1、,核苷酸代谢,Metabolism of Nucleotides,谢剑君,生化与分子生物学教研室(0754-86500847, g_),为什么要学习核苷酸代谢？,一般发作部位为大母趾关节，踝关节，膝关节等。长期痛风患者有发作于手指关节，甚至耳廓含软组织部分的病例。急性痛风发作部位出现红、肿、热、剧烈疼痛，一般多在子夜发作，可使人从睡眠中惊醒。,痛风,（代谢性关节炎）,患者在发病时会毁坏自己的容貌,用各种器械把脸弄得狰狞可怕。这种疾病患者常常被束缚在床上或轮椅上。自毁容貌症患者大多死于儿童时代,很少活到20岁以后。,自毁容貌症,严重联合免疫缺陷病,多于出生后3个月内开始感染病毒、真菌、原虫和细菌
2、反复发生肺炎慢性腹泻、口腔与皮肤念珠菌感染及中耳炎等。,核酸是人体细胞中的关键物质，补充外源核酸，就能延年益寿，乃至“长寿不老”；补充DNA，则细胞生长加快，人体机能就充满活力。 我们所研究出的生命核酸采取更为科学的提取方法，直接从动物脏器中提取。DNA含量高，纯度高，与人体同源性高。加上产品是口服液，更易被人体肠胃所吸收和利用。 珍奥核酸 2000年,核酸是营养必需品？ 一部曾经轰轰烈烈的闹剧,世界上曾有38位科学家因研究核酸而获得诺贝尔奖。 1998年4月开始建厂，同时其产品被列入“98年国家级火炬计划”，“确定为全国基因工程重大成果转化项目”。在短短两年时间内，“珍奥”获得了“全国第十二
3、届发明展览金奖”，中国保健科技协会“向消费者推荐产品”，卫生部“2000年中老年保健国际学术论坛暨中国保健品国际博览会唯一金奖”，辽宁省政府“医药行业科技进步一等奖。” 2001年2月底，“卫生部中国保健科技学会”，召开了一个“听证会”，得出“核酸保健品有益于健康”的结论。 珍奥核酸声称世界卫生组织呼吁：成年人每天要补充外源核酸1至5克。,难道珍奥核酸真的能够“包治百病，长生不老”?,“核酸营养是个商业大骗局”。 2001年1月，方舟子于新语丝,人体不需要补充外源核酸，直接服用核酸产品对改善健康并没有帮助。 “所谓核酸食品在营养价值上和米粉没有太大的差别。 中国“人类基因组计划”项目负责人杨焕
4、明,2001年3月1日，英国自然杂志（国际上最权威的科学杂志之一）刊登了一篇题为中国的希望与炒作的社论，评论中国科技界的现状，其中提到了中国的“核酸营养”骗局。文章指出：“那些怀疑DNA是有益食品的批评则被忽视或掩盖。”,核苷酸是核酸的基本结构单位，人体内的核苷酸主要由机体细胞自身合成，因此核苷酸不属于营养必需物质。核苷酸及其水解产物均可被细胞吸收，但它们的绝大部分在肠粘膜细胞中又被进一步分解。分解产生的戊糖被吸收而参加体内的戊糖代谢，嘌呤和嘧啶则主要被分解而排出体外。因此，实际上由食物来源的嘌呤和嘧啶很少被机体利用。 生物化学第8版191页（周爱儒主编）,机体可以利用一些小分子化合物合成核酸
5、，所以人体不需要靠外界供给核酸。核酸不属于营养素之列。 中等教育统一教材生物化学第99页（马如骏主编 ）,世界卫生组织在2000年底发布的建立世界范围的人类营养需求方案报告中，列出了人类所需的全部营养物质名称，包括蛋白质、脂肪和碳水化合物、维生素、微量元素等，其中并没有核酸一项。,We will describe ,核苷酸有哪些重要生理功能？ 食物中核酸如何消化、吸收？ 体内核苷酸如何代谢(合成与分解)？ 核苷酸代谢障碍对机体有什么影响？ 核苷酸代谢类似物有何临床作用？,核酸基本组成单位：核苷酸（nucleotide) 磷酸核苷酸 戊糖：核糖，脱氧核糖 核苷 嘌呤 腺嘌呤（adenine, A
6、） 碱基 鸟嘌呤（guanine, G） 嘧啶 胞嘧啶（cytosine, C) 胸腺嘧啶（thymine, T) 尿嘧啶（uracil, U),知识回顾：核酸和核苷酸的基本知识,核酸分为两大类: DNA和RNA,Adenine (A),Guanine (G),Base: Purine,Base: Pyrimidine,Cytosine (C),Uracil (U),Thymine (T),Bases/Nucleosides/Nucleotides,Base,Nucleoside,Nucleotide,Adenine,Deoxyadenosine,Deoxyadenosine 5-tripho
7、sphate(dATP),体外实验资料,19091934年，美国生物化学家Owen证明，核酸的分解单位是核苷酸。,1961年，美国生化学家Juan Oro模拟大气放电，在有氰化氢参加的反应体系中发现有氨基酸和腺嘌呤生成。,1963年，Ponnamperuma在类似的实验中也得到了腺嘌呤。后来，他又与Ruth Mariner、Carl Sagan将腺嘌呤与核糖连接成为腺苷；再连接磷酸，得到了腺苷三磷酸(ATP)。,体内实验资料,早在演绎核苷酸生物合成前，生物化学家就已经发现动物会排泄3种不同的含氮废物，即NH3、尿素和尿酸。尿酸就是嘌呤化合物的代谢产物。,在1950年间，John M. Buch
8、anan和G. Robert Greenberg采用同位素示踪结合嘌呤核苷酸降解物尿酸分析证明，嘌呤分子的原子N1来自门冬氨酸，N3和N9来自谷氨酰胺等，完成了嘌呤生物合成过程的演绎。更为重要的是，他们还发现嘌呤不是以游离含氮碱，而是以核苷酸形式在体内合成的。,1987年，科学家确定Lesch-Nyhan综合征与次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT）缺陷有关。至今已发现，核苷酸的合成和分解代谢障碍与很多遗传性、代谢性疾病有关。模拟核苷酸组成成分，如取代碱基、核苷和核苷酸的类似物已发展为在临床上常用、有效的抗代谢药物。,这些发现促进了对核苷酸代谢相关疾病的认识。,主要内容,核苷酸代谢概论
9、嘌呤核苷酸的合成与分解代谢 嘧啶核苷酸的合成与分解代谢 体内核苷酸的转化 核苷酸代谢与医学的关系 氨基酸代谢所产生的特殊产物,【执业医师考纲要求】1.核苷酸代谢：两条嘌呤核苷酸合成途径的原料;嘌呤核苷酸的分解代谢产物;两条嘧啶核苷酸合成途径的原料。2.核苷酸代谢的调节：核苷酸合成途径的主要调节酶;抗核苷酸代谢药物的生化机制。【考点纵览】1.嘌吟碱的代谢终产物为尿酸。2.嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、氨基酸或叶酸的类似物。,学习目标,核苷酸代谢概论,Outline for Nucleotide Metabolism,一、核苷酸具有多种生物学功能,作为核酸合成的原料 最主要功能体内能量的利用形式
10、 ATP-主要形式；GTP-蛋白质合成；UTP-糖原合成；CTP-磷脂合成参与信号转导、代谢和生理调节 cAMP, cGMP：信号转导第二信使; ADP诱导血小板的聚集，导致血栓形成；腺苷调节冠状动脉血流量等。组成辅酶 NAD，FAD，CoA的组成成分活化中间代谢物 活化中间代谢物的载体：SAM（S腺苷甲硫氨酸，甲基的载体）；UDP葡萄糖（合成糖原、糖蛋白的原料）。参与酶活性的快速调节 变构抑制剂或者变构激活剂 (谷氨酸脱氢酶：ADP/GDP; ATP/GDP)；在酶的磷酸化修饰中提供磷酸基。,NO与细胞信号转导,鸟苷酸环化酶,磷酸二酯酶,血管收缩,二、核苷酸的合成代谢有从头合成和补救合成两种
11、途径,从头合成途径 (De novo synthesis pathway)是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2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。补救合成途径 (Salvage synthesis pathway)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。,从头合成概况,食物核蛋白,单核苷酸,食物中核酸的消化,三、核苷酸的降解和补救合成具有重要生物学意义,单核苷酸,戊糖可以参加糖代谢，碱基大部分随尿排出。核苷酸并非人体必需营养物。,核苷酸的补救合成途径回收利用现成的嘌呤/嘧啶碱或核苷合成核苷酸。简单、节省能耗。某些器官缺乏从头合成的酶系，如脑和骨
12、髓等。,细胞内同样存在核酸酶，使细胞内部的核酸逐步分解为核苷酸，或进一步分解为碱基、戊糖和磷酸，以维持细胞内遗传物质的稳定。,补救合成的意义,细胞内核酸的消化,R-5-P（5-磷酸核糖）,PP-1-R-5-P（PRPP)（磷酸核糖焦磷酸）,IMP,ATP,AMP,PRPP合成酶,AMP,GMP,UMP,TMP,CTP,嘌呤/嘧啶碱,嘌呤/嘧啶核苷酸,四、磷酸核糖焦磷酸是从头合成和补救合成途径的交叉点,从头合成,补救合成,核苷酸代谢图解,嘌呤核苷酸的合成与分解代谢,Anabolism and Catabolism of Purine Nucleotides,嘌呤核苷酸的结构,GMP,AMP,一、
13、嘌呤核苷酸从头合成起始于5-磷酸核糖,嘌呤核苷酸的从头合成途径是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。,定义,肝、小肠和胸腺的胞液，并不是所有细胞都具有从头合成嘌呤的能力。,合成部位,合成过程,首先合成嘌呤核苷酸的共同前体IMP，然后由IMP转化为AMP和GMP。,嘌呤环的C、N原子来自谷氨酰胺、天冬氨酸、一碳单位和CO2,嘌呤碱合成的元素来源,甘氨右中站,谷氮下两边,左上天冬氨,头顶二氧碳,二八俩叶酸,IMP合成途径可分为二阶段11步反应,第一阶段生成 5磷酸核糖-1 -焦磷酸（PRPP）,5 -磷酸核糖与ATP，经PRPP激酶
14、 (PRPPK；或称PRPP合成酶 ，PRPP synthetase)催化，生成PRPP。,第二个阶段生成IMP,（一）嘌呤核苷酸从头合成途径中最先合成的核苷酸是IMP,R-5-P（5-磷酸核糖）,PP-1-R-5-P（PRPP)（磷酸核糖焦磷酸）,谷氨酰胺 酰胺基NN10甲酰四氢叶酸天冬氨酸-氨基N甘氨酸二氧化碳,IMP,H2N-1-R-5-P（PRA)（5-磷酸核糖胺）,关键酶,IMP的合成过程, GAR合成酶转甲酰基酶 FGAM合成酶AIR合成酶,腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMP脱氢酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶 GMP合成酶,（二）AMP和GMP可由IMP转变生成, 嘌呤核苷酸从头合成并不是先合成
15、嘌呤碱再与核糖和磷酸结合生成核苷酸，而是在磷酸核糖分子上逐步合成的。 IMP的合成需5个ATP，6个高能磷酸键。AMP或GMP的合成又需1个ATP。,嘌呤核苷酸从头合成特点:,利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成（或重新利用）途径。,二、嘌呤核苷酸补救合成有两种方式,补救合成途径定义,腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adenine phosphoribosyl transferase, APRT)次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine- guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT),参与合成的酶,（一）
16、 嘌呤与PRPP经磷酸核糖转移酶催化生成核苷酸,合成过程,腺苷激酶(adenosine kinase),（二）腺嘌呤核苷经腺苷激酶催化生成AMP,参与合成的酶,补救合成的生理意义,补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。,嘌呤核苷酸的相互转变,Lesch-Nyhan综合征,莱施-尼汉综合征，又称雷-尼综合征、自毁容貌综合征。Lesch与Nyhan与1964年首次报道并描述本病的临床特点，本病的临床特点是男孩发病、智力低下，舞蹈状手足徐动、脑性瘫痪，强迫性自残、攻击性行为和高尿酸血症等 ，多于12岁之前死亡，很少活过20岁。 莱施-尼汉综合
17、征属于伴性隐性遗传的先天性代谢病，Seegmiller于1965年证实本综合征由次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶 (HGPRT) 缺陷致嘌呤代谢异常所致。,基本生化异常是HGPRT的缺陷，多源于基因的点突变或者缺失。缺乏该酶使得次黄嘌呤和鸟嘌呤不能转换为IMP和GMP，而是降解为尿酸，过量尿酸将导致Lesch-Nyhan综合症。 神经症状的机制未明确，但患者中枢神经系统多巴胺能神经元几乎完全丧失，多巴胺不足或失调则会令人失去控制肌肉的能力。推测D1-多巴胺拮抗因子可能与本病的神经系统表现尤其是自残行为有关。 这种疾病患者常常被束缚在床上或轮椅上。现有的医疗技术对此无计可施,而只能寄希望于基因治疗。
18、 HPRT基因已经克隆，用特异性探针可检出HPRT的突变基因;用大量毛发滤泡检测其酶活性以查出杂合子，用羊水细胞或胎盘绒毛检出患病的男性胎儿上述杂合子的检出和产前诊断，都已可能为本病的有效预防提供了可靠方法。确诊的患病男性胎儿可做选择性流产。,核苷酸在核苷酸酶的作用下水解成核苷和磷酸 核苷在核苷磷酸化酶催化下磷酸解得到游离的 嘌呤碱及1-磷酸核糖 1-磷酸核糖在磷酸核糖变位酶的作用下可转变为5-磷酸核糖，参与戊糖磷酸途径；嘌呤碱重新利用或氧化成尿酸,三、嘌呤核苷酸经分解代谢产生尿酸,体内嘌呤核苷酸的分解代谢主要在肝、小肠及肾中进行。,有关尿酸,人体嘌呤分解代谢的终产物； 为三氧基嘌呤，其醇式呈
19、弱酸性。各种嘌呤氧化后生成的尿酸随尿排出。因溶解度较小，体内过多时可形成尿路结石或痛风。 正常人血浆中尿酸含量为2-6mg%；男性平均为4.5mg%，女性为3.5mg%。 除了痛风，尿酸高还是许多疾病的危险指征。权威调查数据显示，高尿酸血症人群罹患冠心病死亡的几率是尿酸正常人群的5倍。,痛 风,痛风病是机体嘌呤代谢紊乱所致的一种代谢性慢性关节疾病。是由于嘌呤代谢产物尿酸在血液和组织中积聚，特别是在关节及其周围的肌肉、韧带。 1/31/2病人有家族史，以中老年男性脑力劳动者多见。 其临床表现，无症状期仅血尿酸升高;而急性关节炎期常于夜间发作，突感大脚趾、四肢关节、手指等处剧痛，关节有红、肿、热、
20、痛炎性表现，持续数日可缓解或消退;慢性期表现发作频繁，持续时间长，受累关节增多，痛风结石侵蚀骨质可致骨骼畸形，病人还可伴慢性肾功能不全、冠心病及脑动脉硬化等症。,痛风可能是一种多基因病，该病发病有家族遗传倾向，可能涉及HGPRT、PRPP激酶、谷氨酰胺PRPP酰胺基转移酶(GPAT)、葡萄糖-6-磷酸酶(G6PC)、黄嘌呤脱氢酶(XDH)、黄嘌呤氧化酶。,大部分患者的高尿酸血症是肾尿酸排泄减少所致，只有10%的患者是尿酸生成过多。,葡萄糖-6-磷酸酶缺陷时，G-6-P转化成葡萄糖过程受阻，G-6-P转向磷酸戊糖途径生成过多的5-磷酸核糖，它是生成PRPP的原料。,HGPRT有部分缺陷时，嘌呤核
21、苷酸的补救合成障碍，产生的IMP、GMP、GDP减少，对嘌呤核苷酸从头合成途径中的PPRTK、GPAT抑制减弱，导致嘌呤核苷酸从头合成增多。,痛风病在任何年龄，都可以发生。但最常见的是40岁以上的中年男人。根据最新统计，男女发病比例是201。脑力劳动者，体胖者发病率较高。 痛风偏爱男性的原因是：女性体内雌激素能促进尿酸排泄，并有抑制关节炎发作的作用。男性喜饮酒，喜食富含嘌呤、蛋白质的食物，使体内尿酸增加，排出减少。常吃火锅者发病也多。 火锅原料主要是动物内脏、虾、贝类、海鲜，再饮啤酒，自然是火上添油了。调查证明：涮一次火锅比一顿正餐摄入嘌呤高10倍。 饮酒容易引发痛风，因为酒精在肝组织代谢时，
22、大量吹收水份，使血浓度加强，使到原来已经接近饱和的尿酸，加速进入软组织形成结晶，导致身体免疫系统过度反应（敏感）而造成炎症，古称“王者之疾” 。一瓶啤酒可使尿酸升高一倍。高血压病人患痛风可能性会增加10倍。痛风与糖尿病一样是终生疾病。关键是自己控制饮食，多食含“嘌呤”低的碱性食物，如瓜果、蔬菜，少食肉、鱼等酸性食物，做到饮食清淡，低脂低糖，多饮水，以利体内尿酸排泄 。,男性为什么易患痛风？,药物：减少尿酸合成 （别嘌呤醇）；增加尿酸排出（丙璜舒，抑制肾小管对尿酸的再吸收 ）。尿酸高（痛风）饮食控制：,痛风的防治,限制高嘌呤食物，如肝脏、肾、胰、脑等动物脏器以及浓肉汤、鸡汤、肉浸膏、沙丁鱼、鱼子
23、等。限制蛋白质，以植物蛋白为主，而牛奶、鸡蛋因无细胞核，嘌呤含量低，可随意选用。大量提供B族维生素及维生素C等，使组织中沉积的尿酸盐溶解。多吃一些碱性食品，如蔬菜、水果、矿泉水等，因为碱性环境中尿酸盐易溶解，在酸性条件下易结晶。尽量多饮水，每日摄入量可在3000毫升以上，以促进尿酸盐排出。严禁酗酒。,别嘌呤醇痛风症的治疗机制,鸟嘌呤,次黄嘌呤,黄嘌呤,尿酸,黄嘌呤氧化酶,黄嘌呤氧化酶,别嘌呤醇,别嘌呤醇,次黄嘌呤,痛风症的药物治疗秋水仙碱,秋水仙碱（Colchicine）是最初萃取于百合科植物秋水仙的种子和球茎的一种植物碱。它是白色或淡黄色的粉末或针状晶体，有剧毒。,秋水仙碱通过干扰溶酶体脱颗
24、粒降低中性粒细胞的活性、黏附性及趋化性，抑制粒细胞向炎症区域的游走，从而发挥抗炎作用。另外，它干扰细胞间黏附分子及选择素的表达，从而阻碍T淋巴细胞活化及对内皮细胞的黏附，抑制炎症反应。秋水仙碱还可通过减少E-选择素、L-选择素及内皮素的表达，发挥其抗炎作用。,血尿酸与心血管疾病,近20年来，多个大规模前瞻性临床研究证实，无症状高尿酸血（HUA）是心血管疾病的危险因素，血尿酸水平与全因和心血管死亡密切相关。 高血压：在校正传统高血压危险因素后，血尿酸水平每增加60mol/L，高血压发病相对危险增加13%。 心肌梗死：血尿酸水平是急性心肌梗死的独立危险因素。但研究显示，血尿酸并不能预测急性心肌梗死
25、和心绞痛发病。心力衰竭:心力衰竭患者高尿酸患病率为56%，在校正多种已知影响心力衰竭预后的危险因素后，高尿酸是全因和心血管死亡的独立预测因素，提示血尿酸升高与心力衰竭不良预后独立相关。小样本临床研究也发现，降低心力衰竭患者的血尿酸水平，可改善心力衰竭患者的预后。,腺苷脱氨酶缺乏症,由于腺苷脱氨酶 (adenosine deaminase，ADA)缺陷，导致核苷酸代谢产物dATP的蓄积，使早期T细胞和B细胞发育停滞于pro-T/pro-B阶段，导致T细胞和B细胞的缺陷。为常染色体隐性遗传性疾病。 ADA可以将腺苷和脱氧腺苷变为次黄苷。ADA 缺乏可导致细胞中腺苷酸、脱氧腺苷酸、脱氧腺苷三磷酸（d
26、ATP）以及S腺苷同型半胱氨酸浓度的增加和ATP的耗尽。dATP对正在分裂的淋巴细胞有高度选择性毒性，它通过抑制核糖核酸还原酶和转甲基反应，阻滞DNA的合成。腺苷酸抑制S-腺苷同型半胱氨酸水解酶，而该酶与依赖S-腺苷甲硫氨酸的DNA甲基化有关。ADA在淋巴样组织，特别是胸腺中浓度较高。 故ADA缺陷导致成熟T、B淋巴细胞的严重不足，引发重度复合免疫缺陷症（SCID）。SCID约四分之一的病因是ADA缺乏。,编码ADA的基因位于第20号染色体长臂。大多数患儿ADA突变仅为CpG二核苷酸CT点突变，整个基因或部分基因缺失仅见于少数病例。 临床表现多为部位反复而严重的细菌、真菌、病毒及原虫的感染，发
27、生严重腹泻、肺炎、中耳炎、脑膜炎等；部分患儿可表现中枢神经系统症状，如震颤、舞蹈样动作及神经性耳聋等。 骨髓移植是常规的治疗方案。酶替代疗法：ADA与聚乙二醇结合(PEG-ADA)可延长该酶在体内的活性，减少其免疫原性，该治疗几乎可完全纠正患儿的代谢紊乱，使免疫功能得到不同程度的恢复。 ADA缺乏是第一个运用基因治疗的遗传性疾病健康搜索2年随访证实T细胞、B细胞、髓细胞以及粒细胞可长期表达转入的ADA基因，患儿的体液免疫和细胞免疫趋于正常。,The New England Journal of Medicine, 2009;360:447-458.,从头合成途径反馈抑制调节,5,PR, ATP
28、,PRPPK,PRPP,PRA,IMP,XMP,AS,GMP,AMP,GDP,ADP,GTP,ATP,_,GMPS,IMPD,GPAT,ASS,5,PR, ATP,PRPPK,PRPP,PRA,IMP,XMP,AS,GMP,AMP,GDP,ADP,GTP,ATP,+,+,+,_,GMPS,IMPD,_,_,_,_,_,_,GPAT,+,+,+,+,ASS,_,_,四、嘌呤核苷酸的合成代谢受反馈抑制调节,APRT受AMP的反馈抑制HGPRT受IMP与GMP的反馈抑制,补救合成途径反馈调节,既满足需要，又不致于浪费。维持ATP与GTP浓度的平衡（交叉调节）。,调节的意义,Anabolism and
29、 Catabolism of Pyrimidine Nucleotides,嘧啶核苷酸的合成与分解代谢,嘧啶核苷酸的结构,嘧啶核苷酸的从头合成,肝细胞胞液和线粒体,嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途径。,定义,合成部位,一、嘧啶核苷酸的从头合成过程比嘌呤核苷酸简单,嘧啶合成的元素来源,合成原料来源,与嘌呤核苷酸的从头合成途径不同，嘧啶核苷酸的合成是先合成含嘧啶环的乳清酸(OA)；OA再与PRPP结合成为乳清酸核苷酸（orotidine-5-phoshate ，OMP），然后再生成UMP。,胞嘧啶核苷酸、胸腺嘧
30、啶核苷酸由UMP转变而成。,合成途径,谷氨酰胺 + HCO3-,（一）UMP的从头合成可分为6步反应,*在细菌细胞中只有一种氨基甲酰磷酸合成酶，生成的CP用于精氨酸和嘧啶的合成,天冬氨酸转氨基甲酰酶 ATCase,aspartate transcarbamoylase,二清乳清酸酶,dihydroorotase,aspartic acid,carbamoyl phosphate,CP,carbamoyl aspartate,dihydroorotic acid,（DHOA）,DHOA脱氢酶(DHOA dehydrogenase),orotic acid,(OA),乳清酸磷酸核糖转移酶,Orot
31、ate phosphoribosyl Transferase (OPRT),orotidine 5-monophosphate,OMP 脱羧酶 (OMPD),decarboxylase,uridine 5 -monophosphate,嘧啶核苷酸从头合成的特点合成所需要的酶系大多在胞液内。真核细胞中，嘧啶核苷酸合成的前三个酶（氨基甲酰磷酸合成酶、天冬氨酸氨基甲酰转移酶和二氢乳清酸酶）位于同一肽链上，是多功能酶，有利于以均匀的速度参与嘧啶核苷酸的合成。合成从CO2和谷氨酰胺开始，经6步反应先合成出尿嘧啶核苷酸（UMP）。由UMP出发再合成其它的嘧啶核苷酸。UMP的从头合成分三个阶段： 第一个阶段
32、是氨基甲酰磷酸的合成。 第二个阶段是氨基甲酰天冬氨酸的合成。 第三个阶段是嘧啶环的合成。,（二）CTP来源于UTP的氨基化（三磷酸水平）,（三）dTMP来源于dUMP的甲基化（一磷酸水平）,dUMP,dTMP,UDP,脱氧核苷酸还原酶,dUDP,CTP,CDP,dCDP,dCMP,Ribonucleotide reductase,脱氧核苷酸还原酶,Ribonucleotide reductase,dCMP deaminase,dCMP脱氨酶,H2O,Pi,二、嘧啶核苷酸的补救合成途径与嘌呤核苷酸类似,（一）嘧啶磷酸核糖转移酶催化部分嘧啶碱基与PRPP 生成嘧啶核苷酸,胞嘧啶不走该途径！,（二）
33、嘧啶核苷激酶催化嘧啶核苷转变成嘧啶核苷酸,胸苷激酶的活性与细胞增殖状态密切相关，在正常肝中活性很低，再生肝中活性升高，恶性肿瘤中明显升高，并与恶性程度有关。,嘧啶碱,嘧啶核苷酸,三、嘧啶核苷酸经分解产生小分子可溶性物质,胞嘧啶和尿嘧啶的分解代谢,胸腺嘧啶的分解代谢,胞嘧啶,NH3,尿嘧啶,二氢尿嘧啶,H2O,CO2 + NH3,-丙氨酸,胸腺嘧啶,-脲基异丁酸,-氨基异丁酸,H2O,丙二酸单酰CoA,乙酰CoA,TAC,肝,尿素,甲基丙二酸单酰CoA,琥珀酰CoA,TAC,糖异生,哺乳类动物是CPS II细菌中，则是ATCase,关键酶：,底物调节:,产物反馈抑制性调节:,UMP反馈抑制CPS
34、 II,UMP和CTP反馈抑制ATCase,ADP和GDP反馈抑制PRPPK,CTP反馈抑制CTPS,ATP激活PRPPK和CPS IIPRPP激活OPRT,四、嘧啶核苷酸合成代谢受精细调节,嘧啶核苷酸从头合成的调节,体内核苷酸的转化,The Conversion of Nucleotides in vivo,一、核糖核苷二磷酸还原成脱氧核糖核苷酸,在核苷二磷酸水平上进行 N代表A、G、U、C等碱基,Ribonucleotide Reductase,脱氧核苷酸的生成,脱氧核苷二磷酸的合成,当某个特定的NDP在核糖核苷酸还原酶催化下还原成dNDP时，需要特异NTP来促进该反应的发生，同时其他的N
35、TP又能抑制该酶的活性，以此维持各种脱氧核糖核苷酸合成反应的平衡进行。,dTMP合酶dTMP synthase,dUMP,dTMP,dTMP的生成,二、核苷二磷酸和核苷三磷酸可以相互转化,4种核苷（或脱氧核苷）一磷酸可以分别在特异的核苷一磷酸激酶作用下，由ATP供给磷酸基，而转变成核苷（或脱氧核苷）二磷酸。,例如：,NDP激酶可以催化所有嘌呤、嘧啶的核糖或脱氧核糖核苷二、三磷酸之间的转化。,核苷酸代谢与医学的关系,Nucleotide Metabolism and Medicine,一、核苷酸代谢障碍可引发多种疾病,（一）多种遗传性疾病与核苷酸代谢缺陷有关,1HGPRT缺陷引起Lesch Ny
36、han 综合征,2腺苷脱氨酶缺陷引起重症联合免疫缺陷,3. 乳清酸尿症与嘧啶核苷酸代谢异常有关,嘧啶核苷酸代谢障碍可能引起嘧啶中间代谢产物增加，但表现异常的病例不多见。乳清酸尿症是其中之一 。,II型乳清酸尿症仅涉及乳清酸核苷酸脱羧酶，症状较轻。,I型乳清酸尿症涉及乳清酸磷酸核糖转移酶(OPRT)或乳清酸核苷酸脱羧酶(OMP decarxylase)缺陷。酶的活性障碍，导致血中乳清酸堆积、尿嘧啶核苷酸合成减少、胞嘧啶核苷酸和胸腺嘧啶核苷酸合成也受影响，RNA和DNA合成不足。临床上应用胞苷和尿苷能获得很好的疗效。,4. 叶酸缺乏导致新生儿脊柱裂,新生儿脊柱裂是一类典型新生儿缺陷，其成因在于发育
37、早期神经管功能的不完整或紊乱。多项研究显示，孕妇在妊娠前3个月若膳食中补充摄入叶酸，则可降低新生儿70%的疾病风险。这显示了叶酸的多种衍生物在合成DNA前体物质的过程中的重要作用。,（二）高尿酸血症可引起痛风,血中尿酸水平超过溶解能力就称为高尿酸血症 (hyperuricemia) 。,血中的尿酸及尿酸盐统称尿酸。正常成人血浆尿酸含量约为0.120.36mmol/L。当血中尿酸含量超过0.64 mmol/L时，尿酸盐晶体即可沉积于关节、软组织及肾等处，而导致关节炎、尿路结石及肾疾病。尿酸沉积引起疼痛称为痛风症（gout）。,二、抗代谢物作用机制主要是阻断核苷酸合成,（一）抗代谢物多为核苷酸代谢
38、重要底物或辅酶类似物,核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、嘧啶、氨基酸、核苷和叶酸的类似物。它们主要以竞争性抑制方式干扰、阻断核苷酸合成代谢，或以假乱真掺入核酸，从而阻止核酸以及蛋白质的生物合成。这些核苷酸代谢类似物不仅是研究生物化学代谢途径的工具，也是治疗某些疾病的有效药物。,嘌呤核苷酸的抗代谢物,嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、氨基酸或叶酸等的类似物。,一些人工合成的抗代谢物,嘌呤类似物,氨基酸类似物,叶酸类似物,氨蝶呤,Aminopterin, AP,Methotrexate, MTX,氨甲蝶呤,嘧啶核苷酸的抗代谢物,嘧啶类似物,胸腺嘧啶(T),5-氟尿嘧啶(5-FU),某些改变了核糖结构的核苷
39、类似物,（二）抗代谢物也可影响代谢旺盛的正常细胞,由于肿瘤细胞生长旺盛，因而摄取抗代谢物多，肿瘤细胞被阻碍或杀伤。但体内代谢旺盛的组织细也受抗代谢物的影响，因而出现相应副作用。,（三）常见抗代谢物涉及多种作用机制,嘌呤类似物6-巯基嘌呤,嘧啶类似物5-氟尿嘧啶,核苷类似物阿糖胞苷,叶酸类似物氨基蝶呤和氨甲蝶呤,1. 嘌呤类似物6-巯基嘌呤（6-mercaptopurine,6-MP）,目 录,目 录,氨基酸类似物氮杂丝氨酸,2嘧啶类似物5-氟尿嘧啶（5-fluorouridine,5-FU）,5-氟尿嘧啶的结构与胸腺嘧啶相似，它在体内可转变为脱氧氟尿嘧啶核苷一磷酸（FdUMP）和氟尿嘧啶核苷三
40、磷酸（FUTP）。FdUMP是胸腺核苷酸合酶的抑制剂，可使dTMP合成受阻，DNA合成受到影响；FUTP掺入RNA分子后，异常的结构会破坏RNA的功能，因而干扰蛋白质的合成。临床上对消化系统肿瘤（食管癌、胃癌、肠癌、胰腺癌、肝癌）和乳腺癌疗效较好。,3核苷类似物阿糖胞苷(arabinosyl cytosine, araC),阿糖胞(嘧啶核)苷能抑制CDP还原为dCDP，从而阻碍DNA的合成，也可深入DNA中干扰复制。临床上用于治疗成人急性粒细胞性白血病或单核细胞白血病。,4叶酸类似物氨基蝶呤和氨甲蝶呤 （methotrexate, MTX）,氨基蝶呤和氨甲蝶呤都是叶酸类似物，能竞争性抑制二氢叶
41、酸还原酶活性，使二氢叶酸不能还原为四氢叶酸，嘌呤核苷酸和dTMP的合成受阻，DNA合成障碍，从而抑制了嘌呤和嘧啶核苷酸的合成，故能干扰蛋白质的合成。临床用于治疗儿童急性白血病和绒毛膜上皮癌。,嘌啶核苷酸与嘧啶核苷酸合成的比较,相同点,1. 合成原料基本相同,嘌啶核苷酸,嘧啶核苷酸,2. 合成部位对高等动物来说,主要在肝脏,3. 都有2种合成途径(从头和补救途径),4. 都是先合成一个与之有关的核苷酸,然后在此基础上进一步合成核苷酸,不同点,1. 在5-P -R基础上合成嘌呤环,2. 最先合成的核苷酸是 IMP,3. 在IMP基础上完成AMP和GMP的合成,1. 先合成嘧啶环再与 5-P-R结合
42、,2. 先合成UMP,3. 以UMP为基础, 完成CTP, dTMP的合成,总结,5-P-R,PRPP,IMP,dAMP,GMP,dGMP,AMP,dADP,GDP,dGDP,ADP,dATP,GTP,dGTP,ATP,UMP,CMP,dUMP,UDP,CDP,dUDP,UTP,CTP,dUTP,dTMP,dCMP,dTDP,dCDP,dTTP,dCTP,CO2+Gln,H2N-CO-P,OMP,核苷酸的从头合成过程总结,dCMP,病例讨论 患者男性，40岁。两年来因全身关节疼痛伴低烧，多次到医院就诊，均被诊断为“风湿性关节炎”。经抗风湿和激素治疗后，疼痛症状稍有好转。两个月前，因疼痛加重，抗风湿治疗效果不明显再次来就诊。 查体：体温37.5 C，双足第一趾关节红肿，有压痛、双踝关节肿胀，局部皮肤有脱屑和瘙痒现象，双侧耳垂可触及绿豆大的结节数个。 实验室检查：白细胞9.5 109/L，血沉67mm/h。问题讨论：该患者的可能诊断是什么？如何进一步确诊？用什么药物治疗？治疗机制是什么？,Thank You,
