浙大生物化学14：核苷酸代谢

生物化学浙江大学生命科学学院江辉第1页第十四章核酸降解

和核苷酸代谢第一节核酸分解代谢第二节嘌呤核苷酸代谢第三节嘧啶核苷酸代谢第2页第一节核酸分解代谢一、核酸解聚作用水解连接核苷酸之间3′,5′-磷酸二酯键，产生低级多核苷酸或单核苷酸，即核酸解聚作用。作用磷酸二酯键酶称磷酸二酯酶，而作用核酸磷酸二酯酶称核酸酶。第3页1、按作用对象分：核糖核酸酶：水解核糖核酸（RNA）脱氧核糖核酸酶：水解脱氧核糖核酸（DNA）第4页2、按作用部位分：核酸内切酶：水解RNA或DNA核酸分子内磷酸二酯键。核酸外切酶：从核酸链一端逐一切下核苷酸，分5′端外切酶和3′端外切酶。牛脾磷酸二酯酶为5′端外切酶，切下3′-核苷酸；蛇毒磷酸二酯酶为3′端外切酶，切下5′-核苷酸。第5页二、核苷酸降解1、降解为核苷和磷酸

非特异性核苷酸酶：

可水解下核苷2′，3′或5′位上磷酸；特异性核苷酸酶：

只能水解3′或5′位上磷酸，分别称为3′-核苷酸酶和5′-核苷酸酶。核苷酸核苷+

磷酸磷酸单酯酶（核苷酸酶）第6页2、降解为戊糖和嘌呤或嘧啶广泛形式：

为可逆反应（逆反应用于补救合成）。植物和微生物内形式：

为不可逆反应。只能对核糖核苷有作用，对脱氧核糖核苷无作用。核苷

+磷酸嘌呤碱（嘧啶碱）+戊糖-1-磷酸核苷磷酸化酶核苷

+H2O嘌呤碱（嘧啶碱）+戊糖核苷水解酶第7页第二节嘌呤核苷酸代谢第8页核苷酸功用合成核酸原料体内能量利用形式：ATP，GTP，CTP，UTP参加代谢和生理调整：cAMP，cGMP组成辅酶：FAD，NAD+，NADP+活化中间代谢物：UDPG，CDP-DG，SAM，PAPS第9页一、嘌呤核苷酸分解代谢第10页第11页不一样生物分解能力不一样，最终分解产物也不一样1、脱氨基

（动物组织中该酶含量少，而腺嘌呤核苷酸脱氨酶和腺嘌呤核苷脱氨酶活性高，所以是在核苷或核苷酸水平上进行脱氨）腺嘌呤次黄嘌呤（脱6位上NH2）腺嘌呤脱氨酶鸟嘌呤黄嘌呤（脱2位上NH2）鸟嘌呤脱氨酶第12页2、氧化成尿酸人或排尿动物最终产物次黄嘌呤+O2+H2O黄嘌呤+H2O2黄嘌呤氧化酶黄嘌呤+O2尿酸+H2O2黄嘌呤氧化酶第13页3、氧化成尿囊素其它哺乳动物最终产物尿酸+2H2O+O2尿囊素+CO2

+H2O2尿酸氧化酶4、水解成尿囊酸硬骨鱼最终产物尿囊素+H2O尿囊酸尿囊素酶第14页5、水解成尿素和乙醛酸尿囊酸+H2O尿素+乙醛酸尿囊酸酶多数鱼类及两栖类最终产物6、深入分解成NH3和CO2尿素+H2O4NH3

+

2CO2脲酶第15页PiPiNH3NH3NH3RibRibPiRibNH3NH3腺嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤鸟嘌呤尿酸第16页二、嘌呤核苷酸合成从头合成路径：利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2等简单物质为原料，经一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸路径。补救合成路径：利用体内游离嘌呤或嘌呤核苷，经过简单反应过程，合成嘌呤核苷酸路径。第17页1、嘌呤核苷酸从头合成原料：磷酸核糖，Gly，Gln，Asp，CO2,N5-N10-CH=THF

（次甲基四氢叶酸），N10-CHO-FH4（甲酰四氢叶酸），ATP合成部位：胞液合成过程：次黄嘌呤核苷单磷酸（IMP）合成AMP→GMP合成AMP→ADP→ATPGMP→GDP→GTP第18页嘌呤碱合成元素起源天冬氨酸一碳基团一碳基团谷氨酰胺第19页嘌呤核苷酸合成过程第20页5-磷酸核糖5-磷酸核糖焦磷酸焦磷酸激酶，Mg2+第21页第22页第23页第24页第25页第26页第27页第28页第29页富马酸（延胡索酸）第30页第31页第32页AMP和GMP生成第33页背景

嘌呤核苷酸分解代谢第34页嘌呤核苷酸从头合成调整标准之一：满足需求，预防供过于求。氨第35页标准之二：相互调整，百分比平衡第36页2、嘌呤核苷酸补救合成嘌呤与5-磷酸核糖焦磷酸合成嘌呤核苷酸（主要补救路径）第37页预先合成碱基，然后合成核苷，再合成核苷酸核苷合成

逆反应用于分解代谢核苷酸合成碱基+1-磷酸核糖核苷+Pi特异核苷磷酸化酶核苷

+ATP核苷酸+ADP核苷磷酸激酶第38页嘌呤核苷酸补救合成生理意义节约能量和一些氨基酸消耗。有些组织（如脑、骨髓）不能从头合成嘌呤核苷酸，只能进行嘌呤核苷酸补救合成。HGPRT完全缺失患儿，表现为自毁容貌征HGPRT缺失造成次黄嘌呤累积，转而过量产生尿酸，同时补救路径不通会引发嘌呤核苷酸合成速度增加，愈加大量累积尿酸，从而造成肾结石和痛风第39页三、脱氧核苷酸生成核糖核苷酸通常是在核苷二磷酸水平上被还原，由核糖第二位碳原子上氧脱去形成。第40页嘌呤核苷酸合成总结IMPAMPGMPADPGDPATPGTPdADPdATPdGDPdGTP第41页嘌呤核苷酸抗代谢物第42页嘌呤核苷酸抗代谢物谷氨酰胺重氮丝氨酸6-重氮-5-氧-正亮氨酸第43页嘌呤核苷酸抗代谢物四氢叶酸氨蝶呤氨甲蝶呤（MTX）第44页嘌呤核苷酸抗代谢物作用第45页嘌呤核苷酸抑制血中尿酸含量：正常：2～6mg/dl；痛风症：超出8mg/dl第46页本小节要求了解嘌呤核苷酸从头合成路径和补救合成路径；掌握嘌呤合成时元素起源、特点和补救合成路径生理意义；熟悉IMP转变为AMP及GMP过程。了解脱氧核苷酸生成和嘌呤核苷酸合成抗代谢物作用步骤；熟悉嘌呤核苷酸分解代谢终产物。第47页第三节嘧啶核苷酸代谢一、嘧啶碱分解

第48页第49页嘧啶碱分解过程1、脱氨

也可在核苷或核苷酸水平上脱氨（人或一些动物）胞嘧啶+H2O

尿嘧啶+NH3（脱4位上NH2）胞嘧啶脱氨酶第50页2、还原成二氢尿嘧啶3、水解胸腺嘧啶分解相同，最终产生β-氨基异丁酸。尿嘧啶+NAD(P)H+H+二氢尿嘧啶+NAD(P)+

二氢尿嘧啶脱氢酶二氢尿嘧啶β-脲基丙酸二氢尿嘧啶酶β-丙氨酸+CO2+NH3脲基丙酸酶β-脲基丙酸第51页背景：嘌呤核苷酸分解代谢第52页二、嘧啶核苷酸合成代谢嘧啶核苷酸从头合成嘧啶核苷酸补救合成第53页1、嘧啶核苷酸从头合成嘧啶环元素起源第54页第一步：氨甲酰磷酸合成第55页背景

与尿素合成第一步比较氨甲酰磷酸合成：氨甲酰磷酸合成酶-I第56页氨基甲酰磷酸合成酶（关键酶）比较氨基甲酰磷酸合成酶-I氨基甲酰磷酸合成酶-II分布线粒体（肝）胞液（全部细胞）氮源氨谷氨酰胺变构激活剂N-乙酰谷氨酸无功能尿素合成嘧啶合成第57页第二步：转氨甲酰反应第58页第三步：环化脱水反应第59页第四步：氧化反应第60页第五步：与5-磷酸核糖相连接第61页第六步：脱羧反应第62页UTP和CTP合成第63页第64页UTP/CTP/dTTP合成CNCHCHCOORNH5PCNCHCHCORNH5PNH2PPCNCHCHCOOdRNH5PCH3UMPCTPdTMPUDPUTPCTPGlnGludUDPdUTPdUMPUMPdCTPATPADP+PidTMPdTDPdTTP第65页脱氧核苷酸生成核糖核苷酸通常是在核苷二磷酸水平上被还原，由核糖第二位碳原子上氧脱去形成。第66页dTMP合成dUMP+N5,N10-亚甲基四氢叶酸dTMP+