王镜岩生物化学笔记 考研复习必备(23)
本站小编 免费考研网/2016-08-07
3.在人体内嘌呤的分解主要在肝脏、小肠及肾脏中进行。正常人血浆中尿酸的含量为20~60mg/L,超过80 mg/L时,尿酸盐晶体沉积于关节、软组织、软骨及肾而导致关节炎、尿路结石和肾病,称痛风症。治疗痛风的常用药物是别嘌呤醇,与次黄嘌呤结构非常类似,在细胞内被转换为别黄嘌呤,是黄嘌呤脱氢酶的一个很强的抑制剂,可防止非正常的高水平的尿酸的形成。
三、嘧啶碱的分解
1.有氨基的嘧啶先水解脱氨,如胞嘧啶脱氨生成尿嘧啶。在人和某些动物体内其脱氨过程也可能在核苷或核苷酸水平进行。先是5'- 核苷酸酶水解三种嘧啶核苷酸生成相应的核苷和磷酸,然后,胞苷经胞苷脱氨酶催化脱氨形成尿苷。尿苷和胸苷经磷酸化酶磷酸解分别生成尿嘧啶和核糖-1-磷酸以及胸腺嘧啶和脱氧核糖-1-磷酸。
2.嘧啶降解产物易溶于水,有氨、碳酸、β-丙氨酸或β-氨基异丁酸。进一步降解生成乙酰C0A和琥珀酰C0A。
胞嘧啶→尿嘧啶→二氢尿嘧啶→β-脲基丙酸→β-丙氨酸→乙酰C0A→TCA
胸腺嘧啶→二氢胸腺嘧啶→β-脲基异丁酸→β-氨基异丁酸→琥珀酰C0A→TCA
3.在哺乳动物中,嘧啶的降解主要在肝脏进行。
第二节 核苷酸的生物合成
一、合成的基本途径
1.有从头合成和补救合成两条基本途径。从头合成是由简单的前体分子(如氨基酸、CO2、NH3、戊糖磷酸)经过较复杂的酶促反应逐步合成核苷酸,是主要途径。补救合成是利用体内游离的碱基或核苷合成核苷酸,是省能的、简单的反应过程,消耗的ATP少,节省一些氨基酸的消耗。
2.肝组织主要进行从头合成,而脑、骨髓、红细胞等只能进行补救合成。新生及年轻组织的内源性核苷酸从头合成比例大;而衰老组织及肝功能降低时,补救合成比例增大。
二、嘌呤核苷酸的合成
(一)从头合成
1.原料和部位
用同位素标记示综实验,证明生物体内能利用二氧化碳、甲酸盐、谷氨酰胺、天冬氨酸和甘氨酸作为合成嘌呤环的前体。嘌呤环的N-1来自天冬氨酸的氨基;N-3、N-9来自谷氨酰胺的酰胺基;C-2、C-8的来自甲酸盐;C-6来自CO2;C-4、C-5、N-7来自甘氨酸。
从头合成的器官主要有肝脏、小肠粘膜及胸腺,在胞液中进行
2.反应过程
嘌呤核苷酸合成的起始物是核糖-5-磷酸(来自戊糖磷酸途径),PRPP合成酶催化ATP的焦磷酸基团转移到核糖-5-磷酸的C-1,形成PRPP。从头合成的最初产物是次黄嘌呤核苷酸(IMP),其他各种嘌呤核苷酸都是IMP衍生而来。
(1)次黄嘌呤核苷酸的合成
由PRPP到IMP的合成过程有十步反应,全过程含酰胺键合成、脱水环化、酰基化、氨基化和裂解几个类型的反应:
第一阶段第5步反应形成咪唑五元环。先是PRPP转酰胺酶(关键酶)催化PRPP脱去焦磷酸并结合来自谷氨酰胺的氨基,生成5-磷酸核糖胺(PRA)。然后由甘氨酰胺核苷酸合成酶、甘氨酰胺核苷酸转甲酰基酶、甲酰甘氨脒核苷酸合成酶、氨基脒唑核苷酸合成酶依次将甘氨酸、一碳单位等基团连接上去形成5-氨基咪唑核苷酸(AIR)。
第二阶段的第10步反应形成嘧啶六元环。涉及的酶有氨基脒唑核苷酸羧化酶、氨基脒唑琥珀基氨甲酰核苷酸合成酶、腺苷酸基琥珀酸裂解酶、氨基脒唑氨甲酰核苷酸转甲酰基酶、IMP环化水解酶。
(2)AMP和GMP是IMP的衍生物
由IMP合成AMP的两步反应类似于IMP合成中的第(7)、(8)步反应。腺苷酸基琥珀酸合成酶与腺苷酸基琥珀酸裂解酶催化,消耗GTP,反应是可逆的。
IMP转换成GMP在IMP脱氢酶和GMP合成酶催化下完成,先氧化成XMP,再以谷氨酰胺上的酰胺基取代XMP中C-2上的氧,消耗ATP,反应是不可逆的。
(二)从头合成的调节和抗代谢物
1.调节位点:有3处。PRPP合成酶受AMP和GMP等的反馈抑制;谷氨酰胺-PRPP转酰胺酶是最主要的调控部位,它受到AMP和GMP等的变构抑制;由IMP转变成AMP或GMP时也受它们的反馈抑制。
2.抗代谢物
抗代谢物是一些与嘌呤、氨基酸或叶酸等结构类似的物质。它们主要以竞争性抑制等方式干扰或阻断嘌呤或嘧啶核苷酸的合成,进而阻止核酸及蛋白质的合成。肿瘤细胞的核酸及蛋白质合成十分旺盛,抗代谢物具有抗肿瘤作用。
嘌呤类似物有6-巯基嘌呤(6-MP)等,对急性白血病疗效显著。它竞争性抑制补救合成途径中的HGPRT活性,阻止了补救合成途径;而6-MP在体内经酶催化生成巯基嘌呤核苷酸,可阻断IMP转变成AMP及GMP,抑制核酸的合成。
氨基酸类似物有重氮丝氨酸及6-重氮-5-氧正亮氨酸等。它们的结构与谷氨酰胺相似,可干扰谷氨酰胺在嘌呤核苷酸合成中的作用。
(三)补救合成
外源的或降解产生的碱基和核苷,可被生物体重新利用。在哺乳动物的某些组织及微生物中广泛存在多种磷酸核糖转移酶,催化嘌呤碱和PRPP合成嘌呤核苷酸。腺嘌呤磷酸核糖转移酶催化腺嘌呤与PRPP形成AMP和PPi(PPi水解,使得反应不可逆)。次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT)催化次黄嘌呤转变为IMP或鸟嘌呤转变为GMP,同时生成PPi(此酶的特性使低浓度的PRPP条件下,补救合成比从头合成优先发生)。
1964年,Lesch-Nyhan描述了一种严重的代谢病,其特征是智力迟钝,痉挛,表现出强制性的自残行为,甚至自毁容貌,称为莱-纳综合症或自毁容貌症。该病限于男性,是X染色体上HGPRT酶基因缺陷引起,缺乏HGPRT酶的细胞含高浓度的PRPP,从头合成的速率大大增加,过量的IMP降解的尿酸达到正常的6倍,体内过量的尿酸引起该症。
三、嘧啶核苷酸的合成
(一)从头合成
1. 原料和部位
嘧啶环的原料来自谷氨酰胺、天冬氨酸及CO2。主要在肝脏胞液中进行。
2. 合成过程
与嘌呤核苷酸从头合成不同的是先合成嘧啶环,再与PRPP反应形成最初产物尿嘧啶核苷酸(UMP),涉及6步反应。
(1)UMP的合成
氨甲酰磷酸合成酶(CPS-Ⅱ)催化谷氨酰胺、HCO3-和ATP生成氨甲酰磷酸(在真核生物中,有两种氨甲酰磷酸合成酶,线粒体中的是CPS-I,是首先发现的,生成的氨甲酰磷酸用于合成尿素;胞液中的CPS-Ⅱ,催化嘧啶合成的第一步关键反应)。
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