嘧啶核苷酸的生物合成

1、第二十四章 核酸的酶促降解和核苷酸代謝,本章重點討論核酸酶的類別和特點，對核苷酸的生物合成和分解代謝作一般介紹。,第一節(jié) 核酸的酶促降解,,第三節(jié) 核苷酸的合成代謝,第二節(jié) 核苷酸的分解代謝,楚雄師范學院化學與生命科學系 范樹國,第一節(jié) 核酸的酶促降解,,食物中的核酸，經(jīng)腸道酶系降解成各種核苷酸，再在相關(guān)酶作用下，分解產(chǎn)生嘌呤、嘧啶、核糖、脫氧核糖和磷酸，然后被吸收。吸收到體內(nèi)的嘌呤和嘧啶，大部分被分解，少部分可

2、再利用，合成核苷酸。人和動物所需的核酸無須直接依賴于食物，只要食物中有足夠的磷酸鹽、糖和蛋白質(zhì)，核酸就能在體內(nèi)正常合成。,楚雄師范學院化學與生命科學系 范樹國,一、核酸酶,二、限制性內(nèi)切酶,核酸酶 核苷酸酶 核苷磷酸化酶 核酸 核苷酸 核苷 堿基+戊糖-1-P,,,,磷酸,,楚雄師范學院化學與生命科學系

3、范樹國,核 酸 酶,核酸酶的分類,（1）根據(jù)對底物的 專一性分為,（2）根據(jù)切割位點分為,,核酸內(nèi)切酶,核酸外切酶,,楚雄師范學院化學與生命科學系 范樹國,外切核酸酶對核酸的水解位點,,5´,,,,,,,,,,,,OH,B,,,,,,,,,,3´,B,B,B,B,B,B,B,牛脾磷酸二酯酶（ 5´端外切5得3）,蛇毒磷酸二酯酶（ 3´端外切3得5

4、）,,,楚雄師范學院化學與生命科學系 范樹國,內(nèi)切核酸酶對RNA的水解位點示意圖,RNAase I,RNAase I,RNAase T1,RNAase T1,,,,,Pu ：嘌呤 Py：嘧啶,楚雄師范學院化學與生命科學系 范樹國,限制性內(nèi)切酶,,? 類型? 命名? 意義,原核生物中存在著一類能識別外源DNA雙螺旋中4-8個堿基對所組成的特異的具有二重旋轉(zhuǎn)對稱性的回文序列，并在此序列的某位點水解DNA雙螺旋

5、鏈，產(chǎn)生粘性末端或平末端，這類酶稱為限制性內(nèi)切酶（restriction endonuclease）。,楚雄師范學院化學與生命科學系 范樹國,常用的DNA限制性內(nèi)切酶的專一性,,,酶,辨認的序列和切口,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

6、 ‥‥‥ ‥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 G C C C ‥‥,Bam H I,Alu I,Bgl I,Eco R I,Hind Ⅲ,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

7、,六核苷酸，粘端切口,六核苷酸，粘端切口,六核苷酸，粘端切口,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,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+ ，識別位點與切割位點相差甚遠，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+，切割位點位于識別位點上，產(chǎn)物為專一性片段，不具修飾酶功能?，F(xiàn)在分子生物學研究所用的限制性內(nèi)切酶均為此類。,Ⅲ型：識別位點為5-7 bp的非對稱序

8、列，切割位點在順序之外離識別序列5-10 bp，切割雙鏈，個別也切割單鏈。是限制與修飾相多功能酶.,楚雄師范學院化學與生命科學系 范樹國,限制性內(nèi)切酶的命名和意義,,,,,Eco R I,序號,屬名,種名,株名,例：Eco R I，這是從大腸桿菌（E. coli）R菌珠中分離出的一種限制性內(nèi)切酶,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

9、剖纖細的DNA分子。,楚雄師范學院化學與生命科學系 范樹國,第二節(jié) 核苷酸的降解,二、嘧啶的分解,,一、嘌呤的分解,核苷酸酶 核苷磷酸化酶核苷酸 核苷 堿基+（脫氧）戊糖-1-P,,,磷酸,,楚雄師范學院化學與生命科學系 范樹國,嘌呤終產(chǎn)物,不同種類的生物分解嘌呤堿的能力不同，因此，終產(chǎn)物也不同。排尿酸動物：靈長類、鳥類、昆蟲、排尿酸爬蟲類排尿囊

10、素動物：哺乳動物（靈長類除外）、腹足類排尿囊酸動物：硬骨魚類排尿素動物：大多數(shù)魚類、兩棲類某些低等動物能將尿素進一步分解成NH3和CO2排出。植物分解嘌呤的途徑與動物相似，產(chǎn)生各種中間產(chǎn)物（尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）。微生物分解嘌呤類物質(zhì)，生成NH3、CO2及有機酸（甲酸、乙酸、乳酸、等）。,,楚雄師范學院化學與生命科學系 范樹國,嘧啶的分解,,第三節(jié) 核苷酸的合成代謝,一、核糖核苷酸的生物合成,二、脫氧核糖核苷酸的生

11、物合成,三、單核苷酸轉(zhuǎn)變成核苷二磷酸和核苷 三磷酸（自學）,四、各種核苷酸的相互轉(zhuǎn)變,楚雄師范學院化學與生命科學系 范樹國,核糖核苷酸的生物合成,1、嘌呤核苷酸的生物合成,(1) 從頭合成途徑,(2) 補救途徑(自學),,2、嘧啶核苷酸的生物合成,(1) 從頭合成途徑,(2) 補救合成途徑(自學),(3) 藥物對嘌呤核苷酸合成的影響,楚雄師范學院化學與生命科學系 范樹國,藥物對嘌呤核苷酸合成的影響,①羽田殺

12、菌素,與Asp競爭腺苷酸琥珀酸合成酶，阻止次黃嘌呤核苷酸轉(zhuǎn)化成AMP。,楚雄師范學院化學與生命科學系 范樹國,② Gln的結(jié)構(gòu)類似物重氮乙酰絲氨酸、6-重氮-5-氧正亮氨酸，是Gln的結(jié)構(gòu)類似物，抑制Gln參與的反應。,楚雄師范學院化學與生命科學系 范樹國,葉酸的結(jié)構(gòu)類似物，能與二氫葉酸還原酶發(fā)生不可逆結(jié)合，阻止FH4的生成，從而抑制FH4參與的各種一碳單位轉(zhuǎn)移反應。氨基蝶呤、氨甲基蝶呤等與葉酸結(jié)構(gòu)相似，能抑制有葉酸衍生物參加的反

13、應。其中氨基蝶呤在臨床上常用于白血病等癌瘤的治療。,③葉酸類似物,楚雄師范學院化學與生命科學系 范樹國,5－氟尿嘧啶結(jié)構(gòu)與胸腺嘧啶相似，在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為相應的核苷一磷酸及核苷三磷酸后，可阻斷TMP的合成，或摻入RNA分于破壞其結(jié)構(gòu)與功能。是臨床上使用較多的抗癌藥。 此外，某些改變了核糖結(jié)構(gòu)的核苷類似物，如阿糖胞苷、環(huán)胞苷等也是重要的抗癌藥。,④嘧啶類似物,,楚雄師范學院化學與生命科學系 范樹國,嘌呤環(huán)上各原子的來源,來自谷氨酰胺

14、的酰胺氮,來自“甲酸鹽”,來自天冬氨酸,來自甘氨酸,來自CO2,來自“甲酸鹽”,,楚雄師范學院化學與生命科學系 范樹國,,5-磷酸核糖焦磷酸,5-磷酸核糖胺,甘氨酸,甘氨酰胺核苷酸,甲酰甘氨酰胺核苷酸,甲酰甘氨咪核苷酸,5-氨基咪唑核苷酸,5-氨基咪唑-4-羧核苷酸,IMP的 生物合成,5-氨基咪唑-4-琥珀基-甲酰胺核苷酸,5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸,5-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸,次黃嘌呤核苷酸（IMP）,甲酰THFA,

15、,IMP轉(zhuǎn)變?yōu)镚MP和AMP,楚雄師范學院化學與生命科學系 范樹國,嘌呤核苷酸合成補救途徑（自學）,嘌呤+1-P-核糖,,嘌呤核苷,,A(G)MP,ATP ADP,,（利用已有的堿基和核苷合成核苷酸）,Lesch-Nyan綜合癥,嘌呤核苷酸的從頭合成與補救途徑之間存在平衡。Lesch-Nyan綜合癥就是由于次黃嘌呤：鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶缺陷，AMP合成增加，大量積累尿酸，腎結(jié)石和痛風。,,楚雄師范

16、學院化學與生命科學系 范樹國,嘧啶核苷酸從頭合成途徑,c、UMP轉(zhuǎn)變?yōu)镃TP,a、嘧啶環(huán)上原子的來源,b、UMP的從頭合成,楚雄師范學院化學與生命科學系 范樹國,嘧啶環(huán)上各原子的來源,天冬氨酸,CO2,NH3,N,N,C,C,C,C,6,5,4,3,2,1,,,,,氨甲酰磷酸,楚雄師范學院化學與生命科學系 范樹國,,尿嘧啶核苷酸合成途徑,嘧啶核苷酸補救合成途徑（自學）,尿嘧啶+PRPP,尿嘧啶+1-P-核糖,尿嘧啶核苷+ATP,,

17、,UMP+PPi,,尿嘧啶核苷+Pi,UMP+ADP,楚雄師范學院化學與生命科學系 范樹國,脫氧核苷酸的合成,,2、脫氧胸腺嘧啶核苷酸的合成,1、脫氧核苷酸的合成,楚雄師范學院化學與生命科學系 范樹國,核糖核苷酸的還原反應,核糖核苷酸還原酶,,楚雄師范學院化學與生命科學系 范樹國,核糖核苷酸的還原反應,FAD,,核糖核苷酸還原酶,ATP 、Mg2+,硫氧還蛋白還原酶,核糖核苷二磷酸,+ H2O,脫氧核糖核苷二磷酸,FADH2,NA

18、DP+,NADPH+H+,谷氧還蛋白還原酶,GSSG,2GSH,谷胱甘肽還原酶,核糖核苷酸還原酶示意圖,底物特異性調(diào)節(jié)位點,酶 活 性調(diào)節(jié)位點,活性位點,R1亞基,R2亞基,脫氧胸腺嘧啶核苷酸的合成,胸腺嘧啶核苷酸合成酶,,,,,NADPH+H++Ser,NADP++Gly,N5、N10—CH2 — FH4 FH2,二氫葉酸還原酶,Ser羥甲基轉(zhuǎn)移酶,O,,,N,,HN,,O,,dR-P,CH3,O

19、,,,N,,HN,,O,,dR-P,,葉酸和 四氫葉酸（FH4）,葉酸,,N5，N10-CH2-FH4,一碳基團的來源與轉(zhuǎn)變,S-腺苷蛋氨酸,N5-CH2-FH4,N5 N10 - CH2-FH4,N5， N10 = CH-FH4,N10 -CHO-FH4,,,,,N5 ， N10 -CH2-FH4還原酶,N5 ， N10 -CH2-FH4脫氫酶,環(huán)水化酶,絲氨酸,組氨酸苷氨酸,參與 甲基化反應,為胸腺嘧啶合成提供甲基,參與嘌呤合成,,