基礎(chǔ)生化-2009-第八章核苷酸代謝.ppt

1、第 八 章,核 苷 酸 代 謝,Metabolism of Nucleotides,第一節(jié) 概 述 第二節(jié) 核苷酸的分解代謝 第三節(jié) 核苷酸的合成代謝,一、核酸和核苷酸的降解,第一節(jié) 概 述,1、核酸酶的定義及分類 指所有可以水解核酸的酶。 依據(jù)底物不同分類 DNA酶(deoxyribonuclease, DNase)：專一降解DNA。 RNA酶 (ribonuclease, RNase)：專一降解RNA。,二、核 酸 酶（Nuclease）,依據(jù)切割部位不同 核酸內(nèi)切酶：限制性核酸內(nèi)切酶 非限制性核酸內(nèi)切酶 核酸外切酶：53或35核酸外切酶,2. 限制性內(nèi)切酶,原核生物中存在著一類能識(shí)別外源

2、DNA雙螺旋中4-8個(gè)堿基對(duì)所組成的特異的具有二重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性的回文序列，并在此序列的某位點(diǎn)水解DNA雙螺旋鏈，產(chǎn)生粘性末端或平末端，這類酶稱為限制性內(nèi)切酶（ristriction endonuclease）。,常用的DNA限制性內(nèi)切酶的專一性,酶,辨認(rèn)的序列和切口,說明, A G C T T C G A , G G A T C C C C T A G G , A G A T C T T C T A G A , G A A T T C C T T A A G , A A G C T T T T C G A A , G T C G A C C A G C T G , C C C G G G G G

3、 G C C C ,Bam H I,Alu I,Bgl I,Eco R I,Hind ,Sal I,Sma I,四核苷酸，平端切口,六核苷酸，平端切口,六核苷酸，粘端切口,六核苷酸，粘端切口,六核苷酸，粘端切口,六核苷酸，粘端切口,六核苷酸，粘端切口,（1）限制性內(nèi)切酶類型,I型：分子量大于105，多亞基，需S-腺苷蛋氨酸、ATP和Mg2+ ，識(shí)別位點(diǎn)與切割位點(diǎn)相差甚遠(yuǎn)，產(chǎn)物為異質(zhì)，是限制與修飾相排斥的多功能酶。,II型：分子量小于105，需Mg2+ ，切割位點(diǎn)位于識(shí)別 位點(diǎn)上，產(chǎn)物為專一性片段，不具修飾酶功能。現(xiàn)在分子生物學(xué)研究所用的限制性內(nèi)切酶均為此類。,III型：識(shí)別位點(diǎn)為5-7bp的非

4、對(duì)稱序列 ，切割位點(diǎn)在順序之外,離識(shí)別 序列5-10bp，切割雙鏈，個(gè)別也切割單鏈。是限制與修飾相多功能酶。,限制性內(nèi)切酶是分析染色體結(jié)構(gòu)、制作DNA限制圖譜、進(jìn)行DNA序列測定和基因分離、基因體外重組等研究中不可缺少的工具，是一把天賜的神刀，用來解剖纖細(xì)的DNA分子。,（2）限制性內(nèi)切酶的命名和意義,Eco R I,序號(hào),屬名,種名,株名,例：Eco R I，這是從大腸桿菌（Ecoli）R菌珠中分離出的一種限制性內(nèi)切酶,作為核酸合成的原料，是核酸的基本組成單位 體內(nèi)能量的利用形式，ATP是重要能量貨幣 活化中間代謝物，其衍生物是許多生化反應(yīng)的中間供體 ，如UDPG 、SAM等 組成輔酶，如N

5、AD、 FAD、 CoA等 參與代謝和生理調(diào)節(jié)，cAMP是第二信使 ,(p)ppGpp是氨基酸饑餓引起效應(yīng)的中間介質(zhì),三、核苷酸的生物功能,四、體內(nèi)核苷酸的來源,自身合成（主要途徑） 食物（次要）,一、嘌呤核苷酸的分解代謝,第二節(jié) 核苷酸的分解代謝,哺乳動(dòng)物為例,脫氨酶,黃嘌呤氧化酶,黃嘌呤氧化酶,（一）嘌呤核苷酸分解的基本過程(P548),脫氨酶,痛風(fēng),痛風(fēng)是由于尿酸生產(chǎn)過量或尿酸排泄不充分造成堆積引起的一種疾病，其基本的生化特征是高尿酸血癥 。 血液中的尿酸以鈉鹽或鉀鹽的形式存在，溶解度很小，濃度高時(shí)，在軟骨和軟組織，特別是在腎臟以及舌和關(guān)節(jié)處形成結(jié)晶（有時(shí)與尿酸一起）形成尿酸結(jié)石或關(guān)節(jié)炎

6、。 引起痛風(fēng)有幾個(gè)原因：其中包括次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶活性的部分缺陷，結(jié)果導(dǎo)致嘌呤回收下降，使得嘌呤分解生成更多的尿酸。痛風(fēng)也可能是由于嘌呤生物合成調(diào)控的缺陷引起的。,痛風(fēng)癥的治療機(jī)制,鳥嘌呤,次黃嘌呤,黃嘌呤,尿酸,黃嘌呤氧化酶,黃嘌呤氧化酶,別嘌呤醇,羥嘌呤醇是黃嘌呤脫氫酶（黃嘌呤氧化酶）的一個(gè)很強(qiáng)的抑制劑,X和I的溶解度比尿酸鈉和尿酸大得多，如果它們不能通過補(bǔ)救途徑被重新利用也可經(jīng)腎臟排泄掉。,（二）嘌呤核苷酸循環(huán)（骨骼肌細(xì)胞）,AMP,IMP,NH4+,H2O,Asp,延胡索酸,腺苷酸脫氨酶,腺苷酸琥珀酸合成酶,腺苷酸琥珀酸裂合酶,+GTP,氨基酸,骨骼肌中，提高延胡索酸的濃度

7、，因而提高TCA的效率,（三）不同生物體嘌呤分解的終產(chǎn)物不同（P549）,靈長類和排尿酸動(dòng)物（鳥類、昆蟲）尿酸為終產(chǎn)物 多數(shù)哺乳動(dòng)物尿囊素 魚類、兩棲類尿囊酸 軟骨魚、兩棲動(dòng)物尿素 無脊椎動(dòng)物、甲殼類NH3+CO2,尿囊素酶,尿囊酸酶,脲酶,二、嘧啶核苷酸的分解,與嘌呤核苷酸分解總體相似,胞嘧啶,NH3,尿嘧啶,二氫尿嘧啶,-丙氨酸,胸腺嘧啶,二氫胸腺嘧啶,糖異生,嘧啶堿的分解代謝（P550）,-脲基異丁酸,-脲基丙酸,第三節(jié)核苷酸的合成代謝,核苷酸合成的基本途徑 嘌呤核苷酸的合成 嘧啶核苷酸的合成 脫氧核糖核苷酸的生成 核苷酸的抗代謝物,核糖、氨基酸、CO2、NH3,核糖核苷酸,脫氧核苷酸,

8、DNA,補(bǔ)救途徑,一、核苷酸生物合成的基本途徑,從頭合成,從頭合成途徑 （肝內(nèi)主要途徑） 利用磷酸核糖、氨基酸、CO2和NH3等簡單小分子物質(zhì)為原料，經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)合成核苷酸，此途徑不經(jīng)過堿基、核苷的中間階段，消耗較多能量，是從無到有的途徑。 補(bǔ)救合成途徑 （腦 、骨髓等）也很重要 利用體內(nèi)核苷酸降解的中間產(chǎn)物如游離的堿基或核苷合成核苷酸的途徑。涉及的反應(yīng)和耗能較少。,核苷酸的從頭合成概況,5-磷酸核糖,PRPP,UMP,IMP,肝是體內(nèi)從頭合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小腸和胸腺，所有反應(yīng)定位于細(xì)胞液 而腦、骨髓則無法進(jìn)行此合成途徑。,二、嘌呤核苷酸的從頭合成,（一）合成部位,（二）嘌

9、呤核苷酸合成原料,CO2,Asp,甲?；?（一碳單位）,甲?；?（一碳單位）,（三）嘌呤核苷酸從頭合成過程,1 . IMP的合成,2 . AMP和GMP的生成,3 . ATP和GTP的生成,在Gln、Gly、一碳單位、CO2及Asp的逐步參與下,1.IMP的生成（P538+539）,活化的核糖,IMP生成總反應(yīng)過程,AMPS合成酶 IMP脫氫酶 AMPS裂解酶 GMP合成酶,2.AMP和GMP的生成（P540）,3.ATP和GTP的生成, 1.嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。 2.IMP的合成需5個(gè)ATP，6個(gè)高能磷酸鍵（R-5-P出發(fā)）。 3.GMP或AMP的合成又需1個(gè)ATP（GT

10、P）。,（四）嘌呤核苷酸從頭合成特點(diǎn),1.補(bǔ)救合成過程,（五）嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成途徑,腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶,次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶,次要,2.補(bǔ)救合成的生理意義,補(bǔ)救合成節(jié)省從頭合成時(shí)的能量和一些氨基酸的消耗。 體內(nèi)某些組織器官，如腦、骨髓等只能進(jìn)行補(bǔ)救合成。 自毀容貌征,Lesch-Nyhan綜合癥，也稱之自毀容貌癥：其特征是智力遲鈍、痙攣，表現(xiàn)出強(qiáng)制性的自殘行為，甚至自毀容貌。主要的生物化學(xué)特征是排泄尿酸量可達(dá)到正常排泄尿酸量的6倍，同時(shí)嘌呤從頭合成的速率大大增加。,大腦中嘌呤核苷酸補(bǔ)救合成途徑（重要）受阻，因而降解為尿酸，過量尿酸導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能失常，自我損傷。,尿酸中樞神

11、經(jīng)系統(tǒng)功能失常,降解,（一）嘧啶核苷酸的從頭合成,主要是肝細(xì)胞胞液，部分位于線粒體中,1.合成部位,三、嘧啶核苷酸的合成代謝,2.嘧啶環(huán)上各原子的來源,3.從頭合成過程,（ 1 ）UMP的合成（P541）,Gln + HCO3-,氨基甲酰磷酸合成酶II,2ATP,2ADP+Pi,Glu +,氨基甲酰磷酸,（ 2 ）胞嘧啶核苷酸的合成,UDP,（三磷酸水平）,（ 3）胸腺嘧啶核苷酸的生成,dUMP,脫氧胸苷一磷酸 dTMP,4.嘧啶核苷酸從頭合成特點(diǎn)： 用原料先合成嘧啶環(huán)，然后再與PRPP連接生成嘧啶核苷酸。能量消耗相對(duì)嘌呤核苷酸要小。,（二） 嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成,嘧啶 +R-1-P,嘧啶核苷

12、 +Pi,核苷磷酸化酶,次要,在核苷二磷酸水平上進(jìn)行還原,四、脫氧核苷酸的生成,（一）脫氧核苷酸的生成,二磷酸脫氧核苷,NDP,dNDP,二磷酸核糖核苷,核糖核苷酸還原酶，Mg2+,還原型硫氧化還原蛋白-(SH)2,氧化型硫氧化還原蛋白,脫氧核苷酸的生成,dUMP,脫氧胸苷一磷酸 dTMP,（二）dTMP的生成,核苷酸的合成及相互關(guān)系,五、核苷酸的抗代謝物,嘌呤核苷酸的抗代謝物 嘧啶核苷酸的抗代謝物,是一些堿基、氨基酸或葉酸等的類似物。主要以競爭性抑制阻斷核苷酸的合成代謝，從而進(jìn)一步阻止核酸以及蛋白質(zhì)的生物合成。 腫瘤細(xì)胞的核酸及蛋白質(zhì)合成十分旺盛，對(duì)核苷酸合成抑制劑的作用更敏感，由此這些抗代

13、謝物具有抗腫瘤作用，這就是化療的生化基礎(chǔ)。,（一）嘌呤核苷酸的抗代謝物,與Gln相似,競爭性抑制二氫葉酸還原酶,次黃嘌呤(H),6-巰基嘌呤(6-MP),嘌呤類似物：主要有6-巰基嘌呤,6-MP,6-MP核苷酸,氨基酸類似物：,氮雜絲氨酸 (AS) 是 Gln的類似物.,葉酸類似物：,氨蝶呤 (AP)和甲氨蝶呤 (MTX),二者是葉酸類似物，競爭性抑制FH2還原酶的活性，使葉酸無法有效地轉(zhuǎn)變?yōu)镕H4； 影響嘌呤和嘧啶核苷酸的合成中一碳單位的轉(zhuǎn)移，減少核苷酸合成速度，進(jìn)而嚴(yán)重影響核酸的合成。,合成酶,（二）嘧啶核苷酸的抗代謝物,嘧啶類似物,胸腺嘧啶(T),5-氟尿嘧啶(5-FU),某些改變了核糖結(jié)構(gòu) 的核苷類似物,5-F-尿嘧啶的抗癌原理,5-F-尿嘧啶在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為相