遗传物质合成的基本原料核苷酸

1、目目 录录 853 问题讨论问题讨论 v1 1、核苷酸的主要来源有哪些？人体是否、核苷酸的主要来源有哪些？人体是否 有必要补充核酸？有必要补充核酸？ v2 2、哺乳动物会因嘌呤核苷酸代谢而出现、哺乳动物会因嘌呤核苷酸代谢而出现 “痛风痛风”吗？吗？ 目目 录录目目 录录 目目 录录 854 核苷酸的生理功用核苷酸的生理功用 v作为作为DNA和和RNA合成的基本原料，这是合成的基本原料，这是 最主要的功能。最主要的功能。 v做为能量的存储、转移和利用的形式。做为能量的存储、转移和利用的形式。 v参与代谢或生理活动的调节。参与代谢或生理活动的调节。 v参与构成酶的辅酶或辅基。参与构成酶的辅酶或辅基

2、。 v作为活化中间代谢物的载体。作为活化中间代谢物的载体。 目目 录录 目目 录录 855 食物中的核蛋白食物中的核蛋白 蛋白质蛋白质核酸核酸 (DNA(DNA及及RNA)RNA) 胃酸胃酸 核苷酸核苷酸 胰核酸酶胰核酸酶 核苷核苷 磷酸磷酸 胰、肠核苷酸酶胰、肠核苷酸酶 碱基碱基 戊糖戊糖 核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶 食物来源核酸的消化与吸收食物来源核酸的消化与吸收 目目 录录 目目 录录 856 目目 录录 10.110.1 核苷酸在体内的合成过程核苷酸在体内的合成过程 目目 录录 目目 录录 857 v从头合成途径从头合成途径( (de novo synthesis) ) 利用氨基酸、一碳

3、单位、二氧化碳和磷酸核利用氨基酸、一碳单位、二氧化碳和磷酸核 糖等简单物质为原料，经过一系列酶促反应糖等简单物质为原料，经过一系列酶促反应 合成核苷酸的途径称为从头合成途径。合成核苷酸的途径称为从头合成途径。 v补救合成途径补救合成途径( (salvage pathway) )。 用体内游离的核苷为原料经过比较简单的反用体内游离的核苷为原料经过比较简单的反 应过程合成核苷酸的过程称为补救途径。应过程合成核苷酸的过程称为补救途径。 目目 录录目目 录录 目目 录录 858 v肝肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官， 其次是其次是小肠小肠和和胸腺胸腺，而，而脑、

4、骨髓脑、骨髓则无法进则无法进 行从头合成途径，只能通过补救合成途径行从头合成途径，只能通过补救合成途径 来进行。来进行。 v嘧啶核苷酸的从头合成主要是在嘧啶核苷酸的从头合成主要是在肝肝细胞的细胞的 细胞液来进行。细胞液来进行。 目目 录录 目目 录录 859 10.1.1.10.1.1.嘌呤核苷酸的从头合成嘌呤核苷酸的从头合成 v嘌呤碱合成的元素来源嘌呤碱合成的元素来源 目目 录录目目 录录 目目 录录 860 嘌呤核苷酸的合成可分为三大阶段嘌呤核苷酸的合成可分为三大阶段 v5-5-磷酸核糖的活化磷酸核糖的活化 5- 5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸 ( (5-phosphoribosyl-p

5、yrophosphate, PRPP) ) 的生成。的生成。 v次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸( (inosine monophosphate， IMP)IMP)的合成。的合成。 v腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸( (adenosine monophosphate， AMP) )和鸟嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸( (guanosine monophosphate，GMP) )的生成。的生成。 目目 录录 目目 录录 861 10.1.1.1 5-10.1.1.1 5-磷酸核糖活化磷酸核糖活化 目目 录录 10.1.1.2 次黄嘌呤次黄嘌呤 核苷酸核苷酸 （IMP） 的合成的合成 目目 录录 863 10.

6、1.1.3 AMP和和GMP的合成的合成 目目 录录 目目 录录 864 AMPADP 鸟苷酸激酶鸟苷酸激酶 ATP ATP ADP ADP ATP GMPGDPGTP ATP ADP ADP ATP 鸟苷酸激酶鸟苷酸激酶 目目 录录 目目 录录 865 l 嘌呤核苷酸是在嘌呤核苷酸是在磷酸核糖磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤分子上逐步合成嘌呤 环的。环的。 l 先合成先合成 IMP，合成，合成1分子分子IMP需消耗需消耗5分子分子ATP， 6个高能磷酸键个高能磷酸键 l AMP或或GMP的合成又需要消耗的合成又需要消耗1分子分子ATP（或（或 GTP) 。 l IMP是重要的中间物质，是是重要的中

7、间物质，是AMP和和GMP的前的前 体体 。 嘌呤核苷酸从头合成特点嘌呤核苷酸从头合成特点 目目 录录 目目 录录 866 嘌呤核苷酸的相互转变嘌呤核苷酸的相互转变 IMP AMP 腺苷酸代腺苷酸代 琥珀酸琥珀酸 XMP GMP NH3 腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶 鸟苷酸还原酶鸟苷酸还原酶 NADPH+H+ NADP+ NH3 目目 录录 目目 录录 867 10.1.1.4 10.1.1.4 嘌呤核苷酸从头合成的调节嘌呤核苷酸从头合成的调节 调节方式：调节方式： 反馈调节反馈调节 交叉调节交叉调节 目目 录录 目目 录录 868 l 既满足机体合成核酸需要，又不致既满足机体合成核酸需要，又不致

8、 于浪费，以节省营养物及能量。于浪费，以节省营养物及能量。 l 维持维持ATP与与GTP浓度的平衡。浓度的平衡。 调节的意义调节的意义 目目 录录 目目 录录 869 10.1.2 10.1.2 嘧啶核苷酸的从头合成嘧啶核苷酸的从头合成 嘧啶碱合成的元素来源嘧啶碱合成的元素来源 目目 录录 目目 录录 870 特点特点: : v嘌呤核苷酸的从头合成途径是在嘌呤核苷酸的从头合成途径是在5-5-磷酸磷酸 核糖的基础上去进一步形成环形的嘌呤核糖的基础上去进一步形成环形的嘌呤 的，而嘧啶核苷酸的从头合成途径正好的，而嘧啶核苷酸的从头合成途径正好 相反，要先合成嘧啶环，再与磷酸核糖相反，要先合成嘧啶环，

9、再与磷酸核糖 进行连接。进行连接。 目目 录录 目目 录录 871 氨甲酰磷酸合成酶 2ATP2ADP+Pi GluGlnHCO3-+ (CPS-)氨甲酰磷酸 COPO3H2 H2N O + 10.1.2.1.10.1.2.1.尿嘧啶核苷酸的合成尿嘧啶核苷酸的合成 目目 录录 Pi 目目 录录 872 CPS CPS 分布分布 线粒体线粒体 (肝肝) 胞液胞液 (所有细胞所有细胞) 氮源氮源 NH3 Gln 变构激活剂变构激活剂 AGA 无无 功能功能 尿素合成尿素合成 嘧啶合成嘧啶合成 氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶和和 的区别的区别 目目 录录 目目 录录 873 目目 录录 目目 录录

10、 874 UMP UDPUTP 一磷酸尿苷激酶一磷酸尿苷激酶二磷酸核苷激酶二磷酸核苷激酶 ATP ADP ADPATP 10.1.2.2 10.1.2.2 胞嘧啶核苷酸的生成胞嘧啶核苷酸的生成 目目 录录 目目 录录 875 10.1.2.3 10.1.2.3 嘧啶核苷酸从头合成的调节嘧啶核苷酸从头合成的调节 目目 录录 天冬氨酸氨天冬氨酸氨 基甲酰转移酶基甲酰转移酶 目目 录录 876 参与补救合成的酶参与补救合成的酶 腺嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adenine phosphoribosyl transferase, APRT) v次黄嘌呤次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶鸟嘌呤磷

11、酸核糖转移酶 (hypoxanthine- guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT) v腺苷激酶腺苷激酶(adenosine kinase) 10.1.3 10.1.3 嘌呤核苷酸的补救合成嘌呤核苷酸的补救合成 目目 录录 目目 录录 877 腺嘌呤腺嘌呤 + + PRPPAMP + PPi APRT 次黄嘌呤次黄嘌呤 + + PRPP IMP + PPi HGPRT 鸟嘌呤鸟嘌呤 + + PRPP HGPRT GMP + PPi 补救合成过程补救合成过程 腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷 腺苷激酶腺苷激酶 ATPADP AMP 目目 录录 目目 录录 878

12、l补救合成节省从头合成时的能量和一补救合成节省从头合成时的能量和一 些氨基酸的消耗。些氨基酸的消耗。 l体内某些组织器官，如体内某些组织器官，如脑、骨髓脑、骨髓等只等只 能进行补救合成。能进行补救合成。 补救合成的生理意义补救合成的生理意义 目目 录录 目目 录录 879 嘧啶嘧啶 + PRPP磷酸嘧啶核苷磷酸嘧啶核苷 + PPi 嘧啶磷酸核糖转移酶嘧啶磷酸核糖转移酶 尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷 + ATP 尿苷激酶尿苷激酶 UMP +ADP 胸腺嘧啶核苷胸腺嘧啶核苷 + ATP 胸苷激酶胸苷激酶 TMP +ADP 10.1.4 10.1.4 嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶核苷酸的补救合成 目目 录录 目

13、目 录录 880 脱氧核糖核苷酸的生成在二磷酸核苷（脱氧核糖核苷酸的生成在二磷酸核苷（NDP）水平进行：）水平进行： 由相应的核糖核苷酸直接还原由相应的核糖核苷酸直接还原 dNDP + ATP 激酶激酶 dNTP + ADP 10.1.5 10.1.5 脱氧核糖核苷酸的生成脱氧核糖核苷酸的生成 目目 录录 目目 录录 881 脱氧胸腺嘧啶核苷酸（脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP或或TMP）的生成）的生成 目目 录录 目目 录录 882 dUMP则来自两个途径：则来自两个途径： (1)dUDP水解；水解； (2)dCMP脱氨，以后一途径为主。脱氨，以后一途径为主。 目目 录录 目目 录录 883 v

14、dTMP 可继续由激酶作用而逐步生成可继续由激酶作用而逐步生成 dTDP和和dTTP。 dTMP dTDP 一磷酸胸苷激酶一磷酸胸苷激酶 ATPADP dTDP ATPADP dTTP dTDP 二磷酸胸苷激酶二磷酸胸苷激酶 目目 录录 目目 录录 884 嘌呤核苷酸的合成过程总结嘌呤核苷酸的合成过程总结 目目 录录 目目 录录 885 嘧啶核苷酸的合成过程总结嘧啶核苷酸的合成过程总结 目目 录录 目目 录录 886 10.1.6 10.1.6 核苷酸的抗代谢物核苷酸的抗代谢物 v核苷酸的抗代谢物一般是一些嘌呤、嘧啶、氨基核苷酸的抗代谢物一般是一些嘌呤、嘧啶、氨基 酸或叶酸的类似物。酸或叶酸的

15、类似物。 v这些抗代谢物主要以竞争性抑制等方式干扰或阻这些抗代谢物主要以竞争性抑制等方式干扰或阻 断核苷酸的合成代谢，进而阻断核酸以及蛋白质断核苷酸的合成代谢，进而阻断核酸以及蛋白质 的生物合成。的生物合成。 v核酸物质的合成与细胞分裂有密切的关系，因而核酸物质的合成与细胞分裂有密切的关系，因而 对于现代医学具有重要的意义，尤其是可以找到对于现代医学具有重要的意义，尤其是可以找到 合适的抑制剂作用于相应的靶位点，阻断细胞遗合适的抑制剂作用于相应的靶位点，阻断细胞遗 传物质的更新，可用于对肿瘤的治疗。传物质的更新，可用于对肿瘤的治疗。 目目 录录 目目 录录 887 主要的抗代谢物主要的抗代谢物

16、 嘌呤类似物嘌呤类似物氨基酸类似物氨基酸类似物叶酸类似物叶酸类似物 6-巯基嘌呤巯基嘌呤 （6MP） 6-巯基鸟嘌呤巯基鸟嘌呤 8-氮杂鸟嘌呤等氮杂鸟嘌呤等 氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸 (Gln结构类似结构类似) 氨蝶呤氨蝶呤 氨甲蝶呤（氨甲蝶呤（MTX） 等等 目目 录录 目目 录录 888 嘌呤类似物嘌呤类似物 6-巯基嘌呤巯基嘌呤 6-巯基鸟嘌呤巯基鸟嘌呤 8-氮杂鸟嘌呤氮杂鸟嘌呤 目目 录录 目目 录录 889 6-MP6-MP核苷酸核苷酸 从头合成途径从头合成途径 补救合成途径补救合成途径 HGPRT PRPP酰胺转移酶酰胺转移酶 IMP AMP 和和 GMP - - - - - IMP的

17、的 类似物类似物 次黄嘌呤次黄嘌呤 的类似物的类似物 目目 录录 目目 录录 890 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 5-5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶 5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶(5-FU) 是胸腺嘧啶的类似物。是胸腺嘧啶的类似物。 HN N H O O F HN N H O O CH3 thymine 5-FU 目目 录录 目目 录录 891 氨基酸类似物：氨基酸类似物：抑制有谷氨酰胺参与的反应抑制有谷氨酰胺参与的反应 v氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸 (AS) 是是 Gln的类似物的类似物. v氮杂丝氨酸抑制氮杂丝氨酸抑制 CTP的合成。的合成。 目目 录录 目目 录录 892 四氢叶酸四氢叶酸 氨蝶呤氨蝶呤 氨甲蝶呤氨甲蝶呤

18、 叶酸类似物：叶酸类似物：抑制有一碳单位参与的反应抑制有一碳单位参与的反应 目目 录录 目目 录录 893 叶酸类似物：叶酸类似物：抑制有一碳单位参与的反应抑制有一碳单位参与的反应 v 氨蝶呤氨蝶呤 (AP)和氨甲蝶呤和氨甲蝶呤 (MTX) FH 2 FH 4 FH 2 还原酶 叶酸 NADPH + H + NADP + NADPH + H + NADP + AP 或 MTX - - - FH 2 还原酶 嘌呤分子中嘌呤分子中 来自一碳单位的来自一碳单位的C2及及C8均得不到供均得不到供 应，从而抑制了嘌呤核苷酸的合成。应，从而抑制了嘌呤核苷酸的合成。 临床上甲氨蝶呤用于白血病等癌瘤的治疗。临

19、床上甲氨蝶呤用于白血病等癌瘤的治疗。 甲氨喋呤抑制甲氨喋呤抑制 dTMP的合成。的合成。 目目 录录 目目 录录 894 核苷类似物核苷类似物 N N NH2 O ara-c O H OHH H CH2OH HOH N N NH2 O cytosine O H OHOH H CH2OH HH 阿糖胞苷阿糖胞苷胞嘧啶核苷胞嘧啶核苷 目目 录录 目目 录录 895 嘌呤核苷酸抗代谢物的作用部位嘌呤核苷酸抗代谢物的作用部位 甲酰甘氨酰甲酰甘氨酰 胺核苷酸胺核苷酸 （FGAR） PRPP 谷氨酰胺谷氨酰胺 （Gln） = PRA 甘氨酰胺甘氨酰胺 核苷酸核苷酸 （GAR） = = 甲酰甘氨甲酰甘氨 脒

20、核苷酸脒核苷酸 （FGAM） 5-氨基异咪唑氨基异咪唑- 4-甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸 （AICAR） = 5-甲酰胺基咪唑甲酰胺基咪唑- 4-甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸 （FAICAR） IMP 次黄嘌呤次黄嘌呤 （H） PRPPPPi = AMP = PRPP PPi = 腺嘌呤（腺嘌呤（A） GMP = = PRPP PPi 鸟嘌呤鸟嘌呤(G) 6-MP 6-MP 6-MP 6-MP 6-MP 6-MP 氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸 氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸 氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸 MTX MTX 目目 录录 目目 录录 896 UMPUTPCTPCDPdCDP UDPdUDPdUMPdTMP 氮杂丝氨

21、酸氮杂丝氨酸阿糖胞苷阿糖胞苷 氨甲蝶呤氨甲蝶呤 FdUMP 5FU 嘧啶核苷酸抗代谢物的作用部位嘧啶核苷酸抗代谢物的作用部位 目目 录录 目目 录录 897 10.210.2 核苷酸在体内的分解过程核苷酸在体内的分解过程 目目 录录 目目 录录 898 10.2.1 10.2.1 嘌呤核苷酸的分解嘌呤核苷酸的分解 嘌呤嘌呤 核苷酸核苷酸 核苷核苷 核苷酸酶核苷酸酶 Pi 核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶 嘌呤碱嘌呤碱1-磷酸核糖磷酸核糖 目目 录录 目目 录录 899 嘌呤碱的最终嘌呤碱的最终 代谢产物代谢产物 特点特点: :嘌呤环不被破坏嘌呤环不被破坏, ,产物水溶性差。产物水溶性差。 目目 录录

22、目目 录录 900 v尿酸是人体嘌呤分解代谢的终产物。正常血浆尿酸是人体嘌呤分解代谢的终产物。正常血浆 中尿酸的含量约为中尿酸的含量约为0.12mmol/L0.36mmol/L。 尿酸的水溶性较差。尿酸的水溶性较差。 n痛风症痛风症患者血中的尿酸含量升高，当超过患者血中的尿酸含量升高，当超过 0.48mmol/L时，尿酸盐晶体即可沉积于关节、软组时，尿酸盐晶体即可沉积于关节、软组 织、软骨及肾等处，而导致关节炎、尿路结石及肾织、软骨及肾等处，而导致关节炎、尿路结石及肾 疾病，多见于成年男性。疾病，多见于成年男性。 目目 录录 目目 录录 901 n此外：进食高嘌呤饮食。此外：进食高嘌呤饮食。

23、体内核酸大量分解（白血病、恶性肿瘤）。体内核酸大量分解（白血病、恶性肿瘤）。 肾疾病时尿酸排泄障碍。肾疾病时尿酸排泄障碍。 n可能与嘌呤核苷酸代谢酶的缺陷有关。可能与嘌呤核苷酸代谢酶的缺陷有关。 痛风症的原因痛风症的原因 尿酸尿酸 目目 录录 目目 录录 902 痛风症的治疗机制痛风症的治疗机制 鸟嘌呤鸟嘌呤 次黄嘌呤次黄嘌呤 黄嘌呤黄嘌呤 尿酸尿酸 黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶 黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶 别嘌呤醇别嘌呤醇 目目 录录 目目 录录 903 v不同种类的生物分解嘌呤碱的能力不一不同种类的生物分解嘌呤碱的能力不一 样，因而代谢产物也不同。样，因而代谢产物也不同。 v在人和猿类及一些排尿

24、酸的动物在人和猿类及一些排尿酸的动物(如鸟类、如鸟类、 某些爬虫类和昆虫等某些爬虫类和昆虫等)，嘌呤分解的最终，嘌呤分解的最终 产物是尿酸，其他多种生物则还能进一产物是尿酸，其他多种生物则还能进一 步分解尿酸，形成不同的代谢产物，直步分解尿酸，形成不同的代谢产物，直 至最后分解成二氧化碳和氨。至最后分解成二氧化碳和氨。 目目 录录 目目 录录 904 v有些哺乳动物例如狗、猫、猪、牛等的嘌有些哺乳动物例如狗、猫、猪、牛等的嘌 呤代谢就不是尿酸，这些动物的身体里有呤代谢就不是尿酸，这些动物的身体里有 一种酶，叫做尿酸酶（一种酶，叫做尿酸酶（urate oxidase），这），这 种酶可以分解尿酸

25、为尿囊素种酶可以分解尿酸为尿囊素(allantoin)，排，排 出体外。两栖类和大多数鱼类则进一步分出体外。两栖类和大多数鱼类则进一步分 解为尿素和乙醛酸。解为尿素和乙醛酸。 v因此有些哺乳动物是不会有痛风的。因此有些哺乳动物是不会有痛风的。 目目 录录 目目 录录 905 目目 录录 目目 录录 906 10.2.2 10.2.2 嘧啶核苷酸的分解嘧啶核苷酸的分解 嘧啶碱嘧啶碱 1-磷酸核糖磷酸核糖 嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸核苷核苷 核苷酸酶核苷酸酶 Pi 核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶 目目 录录 目目 录录 907 特点特点: :分解产物分解产物; ;水解开环水解开环; ; 易溶于水。易溶于水。

26、目目 录录 目目 录录 908 问题讨论问题讨论 v1 1、核苷酸的主要来源有哪些？人体是否、核苷酸的主要来源有哪些？人体是否 有必要补充核酸？有必要补充核酸？ v2 2、哺乳动物会因嘌呤核苷酸代谢而出现、哺乳动物会因嘌呤核苷酸代谢而出现 “痛风痛风”吗？吗？ 目目 录录目目 录录 目目 录录 909 v从头合成途径从头合成途径( (de novo synthesis) ) 利用氨基酸、一碳单位、二氧化碳和磷酸核利用氨基酸、一碳单位、二氧化碳和磷酸核 糖等简单物质为原料，经过一系列酶促反应糖等简单物质为原料，经过一系列酶促反应 合成核苷酸的途径称为从头合成途径。合成核苷酸的途径称为从头合成途径。 v补救合成途径补救合成途径( (salvage pathway) )。 用体内游离的核苷为原料经过比较简单的反用体内游离的核苷为原料经过比较简单的反 应过程合成核苷酸的过程称为补救途径。应过程合成核苷酸的过程称为补救途径。 目目 录录目目 录录 目目 录录 910 嘌呤核苷酸的相互转变嘌呤核苷酸的相互转变 IMP AMP 腺苷酸代腺苷酸代 琥珀酸琥珀酸 XMP GMP NH3 腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶 鸟苷酸还原酶鸟苷酸还