分子生物学课程教学讲义朱玉贤(7)

一、核苷酸的合成与代谢核苷酸是DNA和RNA的前体是细胞内化学能流通领域中的载体（ATP， GTP）,是NAD、FAD、S-adenosylmethionine及 Coenzyme A等的重要成份。在糖代谢中也有重要作用，如生成UDPG和 CDP-diacylglycerol等。cAMP, cGMP还是第二信使。 1、De Novo嘌呤核苷酸的生物合成始于PRPP （Phosphoribosyl 1-pyrophosphate）这一途径的第一步是由谷氨酰胺捐献一个氨基到PRPP的C-1位上，生成5-phosphoribosylamine。其次，把甘氨酸中的三个基团加到PRA上。第三，由N10-甲基四氢叶酸提供一个甲基。第四，谷氨酰胺提供另一个N。第五，脱水环化形成咪唑环。第六，羧基化第七，通过分子重排将羧基从咪唑第4碳的环外氨基上转移到第5位碳原子上。第八-九，由天门冬酰胺把另一个氨基加到第5位碳原子上。第十，再由N10-甲基四氢叶酸提供一个甲基。第十一，脱水环化，形成嘌呤IMP。参与合成AMP的是①腺苷琥珀酸合成酶和②腺苷琥珀酸裂解酶。参与合成GMP的是③IMP脱氢酶和④XMP-谷氨酰胺酰胺转移酶。 2. 嘌呤核苷酸合成中的反馈调节 3．嘧啶核苷酸是由天门冬酰胺、 PRPP和氨基甲酰磷酸等共同形成的嘧啶从头合成途径不同于嘌呤的合成，6-原子嘧啶环首先被合成，然后才与核糖-5-磷酸相连。这个反应需要氨基甲酰磷酸（Carbamoyl phosphate）。 4．核苷单磷酸转化为核苷三磷酸反应生成的ADP可通过糖酵解酶或氧化磷酸化途径被进一步磷酸化。 ATP能够把磷酸基团加到其它所有核苷单磷酸上生成核苷三磷酸。核苷二磷酸可通过一个公用的核苷二磷酸激酶被进一步磷酸化生成核苷三磷酸。 5．核糖核苷酸（ribonucleotides）是脱氧核糖核苷酸（Deoxyribonucleotides）的前体。所有dNTP都直接来自于NTP（其实是NDP）。这个反应很特殊，因为核糖上的还原反应发生于一个没有活化的碳原子上。催化该反应的酶是核糖核苷酸还原酶。大肠杆菌核苷酸还原酶有两大特征，它的生物学活性和底物特异性同时受效应子（effector molecules）的影响。每个R1亚基上都有两个调节位点，当影响整体酶活性的那个位点与ATP相结合时，酶活性增加；而当它与dATP结合时，酶活性消失。第二个调节位点控制了底物特异性。当dATP与该位点相结合时，UDP和CDP的还原反应优先进行。当dTTP与该位点相结合时，GDP的还原反应优先进行。核糖核苷酸还原反应的主要过程 1. 还原酶R2亚基处于氧化态-X˙，向核糖3'位碳原子上的H发起攻击，生成3'位自由基。 2. R1亚基上的-SH基团为2'-OH提供一个H原子，使之生成-OH2基团。 3. 脱水后，3'位自由基帮助维持2'位O+基团。 4. R1亚基上的另一个-SH基团为2'-CH+提供一个H原子 5. 2'上的C˙-OH向R2亚基上的X-H发起攻击。 6. 2'上的C-OH失去氧原子，生成dNDP。其中，dTMP（thymidylate）来自于dCDP和dUMP，其直接前体是dUMP，由胸苷酸合酶（thymidylate synthase）将dUMP转化为dTMP；反应中的甲基来自于N5，N10-Methylene-tetrahydrofolate。 7、嘌呤和嘧啶降解后分别生成Uric Acid和Urea。嘌呤核苷酸降解第一步是在5'-核苷酸酶（5'-nucleotidase）的作用下消去磷酸基团，由Adenosine-monophosphate变成Adenosine，或从GMP变成Guanosine。二、在Adenosine deaminase的作用下生成Inosine；三、在nucleosidase的作用下生成Hypoxanthine或由Guanosine生成Guanine；四、在Xanthine oxidase或Guanine deaminase作用下生成Xanthine；五、在Xanthine oxidase的作用下生成Uric acid。嘌呤代谢突变会引起重要疾病。如人体内缺失adenosine deaminase，会引发严重的免疫缺失性疾病，因为此时T-淋巴和B-淋巴细胞不能正常发育。AD缺失后，细胞内dATP的含量将高达正常细胞中的100倍，而过量的dATP则抑制了其余dNTP在T-淋巴细胞中的合成。许多化疗（chemotherapy）药剂都针对核苷酸合成途径。如Azaserine和Acivicin都是Glutamine类似物，被用于阻断核苷酸的生物合成。胸苷合成中的主要抑制剂有fluorouracil（氟脲）、methotrexate（氨甲基叶酸）和aminopterin（氨喋呤）。氟脲本身不是thymidylate synthase 抑制剂，但它在细胞中被转化为FdUMP以后，就能直接与TS相结合并使之失活。氨甲基叶酸和氨喋呤都是dihydrofolate reductase的抑制剂，氨甲基叶酸与该酶的亲和力比底物dihydrofolate高100倍。二、氨基酸代谢按所占的质量比例计算，N在生物体内的重要性排在CHO之后，列第4位。大量N元素都是有机氮，被结合于氨基酸或核苷酸分子中。地球上的动植物共含氮约1.5×1010t，而每年通过硝化细菌以气态氮的形式释放到大气中的氮就有2×108—5×108t。全世界氮肥厂每年生产的化肥仅含氮约108t，所以，如果没有生物固氮，生命很快就不复存在了。 1. 铵通过谷氨酸→谷氨酰胺被结合到有机物质中。主要有两步反应： ⑴Glutamate+ATP→γ-glutamylphosphate+ADP ⑵γ-Glutamyl phosphate+NH4+→glutamine+Pi+H+ 总结： Glutamyl+NH4++ATP→glutamine+ ADP+Pi+H+ 因此，谷氨酰胺合成酶是氮代谢中的主要调控位点。在大肠杆菌中，GS由12个相同的亚基（50kDa）聚合而成，其活性既通过构象变化，也能通过共价修饰的方式得到调节。Alanine，Glycine和其它至少6种gln代谢产物都是GS活性的变构抑制剂，每个抑制剂都只有部分抑制作用。除变构抑制之外，GS活性还受共价修饰调节。当第397位酪氨酸被腺苷化后（加上AMP），该酶更容易受变构抑制剂的反馈调节。 2.氨基酸的生物合成高等动物不能合成大约一半氨基酸，只能从食物中直接获取这些必需氨基酸（Essential）。表18-1 人体必需氨基酸(*.哺乳期至幼儿期必需) 表22-1 氨基酸合成的六条主要途径 3.氨基酸脱羧基化后生成有机胺。许多重要的神经递质都是胺或其次生代谢产物。Tyrosine降解产物有dopamine（多巴胺），epinephrine（肾上腺素），norepinephrine，统称为Catecholamines（儿茶酚胺）。 4.精氨酸降解产生NO˙(Nitric Oxide)。本世纪80年代，科学家发现NO是人体内重要的信号分子，它参与神经传递、凝血和血压调控等一系列生理反应。虽然它是气体，极易扩散，但由于它十分活跃，其扩散半径一般只有1mm。三、氨基酸及功能蛋白质合成后的修饰 1.蛋白质刚刚被合成时，都以fMet（原核）或Met（真核）开始，多肽合成后，N端的formyl group、Met残基，有时还包括N揣多个残基或C端的残基都会被切除。50%的真核蛋白中，N-端残基的氨基酸会被N-乙基化。 (责任编辑：泉水)

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