高中生物竞赛课件：嘌呤核苷酸的合成与分解

嘌呤核苷酸的合成与分解一、嘌呤核苷酸的分解代谢不同种类的生物分解嘌呤的能力不同，产物也不同：人、灵长类、鸟类、某些爬虫类将嘌呤分解成尿酸其他生物还可将尿酸进一步分解成尿囊素、尿囊酸、尿素、甚至CO2、NH3所有生物均可通过氧化和脱氨基将嘌呤转化为尿酸主要在肝脏、小肠粘膜、肾脏进行5’-核苷酸酶5’-核苷酸酶腺苷脱氨酶核苷酶核苷酶鸟嘌呤脱氨酶黄嘌呤氧化酶腺苷核糖次黄嘌呤黄嘌呤尿酸鸟苷鸟嘌呤15379肌酐/次黄苷黄嘌呤氧化酶灵长目,鸟类,爬行类,昆虫尿酸氧化酶尿囊素尿囊素酶尿囊酸硬骨鱼类尿囊酸酶尿素脲酶乙醛酸两栖类软骨鱼海洋无脊椎动物多数哺乳动物尿酸5’-核苷酸酶5’-核苷酸酶腺苷脱氨酶核苷酶核苷酶鸟嘌呤脱氨酶黄嘌呤氧化酶腺苷核糖次黄嘌呤黄嘌呤尿酸鸟苷鸟嘌呤15379肌酐/次黄苷黄嘌呤氧化酶灵长目,鸟类,爬行类,昆虫尿酸氧化酶尿囊素尿囊素酶尿囊酸硬骨鱼类尿囊酸酶尿素脲酶乙醛酸两栖类软骨鱼海洋无脊椎动物尿酸动物组织中鸟嘌呤脱氨酶分布广，脱氨基主要在碱基水平多数哺乳动物嘌呤核苷酸的合成与分解一、嘌呤核苷酸的分解代谢腺嘌呤核苷酸脱氨酶腺嘌呤核苷脱氨酶腺嘌呤脱氨酶腺嘌呤脱氨酶含量少，而腺嘌呤核苷和腺嘌呤核苷酸脱氨酶活性高。所以，腺嘌呤脱氨基主要在核苷和核苷酸水平上进行嘌呤代谢异常与痛风症嘌呤核苷酸的合成与分解一、嘌呤核苷酸的分解代谢人体嘌呤代谢终产物——尿酸正常情况：嘌呤分解、合成动态平衡，随尿排出的尿酸量恒定；正常人血中尿酸含量：2~6mg/100mL

100mL血液中尿酸水平超过8mg时，由于尿酸溶解度低，以钠盐或钾盐形式沉积于软组织，软骨及关节等处，形成尿酸结石及关节炎，称痛风病因：高嘌呤饮食、核酸大量分解，肾病治疗：别嘌呤醇

别嘌呤醇是次黄嘌呤的类似物，可竞争结合黄嘌呤氧化酶，其氧化产物别黄嘌呤又与黄嘌呤结构相似，与黄嘌呤氧化酶结合，抑制酶活性，使次黄嘌呤转变为尿酸的量减少嘌呤核苷酸的合成与分解一、嘌呤核苷酸的分解代谢痛风症的治疗机制——别嘌呤醇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黄嘌呤——与黄嘌呤竞争酶活性中心别嘌呤醇氧化嘌呤代谢异常与痛风症嘌呤核苷酸的合成与分解一、嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤核苷酸的合成与分解一、嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤代谢相关遗传病——腺苷脱氨酶(ADA)缺陷缺乏ADA导致胞内dATP浓度增加百倍高浓度dATP抑制T淋巴细胞中其他dNTP的产生腺苷脱氨酶缺陷→重症免疫缺陷临床基因治疗Genetherapycures‘bubblebaby’

（2002）嘌呤核苷酸的合成与分解(一)嘌呤核苷酸的从头合成从头合成途径除某些细菌外，几乎所有生物体都能合成嘌呤碱合成部位:

肝是哺乳动物体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小肠和胸腺，而脑、骨髓则无法进行此合成途径亚细胞定位：胞液GMPAMP嘌呤核苷酸的合成与分解

嘌呤碱合成的元素来源CO2天冬氨酸甲酰基(一碳单位)甲酰基(一碳单位)谷氨酰胺(酰胺基)甘氨酸(一)嘌呤核苷酸的从头合成嘌呤核苷酸的合成与分解合成特点：以5-磷酸核糖为起始，逐步增加原子合成次黄苷酸(IMP)，由IMP再转变为AMP和GMP嘌呤核苷酸的从头合成分为3个阶段:5’-氨基咪唑核苷酸的形成

次黄嘌呤核苷酸(IMP)的合成AMP和GMP的生成(一)嘌呤核苷酸的从头合成嘌呤核苷酸的合成与分解A.5’-氨基咪唑核苷酸的形成5-磷酸核糖活化为5-磷酸核糖基焦磷酸(PRPP)5-磷酸核糖↑磷酸戊糖途径5-磷酸核糖基焦磷酸磷酸核糖焦磷酸激酶(PRPP合成酶)(一)嘌呤核苷酸的从头合成嘌呤核苷酸的合成与分解A.5’-氨基咪唑核苷酸的形成5-磷酸核糖基焦磷酸5-磷酸核糖胺(PRA)谷氨酰胺-磷酸核糖焦磷酸酰胺基转移酶谷氨酰胺谷氨酸5-磷酸核糖基焦磷酸转化为5-磷酸核糖胺——谷氨酰胺提供N9Gln提供N9α构型β构型(一)嘌呤核苷酸的从头合成A.5’-氨基咪唑核苷酸的形成5-磷酸核糖基焦磷酸/5-磷酸核糖胺→5-氨基咪唑核苷酸(AIR)

——5元环形成Gly提供C4,C5,N7ADP5-磷酸核糖胺+甘氨酸

甘氨酰胺核苷酸ATP甘氨酰胺核苷酸合成酶甘氨酸A.5’-氨基咪唑核苷酸的形成5-磷酸核糖基焦磷酸/5-磷酸核糖胺→5-氨基咪唑核苷酸(AIR)

——5元环形成甘氨酰胺核苷酸

甲酰甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺甲酰基转移酶THFN10-甲酰基-THF甲酰基(一碳单位)A.5’-氨基咪唑核苷酸的形成5-磷酸核糖基焦磷酸/5-磷酸核糖胺→5-氨基咪唑核苷酸(AIR)

——5元环形成甲酰甘氨酰胺核苷酸+Gln

甲酰甘氨脒核苷酸+Glu甲酰甘氨脒核苷酸合成酶ADPATP甲酰甘氨脒核苷酸谷氨酰胺(酰胺基)(需Mg2+和K+)A.5’-氨基咪唑核苷酸的形成5-磷酸核糖基焦磷酸/5-磷酸核糖胺→5-氨基咪唑核苷酸(AIR)

——5元环形成甲酰甘氨脒核苷酸甲酰甘氨脒核苷酸

5-氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸合成酶ADP+Pi+H2OATP(需Mg2+和K+)B.次黄嘌呤核苷酸(IMP)的生成5-氨基咪唑核苷酸

5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸合成酶CO2CO2生物素B.次黄嘌呤核苷酸(IMP)的生成5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸

5-氨基咪唑-4-(N-琥珀基)甲酰胺核苷酸合成酶,Mg2+ADP+PiAsp+ATP天冬氨酸B.次黄嘌呤核苷酸(IMP)的生成

5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸5-氨基咪唑-4-(N-琥珀基)甲酰胺核苷酸裂解酶延胡索酸B.次黄嘌呤核苷酸(IMP)的生成

5-甲酰氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸甲酰基转移酶THFN10-甲酰基-THF甲酰基(一碳单位)B.次黄嘌呤核苷酸(IMP)的生成次黄苷酸(IMP)5-甲酰氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸次黄苷酸合酶H2O次黄苷酸合酶C.AMP和GMP的生成IMP：5’-磷酸肌苷

Inosine5'-monophosphate腺苷琥珀酸合成酶腺苷琥珀酸裂解酶IMP

腺苷酸代琥珀酸AMPGDP+PiAsp+GTP延胡索酸腺苷琥珀酸合成酶腺苷琥珀酸裂解酶Asp的氨基取代C6的氧C.AMP和GMP的生成IMP+H2O

黄苷酸GMPNADH+H+NAD+AMP+PPiIMP脱氢酶GMP合成酶IMP脱氢酶GMP合成酶ATPGlnGluH2OGln的酰氨基取代C2的氧嘌呤核苷酸的合成与分解嘌呤核苷酸从头合成特点嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的，5-磷酸核糖(R-5-P)来自葡萄糖代谢，对核酸合成非常重要合成需要大量氨基酸(Gly,Asp,Glu,Gln)做原料PRPP是5-磷酸核糖的活性供体次黄嘌呤核苷酸(IMP)的合成需5个ATP，6个高能磷酸键。AMP或GMP的合成又需1个ATP。(一)嘌呤核苷酸的从头合成嘌呤核苷酸的合成与分解从头合成途径(denovosynthesispathway)

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，合成核苷酸的途径补救合成途径(salvagesynthesispathway)

利用体内游离的碱基或核苷，经过简单的反应过程，合成核苷酸的途径核苷酸合成的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，合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成(或重新利用)途径。原料：嘌呤碱，嘌呤核苷；磷酸核糖腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adeninephosphoribosyltransferase,APRT)次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine-guaninephosphoribosyltransferase,HGPRT)腺苷激酶(adenosinekinase)嘌呤核苷酸的合成与分解(二)嘌呤核苷酸的补救合成途径参与补救合成的酶

嘌呤核苷酸的补救合成途径嘌呤磷酸核糖基化次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶5-磷酸核糖基焦磷酸5-磷酸核糖基焦磷酸

嘌呤核苷酸的补救合成途径嘌呤磷酸核糖基化次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶5-磷酸核糖基焦磷酸5-磷酸核糖基焦磷酸嘌呤核苷磷酸化碱基+1-磷酸核糖核苷+Pi核苷磷酸化酶嘌呤核苷酸的合成与分解补救合成的生理意义补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT)完全缺失的患儿，表现为自毁容貌综合症(一种特殊的伴X染色体隐性遗传病)(二)嘌呤核苷酸的补救合成途径次黄嘌呤核苷酸黄嘌呤核苷酸谷氨酰胺-PRPP酰胺转移酶腺苷琥珀酸合成酶IMP脱氢酶腺苷琥珀酸裂解酶GMP合成酶GTP+核糖-5-磷酸5-磷酸核糖胺腺苷酸代琥珀酸ATP+5-磷酸核糖基焦磷酸合成酶5-磷酸核糖基焦磷酸嘌呤合成代谢的调节调节方式：反馈抑制+交叉调节谷氨酰胺-PRPP酰胺基转移酶嘌呤