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1、生物化学第33章 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望一、核酸和核苷酸的分解代谢碱基的脱氨嘌呤碱的分解代谢腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤黄嘌呤尿酸尿酸嘌呤碱的分解代谢腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤黄嘌呤腺嘌呤脱氨酶腺嘌呤脱氨酶鸟嘌呤脱氨酶鸟嘌呤脱氨酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶尿酸尿酸嘌呤碱的分解代谢尿酸尿酸尿囊素尿囊素尿囊酸尿囊酸黄嘌呤黄嘌呤嘌呤碱的分解代谢尿酸尿酸尿囊素尿囊素尿囊酸尿囊酸尿酸氧化酶尿
2、酸氧化酶尿囊酸酶尿囊酸酶尿囊素酶尿囊素酶脲酶脲酶黄嘌呤黄嘌呤不同动物嘌呤代谢的产物 灵长类、鸟类：灵长类、鸟类：尿酸尿酸其他哺乳动物、软体动物：其他哺乳动物、软体动物：尿囊素尿囊素 硬骨鱼：硬骨鱼：尿囊酸尿囊酸 软骨鱼和两栖类：软骨鱼和两栖类：尿素尿素 大多数海洋无脊椎动物：大多数海洋无脊椎动物：氨和氨和CO2 （如甲壳类动物）（如甲壳类动物）胞嘧啶和尿嘧啶的分解代谢 胞嘧啶胞嘧啶尿嘧啶尿嘧啶二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶-脲基丙酸脲基丙酸-丙氨酸丙氨酸胞嘧啶和尿嘧啶的分解代谢 胞嘧啶胞嘧啶尿嘧啶尿嘧啶二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶-脲基丙酸脲基丙酸-丙氨酸丙氨酸胞嘧啶胞嘧啶脱氨酶脱氨酶二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶脱氢酶
3、脱氢酶二氢尿二氢尿嘧啶酶嘧啶酶脲基丙酸酶脲基丙酸酶胸腺嘧啶的分解代谢-脲基异丁酸脲基异丁酸 -氨基异丁酸氨基异丁酸二氢胸腺嘧啶二氢胸腺嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶二、核苷酸的生物合成（一）嘌呤核苷酸的生物合成（一）嘌呤核苷酸的生物合成嘌呤环各元素的来源次黄嘌呤核苷酸的合成 各各种种嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸的的合合成成是是先先合合成成次次黄黄嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸，再再转转变变成成各各种种嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸。此此途途径径叫叫嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸的的从从头头合合成成途途径径（de novo synthesis pathway）。）。次次黄黄嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸的的合合成成是是在在核核糖糖上上合合成成次次黄黄嘌
4、嘌呤呤的的，而而不不是是先先合合成成次次黄黄嘌嘌呤呤，再再与与核核糖糖结合的。结合的。焦磷酸激酶焦磷酸激酶PRPP次黄嘌呤核苷酸的合成途径5-5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸5-5-磷酸核糖胺磷酸核糖胺甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸 甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸次黄嘌呤核苷酸的合成途径5-5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸5-5-磷酸核糖胺磷酸核糖胺甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸 甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸转酰胺酶转酰胺酶合成酶合成酶转甲酰基酶转甲酰基酶次黄嘌呤核苷酸的合成途径甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨脒甲酰甘氨脒核苷酸核苷酸5-5-氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸5
5、-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-羧酸核苷酸羧酸核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-（N-N-琥珀基）琥珀基）氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸次黄嘌呤核苷酸的合成途径甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨脒甲酰甘氨脒核苷酸核苷酸5-5-氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-羧酸核苷酸羧酸核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-（N-N-琥珀基）琥珀基）氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸合成酶合成酶合成酶合成酶羧化酶羧化酶合成酶合成酶次黄嘌呤核苷酸的合成途径5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-（N-N-琥珀基）琥珀基）氨甲酰核
6、苷酸氨甲酰核苷酸5-5-甲酰胺氨咪唑甲酰胺氨咪唑-4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸次黄嘌呤次黄嘌呤核苷酸核苷酸次黄嘌呤核苷酸的合成途径5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-（N-N-琥珀基）琥珀基）氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸5-5-甲酰胺氨咪唑甲酰胺氨咪唑-4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸次黄嘌呤次黄嘌呤核苷酸核苷酸裂解酶裂解酶转甲酰基酶转甲酰基酶合酶合酶腺嘌呤核苷酸的合成次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸天冬氨酸天冬氨酸腺苷酸琥珀酸腺苷酸琥珀酸腺苷酸腺苷酸合成酶合成酶裂解酶裂解酶鸟嘌呤核苷酸的合成黄嘌呤核苷酸黄嘌呤核苷酸 谷氨酰胺谷氨酰胺 鸟苷酸
7、鸟苷酸 谷氨酸谷氨酸次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸 黄嘌呤核苷酸黄嘌呤核苷酸合成酶合成酶脱氢酶脱氢酶核苷酸合成的补救途径 生生物物体体内内除除了了能能以以简简单单前前体体物物质质“从从头头合合成成”（de novo synthesis）核核苷苷酸酸外外，还还能能利利用用预预先先形形成成的的碱碱基基和和核核糖糖合合成成核核苷苷酸酸。这这个个 途途 径径 称称 为为“补补 救救 途途 径径”（salvage pathway）。）。嘌呤核苷酸合成的补救途径核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶腺苷激酶腺苷激酶磷酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶只有腺苷激酶，只有腺苷激酶，其他核苷酸只能其他核苷酸
8、只能按以下反应产生。按以下反应产生。Lesch-Nyhan综合征 Lesch-NyhanLesch-Nyhan综综合合征征是是一一种种与与X X染染色色体体连连锁锁的的遗遗传传代代谢谢病病，患患者者先先天天性性缺缺乏乏次次黄黄嘌嘌呤呤（鸟鸟嘌嘌呤呤）磷磷酸酸核核糖糖转转移移酶酶。这这种种缺缺陷陷是是伴伴性性的的隐隐性性遗遗传传性性状状，主主要要见见之之于于男男性性。由由于于鸟鸟嘌嘌呤呤和和次次黄黄嘌嘌呤呤补补救救途途径径障障碍碍，导导致致产产生生过过量量的的尿尿酸酸，导导致致肾肾结结石石和和痛痛风风。这这些些症症状状可可通通过过别别嘌嘌呤呤醇醇对对黄黄嘌嘌呤呤氧氧化化酶的抑制而得到缓解。酶的抑
9、制而得到缓解。Lesch-NyhanLesch-Nyhan综综合合征征更更严严重重的的后后果果是是自自残残肢肢体，别嘌呤醇对此症状无效。体，别嘌呤醇对此症状无效。嘌呤核苷酸生物合成的调节（二）嘧啶核苷酸的生物合成（二）嘧啶核苷酸的生物合成嘧啶环各元素的来源氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸天冬氨酸天冬氨酸尿嘧啶核苷酸的合成 与与嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸的的合合成成不不同同，在在合合成成嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸时时，先先合合成成嘧嘧啶啶化化合合物物乳乳清清酸酸，再再与与磷磷酸酸核核糖糖焦焦磷磷酸酸结结合合成成为为乳乳清清苷苷酸酸，然然后后脱脱羧羧成成为为尿尿嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸，其其他他嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸是是由由尿
10、尿苷苷酸酸转转变而来。变而来。尿嘧啶核苷酸的合成乳清酸乳清酸 二氢乳清酸二氢乳清酸氨甲酰氨甲酰天冬氨酸天冬氨酸氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸 天冬氨酸天冬氨酸尿嘧啶核苷酸的合成转氨甲酰酶转氨甲酰酶二氢乳清酸酶二氢乳清酸酶二氢乳清酸二氢乳清酸脱氢酶脱氢酶乳清酸乳清酸 二氢乳清酸二氢乳清酸氨甲酰氨甲酰天冬氨酸天冬氨酸氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸 天冬氨酸天冬氨酸尿嘧啶核苷酸的合成 乳清苷酸乳清苷酸 尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸乳清酸乳清酸焦磷酸化酶焦磷酸化酶脱羧酶脱羧酶胞嘧啶核苷酸的合成UMP激酶激酶核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶CTP合成合成酶酶UTPCTP尿尿嘧嘧啶啶转转变变成成胞胞嘧嘧啶啶必必须须在在核核苷苷三三磷
11、磷酸酸的的水水平平上进行。上进行。嘧啶核苷酸合成的补救途径UMP磷酸核糖磷酸核糖转移酶转移酶尿苷磷酸化酶尿苷磷酸化酶尿苷激酶尿苷激酶尿苷激酶尿苷激酶嘧啶核苷酸合成的调节（三）脱氧核糖核苷酸的合成（三）脱氧核糖核苷酸的合成 脱脱氧氧核核糖糖核核苷苷酸酸是是由由核核糖糖核核苷苷酸酸还还原原产产生生的的。在在生生物物体体内内，腺腺嘌嘌呤呤、鸟鸟嘌嘌呤呤、胞胞嘧嘧啶啶和和尿尿嘧嘧啶啶四四种种核核糖糖核核苷苷酸酸都都可可以以被被还还原原成成相相应应的的脱脱氧氧核核糖糖核核苷苷酸酸。催催化化此此反反应应的的酶酶称称为为核核糖糖核核苷酸还原酶。苷酸还原酶。大肠杆菌核糖核苷酸还原酶 核核糖糖核核苷苷酸酸还还原
12、原酶酶由由R1和和R2两两个个亚亚基基组组成成，它它们们分分开开时时没没有有活活性性，只只有有合合在在一一起起并并有有镁镁离离子子存存在在时时才才有有活活性性。R1亚亚基基含含有有两两条条相相同同的的多多肽肽链链，每每条条多多肽肽链链上上有有两两个个别别构构调调节节位位点点。一一个个调调节节位位点点结结合合效效应应物物后后影影响响对对底底物物的的特特异异性性，另另一一个个调调节节位位点点结结合合效效应应物物后后调调节节酶酶的的活活性性。每每条条肽肽链链上上还还含含有有一一对对参参与与催催化化氧氧化化还还原原反反应应的的巯巯基基和和一个参与催化氧化还原反应的酪氨酸。一个参与催化氧化还原反应的酪氨酸。大肠杆菌核糖核苷酸还原酶Tyr122核糖核苷酸还原酶催化反应时的氢传递过程核苷酸合成的其他反应AMP激酶激酶核苷二磷酸核苷二磷酸激酶激酶脱氧核糖基转移酶脱氧核糖基转移酶有有4种针对不同种针对不同NMP的的激酶激酶此酶特异性不强此酶特异性不强此酶可以使碱基与脱氧核苷上的碱基交换此酶可以使碱基与脱氧核苷上的碱基交换胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸的合成胸腺嘧啶核苷酸合酶胸腺嘧啶核苷酸合酶二氢叶酸还原酶二氢叶酸还原酶丝氨酸丝氨酸羟甲基转移酶羟甲基转移酶dTMPdUMP