嘌呤核苷酸（,IMP）,转化为腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸。,嘌呤环合成的前体：,CO,2,、,甲酸盐、,Gln、Asp、Gly,嘧啶核苷 +Pi,由5-磷酸核糖-1-焦磷酸（5-PRPP）开始，先合成次黄嘌呤核苷酸，然后由次黄嘌呤核苷酸（IMP）转化为腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸。,（5）、氨基咪唑核苷酸合成酶,5-磷酸核糖焦磷酸 +Gln 5-磷酸核糖胺 +Glu +ppi,受CTP反馈抑制,UMP +PPi,牛胰核糖核酸酶（RNaseI），作用位点是嘧啶核苷-3-磷酸与其它核苷酸间的连接键。,产物是以5-磷酸为末端的寡核苷酸。,UMP +PPi,四、嘧啶碱的分解,根据对底物的专一性可分为：核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、非特异性核酸酶。,1、,次黄嘌呤核苷酸的合成（,IMP,）,5-磷酸核糖+,ATP,磷酸核糖焦磷酸激酶,5-,PRPP +AMP,（1）、,磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶（转氨）,5-磷酸核糖焦磷酸 +,Gln 5-,磷酸核糖胺 +,Glu +ppi,使原来,-,构型的核糖转化成,构型,（2）、,甘氨酰胺核苷酸合成酶,5-磷酸核糖胺+,Gly+ATP ,甘氨酰胺核苷酸+,ADP+Pi,（3）、,甘氨酰胺核苷酸转甲酰基酶,甘氨酰胺核苷酸 +,N,5,N,10,-,甲川,FH,4,+H,2,O ,甲酰甘氨酰胺核苷酸 +,FH,4,甲川基可由甲酸或氨基酸供给。,（4）、,甲酰甘氨脒核苷酸合成酶,甲酰甘氨酰胺核苷酸+,Gln+ATP+H,2,O,甲酰甘氨脒核苷酸+,Glu+ADP+pi,受重氮丝氨酸和6-重氮-5-氧-正亮氨酸不可逆抑制，这两种抗菌素与,Gln,有类似结构。,（5）、,氨基咪唑核苷酸合成酶,甲酰甘氨脒核苷酸 +,ATP,5-,氨基咪唑核苷酸 +,ADP +Pi,（6）、,氨基咪唑核苷酸羧化酶,5-氨基咪唑核苷酸+,CO,2,5-,氨基咪唑-4羧酸核苷酸,（7）、,氨基咪唑琥珀基氨甲酰核苷酸合成酶,5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸+,Asp+ATP,5-,氨基咪唑4-（,N-,琥珀基）氨甲酰核苷酸,（8）、,腺苷酸琥珀酸裂解酶,5-氨基咪唑-4-（,N-,琥珀基）氨甲酰核苷酸,5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+延胡索酸,（9）、,氨基咪唑氨甲酰核苷酸转甲酰基酶,5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+,N,10,-,甲酰,FH,4,5-,甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+,FH,4,（10）、,次黄嘌呤核苷酸环水解酶,5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸 次黄嘌呤核苷酸+,H,2,O,总反应式：,5-磷酸核糖+,CO,2,+,甲川,THFA+,甲酰,THFA+2Gln+Gly+Asp+5ATP,IMP+2THFA+2Glu+,延胡索酸+4,ADP+1AMP+4Pi+PPi,2、,腺嘌呤核苷酸的合成（,AMP,）,IMP+Asp+GTP,AMP +,延胡索酸,腺苷酸琥珀酸合成酶,腺苷酸琥珀酸+,GDP+Pi,腺苷酸琥珀酸裂解酶,从头合成：,CO,2,、2,个甲酸盐、2个,Gln、1,个,Gly、（1+1）,个,Asp、（6+1）,个,ATP，,产生2个,Glu、（1+1）,个延胡索酸。,Asp,的结构类似物羽田杀菌素，可强烈抑制腺苷酸琥珀酸合成酶的活性，阻止,AMP,生成。,羽田杀菌素：,N-,羟基-,N-,甲酰-,Gly,3、,IMP+NAD,+,+H,2,O,IMP,脱氢酶,黄嘌呤核苷酸+,NADH+H,+,鸟嘌呤核苷酸的合成,IMP+NAD,+,+H,2,O,IMP,脱氢酶,黄嘌呤核苷酸+,NADH+H,+,黄嘌呤核苷酸+,Gln（,或,NH,4,+,）+ATP+H,2,O,GMP,合成酶,GMP+Glu+AMP+PPi,4、,AMP,、,GMP,生物合成的调节,5-磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶是关键酶，可被终产物,AMP、GMP,反馈抑制。,AMP,过量可反馈抑制自身的合成。,GMP,过量可反馈抑制自身的合成。,5、,药物对嘌呤核苷酸合成的影响,羽田杀菌素,与,Asp,竞争腺苷酸琥珀酸合成酶，阻止次黄嘌呤核苷酸转化成,AMP。,重氮乙酰丝氨酸、6-重氮-5-氧正亮氨酸，是,Gln,的结构类似物，抑制,Gln,参与的反应。,氨基蝶呤、氨甲蝶呤,叶酸的结构类似物，能与二氢叶酸还原酶发生不可逆结合，阻止,FH,4,的生成，从而抑制,FH,4,参与的各种一碳单位转移反应。,二、,补救途径,1、,磷酸核糖转移酶途径（重要途径）,嘌呤碱和5-,PRPP,在特异的磷酸核糖转移酶的作用下生成嘌呤核苷酸,嘌呤核苷 +磷酸,核苷磷酸化酶,嘌呤碱 +戊糖-1-磷酸,腺嘌呤 +5-,PRPP,腺嘌呤磷酸核糖转移酶,AMP +PPi,次黄嘌呤（鸟嘌呤）+5-,PRPP,次黄嘌呤：鸟嘌呤磷酸核糖转移酶,IMP（GMP）+PPi,2、,核苷激酶途径,腺嘌呤在核苷磷酸化酶作用下转化为腺嘌呤核苷，后者在核苷磷酸激酶的作用下与,ATP,反应，生成腺嘌呤核苷酸。,碱基+核糖-1-磷酸,核苷磷酸化酶,核苷 +,Pi,腺苷 +,ATP,腺苷激酶,腺苷酸 +,ADP,嘌呤核苷酸的从头合成与补救途径之间存在平衡。,Lesch-Nyan,综合症就是由于次黄嘌呤：鸟嘌呤磷酸核糖转移酶缺陷，,AMP,合成增加，大量积累尿酸，肾结石和痛风。,第三节,嘧啶核苷酸的合成,一、,从头合成,与嘌呤核苷酸合成不同，在合成嘧啶核苷酸时，首先合成嘧啶环，再与磷酸核糖结合，生成尿嘧啶核苷酸，最后由尿嘧啶核苷酸转化为胞嘧啶核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸。,合成前体：氨甲酰磷酸、,Asp,1、,尿嘧啶核苷酸的合成,氨甲酰磷酸的合成：,Gln+HCO,3,-,+2ATP,氨甲酰磷酸合成酶,氨甲酰磷酸+,Glu+2ADP+Pi,天冬氨酸转氨甲酰酶,氨甲酰磷酸+,Asp,氨甲酰天冬氨酸+,Pi,二氢乳清酸酶,氨甲酰天冬氨酸,二氢乳清酸 +,H,2,O,二氢乳清酸脱氢酶,FAD、FMN,二氢乳清酸+,NAD,+,乳清酸 +,NADH+H,+,乳清苷酸焦磷酸化酶,Mg,2+,乳清酸 +,PRPP,乳清苷酸 +,PPi,乳清苷酸脱羧酶,乳清苷酸,UMP +CO,2,2、,胞嘧啶核苷酸的合成,尿嘧啶核苷三磷酸可直接与,NH,3,（,细菌）或,Gln（,植物）反应，生成胞嘧啶核苷三磷酸。,UMP +ATP,尿嘧啶核苷酸激酶,Mg,2+,UDP +ADP,UDP +ATP,核苷二磷酸激酶,Mg,2+,UTP +ADP,CTP,合成酶,UTP+Gln（NH,4,+,）+ATP+H,2,O,CTP+Glu+ADP+Pi,3、,嘧啶核苷酸生物合成的调节（大肠杆菌）,氨甲酰磷酸合成酶：,受,UMP,反馈抑制,天冬氨酸转氨甲酰酶：,受,CTP,反馈抑制,CTP,合成酶：,受,CTP,反馈抑制,根据酶的作用方式分：内切酶、外切酶。,5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+延胡索酸,由硫氧还蛋白、硫氧还蛋白还原酶和核苷酸还原酶（B1、B2）三部分组成。,与ATP结合，可促进嘧啶类的UDP、CDP还原成dUDP、dCDP；,另外核苷酸还原酶所需的还原当量还可来自谷胱甘肽。,5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+N10-甲酰FH4 5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+FH4,叶酸的结构类似物，能与二氢叶酸还原酶发生不可逆结合，阻止FH4的生成，从而抑制FH4参与的各种一碳单位转移反应。,第三节 嘧啶核苷酸的合成,嘧啶碱 +1-磷酸核糖,2、核苷酸还原酶结构模型及催化机理,乳清酸 +NADH+H+,UMP +PPi,第四节 脱氧核苷酸的合成,乳清酸 +NADH+H+,首先在各自的脱氨酶的作用下水解脱氨，脱氨反应可发生在嘌呤碱、核苷及核苷酸水平上。,受CTP反馈抑制,只水解RNA磷酸二酯键的酶（RNase），不同的RNase专一性不同。,4、,药物对嘧啶核苷酸合成的影响,5-氟尿嘧啶抑制胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成。,5-氟尿嘧啶在人体内转变成相应的核苷酸，再转变成脱氧核苷酸，可抑制脱氧胸腺嘧啶核酸合成酶，干扰尿嘧啶脱氧核苷酸经甲基化生成脱氧胸苷的过程，,DNA,合成受阻。,二、,补救途径,（1）,嘧啶核苷激酶途径（重要途径）,嘧啶碱与1-磷酸核糖生成嘧啶核苷，然后由尿苷激酶催化尿苷和胞苷形成,UMP,和,CMP。,嘧啶碱 +1-磷酸核糖,核苷磷酸化酶,嘧啶核苷 +,Pi,尿苷（胞苷）+,ATP,尿苷激酶,Mg,2+,UMP（CMP）+ADP,（2）磷酸核糖转移酶途径（胞嘧啶不行）,尿嘧啶磷酸核糖转移酶,尿嘧啶 +5-,PRPP,UMP +PPi,第四节,脱氧核苷酸的合成,脱氧核糖核苷酸是由相应的核糖核苷酸衍生而来的。,（1）腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶核糖核苷酸经还原，将核糖第二位碳原子的氧脱去，即成为相应的脱氧核糖核苷酸。,（2）胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸：先由尿嘧啶核糖核苷酸还原形成尿嘧啶脱氧核糖核苷酸，然后尿嘧啶再经甲基化转变成胸腺嘧啶。,一、,核糖核苷酸的还原,ADP、GDP、CDP、UDP,均可分别被还原成相应的脱氧核糖核苷酸：,dADP、dGDP、dCDP、dUDP,等，其中,dUDP,甲基化，生成,dTDP。,还原反应一般在核苷二磷酸（,NDP）,水平上进行，,ATP、dATP、dTTP、dGTP,是还原酶的变构效应物，个别微生物（赖氏乳菌杆菌）在核苷三磷酸水平上还原（,NTP）。,1、,核苷酸还原酶系,由硫氧还蛋白、硫氧还蛋白还原酶和核苷酸还原酶（,B,1,、B,2,）,三部分组成。,B,1,、B,2,亚基结合后，才具有催化活性。,B,1,上的巯基和,B,2,上的酪氨酸残基是活性中心的催化基因。,另外核苷酸还原酶所需的还原当量还可来自谷胱甘肽。,2、,核苷酸还原酶结构模型及催化机理,B,1,亚基上有两个调节部位，一个影响整个酶的活性（一级调节部位），另一个调节对底物的专一性（底物结合部位）,一级调节部位：,ATP,是生物合成的信号分子，而,dATP,是核苷酸被还原的信号。,底物调节部位：.与,ATP,结合，可促进嘧啶类的,UDP、CDP,还原成,dUDP、dCDP；,与,dTTP,或,dGTP,结合，可促使,GDP（ADP）,还原成,dGDP（dADP）,催化机理 自由基催化转换模型。,3、,脱氧核苷酸的补救途径（脱氧核苷激酶途径）,脱氧核苷酸也能利用已有的碱基或核苷进行合成（补救途径），但只有脱氧核苷激酶途径，不存在类似的磷酸核糖转移酶途径,核苷磷酸化酶,碱基 +脱氧核糖-1-磷酸,脱氧核苷+磷酸,脱氧核苷激酶,脱氧核苷,ATP,脱氧核苷酸+,ADP,感谢观看,