第11章 核苷酸代谢课件.ppt

生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）第十一章第十一章 核苷酸代谢核苷酸代谢n核苷酸核苷酸 是构成核酸的基本单位，人体所需的是构成核酸的基本单位，人体所需的核苷酸大都是由机体核苷酸大都是由机体自身合成自身合成的。的。n食物中的核酸或核苷酸类物质食物中的核酸或核苷酸类物质 基本上不能基本上不能被人体所利用。被人体所利用。 在核酸类物质的水解产物中，在核酸类物质的水解产物中，只有只有磷酸磷酸和和戊糖戊糖可被吸收利用。可被吸收利用。n食物中的核酸食物中的核酸 大多与蛋白质结合成为核蛋白，大多与蛋白质结合成为核蛋白，在胃内受胃酸作用分离为核酸与蛋白质。在胃内受胃酸作用分离为核酸与蛋白质。 生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）小肠小肠单核苷酸单核苷酸胰核酸酶胰核酸酶核苷酶核苷酶小小肠肠戊戊糖糖含含氮碱氮碱核苷酸酶核苷酸酶磷酸磷酸核苷核苷小肠小肠核蛋白核蛋白胃胃HCl蛋白质蛋白质核酸核酸食物中核酸的消化食物中核酸的消化生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）核苷酸的生物学功用核苷酸的生物学功用1. 1.作为核酸合成的原料：作为核酸合成的原料：NTPNTPS S和和 dNTPdNTPS S分别用于合成分别用于合成RNARNA和和DNADNA。2. 2.体内能量的利用形式：体内能量的利用形式：ATPATP、GTPGTP、UTPUTP和和CTPCTP。3.3.参与代谢和生理调节：参与代谢和生理调节：cAMPcAMP和和cGMPcGMP。4.4.组成辅酶：组成辅酶：NADNAD+ +，NADPNADP+ +，FADFAD，FMNFMN等。等。5.5.活化中间代谢物：活化中间代谢物：UDPUDPG G 、CDP-CDP-胆碱胆碱、SAMSAM等。等。生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）第一节第一节 核苷酸的合成代谢核苷酸的合成代谢 是指机体利用是指机体利用磷酸核糖磷酸核糖、氨氨基酸基酸、一碳单位一碳单位及及COCO2 2等简单物质为原料，经过等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成核苷酸的途径。一系列酶促反应，合成核苷酸的途径。 机体利用体内游离的碱基或机体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。核苷，经过简单的反应过程，合成核苷酸的途径。 肝脏等组织主要进行从头合成，而肝脏等组织主要进行从头合成，而 脑、骨髓等组织则可进行补救合成。脑、骨髓等组织则可进行补救合成。 n 从头合成途径：从头合成途径：n 补救合成途径：补救合成途径：生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）嘌呤核苷酸的合成代谢嘌呤核苷酸的合成代谢n原料：原料：5-5-磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及COCO2 2。n合成部位：合成部位：这一途径主要见于这一途径主要见于肝肝，其次为，其次为小肠小肠和和胸腺胸腺。所有合成反应在。所有合成反应在胞液胞液中进行。中进行。n 嘌呤核苷酸的从头合成嘌呤核苷酸的从头合成生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）CO2甲酰基甲酰基（N5,N10-CH=FH4）甲酰基甲酰基（N10-CHO FH4）天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺（酰胺基）（酰胺基）甘氨酸甘氨酸嘌呤碱合成的元素来源嘌呤碱合成的元素来源生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）1.1.次黄苷酸（次黄苷酸（IMPIMP）的合成）的合成：n首先在首先在磷酸核糖焦磷酸合成酶磷酸核糖焦磷酸合成酶的催化下，消耗的催化下，消耗ATPATP，由，由5-5-磷酸核糖磷酸核糖合成合成 PRPP(1-PRPP(1-焦磷酸焦磷酸-5-5-磷磷酸核糖酸核糖) )。nPRPP再经过大约再经过大约1010步反应，合成第一个嘌呤核步反应，合成第一个嘌呤核苷酸苷酸次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸（IMP）。）。从头合成过程从头合成过程生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）在谷氨酰胺、甘氨酸、在谷氨酰胺、甘氨酸、 “C”C”、COCO2 2及天冬氨及天冬氨酸参与下，逐步合成酸参与下，逐步合成IMPR-5-PR-5-P（5-5-磷酸核糖）磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶合成酶PRPP（5-5-磷酸核糖磷酸核糖-1-1-焦磷酸）焦磷酸）IMPIMP合成步骤合成步骤生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）H H2 2O + NADO + NAD+ +XMPIMP脱氢酶脱氢酶NADH+HNADH+H+ +Asp + GTPAsp + GTPIMPIMPAMP-S腺苷酸代琥腺苷酸代琥珀酸合成酶珀酸合成酶GDP + PiGDP + PiGln + ATPGln + ATPGMP鸟苷酸合成酶鸟苷酸合成酶Glu + AMP + Glu + AMP + PPiPPiAMP腺苷酸代琥腺苷酸代琥珀酸裂解酶珀酸裂解酶延胡索酸延胡索酸 2.AMP2.AMP和和GMPGMP的合成：的合成：生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）1.1.嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。合成的。2.2.先合成先合成 IMPIMP，再转变成，再转变成 AMPAMP或或GMPGMP。3.PRPP3.PRPP是是5-5-磷酸核糖的活性供体。磷酸核糖的活性供体。嘌呤核苷酸从头合成的特点嘌呤核苷酸从头合成的特点生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）A + PRPPA + PRPPAMP + PPiAMP + PPi APRT HGPRTI/G+PRPPI/G+PRPPIMP/GMP+PPiIMP/GMP+PPi腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷+ +ATPATP AMP+ADPAMP+ADP 腺苷激酶腺苷激酶n 嘌呤核苷酸的补救合成嘌呤核苷酸的补救合成生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）AMPADPATPADPATP激酶激酶ADPATP激酶激酶GMPGDPGTPADPATP激酶激酶ADPATP激酶激酶嘌呤核苷三磷酸的合成：嘌呤核苷三磷酸的合成：生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）嘧啶核苷酸的合成代谢嘧啶核苷酸的合成代谢n 嘧啶核苷酸的从头合成嘧啶核苷酸的从头合成n原料：原料：氨基甲酰磷酸与天冬氨酸氨基甲酰磷酸与天冬氨酸n合成部位：合成部位：肝细胞的胞液肝细胞的胞液生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸GlnCO2AspC5C4N3C2C6N1| 嘧啶合成的元素来源嘧啶合成的元素来源生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编） 1.1.尿苷酸（尿苷酸（UMP)UMP)的合成：的合成：n在氨基甲酰磷酸合成酶在氨基甲酰磷酸合成酶的催化下，以的催化下，以GlnGln，COCO2 2，ATPATP为原料合成氨基甲酰磷酸。为原料合成氨基甲酰磷酸。从头合成过程从头合成过程Gln + CO2 氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸 + Glu氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶2ATP2ADP + Pi生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）n氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸在在天冬氨酸转氨甲酰酶天冬氨酸转氨甲酰酶的的催化下，结合一分子催化下，结合一分子天冬氨酸天冬氨酸，从而合，从而合成成氨甲酰天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸，然后再经，然后再经脱氢、脱脱氢、脱羧、环化羧、环化等反应，合成第一个嘧啶核苷等反应，合成第一个嘧啶核苷酸，即酸，即UMPUMP。 生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）2.2.胞苷酸的合成：胞苷酸的合成： CTPCTPGln+ATPGlu+ADP+PiCTPCTP合成酶合成酶UMPUMPUDPUDPATPADP核苷单磷核苷单磷酸激酶酸激酶UTPUTPATPADP核苷二磷核苷二磷酸激酶酸激酶合成合成RNARNA生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）n先合成嘧啶环，再与磷酸核糖相连。先合成嘧啶环，再与磷酸核糖相连。n先合成先合成UMPUMP，再转变成，再转变成dTMPdTMP和和CTPCTP。嘧啶核苷酸从头合成的特点：嘧啶核苷酸从头合成的特点：生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）嘧啶核苷酸的补救合成：嘧啶核苷酸的补救合成：尿苷尿苷/ /胞苷胞苷尿苷胞苷激酶尿苷胞苷激酶UMP/CMPATP ADP脱氧胸苷激酶脱氧胸苷激酶TdRdTMPATP ADP生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）l体内体内脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸是通过相应的是通过相应的核糖核苷酸还核糖核苷酸还原原生成的。生成的。l这种还原反应是由这种还原反应是由核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶催化，在催化，在二二磷酸核苷（磷酸核苷（NDPNDP）水平）水平上进行的。上进行的。 NDP+NDPH+H+ dNDP+NDP+H2O 二磷酸核苷二磷酸核苷 二磷酸脱氧核苷二磷酸脱氧核苷脱氧核苷酸的合成代谢脱氧核苷酸的合成代谢生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）脱氧嘧啶核苷酸的合成机制：脱氧嘧啶核苷酸的合成机制： 磷酸酶磷酸酶CTPCDPH2O Pi核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶dCDPNADPH+H+ NADP+H2ON5,N10-CH2-FH4FH2dTMP胸苷酸合酶胸苷酸合酶dUMPH2ONH3脱氨酶脱氨酶dCMPH2OPi磷酸酶磷酸酶核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶dCTPATP ADPUDPdUDP磷酸酶磷酸酶核糖核苷核糖核苷酸还原酶酸还原酶核苷单磷酸激酶核苷单磷酸激酶dTDPdTTPdTTP核苷二磷核苷二磷酸激酶酸激酶合成合成DNADNA生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）第二节第二节 嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤核苷酸的分解代谢n 嘌呤核苷酸的分解首先是在嘌呤核苷酸的分解首先是在核苷酸酶核苷酸酶的的催化下，脱去催化下，脱去磷酸磷酸生成生成嘌呤核苷嘌呤核苷，然后再，然后再在核苷酶的催化下分解生成在核苷酶的催化下分解生成嘌呤碱嘌呤碱，最后，最后在在黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶的作用下氧化生成的作用下氧化生成尿酸尿酸，再经尿液排出体外。再经尿液排出体外。生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）黄嘌呤黄嘌呤氧化酶氧化酶尿酸尿酸核苷酸酶核苷酸酶AMPAMP腺苷腺苷H2OPi核苷酸酶核苷酸酶GMPGMP鸟苷鸟苷H2OPi脱氨酶脱氨酶次黄苷次黄苷H2ONH3鸟嘌呤酶鸟嘌呤酶黄嘌呤黄嘌呤H2ONH3核苷酶核苷酶次黄嘌呤次黄嘌呤PiR-1-P核苷酶核苷酶鸟嘌呤鸟嘌呤PiR-1-P嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤核苷酸的分解代谢生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）嘧啶核苷酸的分解代谢嘧啶核苷酸的分解代谢 n嘧啶核苷酸可首先在嘧啶核苷酸可首先在核苷酸酶核苷酸酶和和核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶的催化下，除去磷酸和核糖，产生的嘧啶碱可在的催化下，除去磷酸和核糖，产生的嘧啶碱可在体内进一步分解代谢。体内进一步分解代谢。嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸嘧啶核嘧啶核苷苷核苷酸酶核苷酸酶PiH2O嘧啶嘧啶碱碱1-磷酸核糖磷酸核糖核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶Pi生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）胞嘧啶和尿嘧啶的降解胞嘧啶和尿嘧啶的降解二氢嘧啶酶二氢嘧啶酶H2O -脲基丙酸脲基丙酸胞嘧啶脱氨酶胞嘧啶脱氨酶H2O NH3胞嘧啶胞嘧啶尿嘧啶尿嘧啶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢尿嘧啶脱氢酶NADPH+H+ NADP+二氢二氢尿嘧啶尿嘧啶 - -脲基丙酸酶脲基丙酸酶NH3 + CO2H2O -丙氨酸丙氨酸 丙二酸单酰丙二酸单酰CoA乙酰乙酰CoATAC尿素尿素生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）胸腺嘧啶的降解胸腺嘧啶的降解 二氢嘧啶酶二氢嘧啶酶H2O -脲基异丁酸脲基异丁酸胸腺嘧胸腺嘧啶啶二氢胸腺嘧二氢胸腺嘧啶脱氢酶啶脱氢酶NADPH+H+ NADP+二氢胸二氢胸腺嘧啶腺嘧啶 - -脲基异丁酸酶脲基异丁酸酶NH3 + CO2H2O - -异丁酸异丁酸 尿尿素素甲基丙二酸甲基丙二酸单酰单酰CoA琥珀酰琥珀酰CoATAC糖异生糖异生生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）第三节第三节 核苷酸代谢与临床医学核苷酸代谢与临床医学n痛风症痛风症 患者由于体内嘌呤核苷酸分解代谢患者由于体内嘌呤核苷酸分解代谢异常，可致血中异常，可致血中尿酸尿酸水平升高，以水平升高，以尿酸钠尿酸钠晶体晶体沉积于软骨、关节、软组织及肾等处，临床上沉积于软骨、关节、软组织及肾等处，临床上表现为皮下结节，关节疼痛等。表现为皮下结节，关节疼痛等。n临床上常用临床上常用别嘌呤醇别嘌呤醇治疗治疗痛风症痛风症。生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）鸟嘌呤鸟嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤黄嘌呤尿酸尿酸黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇别嘌呤醇痛风症的治疗机制痛风症的治疗机制生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）n莱莱-尼综合征尼综合征 ，是一种罕见的性染色体是一种罕见的性染色体X X连锁连锁遗传病。遗传病。 该病是由于患者先天性缺乏该病是由于患者先天性缺乏HGPRTHGPRT而导致次黄而导致次黄嘌呤和鸟嘌呤补救合成途径的障碍。主要表现为嘌呤和鸟嘌呤补救合成途径的障碍。主要表现为高尿酸血症和中枢神经系统功能失常。患者在高尿酸血症和中枢神经系统功能失常。患者在2 23 3岁时即可出现脑发育不良和智力发育迟缓、岁时即可出现脑发育不良和智力发育迟缓、巨幼红细胞性贫血、高尿酸血症、共济失调，并巨幼红细胞性贫血、高尿酸血症、共济失调，并伴有咬口唇、手指和足趾等自残行为，故又名自伴有咬口唇、手指和足趾等自残行为，故又名自毁容貌综合征毁容貌综合征 。LeschNyhanLeschNyhan综合征综合征 生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）n临床上应用较多的临床上应用较多的嘌呤类似物嘌呤类似物包括：包括：6-6-巯巯基嘌呤（基嘌呤（6-MP6-MP）、）、6-6-巯基鸟嘌呤、巯基鸟嘌呤、8-8-氮杂氮杂鸟嘌呤等鸟嘌呤等。n6-MP6-MP的化学结构与的化学结构与次黄嘌呤次黄嘌呤类似，因而可类似，因而可以抑制以抑制IMPIMP转变为转变为AMPAMP或或GMPGMP，从而干扰嘌，从而干扰嘌呤核苷酸的合成。呤核苷酸的合成。核苷酸的代谢拮抗物及临床应用核苷酸的代谢拮抗物及临床应用生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）n嘌呤类似物：嘌呤类似物： 次黄嘌次黄嘌呤呤(H)(H)6-6-巯基嘌呤巯基嘌呤(6-MP)(6-MP)生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编） 嘧啶类似物：嘧啶类似物：n主要抗代谢嘧啶类似物是主要抗代谢嘧啶类似物是5-5-氟尿嘧啶（氟尿嘧啶（5-FU5-FU）。）。5-FU5-FU在体内可转变为在体内可转变为F-dUMPF-dUMP，其结构与，其结构与dUMPdUMP相相似，可竞争性抑制似，可竞争性抑制胸苷酸合酶胸苷酸合酶的活性，从而抑制胸的活性，从而抑制胸苷酸的合成。苷酸的合成。胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)(T)5-5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶(5-FU)(5-FU)生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编）n氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸的结构类似谷氨酰胺，可抑制的结构类似谷氨酰胺，可抑制IMPIMP、GMPGMP及及CTPCTP的合成，从而抑制核酸合成，对某些肿瘤的合成，从而抑制核酸合成，对某些肿瘤的生长有抑制作用。的生长有抑制作用。n氨甲蝶呤氨甲蝶呤、氨基喋呤氨基喋呤等化学结构与叶酸相似，等化学结构与叶酸相似，能竞争性抑制能竞争性抑制二氢叶酸还原酶二氢叶酸还原酶活性，抑制活性，抑制四氢叶酸四氢叶酸的合成，干扰的合成，干扰一碳单位一碳单位在核苷酸合成中的作用，影在核苷酸合成中的作用，影响响AMPAMP、GMPGMP和和dUMPdUMP的合成，以致核酸合成受阻。的合成，以致核酸合成受阻。氨基酸与叶酸类似物：氨基酸与叶酸类似物：生物化学（高职高专教材）（陆正清、柯世怀主编） 江苏建康职业学院江苏建康职业学院 柯世怀柯世怀