核苷酸的代谢.pptx

第九章第九章 核苷酸的代谢核苷酸的代谢 Nucleotide Metabolism 本章将主要讨论的问题 核苷酸有哪些重要生理功能？食物中核酸如何消化、吸收？体内核苷酸如何代谢(合成与分解)？核苷酸代谢障碍对机体有什么影响？核苷酸代谢类似物有何临床作用？食物核蛋白食物核蛋白蛋白质蛋白质核酸核酸(RNA or DNA)胰核酸酶胰核酸酶RNA酶酶DNA酶酶(磷酸二酯酶磷酸二酯酶)单核苷酸单核苷酸胰、肠核苷酸酶胰、肠核苷酸酶(磷酸单酯酶磷酸单酯酶)核苷核苷磷酸磷酸核苷酶核苷酶(水解或磷酸解水解或磷酸解)戊糖或磷酸戊糖戊糖或磷酸戊糖碱基碱基核酸的消化核酸的消化排出，很排出，很少利用少利用核苷酸的生理功用作为核酸合成的原料作为核酸合成的原料-最主要的功能最主要的功能体内能量的利用形式体内能量的利用形式参与代谢与生理调节参与代谢与生理调节-cAMP,cGMP组成辅酶组成辅酶-NAD，FAD，CoA活化中间代谢物活化中间代谢物-UDPG,CDP-DG,SAM ATP-主要形式；主要形式；GTP-蛋白质合成蛋白质合成 UTP-糖原合成；糖原合成；CTP-磷脂合成磷脂合成第一节 嘌呤核苷酸代谢嘌呤核苷酸的合成代谢嘌呤核苷酸的合成代谢(一一)、从头合成途径、从头合成途径 以以磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2等物质为原料，经过一系列酶促反等物质为原料，经过一系列酶促反应合成嘌呤核苷酸的过程。应合成嘌呤核苷酸的过程。(二二)、补救合成途径、补救合成途径 利用体内游离的利用体内游离的嘌呤碱或嘌呤核苷嘌呤碱或嘌呤核苷和和磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸经过简单的反应过经过简单的反应过程程,合成嘌呤核苷酸。合成嘌呤核苷酸。Bases/Nucleosides/Nucleotides BaseBase+Sugar=NucleosideBase+Sugar+Phosphate=NucleotideAdenineDeoxyadenosineDeoxyadenosine 5-triphosphate(dATP)N1C2N3C4C5C6N97NC8 甲炔基甲炔基(一碳单位一碳单位)甘氨酸甘氨酸CO2Asp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)甘氨当中站甘氨当中站,谷氮、一碳坐两边谷氮、一碳坐两边,左上天冬氨，左上天冬氨，CO2头上顶头上顶R-5-PPRPP synthetasePP-1-R-5-P(PRPP磷酸核糖焦磷酸)ATP P_PAMP从头合成途径的特点参与从头合成途径的酶均在胞液中以磷酸戊糖途径中合成的5-磷酸核糖（5-PR）为原料，经11步反应生成次黄嘌呤核苷酸（IMP）。在合成IMP过程中，由氨基酸，CO2 2，一碳单位逐步提供元素或基团，在5-磷酸核糖分子上完成嘌呤碱基的合成从IMP出发再合成AMP和GMP。IMP合成的途径(11步反应)包括3个阶段 A:合成激活阶段(第1步反应)。B:合成咪唑环的阶段(2-6步反应)。C:合成IMP阶段(7-11步反应)。AMP和GMP的合成 P_PAMPATPR-5-PC NCNNCHCOHNHC10步反应步反应(一一)、从头合成途径的反应过程、从头合成途径的反应过程(1)IMP的合成的合成(11步反应，步反应，过程只需了解过程只需了解)R-5-PAMPPRPP合成酶合成酶PP-1-R-5-P(PRPP)ATP5-磷酸核糖磷酸核糖磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸PP-1-R-5-PGlnGlu酰胺转移酶酰胺转移酶酶酶3:甘氨酰胺核苷酸合成酶甘氨酰胺核苷酸合成酶H2N-1-R-5-PH2C-NH2O=C-OHGly酶酶3 ATP,Mg2+H2C-NH2O=CNHR-5-P甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸(GAR)PRA转甲酰基酶转甲酰基酶FH4H2C-NH2O=CNHR-5-P甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸(GAR)N5,N10-甲炔基甲炔基FH4H2CO=CNHR-5-PNHCHOH2CCNHR-5-PNHCHOHN=Glu甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸(FGAR)甲酰甘氨咪核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸(FGAM)GlnATP,Mg2+H2CCNHR-5-PNHCHOHN=AIR合成酶合成酶ATP,Mg2+,K+H2OCH2N-HCNR-5-PNCH甲甲酰酰甘甘氨氨咪咪核核苷苷酸酸(FGAM)5-氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸(AIR)R-5-PCH2NCNNCHCOHOCO2羧化酶羧化酶5-氨基咪唑氨基咪唑-4-羧基羧基核苷酸核苷酸(CAIR)R-5-PCH2NCNNCHCOHOR-5-PCH2NCNNCHCONHHCH2CHOOCHOOCNHHHCH2CHOOCHOOCAsp5-氨基咪唑氨基咪唑-4-羧基羧基核苷酸核苷酸(CAIR)5-氨基咪唑氨基咪唑-4-(N-琥珀酸琥珀酸)-甲酰胺甲酰胺核苷酸核苷酸(SAICAR)ATP,Mg2+合成酶合成酶R-5-PCH2NCNNCHCONHHOOCHCH2CHOOC5-氨基咪唑氨基咪唑-4-(N-琥珀酸琥珀酸)-甲酰胺甲酰胺核苷酸核苷酸(SAICAR)R-5-PCH2NCNNCHCOH2NCOOHCHHCHOOC5-氨基咪唑氨基咪唑-4-甲酰胺甲酰胺核苷酸核苷酸(AICAR)裂解酶裂解酶延胡索酸延胡索酸R-5-PCH2NCNNCHCOH2N5-氨基咪唑氨基咪唑-4-甲酰胺甲酰胺核苷酸核苷酸(AICAR)5-甲酰胺基咪唑甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺甲酰胺核苷酸核苷酸(FAICAR)N10甲酰甲酰FH4FH4转甲酰酶转甲酰酶K+R-5-PC NCNNCHCOH2NHCOHR-5-PCNCNNCHCOHHNHCOHR-5-PC NCNNCHCOHNHC5-甲酰胺基咪唑甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺甲酰胺核苷酸核苷酸(FAICAR)H2O次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸(IMP)环水解酶环水解酶11(2)腺苷酸和鸟苷酸的合成腺苷酸和鸟苷酸的合成R-5-PC NCNNCHCOHNHCIMPR-5-PC NCNNCHCNHCNHHOOCCH2CHCOOH腺苷酸代琥珀酸合成酶腺苷酸代琥珀酸合成酶AMPSAsp,Mg2+,GTPR-5-PC NCNNCHCNHCNHHOOCCH2CHCOOHR-5-PC NCNNCHCNHCNH2COOHCHHCHOOC腺苷酸代琥珀酸腺苷酸代琥珀酸(AMPS)腺苷酸腺苷酸(AMP)延胡索酸延胡索酸腺苷酸代琥珀酸腺苷酸代琥珀酸裂解酶裂解酶R-5-PC NCNNCHCOHNHCIMPR-5-PC NCNNCHCOHNCONAD+H2ONADH+H+XMP黄嘌呤核苷酸黄嘌呤核苷酸IMP脱氢酶脱氢酶H2NR-5-PC NCNNCHCOHNCR-5-PC NCNNCHCOHNCOGlnGluGMP合成酶合成酶Mg2+,ATPXMPGMPAMP腺苷酸激酶腺苷酸激酶ADPATPADPATPADP腺苷酸激酶腺苷酸激酶ATPGMP鸟苷酸激酶鸟苷酸激酶GDPATPADPATPADP鸟苷酸激酶鸟苷酸激酶GTP 嘌呤核苷酸从头合成的调节正性调节:指促进嘌呤核苷酸合成的调节。负性调节:是指抑制嘌呤核苷酸合成的调节。正性调节表现为前后两端调节 前端正性调节-两个关键酶的促进作用。PRPPK和GPAT，底物ATP、5-磷酸核糖 和PRPP促进其活性，增加IMP的合成。后端正性调节-由ATP促进GMP合成酶 由GTP促进腺苷酸代琥珀酸合成酶 增加GTP和ATP的合成。负性调节主要为合成产物反馈抑制性调节6个长反馈调节:由AMP，GMP和IMP分别反馈抑制PRPPK和GPAT这两关键酶的活性。2个短反馈调节:由AMP反馈抑制ASS，由GMP反馈抑制IMPD的活性所进行的反馈抑制来调节嘌呤核苷酸的从头合成。2.嘌呤核苷酸从头合成的调节嘌呤核苷酸从头合成的调节主要通过产物的负反馈调节主要通过产物的负反馈调节调节包括调节包括:2个长反馈和个长反馈和2个短反馈个短反馈ATPGTPR-5-PATPPRPP合成酶合成酶PRPP酰胺酰胺转移酶转移酶PRAIMPAMPSAMPADPXMPGMPGDP2个长反馈个长反馈2个短反馈个短反馈IMPAMPSXMPAMPADPGMPGDPGTPATPATPGTP嘌呤核苷酸的补救合成途径定义 利用体内游离嘌呤或核苷，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。参与补救合成的酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶（Adenine phosphoribosyl transferase，APRT)次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(Hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase，HGPRT)腺苷激酶(Adenosine kinase)(二二)、补救合成途径、补救合成途径有两条合成途径有两条合成途径(1)嘌呤碱与嘌呤碱与PRPP直接合成嘌呤核苷酸直接合成嘌呤核苷酸次黄嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸鸟嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸次黄嘌呤次黄嘌呤-鸟嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶(HGPRT)PRPPPPi腺嘌呤腺嘌呤腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸腺嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶（APRT）HGPRT活性高活性高APRT活性低活性低90%嘌呤碱嘌呤碱腺嘌呤腺嘌呤+1-磷酸核糖磷酸核糖腺苷腺苷+Pi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶(2)腺嘌呤与腺嘌呤与1-磷酸核糖生成腺苷磷酸核糖生成腺苷,再生成腺再生成腺嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸腺苷腺苷+ATP腺苷激酶腺苷激酶腺苷酸腺苷酸+ADP嘌呤核苷酸代谢包括合成代谢-分解代谢一.嘌呤核苷酸的合成代谢 1.从头合成途径 (肝脏.小肠粘膜)2.补救合成途径 (脑.骨髓)生理意义生理意义减少从头合成时能量和原料的消耗减少从头合成时能量和原料的消耗节省节省:作为某些器官作为某些器官(脑脑,骨髓和脾骨髓和脾)合成核苷酸的途径合成核苷酸的途径遗传疾病遗传疾病Lesch-Nyhan 莱莱-尼综合征尼综合征,自毁容貌综合征自毁容貌综合征-罕见的性染色体罕见的性染色体X连锁遗传病连锁遗传病疾病生化本质疾病生化本质:HGPRT基因缺陷基因缺陷嘌呤合成过多，明显的高尿酸血症，痛风伴嘌呤合成过多，明显的高尿酸血症，痛风伴行为行为,有有自毁容貌自毁容貌.大脑瘫痪、智力减退、舞蹈手足综合征大脑瘫痪、智力减退、舞蹈手足综合征,身体身体和精神发育迟缓和精神发育迟缓,有咬指咬唇的强迫性自残有咬指咬唇的强迫性自残(三三)腺苷酸和鸟苷酸的相互转变腺苷酸和鸟苷酸的相互转变AMPGMPXMPAMPSIMPNH3腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶NADP+NH3NADPH鸟苷酸还原酶鸟苷酸还原酶(四四)脱氧脱氧(核糖核糖)核苷酸的合成核苷酸的合成在在核苷二磷酸水平核苷二磷酸水平被还原而成被还原而成OHOPOOHH碱基碱基HOHHHOOOHOPHOOHOPOHH碱基碱基HOHHHOOOHOPHONADPH+H+NADP+H2O核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶dNDPNDP脱氧核苷酸的具体生成过程脱氧核苷酸的具体生成过程NDPdNDPNADP+NADPH+H+还原型硫氧化还原型硫氧化还原蛋白还原蛋白-(SH)2氧化型硫氧化氧化型硫氧化S还原蛋白还原蛋白S核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶,Mg2+硫氧化还原蛋白还原酶硫氧化还原蛋白还原酶(FAD)NDPdNDP核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶ADPdADP核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶GDPdGDP核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶UDPdUDP核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶CDPdCDP核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶TDPdTDPdNDP+ATPdNTP+ADP激酶激酶激酶激酶dCDP+ATPdCTP+ADPdUDP+ATPdUTP+ADP激酶激酶dGDP+ATPdGTP+ADP激酶激酶dADP+ATPdATP+ADP激酶激酶dTTP?dNDPdNMP+Pi磷酸酶磷酸酶下一节讲下一节讲 嘌嘌呤呤核苷酸抗代谢物主要是一些嘌呤、核苷酸抗代谢物主要是一些嘌呤、氨基酸或叶酸等的类似物氨基酸或叶酸等的类似物 采用竞争性抑制或采用竞争性抑制或“以假乱真以假乱真”等方式等方式抑制合成代谢中的酶，从而干扰和阻断核苷抑制合成代谢中的酶，从而干扰和阻断核苷酸的合成酸的合成,从而进一步阻止核酸以及蛋白质从而进一步阻止核酸以及蛋白质的生物合成的生物合成.由于肿瘤细胞的核酸与蛋白质代谢旺盛由于肿瘤细胞的核酸与蛋白质代谢旺盛,因此抗代谢物可用于肿瘤的化疗因此抗代谢物可用于肿瘤的化疗(五五)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嘌呤核苷酸的抗代谢物1.嘌呤类似物嘌呤类似物:8-氮杂鸟嘌呤氮杂鸟嘌呤N OHNNNHN SHNNNHN SHNNNHH2NN OHNNNHN6-巯基鸟嘌呤巯基鸟嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤6-巯基嘌呤巯基嘌呤（6-MP）嘌呤核苷酸的分解代谢AMPIGMPGX黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶尿酸尿酸 (二)嘌呤核苷酸的分解代谢 嘌呤核苷酸的分解代谢包括3个基本过程。(1)核苷酸在核苷酸酶的作用下水解为核苷。(2)核苷在核苷磷酸化酶作用下分解为嘌呤碱基 和1-磷酸核糖。1-磷酸核糖在磷酸核糖变位 酶作用下转变为5-磷酸核糖。5-磷酸核糖进 入磷酸戊糖途径进行代谢。(3)嘌呤碱基进一步代谢。一方面可以参加核苷 酸的补救合成。另一方面可进入分解代谢，最终形成尿酸，随尿液排出体外一、嘌呤核苷酸的分解代谢一、嘌呤核苷酸的分解代谢（具体过程，了解）（具体过程，了解）腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸NNH2NNNR-5-PNOHNNNR-5-PNNH2NNNRH2OPiNH3H2O脱氨酶脱氨酶次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸H2OPiN OHNNNRNH3H2O腺嘌呤核苷脱氨酶腺嘌呤核苷脱氨酶核苷酸酶核苷酸酶N OHNNNRN OHNNNH核糖核糖1-磷酸磷酸Pi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶2H+O2._O2+H2O黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶N OHNNNHHON OHNNNHHOO2H+O2._O2+H2O黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶次黄嘌呤核苷次黄嘌呤核苷次黄嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤黄嘌呤尿酸尿酸最终产物最终产物NOHNNNR-5-P次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸NADP+NH3NADPH+H+还原酶还原酶Pi鸟苷鸟苷核糖核糖1-磷酸磷酸NOHNNNR-5-PH2NN OHNNNHHON OHNNNHH2NN OHNNNRH2N鸟嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸Pi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶NH3尿尿酸酸H2O鸟嘌呤酶鸟嘌呤酶黄嘌呤黄嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤核苷酸酶核苷酸酶H2O 正常人血浆尿酸含量：正常人血浆尿酸含量：0.12-0.36mmol/L 男男:0.27mmol/L，女，女:0.21mmol/L 以尿酸及其钠盐形式存在以尿酸及其钠盐形式存在,均难溶于水均难溶于水0.48mmol/L(8mg%),析出结晶析出结晶,沉积在关节和软骨等处沉积在关节和软骨等处 痛风症痛风症进食高嘌呤膳食时进食高嘌呤膳食时体内核酸大量分解体内核酸大量分解(白血病白血病,恶性肿瘤）恶性肿瘤）肾脏疾病尿酸排泄障碍肾脏疾病尿酸排泄障碍血中尿酸血中尿酸临床上用别嘌呤醇治疗临床上用别嘌呤醇治疗别嘌呤醇治疗痛风症的作用机制别嘌呤醇治疗痛风症的作用机制C OHNNNHHNN OHNNNHCH次黄嘌呤次黄嘌呤别嘌呤醇别嘌呤醇PRPP别嘌呤醇核苷酸别嘌呤醇核苷酸嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸从头合成的酶从头合成的酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶嘌呤核苷酸合成嘌呤核苷酸合成反馈反馈尿酸生成减少尿酸生成减少