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  • 甲酰胺咪唑核苷酸

    甲酰胺咪唑核苷酸。生物化学术语,可分解。

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    甲酰胺咪唑核苷酸/甲酰胺咪唑核苷酸 编辑

    5-氨基-4-氨甲酰咪唑核苷产生菌AIC-90菌种选育研究
    ScreeningofAnAICAR-ProducingStrainAIC-90

    <<氨基酸和生物资源>>2002年第24卷第04期
    作者:施庆珊,李良秋,林小平,许虹,邱玉棠,

    期刊-核心期刊ISSN:1006-8376(2002)04-0043-03
    已肌苷产生菌枯草杆菌GMI-741(Ade-)为出发菌株,通过多因子诱变选育出具有非精确嘌呤缺陷型、丧失腺嘌呤脱氨酶的AICAR(5-氨基-4-氨甲酰咪唑核苷)产生菌AIC-90,该菌株摇瓶发酵72h产AICAR可达20.3g/L以上.
    关键词:枯草杆菌,AICAR,菌种选育,发酵条件,

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    生化笔记--沈同(适用第2版及第3版)第十一章核酸的降解和核苷酸代谢
    2005-3-714:31:58考研共济网点击浏览:1589次

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    第十一章核酸的降解和核苷酸代谢
    核酸的生物功能DNA、RNA
    核苷酸的生物功能
    ①合成核酸
    ②是多种生物合成的活性中间物
    糖原合成,UDP-Glc。磷脂合成,CDP-乙醇胺,CDP-二脂酰甘油
    ③生物能量的载体ATP、GTP
    ④腺苷酸是三种重要辅酶的组分
    NAD、FAD、CoA
    ⑤信号分子cAMP、cGMP
    食物中的核酸,经肠道酶系降解成各种核苷酸,再在相关酶作用下,分解产生嘌呤、嘧啶、核糖、脱氧核糖和磷酸,然后被吸收。
    吸收到体内的嘌呤和嘧啶,大部分被分解,少部分可再利用,合成核苷酸。
    人和动物所需的核酸无须直接依赖于食物,只要食物中有足够的磷酸盐,、糖和蛋白质,核酸就能在体内正常合成。
    核酸的分解代谢:
    第一节核酸和核苷酸的分解代谢
    一、核酸的酶促降解
    核酸是核苷酸以3’、5’-磷酸二酯键连成的高聚物,核酸分解代谢的第一步就是分解为核苷酸,作用于磷酸二酯键的酶称核酸酶(实质是磷酸二脂酶)。
    根据对底物的专一性可分为:核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、非特异性核酸酶。
    根据酶的作用方式分:内切酶、外切酶。
    1、核糖核酸酶
    只水解RNA磷酸二酯键的酶(RNase),不同的RNase专一性不同。
    胰核糖核酸酶(RNaseI),作用位点是嘧啶核苷-3’-磷酸与其它核苷酸间的连接键。
    核糖核酸酶T1(RNaseT1),作用位点是3’-鸟苷酸与其它核苷酸的5’-OH间的键。

    2、脱氧核糖核酸酶
    只能水解DNA磷酸二酯键的酶。DNase牛胰脱氧核糖核酸酶(DNaseI)可切割双链和单链DNA。产物是以5’-磷酸为末端的寡核苷酸。
    牛胰脱氧核糖核酸酶(DNaseⅠ),降解产物为3’-磷酸为末端的寡核苷酸。
    限制性核酸内切酶:细菌体内能识别并水解外源双源DNA的核酸内切酶,产生3ˊ-OH和5ˊ-P。

    PstⅠ切割后,形成3ˊ-OH单链粘性末端。
    EcoRⅠ切割后,形成5ˊ-P单链粘性末端。
    3、非特异性核酸酶
    既可水解RNA,又可水解DNA磷酸二酯键的核酸酶。
    小球菌核酸酶是内切酶,可作用于RNA或变性的DNA,产生3’-核苷酸或寡核苷酸。
    蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二脂酶属于外切酶。
    蛇毒磷酸二酯酶能从RNA或DNA链的游离的3’-OH逐个水解,生成5’-核苷酸。
    牛脾磷酸二脂酶从游离的5’-OH开始逐个水解,生成3’核苷酸。
    二、核苷酸的降解
    1、核苷酸酶(磷酸单脂酶)
    水解核苷酸,产生核苷和磷酸。
    非特异性磷酸单酯酶:不论磷酸基在戊糖的2’、3’、5’,都能水解下来。
    特异性磷酸单酯酶:只能水解3’核苷酸或5’核苷酸(3’核苷酸酶、5’核苷酸酶)
    2、核苷酶
    两种:
    ①核苷磷酸化酶:广泛存在,反应可逆。


    ②核苷水解酶:主要存在于植物、微生物中,只水解核糖核苷,不可逆


    三、嘌呤碱的分解
    P301图18-2嘌呤碱的分解
    首先在各种脱氨酶的作用下水解脱氨,脱氨反应可发生在嘌呤碱、核苷及核苷酸水平上。

    P299反应式

    不同种类的生物分解嘌呤碱的能力不同,因此,终产物也不同。
    排尿酸动物:灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类
    排尿囊素动物:哺乳动物(灵长类除外)、腹足类
    排尿囊酸动物:硬骨鱼类
    排尿素动物:大多数鱼类、两栖类
    某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和CO2排出。
    植物分解嘌呤的途径与动物相似,产生各种中间产物(尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3)。
    微生物分解嘌呤类物质,生成NH3、CO2及有机酸(甲酸、乙酸、乳酸、等)。
    四、嘧啶碱的分解
    P302图18-3嘧啶碱的分解

    人和某些动物体内脱氨基过程有的发生在核苷或核苷酸上。脱下的NH3可进一步转化成尿素排出。

    第二节嘌呤核苷酸的合成
    一、从头合成
    由5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸(5’-PRPP)开始,先合成次黄嘌呤核苷酸,然后由次黄嘌呤核苷酸(IMP)转化为腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸。
    嘌呤环合成的前体:CO2、甲酸盐、Gln、Asp、Gly

    P303图18-4嘌呤环的元素来源及掺入顺序
    A.Gln提供-NH2:N9
    B.Gly:C4、C5、N7
    C.5.10-甲川FHFA:C8
    D.Gln提供-NH2:N3
    闭环
    ECO2:C6
    F.Asp提供-NH2:N1
    G10-甲酰THFA:C2

    1、次黄嘌呤核苷酸的合成(IMP)P306图18-5


    (1)、磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶(转氨)
    5-磷酸核糖焦磷酸+Gln→5-磷酸核糖胺+Glu+ppi
    使原来α-构型的核糖转化成β构型
    (2)、甘氨酰胺核苷酸合成酶
    5-磷酸核糖胺+Gly+ATP→甘氨酰胺核苷酸+ADP+Pi
    (3)、甘氨酰胺核苷酸转甲酰基酶
    甘氨酰胺核苷酸+N5N10-甲川FH4+H2O→甲酰甘氨酰胺核苷酸+FH4
    甲川基可由甲酸或氨基酸供给。
    (4)、甲酰甘氨脒核苷酸合成酶
    甲酰甘氨酰胺核苷酸+Gln+ATP+H2O→甲酰甘氨脒核苷酸+Glu+ADP+pi
    此步反应受重氮丝氨酸和6-重氮-5-氧-正亮氨酸不可逆抑制,这两种抗菌素与Gln有类似结构。
    P304结构式:重氮丝氨酸、6-重氮-5-氧-正亮氨酸
    (5)、氨基咪唑核苷酸合成酶
    甲酰甘氨脒核苷酸+ATP→5-氨基咪唑核苷酸+ADP+Pi


    (1)~(5)第一阶段,合成第一个环(6)、氨基咪唑核苷酸羧化酶
    5-氨基咪唑核苷酸+CO2→5-氨基咪唑-4羧酸核苷酸
    (7)、氨基咪唑琥珀基甲酰核苷酸合成酶
    5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸+Asp+ATP→5-氨基咪唑4-(N-琥珀基)氨甲酰核苷酸
    (8)、腺苷酸琥珀酸裂解酶
    5-氨基咪唑-4-(N-琥珀基)氨甲酰核苷酸→5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+延胡索酸
    (9)、氨基咪唑氨甲酰核苷酸转甲酰基酶
    5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+N10-甲酰FH4→5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+FH4
    (10)、次黄嘌呤核苷酸环水解酶
    5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸→次黄嘌呤核苷酸+H2O
    总反应式:
    5-磷酸核糖+CO2+甲川THFA+甲酰THFA+2Gln+Gly+Asp+5ATP→
    IMP+2THFA+2Glu+延胡索酸+4ADP+1AMP+4Pi+PPi
    2、腺嘌呤核苷酸的合成(AMP)P306图18-5
    从头合成:CO2、2个甲酸盐、2个Gln、1个Gly、(1+1)个Asp、(6+1)个ATP,产生2个Glu、(1+1)个延胡索酸。

    Asp的结构类似物羽田杀菌素,可强烈抑制腺苷酸琥珀酸合成酶的活性,阻止AMP生成。
    羽田杀菌素:N-羟基-N-甲酰-Gly(P307)
    3、鸟嘌呤核苷酸的合成(P307结构式)

     

    4、AMP、GMP生物合成的调节P309图18-6
    5-磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶是关键酶,可被终产物AMP、GMP反馈抑制。
    AMP过量可反馈抑制自身的合成。
    GMP过量可反馈抑制自身的合成。
    5、药物对嘌呤核苷酸合成的影响
    筛选抗肿瘤药物,肿瘤细胞核酸合成速度快,药物能抑制。
    ①羽田杀菌素
    与Asp竞争腺苷酸琥珀酸合成酶,阻止次黄嘌呤核苷酸转化成AMP。
    ②重氮乙酰丝氨酸、6-重氮-5-氧正亮氨酸,是Gln的结构类似物,抑制Gln参与的反应。
    ③氨基蝶呤、氨甲蝶呤
    结构P314

    叶酸的结构类似物,能与二氢叶酸还原酶发生不可逆结合,阻止FH4的生成,从而抑制FH4参与的各种一碳单位转移反应。
    二、补救途径
    利用已有的碱基和核苷合成核苷酸
    1、磷酸核糖转移酶途径(重要途径)
    嘌呤碱和5-PRPP在特异的磷酸核糖转移酶的作用下生成嘌呤核苷酸
    2、核苷激酶途径(但在生物体内只发现有腺苷激酶
    腺嘌呤在核苷磷酸化酶作用下转化为腺嘌呤核苷,后者在核苷磷酸激酶的作用下与ATP反应,生成腺嘌呤核苷酸。
    嘌呤核苷酸的从头合成与补救途径之间存在平衡。Lesch-Nyan综合症就是由于次黄嘌呤:鸟嘌呤磷酸核糖转移酶缺陷,AMP合成增加,大量积累尿酸,肾结石和痛风。

    第三节嘧啶核苷酸的合成
    一、从头合成
    与嘌呤核苷酸合成不同,在合成嘧啶核苷酸时,首先合成嘧啶环,再与磷酸核糖结合,生成尿嘧啶核苷酸,最后由尿嘧啶核苷酸转化为胞嘧啶核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸。
    合成前体:氨甲酰磷酸、Asp(P309图18-7嘧啶环的元素来源)
    1、尿嘧啶核苷酸的合成P310图18-8
    氨甲酰磷酸的合成


    (1)天冬氨酸转氨甲酰酶


    (2)二氢乳清酸酶


    (3)二氢乳清酸脱氢酶(辅基:FAD、FMN)


    (4)乳清苷酸焦磷酸化酶


    (5)乳清苷酸脱羧酶


    2、胞嘧啶核苷酸的合成
    尿嘧啶核苷三磷酸可直接与NH3(细菌)或Gln(植物)反应,生成胞嘧啶核苷三磷酸。

     


    3、嘧啶核苷酸生物合成的调节(大肠杆菌)
    P311图18-9大肠杆菌嘧啶核苷酸生物合成的调节

    氨甲酰磷酸合成酶:受UMP反馈抑制
    天冬氨酸转氨甲酰酶:受CTP反馈抑制
    CTP合成酶:受CTP反馈抑制
    4、药物对嘧啶核苷酸合成的影响
    有多种嘧啶类似物可抑制嘧啶核苷酸的合成。
    5-氟尿嘧啶抑制胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成。
    5-氟尿嘧啶在人体内转变成相应的核苷酸,再转变成脱氧核苷酸,可抑制脱氧胸腺嘧啶核酸合成酶,干扰尿嘧啶脱氧核苷酸经甲基化生成脱氧胸苷的过程,DNA合成受阻。
    二、补救途径
    (1)嘧啶核苷激酶途径(重要途径)
    嘧啶碱与1-磷酸核糖生成嘧啶核苷,然后由尿苷激酶催化尿苷和胞苷形成UMP和CMP。

     

    (2)磷酸核糖转移酶途径(胞嘧啶不行)


    第四节脱氧核苷酸的合成
    脱氧核糖核苷酸是由相应的核糖核苷酸衍生而来的。
    (1)腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶核糖核苷酸经还原,将核糖第二位碳原子的氧脱去,即成为相应的脱氧核糖核苷酸。
    (2)胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸:先由尿嘧啶核糖核苷酸还原形成尿嘧啶脱氧核糖核苷酸,然后尿嘧啶再经甲基化转变成胸腺嘧啶。
    一、核糖核苷酸的还原
    ADP、GDP、CDP、UDP均可分别被还原成相应的脱氧核糖核苷酸:dADP、dGDP、dCDP、dUDP等,其中dUDP甲基化,生成dTDP。
    还原反应一般在核苷二磷酸(NDP)水平上进行,ATP、dATP、dTTP、dGTP是还原酶的变构效应物,个别微生物(赖氏乳菌杆菌)在核苷三磷酸水平上还原(NTP)。
    1、核苷酸还原酶系P312图示
    由硫氧还蛋白、硫氧还蛋白还原酶和核苷酸还原酶(B1、B2)三部分组成。
    B1、B2亚基结合后,才具有催化活性。
    B1上的巯基和B2上的酪氨酸残基是活性中心的催化基因。
    另外核苷酸还原酶所需的还原当量还可来自谷胱甘肽。

    ①硫氧还蛋白-SH
    ②硫氧还蛋白还原酶、辅酶FAD
    ③谷胱甘肽氧还蛋白(酶)
    ④谷胱甘肽还原酶-SH
    ⑤核苷酸还原酶(RR)-SH
    2、核苷酸还原酶结构模型及催化机理
    (1)、结构模型

    B1亚基上有两个调节部位,一个影响整个酶的活性(一级调节部位),另一个调节对底物的专一性(底物结合部位)
    一级调节部位:ATP是生物合成的信号分子,而dATP是核苷酸被还原的信号。
    底物调节部位:.①与ATP结合,可促进嘧啶类的UDP、CDP还原成dUDP、dCDP;②与dTTP或dGTP结合,可促使GDP(ADP)还原成dGDP(dADP)
    (2)、催化机理自由基催化转换模型。
    3、脱氧核苷酸的补救(脱氧核苷激酶途径)
    脱氧核苷酸也能利用已有的碱基或核苷进行合成(补救途径),但只有脱氧核苷激酶途径,不存在类似的磷酸核糖转移酶途径


    二、胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成
    由尿嘧啶脱氧核苷酸(dUMP)经甲基化生成。
    Ser提供甲基,NADPH提供还原当量。

     

    四氢叶酸是一碳的载体,参与嘌呤核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成。
    氨基嘌呤、氨甲蝶呤是叶酸的类似物,能与二氢叶酸还原酶不可逆结合,阻止FH4的生成,从而抑制FH4参与的一碳单位的转移。可用于抗肿瘤。
    三、核苷酸合成总结P314图18-10
    第五节辅酶核苷酸的生物合成
    NAD、NADP、FMN、FAD、CoA
    一、烟酰胺核苷酸的合成(NAD、NADP)
    NAD、NADP是脱氢辅酶,在生物氧化还原系统中传递氢。
    合成途径:
    (1)烟酸单核苷酸焦磷酸化酶
    (2)脱酰胺-NAD焦磷酸化酶
    (3)NAD合成酶

    NADP的合成:NAD激酶催化NAD与ATP反应,使NAD的腺苷酸残基的核糖2’-OH磷酸化,生成NADP。
    二、黄素核苷酸的合成(FMN、FAD)

    三、辅酶A的合成
    CoA-SHP317图18-11

    前体:腺苷酸、泛酸、巯基乙胺、磷酸
    途径:(1)泛酸激酶
    (2)磷酸泛酰半胱氨酸合成酶
    (3)磷酸泛酰半胱氨酸脱羧酶
    (4)脱磷酸辅酶A焦磷酸化酶
    (5)脱磷酸辅酶A激酶

    代谢途径的相互联系P420图22-1

    相关网站/甲酰胺咪唑核苷酸 编辑

    http://medi.kaoyantj.com/yixuekaoyanbiji/2005/03/07/34C5703713569F75.html

     

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