核苷酸代谢专业知识授课.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,*,资料仅供参考,不当之处，请联系改正。,第九章核苷酸代谢,第一节核苷酸代谢概述,第二节嘌呤核苷酸代谢,第三节嘧啶核苷酸代谢,第一节 核苷酸代谢概述,一、核苷酸的生理功能,二、核酸的消化,三、核酸消化产物的吸收,四、核苷酸代谢概况,五、核酸酶对核酸的解聚作用,一、核苷酸的生理功能,作为核酸合成的原料,体内能量的利用形式,参与代谢和生理调节,构成辅酶,活化中间代谢物,作为核酸合成的原料,dATP、dGTP、dCTP、dTTP可作为DNA的合成原料；,ATP、GTP、CTP、UTP 可作为RNA的合成原料,参与代谢和生理调节,如cAMP是第二信使，也作为效应剂参与调节。,AMP、ADP、ATP均可作为效应剂。,构成辅酶,腺苷酸可参与组成NAD,、FAD、辅酶A等,活化中间代谢物,如UDPG、CDP胆碱等、SAM、PAPS等,二、核酸的消化,三、核酸消化产物的吸收,核酸的消化产物核苷酸及核苷都能被吸收进入体内。,动物体并不一定需要依靠食物供给核苷酸，这是因为体内可由其它物质合成核苷酸。,四、核苷酸代谢概况,分解代谢,分解代谢主要分为嘌呤核苷酸分解代谢和嘧啶核苷酸代谢,合成代谢,合成代谢,从头合成途径,：利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位和CO,2,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。这是主要合成途径。主要在肝脏进行。,补救合成途径,：利用游离的碱基或核苷，经过简单的反应过程，合成核苷酸的途径。脑、骨髓等只能进行此途径。,五、核酸酶对核酸的核酸的解聚作用,核酸,核酸酶,DNA酶,RNA酶,核酸,核酸酶,核酸酶,催化水解连接核苷酸之间的磷酸二酯键，其最终产物是各种核苷酸,1外切酶能连续水解多核苷酸链末端磷酯键，它们是非特异性的磷酸二酯酶,蛇毒磷酸二酯酶 从DNA或RNA的3-羟基末端开始，逐个地水解下5-核苷酸,牛脾磷酸二酯酶 从DNA或RNA的5-磷酸末端逐个地水解下3-核苷酸,2内切酶能特异地切断多核苷酸链内部的磷酸二酯键，特异性很强。,核酸酶的切割方式,蛇毒磷酸二酯酶,牛脾磷酸二酯酶,核酸内切酶,5-核苷酸,3-核苷酸,DNA酶,DNA酶I(牛胰)作用于DNA分子内部的3磷酯键，获得平均由四个核苷酸组成的以3-羟核苷酸为3-末端的核苷酸片段及残留部分,DNA酶II(脾、胸腺、各种细菌)作用于DNA分子内部的5-磷酯键，产生以5-羟核苷酸为5-末端的核苷酸片断及残留部分。,DNA限制性内切酶是在特定核苷酸顺序处切开核苷酸之间的磷酯键，使DNA产生双链裂口。如果这个识别顺序中的碱基被修饰，限制性内切酶就不再作用。,RNA酶,RNA酶T1(霉菌)作用于RNA分子内部的5-磷酯键，要求其3-磷酯键与鸟苷酸相连，产物是以G-3-P为3-末端的核苷酸片段及残留部分。,RNA酶I(牛胰)作用于RNA分子内部的5-磷酯键，要求其3-磷酯键与嘧啶核苷酸相连，获得以嘧啶核苷3-P为3-末端的核苷酸片段及残留部分。,RNA酶T2作用RNA分子内部的5磷酯键，产物以腺苷-3-P为3-末端的核苷酸片段及残留部分。,第二节 嘌呤核苷酸代谢,一、嘌呤核苷酸的合成代谢,二、嘌呤核苷酸的分解代谢,一、嘌呤核苷酸的合成,（一）从头合成途径,（二）补救合成途径,（三）从头合成途径的调节,（四）嘌呤核苷酸的相互转换,（五）嘌呤核苷酸的抗代谢物,嘌呤核苷酸的从头合成途径,嘌呤碱合成的元素来源,合成部位,：,在胞液中进行，,肝脏,是从头合成的主要器官，其次是,小肠,和,胸腺,，而脑和骨髓不能合成合成过程：,（1）,IMP,的合成,（2）,AMP,和,GMP,的合成,嘌呤碱合成的元素来源,IMP,的合成,5-磷酸核糖（PRPP）的合成,5-磷酸核糖胺的合成,通过步反应合成次黄核苷酸,5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）的合成,PRPP,是重要的中间代谢物，它不仅参与嘌呤核苷酸的从头合成，而且参与嘧啶核苷酸的从头合成及两类核苷酸的补救合成，是5-磷酸核糖的活性供体。,5-磷酸核糖胺的合成,PRPP合成酶和酰胺转移酶为,关键酶，受到多种因素的调节。,AMP和GMP的合成,AMP和GMP,可以合成,ADP、ATP、GDP、GTP,ATP和GTP的生成：,嘌呤核苷酸的补救合成,腺苷酸磷酸核糖转移酶APRT）,次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT）,该途径有重要的生理意义。,补救合成的生理意义：,节省能量及原料；,体内某些组织器官（如脑、骨髓等）只能进行补救合成。因此对于这些组织，补救合成具有重要的意义。如Lesch-Nyhan综合征（自毁容貌综合征）。,从头合成的调节,反馈调节，即由产物调节器前面酶的活性,调节的意义：,即满足机体需要，又不至于浪费；,维持ATP与GTP浓度的平衡。,嘌呤核苷酸的相互转变,通过相互转变，以保持彼此平衡。,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。主要以竞争性抑制阻断嘌呤核苷酸的合成代谢，从而进一步阻止核酸以及蛋白质的生物合成。,肿瘤细胞的核酸及蛋白质合成十分旺盛，由此，这些抗代谢物具有抗肿瘤作用。,嘌呤类似物,主要有,6-巯基嘌呤,（6mercaptopurine,6MP）等。,6MP,6MP核苷酸,作用：抑制从头合成,抑制补救合成(抑制HGPRT),氨基酸类似物,主要有,氮杂丝氨酸,等。,化学结构与Gln相似。,可干扰Gln在嘌呤核苷酸合成中的作用，从而抑制嘌呤核苷酸的合成。,叶酸类似物,主要有氨蝶呤和,氨甲蝶呤,（MTX）等。,能竞争性抑制二氢叶酸还原酶，使叶酸不能还原成FH,2,和FH,4,。由此嘌呤合成原料一碳单位得不到供应，从而抑制嘌呤核苷酸的合成。,二、嘌呤核苷酸的分解代谢,（一）部位：体内嘌呤核苷酸的分解代谢主要在肝脏、小肠及肾脏中进行,（二）不同动物嘌呤核苷酸的代谢产物不同,（三）嘌呤核苷酸分解代谢的过程,不同动物嘌呤核苷酸的代谢产物不同,1尿酸是鸟类、爬行动物和灵长类动物(包括人类)体内嘌呤降解的终产物，鸟类、爬行动物的氨基酸代谢也可以生成尿酸。,2尿囊素是大多数哺乳动物(不包括人及猿)中嘌呤降解的主要终产物。,3尿囊酸作为硬骨鱼类体内嘌呤降解的终产物排泄。,4尿素是多数鱼类、两栖类动物以及淡水软体动物体内嘌呤降解的终产物,5氨是植物、海洋甲壳类动物和一些海洋无脊椎动物体内嘌呤降解的终产物,嘌呤核苷酸分解代谢的过程,AMP,GMP,黄嘌呤,尿囊素,尿酸,尿囊酸,尿素,氨,AMP转化为黄嘌呤,AMP形成次黄嘌呤核苷。,次黄嘌呤核苷经磷酸解形成次黄嘌呤,次黄嘌呤进一步被氧化成黄嘌呤,AMP形成次黄嘌呤核苷,AMP经5-核苷酸酶水解除去磷酸形成腺苷，腺苷经腺苷脱氨酶催化脱氨形成次黄嘌呤核苷,AMP也可以在AMP脱氨酶的作用下脱氨生成IMP，IMP可以被水解成次黄嘌呤核苷,次黄嘌呤核苷形成次黄嘌呤,磷酸解反应(以及几种脱氧核苷的磷酸解)都是由嘌呤核苷磷酸化酶催化的，生成核糖-1-磷酸(或脱氧核糖-1-磷酸)和碱基，这个反应是可逆的，,但腺苷不是哺乳动物嘌呤核苷磷酸化酶的底物。,次黄嘌呤被氧化成黄嘌呤,GMP转化为黄嘌呤,缺少鸟嘌呤酶的动物排泄鸟嘌呤，例如，猪排泄鸟嘌呤,黄嘌呤被氧化成尿酸,尿酸是鸟类、爬行动物和灵长类动物(包括人类)体内嘌呤降解的终产物，鸟类、爬行动物的氨基酸代谢也可以生成尿酸，,尿酸过多会引起疾病,。,嘌呤核苷酸代谢中的重要酶,氧化黄嘌呤的两种酶,在黄嘌呤氧化酶催化的反应中，电子是转移给O,2,，形成H,2,0,2,；,在黄嘌呤脱氢酶催化的反应中，电子转移给NAD,+,形成NADH，,这两个酶的活性部位含有复杂的电子转移系统，其中包括一个铁硫中心、一个钼蝶呤和FAD。其中，钼原子通过正4价与正6价的相互转变而起电子传递作用,尿酸与痛风病,痛风是由于尿酸生成过量（,超过8mg%,）或尿酸排泄不充分，造成堆积，它的钠盐可沉积于关节、软组织、软骨及肾等处，而导致关节炎、尿路结石及肾疾病，引起疼痛的一种疾病。,别嘌呤醇与次黄嘌呤的结构非常类似，在细胞内,别嘌呤醇被转换为别黄嘌呤,，别黄嘌呤是黄嘌呤氧化酶的一个很强的抑制剂，它与正4价钼牢固结合从而阻碍了钼原子转变为正6价，致使酶丧失催化活性。,这种经酶作用后成为酶的灭活剂的底物类似物，称为自杀作用物。,所以，临床上用别嘌呤醇治疗通风症。,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。,别嘌呤醇 黄嘌呤氧化酶的,自杀性底物,嘌呤核苷酸的抑制,血中尿酸含量：正常：,26mg%,；痛风症：超过,8mg%,尿酸氧化成尿囊素,尿囊素是大多数哺乳动物,不包括人和猿),中嘌呤降解的主要终产物。,尿囊素生成尿囊酸,尿囊酸作为硬骨鱼类体内嘌呤降解的终产物排泄。,尿囊酸生成两分子尿素,尿素是多数鱼类、两栖类动物以及淡水软体动物体内嘌呤降解的终产物。,尿素水解生成CO2和NH3,氨是植物、海洋甲壳类动物和一些海洋无脊椎动物体内嘌呤降解的终产物,第三节 嘧啶核苷酸代谢,一、嘧啶核苷酸合成代谢,二、嘧啶核苷酸分解代谢,一、嘧啶核苷酸的合成,（一）从头合成途径,（二）从头合成途径的调节,（三）补救合成途径,（四）嘧啶核苷酸合成的抗代谢物,（五）脫氧核糖核苷酸合成,（六）核苷酸合成总结,（七）环核苷酸代谢,（一）嘧啶核苷酸从头合成途径,嘧啶碱合成的元素来源合成部位：主要在肝细胞胞液中进行,合成特点,（）先合成嘧啶环，再与PRPP连接,（）先合成UMP，再转变成其他嘧啶核苷酸,合成过程：,（）UMP的合成,（）CTP的合成,嘧啶碱合成的元素来源,UMP的合成,氨甲酰磷酸的合成,由氨甲酰磷酸经五步合成UMP,氨基甲酰磷酸合成酶I、II的区别,CPS,CPS,分布,线粒体（肝脏),胞液(所有细胞),氮源,NH,3,Gln,别构激活剂,N-乙酰谷氨酸,无,反馈抑制剂,无,UMP(哺乳类动物),功能,尿素合成,嘧啶合成,CTP的合成：,CTP的合成是,在,核苷三磷酸水平,上进行的,（二）从头合成的调节：,（三）嘧啶核苷酸的补救合成,（四）嘧啶核苷酸的抗代谢物,是一些,嘧啶、氨基酸,或,核苷、叶酸,的类似物。,对代谢的影响及抗肿瘤作用类似于嘌呤核苷酸抗代谢物。,嘧啶类似物：,主要有,5-氟尿嘧啶（5-FU）,氨基酸类似物：,氮杂丝氨酸,能抑制CTP的生成。,叶酸类似物：,氨蝶呤、,氨甲蝶呤,使dUMP不能利用一碳单位甲基化成dTMP。,核苷类似物：,阿糖胞苷等抑制CDP还原成dCDP，而影响DNA的合成。,（五）脱氧核糖核苷酸的合成,体内脱氧核糖核苷酸（包括嘧啶核苷酸）是由,核糖核苷酸还原,生成的，还原反应是,在核苷二磷酸（NDP）水平,上进行的。其反应机制比较复杂。,dTMP的合成,核糖核苷酸还原酶是一种变构酶，包括B1、B2两个亚基。只有B1与B2结合时才具有活性。,在DNA合成旺盛、分裂速度较快的细胞中，核糖核苷酸还原酶体系活性较强。,核苷酸还原酶的调节,为了使合成DNA的4种脱氧核苷酸得到适当的比例，还可,通过各种三磷酸核苷对还原酶的变构作用,，来调节不同脱氧核苷酸的生成。,核苷三磷酸对核苷酸还原酶的调节,dTMP的合成,：,（六）核苷酸合成的总结,1.嘌呤核苷酸合成的总结,2.,嘧啶核苷酸合成的总结,嘧啶核苷酸合成的总结：,（七）环腺苷酸的代谢,在生物的细胞中还普遍存在一类环核苷酸。如,3,5-环腺苷酸（cAMP）、,3，5-环鸟苷酸（cGMP）等，其中以cAMP研究较多，它在细胞内由腺苷环化酶催化ATP转变而成，由被特异的磷酸二酯酶水解成5-AMP。,cAMP的代谢,二、嘧啶核苷酸的分解,嘧啶碱主要在肝脏分解。,嘧啶核苷酸由5-核苷酸酶催化生成相应的核苷和Pi开始的。,CMP首先水解生成胞苷和磷酸，然后，胞苷经胞苷脱氨酶催化脱氨形成尿苷。,尿苷和胸苷的糖苷键分别经尿苷磷酸化酶和胸苷磷酸化酶磷酸解，分别生成尿嘧啶和核糖-1-磷酸以及胸腺嘧啶和脱氧核糖-1-磷酸。,胞嘧啶和胸腺嘧啶可以继续降解生成中心代谢途径中的中间产物乙酰CoA和琥珀酰CoA。两个嘧啶碱基降解的过程类似。,嘧啶核苷酸的分解代谢,-丙氨酸,