生化核苷酸代谢

1、第十章第十章核苷酸代谢核苷酸代谢Metabolism of Nucleotides2021年10月17日星期日1 核苷酸是核酸的基本结构单位。 人体内的核苷酸主要由机体细胞自身合成。 核苷酸不属于营养必需物质。概 述2021年10月17日星期日2 食物中的核酸多数与蛋白质组成核蛋白。核蛋白在胃酸的作用下，被分开为核酸和蛋白质两部分，各自进行自己的代谢。核酸在各种核酸酶的作用下被逐步分解，糖和磷酸可被利用。而碱基在肠粘膜细胞内分解后直接排出体外。因此，核酸不是人体的必需营养物。2021年10月17日星期日3 核酸的消化与吸收核酸的消化与吸收食物核蛋白蛋白质核酸（RNA及DNA）胃酸核苷酸胰核酸酶

2、核苷磷酸胰、肠核苷酸酶碱基戊糖核苷酶2021年10月17日星期日4 核苷酸的生物学功用：核苷酸的生物学功用：作为核酸合成的原料作为核酸合成的原料体内能量的利用形式体内能量的利用形式参与代谢和生理调节参与代谢和生理调节组成辅酶组成辅酶活化中间代谢物活化中间代谢物2021年10月17日星期日5第一节第一节 嘌呤核苷酸的合成与分解代谢嘌呤核苷酸的合成与分解代谢MetaMetabolism of bolism of PurinePurine Nucleotides Nucleotides 2021年10月17日星期日6 嘌呤核苷酸的结构：嘌呤核苷酸的结构：GMPAMP2021年10月17日星期日7一、

3、嘌呤核苷酸的合成一、嘌呤核苷酸的合成存在从头合成和补救存在从头合成和补救合成两种途径合成两种途径 利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应过程，合成嘌呤核苷酸。 从头合成途径从头合成途径(de novo synthesis)(de novo synthesis) 补救合成途径(salvage pathway)利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸。2021年10月17日星期日8嘌呤碱合成的元素来源CO2天冬氨酸甲酰基（一碳单位）甘氨酸甲酰基（一碳单位）谷氨酰胺（酰胺基）（一）嘌呤核苷酸的从头合成（一）嘌呤核苷酸的从头合成1. 1. 从头合

4、成途径从头合成途径2021年10月17日星期日9 合成过程（1）IMP的合成（2）AMP和GMP的生成2021年10月17日星期日10HNNNNOR- 5-PPRPP(PRA)( IMP )R-5-PATP AMPPRPP合成酶Gln Glu酰胺转移酶5-磷酸核糖胺9 步反应次黄嘌呤核苷酸（1）IMP的合成在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下2021年10月17日星期日11 R-5-P+ATP PRPP+AMP PRPP合成酶PRPP的分子结构2021年10月17日星期日122021年10月17日星期日13酰胺转移酶2021年10月17日星期日14甘氨酰胺核苷酸合成酶2

5、021年10月17日星期日15转甲酰基酶2021年10月17日星期日16酰胺转移酶甲酰甘氨咪核苷酸2021年10月17日星期日175氨基咪唑核苷酸合成酶2021年10月17日星期日18羧化酶2021年10月17日星期日192021年10月17日星期日202021年10月17日星期日212021年10月17日星期日222021年10月17日星期日232021年10月17日星期日24IMP生成总反应过程脒2021年10月17日星期日25腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMP脱氢酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶 GMP合成酶（2 2）AMPAMP和和GMPGMP的生成的生成2021年10月17日星期日26AMPADPA

6、TPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶2021年10月17日星期日27 嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。的。 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，其次是其次是小肠黏膜小肠黏膜和和胸腺胸腺。 IMPIMP的合成需的合成需5 5个个ATPATP，6 6个高能磷酸键。个高能磷酸键。AMPAMP或或GMPGMP的合成又需的合成又需1 1个个ATPATP。嘌呤核苷酸从头合成特点：嘌呤核苷酸从头合成特点：2021年10月17日星期日282. 2. 从头合成的调节从头合成的调节

7、PRPP合成酶PRPP酰胺转移酶PRAIMP腺苷酸代琥珀酸AMPADPATPXMPGMPGDP GTPIMP腺苷酸代琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATPGTP调节方式：反馈调节和交叉调节R-5-PATP2021年10月17日星期日292021年10月17日星期日30( (二二) )嘌呤核苷酸的补救合成有两种方式嘌呤核苷酸的补救合成有两种方式 腺嘌呤磷酸核糖转移酶 (adenine phosphoribosyl transferase, APRT) 次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶 (hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase,

8、 HGPRT) 腺苷激酶 (adenosine kinase)参与补救合成的酶2021年10月17日星期日311. 1.利用嘌呤碱基合成嘌呤核苷酸，参与利用嘌呤碱基合成嘌呤核苷酸，参与的酶主要有两种的酶主要有两种补救合成：细胞利用现成嘌呤碱或嘌呤补救合成：细胞利用现成嘌呤碱或嘌呤核苷合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救核苷合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成途径。合成途径。 腺嘌呤磷酸核糖转移酶 (adenine phosphoribosyl transferase, APRT) 次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶 (hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transfer

9、ase, HGPRT)2021年10月17日星期日32腺嘌呤 + PRPPAMP + PPiAPRT次黄嘌呤 + PRPPIMP + PPiHGPRT鸟嘌呤 + PRPPHGPRTGMP + PPi2021年10月17日星期日332. 2.利用嘌呤利用嘌呤核苷核苷合成嘌呤核苷酸，参与的合成嘌呤核苷酸，参与的酶主要有酶主要有腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP腺苷激酶2021年10月17日星期日34嘌呤核苷酸补救合成的生理意义嘌呤核苷酸补救合成的生理意义节约从头合成时的能量和一些氨基酸的节约从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗；消耗；体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能体内某些组织器官，如脑、骨髓等

10、只能进行补救合成。进行补救合成。自毁容貌症（Lesch-Nyhan综合征）：次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT)缺失2021年10月17日星期日35（三）（三）体内体内嘌呤核苷酸可以相互转变嘌呤核苷酸可以相互转变IMPAMP腺苷酸代琥珀酸XMPGMPNH3腺苷酸脱氨酶鸟苷酸还原酶NADPH+H+ NADP+NH32021年10月17日星期日36（四）脱氧核糖核苷酸的生成在二核苷酸（四）脱氧核糖核苷酸的生成在二核苷酸水平进行水平进行在核苷二磷酸水平上进行（N代表A、G、C、U）NDP（核苷二磷酸还原酶）2021年10月17日星期日37dNDP + ATP 激酶dNTP + ADP二磷酸脱

11、氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷NADP+NADPH + H+核糖核苷酸还原酶，Mg2+还原型硫氧化还原蛋白-(SH)2氧化型硫氧化还原蛋白SS硫氧化还原蛋白还原酶(FAD)脱氧核苷酸的生成2021年10月17日星期日38 细胞可通过控制核苷酸还原酶的活细胞可通过控制核苷酸还原酶的活性调节脱氧核苷酸的浓度外。还可以通性调节脱氧核苷酸的浓度外。还可以通过各种三磷酸核苷对还原酶的别构调节过各种三磷酸核苷对还原酶的别构调节作用调节不同脱氧核苷酸生成。作用调节不同脱氧核苷酸生成。 NDP dNDP 特定NTP 其他NTP+核苷酸还原酶核苷酸还原酶的别构调节作用物 主要促进剂 主要抑制剂 CDP AT

12、P dATP、dGTP、dTTP ADP dGTP dATP、ATP UDP ATP dATP、dGTP GDP dTTP dATP 2021年10月17日星期日39（五）嘌呤核苷酸的（五）嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、抗代谢物是一些嘌呤、氨基酸或叶酸类似物氨基酸或叶酸类似物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- 6-巯基嘌呤巯基嘌呤6- 6-巯基鸟嘌呤巯基鸟嘌呤8- 8-氮杂鸟嘌呤等氮杂鸟嘌呤等氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸等等氨蝶呤氨蝶呤甲氨蝶呤甲氨蝶呤等等2021年10月17日星期日40 6- 6-巯基嘌呤巯基嘌呤(6-Mercaptopurine, 6-MP) (

13、6-Mercaptopurine, 6-MP) 次黄嘌呤(H)6-巯基嘌呤(6-MP)2021年10月17日星期日41 6-MP 6-MP核苷酸是核苷酸是IMPIMP的类似物。的类似物。6-MP6-MP核苷酸补救合成途径HGPRTIMPAMP 和 GMP2021年10月17日星期日42 氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸(AS)(AS)是是GlnGln的类似物。的类似物。2021年10月17日星期日43MTX 氨蝶呤氨蝶呤(AP)(AP)和甲氨蝶呤和甲氨蝶呤(MTX)(MTX)2021年10月17日星期日44FH2FH4FH2 还原酶叶酸NADPH + H+NADP+NADPH + H+NADP+AP 或

14、MTX- - -FH2 还原酶2021年10月17日星期日45甲酰甘氨酰胺核苷酸(FGAR)PRPP谷氨酰胺(Gln)=PRA甘氨酰胺核苷酸(GAR)甲酰甘氨脒核苷酸(FGAM)5-氨基异咪唑-4-甲酰胺核苷酸(AICAR)5-甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸(FAICAR)IMP次黄嘌呤(H)PRPPPPi=AMP=PRPPPPi腺嘌呤 (A)GMP=PRPPPPi 鸟嘌呤 (G)6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP氮杂丝氨酸=氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸=MTX=6-MP=MTX2021年10月17日星期日46二、嘌呤核苷酸的分解代谢终产物是尿酸二、嘌呤核苷酸的分解代谢终产物是尿酸H2OPRPP

15、核苷酸核苷酸酶Pi核苷核苷磷酸化酶Pi嘌呤碱磷酸戊糖途径R-1-PR-5-P补救途径氧化尿酸补救合成途径2021年10月17日星期日47AMPIMPGMP腺苷次黄苷鸟苷H2O NH3H2OPiH2ONH31-磷酸核糖NH3 NADP+ NADPH+H+Pi H2OH2OPiH2O +O2 H2O2NH3 H2O黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶次黄嘌呤黄嘌呤鸟嘌呤尿酸Pi1-磷酸核糖PiH2O +O2 H2O22021年10月17日星期日48嘌呤碱的最终代谢产物AMPGMPH（次黄嘌呤）GX（黄嘌呤）黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶 主要部位：肝、肾、小肠2021年10月17日星期日49 痛风症痛风症正常人血尿

16、酸 0.120.36 mmol/L男性平均 0.27 mmol/L女性平均 0.21 mmol/L 血尿酸 0.48 mmol/L 结晶 组织沉积 痛风 (gout)2021年10月17日星期日502021年10月17日星期日51 痛风症的治疗机制别嘌呤醇次黄嘌呤2021年10月17日星期日52鸟嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤尿酸黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇2021年10月17日星期日53第二节第二节嘧啶核苷酸的合成与分解代谢嘧啶核苷酸的合成与分解代谢Metabolism of Pyrimidine Nucleotides2021年10月17日星期日54 嘧啶核苷酸的结构嘧啶核苷酸的结构2021年10

17、月17日星期日55一、嘧啶核苷酸的一、嘧啶核苷酸的合成同样有从头合成与补合成同样有从头合成与补救合成两条途径救合成两条途径( (一一) )嘧啶核苷酸的嘧啶核苷酸的从头合成比嘌呤核苷酸简单从头合成比嘌呤核苷酸简单 合成部位主要是肝细胞胞液先合成嘧啶环，再与磷酸核糖相连。先合成UMP，再转变成CTP和dTMP 。 特点2021年10月17日星期日56 嘧啶合成的元素来源氨基甲酰磷酸NCNCCC123456AspCO2Gln2021年10月17日星期日571. 1.从头合成途径从头合成途径（1）UMP的合成2ADP+PiGln + HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶II2ATPGlu + 氨基甲酰磷酸20

18、21年10月17日星期日58CPS- CPS- 分布分布 线粒体（肝）线粒体（肝） 胞液（所有细胞）胞液（所有细胞） 氮源氮源 NH3 Gln 变构激活剂变构激活剂 N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸(AGA) 无无 变构抑制剂变构抑制剂无无UMP功能功能 尿素合成尿素合成 嘧啶合成嘧啶合成 氨基甲酰磷酸合成酶和 2021年10月17日星期日59UMPUMP的合成过程的合成过程2021年10月17日星期日60（2）CTP的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶GlnATPGluADP+Pi2021年10月17日星期日61 脱氧嘧啶核苷酸的合成：脱氧嘧啶核苷酸的合成：

19、 磷酸酶磷酸酶CTPCTPCDPCDPH H2 2O PiO Pi核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶dCDPdCDPNADPH+HNADPH+H+ + NADP NADP+ +H+H2 2O ON N5 5,N,N1010-CH-CH2 2-FH-FH4 4FHFH2 2dTMPdTMP胸苷酸合酶胸苷酸合酶dUMPdUMPH H2 2O ONHNH3 3脱氨酶脱氨酶dCMPdCMPH H2 2O OPi Pi磷酸酶磷酸酶核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶dCTPdCTPATP ADPATP ADPUDPUDPdUDPdUDP磷酸酶磷酸酶核糖核苷核糖核苷酸还原酶酸还原酶核苷单磷酸激酶核苷单磷酸激酶dTDPdTDP合成合成DNADNAdTTP核苷二磷核苷二磷酸激酶酸激酶2021年10月17日星期日62- - -ATP + CO2+ + 谷氨酰胺谷氨酰胺氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸UMP氨基甲酸天冬氨酸氨基甲酸天冬氨酸UTPCTP天冬氨酸天冬氨酸- -嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸ATP + 5-磷酸核糖磷酸核糖嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸PRPP-从头合成的调节从头合成的