甲醯胺咪唑核苷酸
5-氨基-4-氨甲醯咪唑核苷產生菌AIC-90菌種選育研究
ScreeningofAnAICAR-ProducingStrainAIC-90
<<胺基酸和生物資源>>2002年第24卷第04期
作者:施慶珊,李良秋,林小平,許虹,邱玉棠,
期刊-核心期刊ISSN:1006-8376(2002)04-0043-03
已肌苷產生菌枯草桿菌GMI-741(Ade-)為出發菌株,通過多因子誘變選育出具有非精確嘌呤缺陷型、喪失腺嘌呤脫氨酶的AICAR(5-氨基-4-氨甲醯咪唑核苷)產生菌AIC-90,該菌株搖瓶發酵72h產AICAR可達20.3g/L以上.
關鍵字:枯草桿菌,AICAR,菌種選育,發酵條件,
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生化筆記--沈同（適用第2版及第3版）第十一章核酸的降解和核苷酸代謝
2005-3-714:31:58考研共濟網點擊瀏覽：1589次
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第十一章核酸的降解和核苷酸代謝
核酸的生物功能DNA、RNA
核苷酸的生物功能
①合成核酸
②是多種生物合成的活性中間物
糖原合成，UDP-Glc。磷脂合成，CDP-乙醇胺，CDP-二脂醯甘油。
③生物能量的載體ATP、GTP
④腺苷酸是三種重要輔酶的組分
NAD、FAD、CoA
⑤信號分子cAMP、cGMP
食物中的核酸，經腸道酶系降解成各種核苷酸，再在相關酶作用下，分解產生嘌呤、嘧啶、核糖、脫氧核糖和磷酸，然後被吸收。
吸收到體內的嘌呤和嘧啶，大部分被分解，少部分可再利用，合成核苷酸。
人和動物所需的核酸無須直接依賴於食物，只要食物中有足夠的磷酸鹽，、糖和蛋白質，核酸就能在體內正常合成。
核酸的分解代謝：
第一節核酸和核苷酸的分解代謝
一、核酸的酶促降解
核酸是核苷酸以3’、5’-磷酸二酯鍵連成的高聚物，核酸分解代謝的第一步就是分解為核苷酸，作用於磷酸二酯鍵的酶稱核酸酶（實質是磷酸二脂酶）。
根據對底物的專一性可分為：核糖核酸酶、脫氧核糖核酸酶、非特異性核酸酶。
根據酶的作用方式分：內切酶、外切酶。
1、核糖核酸酶
只水解RNA磷酸二酯鍵的酶（RNase），不同的RNase專一性不同。
牛胰核糖核酸酶（RNaseI），作用位點是嘧啶核苷-3’-磷酸與其它核苷酸間的連線鍵。
核糖核酸酶T1（RNaseT1），作用位點是3’-鳥苷酸與其它核苷酸的5’-OH間的鍵。
圖
2、脫氧核糖核酸酶
只能水解DNA磷酸二酯鍵的酶。DNase牛胰脫氧核糖核酸酶（DNaseI）可切割雙鏈和單鏈DNA。產物是以5’-磷酸為末端的寡核苷酸。
牛胰脫氧核糖核酸酶（DNaseⅠ），降解產物為3’-磷酸為末端的寡核苷酸。
限制性核酸內切酶：細菌體內能識別並水解外源雙源DNA的核酸內切酶，產生3ˊ-OH和5ˊ-P。
圖
PstⅠ切割後，形成3ˊ-OH單鏈粘性末端。
EcoRⅠ切割後，形成5ˊ-P單鏈粘性末端。
3、非特異性核酸酶
既可水解RNA，又可水解DNA磷酸二酯鍵的核酸酶。
小球菌核酸酶是內切酶，可作用於RNA或變性的DNA，產生3’-核苷酸或寡核苷酸。
蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二脂酶屬於外切酶。
蛇毒磷酸二酯酶能從RNA或DNA鏈的游離的3’-OH逐個水解，生成5’-核苷酸。
牛脾磷酸二脂酶從游離的5’-OH開始逐個水解，生成3’核苷酸。
二、核苷酸的降解
1、核苷酸酶（磷酸單脂酶）
水解核苷酸，產生核苷和磷酸。
非特異性磷酸單酯酶：不論磷酸基在戊糖的2’、3’、5’，都能水解下來。
特異性磷酸單酯酶：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
兩種：
①核苷磷酸化酶：廣泛存在，反應可逆。
②核苷水解酶：主要存在於植物、微生物中，只水解核糖核苷，不可逆
三、嘌呤鹼的分解
P301圖18-2嘌呤鹼的分解
首先在各種脫氨酶的作用下水解脫氨，脫氨反應可發生在嘌呤鹼、核苷及核苷酸水平上。
P299反應式
不同種類的生物分解嘌呤鹼的能力不同，因此，終產物也不同。
排尿酸動物：靈長類、鳥類、昆蟲、排尿酸爬蟲類
排尿囊素動物：哺乳動物（靈長類除外）、腹足類
排尿囊酸動物：硬骨魚類
排尿素動物：大多數魚類、兩棲類
某些低等動物能將尿素進一步分解成NH3和CO2排出。
植物分解嘌呤的途徑與動物相似，產生各種中間產物（尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）。
微生物分解嘌呤類物質，生成NH3、CO2及有機酸（甲酸、乙酸、乳酸、等）。
四、嘧啶鹼的分解
P302圖18-3嘧啶鹼的分解
人和某些動物體內脫氨基過程有的發生在核苷或核苷酸上。脫下的NH3可進一步轉化成尿素排出。
第二節嘌呤核苷酸的合成
一、從頭合成
由5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸（5’-PRPP）開始，先合成次黃嘌呤核苷酸，然後由次黃嘌呤核苷酸（IMP）轉化為腺嘌呤核苷酸和鳥嘌呤核苷酸。
嘌呤環合成的前體：CO2、甲酸鹽、Gln、Asp、Gly
P303圖18-4嘌呤環的元素來源及摻入順序
A.Gln提供-NH2：N9
B.Gly：C4、C5、N7
C.5.10-甲川FHFA：C8
D.Gln提供-NH2：N3
閉環
ECO2：C6
F.Asp提供-NH2：N1
G10-甲醯THFA：C2
1、次黃嘌呤核苷酸的合成（IMP）P306圖18-5
（1）、磷酸核糖焦磷酸轉醯胺酶（轉氨）
5-磷酸核糖焦磷酸+Gln→5-磷酸核糖胺+Glu+ppi
使原來α-構型的核糖轉化成β構型
（2）、甘氨醯胺核苷酸合成酶
5-磷酸核糖胺+Gly+ATP→甘氨醯胺核苷酸+ADP+Pi
（3）、甘氨醯胺核苷酸轉甲醯基酶
甘氨醯胺核苷酸+N5N10-甲川FH4+H2O→甲醯甘氨醯胺核苷酸+FH4
甲川基可由甲酸或胺基酸供給。
（4）、甲醯甘氨脒核苷酸合成酶
甲醯甘氨醯胺核苷酸+Gln+ATP+H2O→甲醯甘氨脒核苷酸+Glu+ADP+pi
此步反應受重氮絲氨酸和6-重氮-5-氧-正亮氨酸不可逆抑制，這兩種抗菌素與Gln有類似結構。
P304結構式：重氮絲氨酸、6-重氮-5-氧-正亮氨酸
（5）、氨基咪唑核苷酸合成酶
甲醯甘氨脒核苷酸+ATP→5-氨基咪唑核苷酸+ADP+Pi
（1）~（5）第一階段，合成第一個環（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）、氨基咪唑琥珀基氨甲醯核苷酸合成酶
5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸+Asp+ATP→5-氨基咪唑4-（N-琥珀基）氨甲醯核苷酸
（8）、腺苷酸琥珀酸裂解酶
5-氨基咪唑-4-（N-琥珀基）氨甲醯核苷酸→5-氨基咪唑-4-氨甲醯核苷酸+延胡索酸
（9）、氨基咪唑氨甲醯核苷酸轉甲醯基酶
5-氨基咪唑-4-氨甲醯核苷酸+N10-甲醯FH4→5-甲醯胺基咪唑-4-氨甲醯核苷酸+FH4
（10）、次黃嘌呤核苷酸環水解酶
5-甲醯胺基咪唑-4-氨甲醯核苷酸→次黃嘌呤核苷酸+H2O
總反應式：
5-磷酸核糖+CO2+甲川THFA+甲醯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圖18-5
從頭合成：CO2、2個甲酸鹽、2個Gln、1個Gly、（1+1）個Asp、（6+1）個ATP，產生2個Glu、（1+1）個延胡索酸。
Asp的結構類似物羽田殺菌素，可強烈抑制腺苷酸琥珀酸合成酶的活性，阻止AMP生成。
羽田殺菌素：N-羥基-N-甲醯-Gly（P307）
3、鳥嘌呤核苷酸的合成（P307結構式）
4、AMP、GMP生物合成的調節P309圖18-6
5-磷酸核糖焦磷酸轉醯胺酶是關鍵酶，可被終產物AMP、GMP反饋抑制。
AMP過量可反饋抑制自身的合成。
GMP過量可反饋抑制自身的合成。
5、藥物對嘌呤核苷酸合成的影響
篩選抗腫瘤藥物，腫瘤細胞核酸合成速度快，藥物能抑制。
①羽田殺菌素
與Asp競爭腺苷酸琥珀酸合成酶，阻止次黃嘌呤核苷酸轉化成AMP。
②重氮乙醯絲氨酸、6-重氮-5-氧正亮氨酸，是Gln的結構類似物，抑制Gln參與的反應。
③氨基蝶呤、氨甲蝶呤
結構P314
葉酸的結構類似物，能與二氫葉酸還原酶發生不可逆結合，阻止FH4的生成，從而抑制FH4參與的各種一碳單位轉移反應。
二、補救途徑
利用已有的鹼基和核苷合成核苷酸
1、磷酸核糖轉移酶途徑（重要途徑）
嘌呤鹼和5-PRPP在特異的磷酸核糖轉移酶的作用下生成嘌呤核苷酸
2、核苷激酶途徑（但在生物體內只發現有腺苷激酶）
腺嘌呤在核苷磷酸化酶作用下轉化為腺嘌呤核苷，後者在核苷磷酸激酶的作用下與ATP反應，生成腺嘌呤核苷酸。
嘌呤核苷酸的從頭合成與補救途徑之間存在平衡。Lesch-Nyan綜合症就是由於次黃嘌呤：鳥嘌呤磷酸核糖轉移酶缺陷，AMP合成增加，大量積累尿酸，腎結石和痛風。
第三節嘧啶核苷酸的合成
一、從頭合成
與嘌呤核苷酸合成不同，在合成嘧啶核苷酸時，首先合成嘧啶環，再與磷酸核糖結合，生成尿嘧啶核苷酸，最後由尿嘧啶核苷酸轉化為胞嘧啶核苷酸和胸腺嘧啶脫氧核苷酸。
合成前體：氨甲醯磷酸、Asp（P309圖18-7嘧啶環的元素來源）
1、尿嘧啶核苷酸的合成P310圖18-8
氨甲醯磷酸的合成
（1）天冬氨酸轉氨甲醯酶
（2）二氫乳清酸酶
（3）二氫乳清酸脫氫酶（輔基：FAD、FMN）
（4）乳清苷酸焦磷酸化酶
（5）乳清苷酸脫羧酶
2、胞嘧啶核苷酸的合成
尿嘧啶核苷三磷酸可直接與NH3（細菌）或Gln（植物）反應，生成胞嘧啶核苷三磷酸。
3、嘧啶核苷酸生物合成的調節（大腸桿菌）
P311圖18-9大腸桿菌嘧啶核苷酸生物合成的調節
氨甲醯磷酸合成酶：受UMP反饋抑制
天冬氨酸轉氨甲醯酶：受CTP反饋抑制
CTP合成酶：受CTP反饋抑制
4、藥物對嘧啶核苷酸合成的影響
有多種嘧啶類似物可抑制嘧啶核苷酸的合成。
5-氟尿嘧啶抑制胸腺嘧啶脫氧核苷酸的合成。
5-氟尿嘧啶在人體內轉變成相應的核苷酸，再轉變成脫氧核苷酸，可抑制脫氧胸腺嘧啶核酸合成酶，干擾尿嘧啶脫氧核苷酸經甲基化生成脫氧胸苷的過程，DNA合成受阻。
二、補救途徑
（1）嘧啶核苷激酶途徑（重要途徑）
嘧啶鹼與1-磷酸核糖生成嘧啶核苷，然後由尿苷激酶催化尿苷和胞苷形成UMP和CMP。
（2）磷酸核糖轉移酶途徑（胞嘧啶不行）
第四節脫氧核苷酸的合成
脫氧核糖核苷酸是由相應的核糖核苷酸衍生而來的。
（1）腺嘌呤、鳥嘌呤和胞嘧啶核糖核苷酸經還原，將核糖第二位碳原子的氧脫去，即成為相應的脫氧核糖核苷酸。
（2）胸腺嘧啶脫氧核糖核苷酸：先由尿嘧啶核糖核苷酸還原形成尿嘧啶脫氧核糖核苷酸，然後尿嘧啶再經甲基化轉變成胸腺嘧啶。
一、核糖核苷酸的還原
ADP、GDP、CDP、UDP均可分別被還原成相應的脫氧核糖核苷酸：dADP、dGDP、dCDP、dUDP等，其中dUDP甲基化，生成dTDP。
還原反應一般在核苷二磷酸（NDP）水平上進行，ATP、dATP、dTTP、dGTP是還原酶的變構效應物，個別微生物（賴氏乳菌桿菌）在核苷三磷酸水平上還原（NTP）。
1、核苷酸還原酶系P312圖示
由硫氧還蛋白、硫氧還蛋白還原酶和核苷酸還原酶（B1、B2）三部分組成。
B1、B2亞基結合後，才具有催化活性。
B1上的巰基和B2上的酪氨酸殘基是活性中心的催化基因。
另外核苷酸還原酶所需的還原當量還可來自谷胱甘肽。
圖
①硫氧還蛋白-SH
②硫氧還蛋白還原酶、輔酶FAD
③谷胱甘肽氧還蛋白（酶）
④谷胱甘肽還原酶-SH
⑤核苷酸還原酶（RR）-SH
2、核苷酸還原酶結構模型及催化機理
（1）、結構模型
圖
B1亞基上有兩個調節部位，一個影響整個酶的活性（一級調節部位），另一個調節對底物的專一性（底物結合部位）
一級調節部位：ATP是生物合成的信號分子，而dATP是核苷酸被還原的信號。
底物調節部位：.①與ATP結合，可促進嘧啶類的UDP、CDP還原成dUDP、dCDP；②與dTTP或dGTP結合，可促使GDP（ADP）還原成dGDP（dADP）
（2）、催化機理自由基催化轉換模型。
3、脫氧核苷酸的補救（脫氧核苷激酶途徑）
脫氧核苷酸也能利用已有的鹼基或核苷進行合成（補救途徑），但只有脫氧核苷激酶途徑，不存在類似的磷酸核糖轉移酶途徑
二、胸腺嘧啶脫氧核苷酸的合成
由尿嘧啶脫氧核苷酸（dUMP）經甲基化生成。
Ser提供甲基，NADPH提供還原當量。
四氫葉酸是一碳的載體，參與嘌呤核苷酸和胸腺嘧啶脫氧核苷酸的合成。
氨基嘌呤、氨甲蝶呤是葉酸的類似物，能與二氫葉酸還原酶不可逆結合，阻止FH4的生成，從而抑制FH4參與的一碳單位的轉移。可用於抗腫瘤。
三、核苷酸合成總結P314圖18-10
第五節輔酶核苷酸的生物合成
NAD、NADP、FMN、FAD、CoA
一、煙醯胺核苷酸的合成（NAD、NADP）
NAD、NADP是脫氫輔酶，在生物氧化還原系統中傳遞氫。
合成途徑：
（1）煙酸單核苷酸焦磷酸化酶
（2）脫醯胺-NAD焦磷酸化酶
（3）NAD合成酶
圖
NADP的合成：NAD激酶催化NAD與ATP反應，使NAD的腺苷酸殘基的核糖2’-OH磷酸化，生成NADP。
二、黃素核苷酸的合成（FMN、FAD）
圖
三、輔酶A的合成
CoA-SHP317圖18-11
前體：腺苷酸、泛酸、巰基乙胺、磷酸
途徑：（1）泛酸激酶
（2）磷酸泛醯半胱氨酸合成酶
（3）磷酸泛醯半胱氨酸脫羧酶
（4）脫磷酸輔酶A焦磷酸化酶
（5）脫磷酸輔酶A激酶
圖
代謝途徑的相互聯繫P420圖22-1
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