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Jan 19, 2016
核酸怎样分解成核苷酸
核苷酸又怎样进一步分解
生物怎样合成核苷酸
第十二章 核酸的降解和核苷酸代谢
主要内容:
主讲老师:华南师范大学生命科学学院 陈文利
一、核酸的分解代谢
概况:
核酸)(磷酸二酯酶
核酸酶 核苷酸)(磷酸单酯酶
核苷酸酶 核苷 + Pi
碱基 + 戊糖 -1-P
核苷磷酸化酶
(一)核酸的酶解
核酸酶(磷酸二酯酶)
核酸内切酶: DNase、 RNase
核酸外切酶:蛇毒磷酸二酯酶、牛脾磷酸二酯酶
(二)核苷酸的分解代谢
核苷酸酶(磷酸单酯酶)
专一性的磷酸单酯酶 : 3ˊ-核苷酸酶 , 5ˊ-核苷酸酶
非专一性磷酸单酯酶
(三)核苷的分解代谢
磷酸解
水解
核苷 + H2O 核苷水解酶
碱基 +核糖
核苷 + Pi 核苷磷酸化酶
碱基 + 核糖 -1-P
(四)嘌呤的分解代谢
不同种类的生物分解嘌呤的能力不同,产物
也不同。人、灵长类、鸟类、某些爬虫类将嘌呤分
解成尿酸,其他生物还可将尿酸进一步分解成尿囊
素、尿囊酸、尿素、甚至 CO2、 NH3。
核酸中的嘌呤主要是 Ade、 Gua首先脱氨,
分别生成次黄嘌呤和黄嘌呤,再进一步代谢生成尿
酸。
尿酸过多导致痛风( gout)
结构与次黄嘌呤很相似的别嘌呤醇
( allopurinol)对黄嘌呤氧化酶有很强的抑制作用,
可用来治疗痛风。
总结嘌呤的分解代谢。
(五)嘧啶碱的分解代谢
RNA: Cyt、 Ura
DNA: Thy
嘧啶分解代谢总结
二、核苷酸的生物合成
(一)嘌呤核苷酸的生物合成
1.从头合成途径( De novo synthesis)
首先合成 IMP
AMP
GMPIMP
IMP合成概况:
R-5-P→5-氨基咪唑核苷酸,形成了咪唑环,包括反应
( 1)~( 6)
第一阶段 :
Many steps require an activated ribose sugar
The committed step in the do novo synthesis of purine nucleotides
5- →氨基咪唑核苷酸 IMP,在 5-氨基咪唑核苷
酸分子上形成另一个环状结构(嘧啶环),形成
IMP。
第二阶段 :
IMP合成总结
purine环各原子的来源
Gln是合成嘌呤核的氮原子供体,与 Gln结构相似的一些化合物如氮丝氨酸( azaserine)和 6-重氮 -5-氧代正亮氨酸( 6-diazo-5-oxonorleucine,DON)是 Gln的拮抗物,阻止生物体利用 Gln合成嘌呤核苷酸(即阻止反应 5),从而阻止核苷酸的合成。
FH4 是一碳单位的载体,叶酸的拮抗物如氨基喋呤
( amino protein)、氨甲蝶呤( amethop terin)抑制反应 4,10,阻止嘌呤核苷酸的合成,研究这些化合物对治疗癌肿可提供有益的帮助。
Purine Biosynthesis (de novo)
ATP GTP
(A bunch of steps you don’t need to know)
(Inosine Monophosphate)NCH
NC
CN
CN
C
O
H
NCH
NC
CN
CN
C
O
H2N
H
NCH
NC
CN
CN
C
NH2
HFeedbackInhibition
The synthesis of AMP and GMP from IMPThe synthesis of AMP and GMP from IMP
2.补救途径( salvage pathway)
(2) phosphoribosyl transferase
(1) Pu 嘌呤核苷 嘌呤核苷酸核苷磷酸化酶 核苷磷酸激酶
R-1-P Pi ATP ADP
APRT AMP+PPi+PRPP腺嘌呤腺嘌呤磷酸核糖转移酶
IMP+PPi+PRPP次黄嘌呤-次黄嘌呤 鸟嘌呤
(HGPRT)磷酸核糖转移酶
-次黄嘌呤 鸟嘌呤(HGPRT)磷酸核糖转移酶+PRPP鸟嘌呤 GMP+PPi
(adenine phosohoribosyl transferase)
(hypoxanthine-guanine phosohoribosyl transferase)
• 节约能量和一些氨基酸的消耗。
• 有些组织(如脑、骨髓)不能从头合成嘌呤核苷酸,只能
进行嘌呤核苷酸的补救合成。
– HGPRT完全缺失的患儿,表现为自毁容貌综合症。
嘌呤核苷酸补救合成的生理意义
Lesch-Nyhan Syndrome
• Absence of HGPRTase
• X-linked (Gene on X)
– Occurs primarily in males
• Characterized by:
– Increased uric acid
– Spasticity
– Neurological defects
– Aggressive behavior
– Self-mutilation
嘌呤核苷酸生物合成的调控
(二)嘧啶核苷酸的生物合成
显著不同处:先合成嘧啶环,然后再和 PRPP作用形成核苷
酸。 相同处:都有从头合成途径和补救途径。
UMP CMP
TMP
与嘌呤核苷酸合成的
1.尿苷酸( UMP)的合成:
( 1)从头合成途径( De novo synthesis)
第一阶段:合成氨甲酰磷酸
第二阶段 : 嘧啶核的形成,包括反应 2, 3, 4
第三阶段:形成尿苷酸 , 包括反应 5, 6
The pyrimidine biosynthetic pathwayThe pyrimidine biosynthetic pathway
( 2)补救途径( salvage pathway)
尿苷磷酸化酶Ura
R-1-P Pi
U(尿苷)
尿苷激酶
UMP
ATP
ADP
尿嘧啶磷酸核糖转移酶 Ura
PRPP PPi
2. 胞苷酸( CMP)的合成
UMP CMP + NH3
UMP
ATP ADP
UMP¼¤Ã¸UDP
ATP ADP
UDP¼¤Ã¸UTP
(1)¶¯Ö²Îï
(2)΢ ÉúÎï CTP
ADP ATP
CDPCDP¼¤Ã¸
CMP
ADP ATP
CMP¼¤Ã¸
Mg2+Mg2+
Mg2+Mg2+
CTP synthesis from UTPCTP synthesis from UTP
补救途径
Cyt + PRPP CMP + PPi
胞苷激酶 CMPCATP ADP
(胞苷 )
嘧啶核苷酸生物合成的调控
Biosynthesis: Purine vs Pyrimidine
• Synthesized on PRPP
• Regulated by GTP/ATP
• Generates IMP• Requires Energy
• Synthesized then added to PRPP
• Regulated by UTP• Generates UMP/CMP• Requires Energy
Both are very complicated multi-step process whichyour kindly professor does not expect you to know in detail
(三)脱氧核苷酸的生物合成
1. 核苷二磷酸的还原
Hydroxyurea
• Specifically inhibits ribonucleotide reductase
• Inhibits DNA synthesis without affecting RNA synthesis or other nucleotide pools
• Cleared from the body rapidly so not used extensively in the clinic
H2N C
O
NHOH
2. 脱氧胸苷酸( dTMP)的合成
UMP→dTMP
要解决二个问题 :
( 1)糖基的脱氧
( 2)碱基的甲基化,先脱氧后甲基化,高等动物中
在 DP水平上脱氧,在MP水平上甲基化
UMP → UDP dUDP →dUMP dTMP -(O) + CH3
胸苷酸合成的抑制剂
癌症治疗中的应用