核苷酸代谢
第八章核苷酸代谢
第八章核苷酸代谢核苷= 碱基+ 戊糖核苷酸= 碱基+ 戊糖+ 磷酸✓据磷酸连接的位置:5`-核苷酸; 3`-核苷酸; 2`-核苷酸…等✓据磷酸的数目:一、二、三磷酸核苷酸一磷酸核苷酸: AMP GMP CMP UMP TMP二磷酸核苷酸: ADP GDP CDP UDP TDP三磷酸核苷酸: ATP GTP CTP UTP TTPNMP ——RNA dNMP ——DNANTP ——RNA dNTP ——DNA✓据核糖2位是否脱氧：核糖核苷酸、脱氧核糖核苷酸✓据核苷酸是否环化: 环核苷酸(cAMP，cGMP)一.核苷酸代谢概述核苷酸(nucleotide)是构成核酸(nucleicacid)的基本单位，人体所需的核苷酸都是由机体自身合成的，核苷酸不属于营养必需物质。
（一）食物核酸的消化与吸收（二）核苷酸的生理功能核苷酸是细胞内在代谢上一类极为重要的物质，执行着多种重要的功能。
这些功能包括：①作为合成核酸的原料：如用ATP，GTP，CTP，UTP合成RNA，用dATP，dGTP，dCTP，dTTP合成DNA。
②作为能量的贮存和供应形式：除ATP之外，还有GTP，UTP，CTP等。
③作为代谢中间物的载体：如用UDP携带糖基，用CDP携带胆碱，胆胺或甘油二酯，用腺苷携带蛋氨酸（SAM）等。
④参与代谢或生理活动的调节：如环核苷酸cAMP和cGMP作为激素的第二信使。
⑤参与构成酶的辅酶或辅基：如在NAD+，NADP+，FAD，FMN，CoA中均含有核苷酸的成分。
⑥[ATP]/[ADP][AMP]是细胞内有许多变构酶的调节剂。
（三）核苷酸代谢概述1合成代谢：核苷酸合成有从头合成和补救合成两种方式；2分解代谢二.核苷酸的合成代谢体内核苷酸的合成有2种不同的途径：从头合成（de novo synthesis）：利用氨基酸、一碳单位、CO2等小分子（或基团）为原料，补救合成（salvage synthesis ）：利用游离的碱基（嘌呤或嘧啶）或核苷，经过比较简单的反应过程合成核苷酸的途径。
核苷酸代谢
（三）嘌呤核苷酸的合成代谢
从头合成与补救途径合成
1 ．从头合成途径：
通过利用一些简单的前体物，如5-磷酸 核糖，氨基酸，一碳单位及CO2等，逐步合成 嘌呤核苷酸的过程称为从头合成途径。这一 途径主要见于肝脏，其次为小肠和胸腺。
在临床上应用较多的嘌呤核苷酸类似物 主要是6-巯基嘌呤（6-MP）。6-MP的化学结 构与次黄嘌呤类似，因而可以抑制 IMP 转变 为AMP或GMP，从而干扰嘌呤核苷酸的合成。
4、嘌呤核苷酸的抗代谢物
（1）嘌呤类似物
6－巯基嘌呤（6－MP） 6－巯基鸟嘌呤 8－氮杂鸟嘌呤 结构类似次黄嘌呤 抑制核苷酸正常合成
嘧啶核苷酸的主要合成步骤为：
（1）尿苷酸（uridine monophosphate)的合成： 在氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ的催化下，以Gln， CO2，ATP为原料合成氨基甲酰磷酸。后者在天冬氨 酸转氨甲酰酶的催化下，转移一分子天冬氨酸，从 而合成氨甲酰天冬氨酸，然后再经脱氢、脱羧、环 化等反应，合成第一个嘧啶核苷酸，即UMP。乳清 酸是关键性的中间产物。(P321) Gln+CO2+2ATP 氨基甲酰磷酸＋Asp 氨甲酰天冬氨酸 二氢乳清 酸 乳清酸 UMP
由天冬氨酸提供氨基合成腺苷酸代琥珀酸
（AMP-S），然后裂解产生AMP；
IMP也可在IMP脱氢酶的催化下，以NAD+为
受氢体，脱氢氧化为黄苷酸（XMP），后者再
在鸟苷酸合成酶催化下，由谷氨酰胺提供氨基
合成鸟苷酸（GMP）。
（3）三磷酸嘌呤核苷的合成
P322
2、补救合成途径： 又称再利用合成途径(salvage pathway)。指利用分解代谢产生的自由嘌呤 碱合成嘌呤核苷酸的过程。这一途径可在大 多数组织细胞中进行。其反应为：
生化要点11.核苷酸代谢
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------生化要点11.核苷酸代谢第十一单元核苷酸代谢一、核酸的分解代谢（一）核酸的酶促降解核酸是核苷酸以 3＇、 5＇ -磷酸二酯键连成的高聚物，核酸分解代谢的第一步就是分解为核苷酸，作用于磷酸二酯键的酶称核酸酶（实质是磷酸二脂酶）。
根据对底物的专一性可分为：核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、非特异性核酸酶。
根据酶的作用方式分：内切酶、外切酶。
1. 核糖核酸酶只水解 RNA 磷酸二酯键的酶（RNase），不同的 RNase 专一性不同。
牛胰核糖核酸酶（RNaseI），作用位点是嘧啶核苷-3＇ -磷酸与其它核苷酸间的连接键。
核糖核酸酶T1（RNaseT1），作用位点是 3＇ -鸟苷酸与其它核苷酸的 5＇ -OH 间的键。
2. 脱氧核糖核酸酶只能水解 DNA 磷酸二酯键的酶。
DNase 牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseI）可切割双链和单链 DNA。
产物是以 5＇ -磷酸为末端的寡核苷酸。
牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseⅠ ），降解产物为 3＇ -磷酸为末端的寡核苷酸。
限制性核酸内切酶：1 / 10细菌体内能识别并水解外源双源 DNA 的核酸内切酶，产生 3＇-OH 和 5＇ -P。
PstⅠ 切割后，形成 3＇ -OH 单链粘性末端。
EcoRⅠ 切割后，形成 5＇ -P 单链粘性末端。
3. 非特异性核酸酶既可水解 RNA，又可水解 DNA 磷酸二酯键的核酸酶。
小球菌核酸酶是内切酶，可作用于RNA 或变性的 DNA，产生 3＇-核苷酸或寡核苷酸。
蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二脂酶属于外切酶。
蛇毒磷酸二酯酶能从 RNA 或 DNA 链的游离的 3＇ -OH 逐个水解，生成 5＇ -核苷酸。
生物化学第八章 核苷酸代谢
嘌呤碱从头合成的元素来源
Gly
CO2
Asp N 1
6
5
N 7
一碳单位 2
甲酰-FH4
3 N
4
9 N
8
一碳单位 甲炔-FH4
Gln
• 从头合成途径 (1)IMP(次黄嘌呤核苷酸)的合成 (2)AMP（腺苷酸）和GMP（鸟苷酸）的生成
(1)、IMP的生成
PRPP
AMP ATP
（5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸）PRPP合成酶
小结
1、嘌呤核苷酸补救合成定义、发生组织。 2、补救合成的生理意义。 3、脱氧核苷酸是在核苷二磷酸水平上进行的。 4、嘌呤代谢的终产物是尿酸、痛风病的致病 原因、治疗机制。
第三节 嘧啶核苷酸的代谢
嘧啶核苷酸的结构
一、嘧啶核苷酸的从头合成 （一）嘧啶核苷酸的从头合成
• 定义
嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核 糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物 质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶 核苷酸的途径。
很少能活至20岁，
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。
HGPRT完全缺失的患儿，表现为自毁容貌综 合征。
（四）脱氧核苷酸的合成代谢
在核苷二磷酸水平上进行
（N代表A、G、U、C等碱基）
脱氧核苷酸的生成
核糖核苷酸还原酶，Mg2+
第八章
核苷酸代谢
Metabolism of Nucleotides
第一节、核苷酸的功能及消化与吸收 一、核苷酸的功能
是核酸的基本组成单位，合成核酸的原料 能量的利用形式，ATP是重要能量货币； 参与代谢和生理调节，cAMP是第二信使； 参与生物活性物质组成，NAD、 FAD、 CoA等； 其衍生物是许多生化反应的中间供体 ，如UDPG 、
精品医学课件-核苷酸代谢
概述 一、核苷酸的生理功能：
1）能量代谢关键物质 2）作为生物合成过程中活性代谢物质的
转运体 3）辅酶结构的组成部分 4）代谢信号调节分子 5）ATP的共价修饰改变很多酶的活性
二、核酸降解 来源：胞内mRNA、DNA的修复 、
细胞死亡、饮食摄入。 降解过程： 1．内切核酸酶 2．非特异性外切核酸酶 3．核苷酸酶 4．核苷可以被吸收或者通过两种方式继
糖转移酶（HGPRT）的活性，阻滞 IMP与GMP的补救.
3. 谷氨酰胺类似物：
竞争性抑制干扰嘌呤从头合成过程中谷 氨酰胺参与的反应过程。
二．嘧啶核苷酸的合成 概况：
1. 前体物是氨基甲酰磷酸与天冬氨 酸
2. 首先进行嘧啶环的合成，然后再 进行磷酸核糖部分的转移生成嘧 啶核苷酸。
3. 嘧啶合成路径不进行分支 4. 三磷酸尿苷（UTP）是嘧 啶从头
图 9-11
（二）嘧啶核苷酸从头合成的调节
1．氨基甲酰磷酸合成酶II：UTP、嘌呤核苷 酸负反馈调节，PRPP提高此酶的活性。 2．天冬氨酸氨基甲酰基转移酶：CTP负反馈 抑制，ATP激活。 3. PRPP合成酶催化生成的PRPP是合成嘌呤与 嘧啶核苷酸共同的前体物质。嘌呤核苷酸与 嘧啶核苷酸反馈抑制磷酸核糖焦磷酸合成酶 的活性
10）N10甲酰四氢叶酸供甲酰基成第2位碳原子 产物：5-甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸
11）5-甲酰氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸 脱水环化生成次黄嘌呤核苷酸（IMP）
注释： ●1与2步反应的过程受多种因素的调
节。 ●磷酸核糖焦磷酸合成酶的缺陷与嘌
呤代谢异常相关 ● 磷酸核糖酰胺转移酶催化的反应是
从头合成途径关键步骤。
2. 次黄嘌呤类似物
6-巯基嘌呤（6-mercaptopurine, 6MP） 6-巯基鸟嘌呤(6-thioguanine) Байду номын сангаас-氮杂鸟嘌呤 (8-azaguanine)
第十一章核苷酸代谢
‥ ‥G A A T T C ‥‥ ‥ ‥C T T A A G ‥‥
‥ ‥A A G C T T‥‥ ‥ ‥T T C G A A ‥‥
四核苷酸，平端切口
六核苷酸，粘端切口 六核苷酸，粘端切口 六核苷酸，粘端切口 六核苷酸，粘端切口
‥ ‥C C C G G G ‥‥ ‥ ‥G G G C C C ‥‥
六核苷酸，粘端切口 四核苷酸，平端切口
限制性内切酶类型
I型：分子量大于105，多亚基，需S-线苷蛋氨酸、ATP和 Mg2+ ，识别位点与切割位点相差甚远，产物为异质，是限制 与修饰相排斥的多功能酶。
Ⅱ型：分子量小于105，需Mg2+ ，切割位点位于识别位点上， 产物为专一性片段，不具修饰酶功能。现在分子生物学研究所 用的限制性内切酶均为此类。
第二节 嘌呤和嘧啶的分解代谢
一、嘌呤的分解代谢 不同种类的生物分解嘌呤的能力不同，因此嘌呤分解 代谢的产物亦各异。动物的肝脏，肾脏和小肠中黄嘌 呤氧化酶活力很高，因此嘌呤的分解代谢主要在肝脏， 小肠粘膜，肾脏中进行。
核苷酸核苷酸核酶苷 核苷磷酸碱化基酶+（脱氧）戊糖-1-P
磷酸 一、嘌呤的降解 嘌呤的分解首先是脱氨基。 嘌呤的分解在核苷酸，核苷和碱基水平上均可发生。 研究发现，体内腺嘌呤的分解主要是在腺苷脱氨酶和 腺苷酸脱氨酶作用下进行的。 鸟嘌呤的分解则是在鸟嘌呤脱氨酶作用下进行的。
一、核甘酸生物合成的基本途径 动物、植物和微生物都能合成各种嘌呤和嘧啶核苷酸 。合成 核苷酸的基本途径有两条。 一条是以小分子的氨基酸，氨，二氧化碳为原料进行全合成， 即从头合成或从无到有途径；在肝脏中利用食物原料以从头合 成为主； 另一条是利用体内游离的碱基或核苷合成核甘酸，称为补救 途径。脑，骨髓等只能补救合成。 正常情况下，以肝脏的合成为主，仅在病理等特殊条件下， 补救途径才有意义。
生物化学-核苷酸代谢(共41张PPT)
尿嘧啶磷酸核糖转移酶
尿嘧啶+PRPP
UMP+PPi
1-磷酸核糖
Pi
尿嘧啶核苷
尿苷激酶 Mg2+
UMP
ATP
ADP
胸苷激酶 脱氧胸苷
Mg2+
dTMP
ATP
ADP
x-染色体连锁隐性遗传 缺乏的酶：次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶（HGPRT） 免疫缺陷症,
(ribonucleotide) ADA缺乏症患者体内腺苷酸分解代谢严重障碍，T、B淋巴细胞受损，引起反复感染等症状。
痛 风（GOUT）
痛风原因：高嘌呤饮食、体内核 酸分解增强、肾脏疾病
表现：尿酸盐沉积造成损害
别嘌呤醇治疗痛风：机制是别嘌 呤醇在结构上与次黄嘌呤相似 ，抑制黄嘌呤氧化酶
腺苷脱氨酶（ADA）基因位于20q13-qter，编码一条含363个氨 基酸残基的多肽链。
腺苷脱氨酶（ADA）缺乏引起重症免疫缺陷症，即ADA缺乏症。ADA缺乏 症患者体内腺苷酸分解代谢严重障碍，T、B淋巴细胞受损，引起反 复感染等症状。
硫氧还蛋白
S S
谷氧还蛋白还原酶
硫氧还蛋白还原酶
G SSG
2G SH
谷胱甘肽还原酶
NADPH +H +
N A D P+
FAD
FA D H 2
硫氧还蛋白还原酶
NADPH +H +
NADP+
脱氧胸苷酸（dTMP）的生成
尿苷一磷酸激酶
尿苷二磷酸激酶
UMP
UDP
UTP
ATP合酶
CTP
ATP
ADP
ATP
ADP 谷氨酰胺
鸟苷一磷酸 (GMP) 鸟苷二磷酸 (GDP) 鸟苷三磷酸 (GTP)
生物化学核苷酸代谢
生物化学核苷酸代谢核苷酸代谢是生物体内重要的生化过程，涉及到核酸合成、降解、修复、信号传递等多个方面。
核苷酸由碱基、糖和磷酸组成，其代谢在细胞中是高度调控和平衡的。
核苷酸合成主要通过转氨基树酸循环和核苷酸分子的合成反应进行。
在转氨基树酸循环中，核苷酸前体物质首先被转化为碱基，然后与多磷酸核糖（PRPP）反应生成核苷酸。
在核苷酸分子的合成过程中，磷酸化反应是关键步骤。
首先，核苷酸前体物质通过化学反应与其他辅助分子发生磷酸化，生成亲核试剂；然后亲核试剂与其他原子或分子发生进一步反应，最终形成核苷酸分子。
核苷酸降解是核酸的代谢终点。
核苷酸降解主要通过核苷酸酶和核酸酶的作用进行。
核苷酸首先被分解为核苷和糖酸，然后再被分解为碱基、磷酸和其他代谢产物。
核苷酸的降解产物在细胞中可以被重新利用，参与核酸合成或其他代谢途径。
核苷酸修复是为了纠正核苷酸中的损伤或错误。
核酸在细胞中会受到化学、物理和生物性的损伤。
这些损伤可能导致突变和疾病的发生。
核苷酸修复过程中的多个酶参与到检测和修复核酸中的损伤。
例如，碱基切割酶可以识别含有损伤碱基的DNA链，然后切割并去除这些损伤碱基。
然后，DNA聚合酶、连接酶和重排序酶等修复酶可以填补被切割的DNA链，并确保修复后的DNA链的完整性。
核苷酸在细胞中还扮演着重要的信号传递和调控作用。
一些核苷酸可以作为二级信使，传递细胞内外的信号，调控细胞的生理和代谢过程。
例如，环磷酸腺苷（cAMP）和磷腺苷酸（cGMP）是细胞内常见的二级信使，它们通过激活蛋白激酶A、蛋白激酶G等酶的信号通路，参与细胞的增殖、分化、凋亡等生理过程。
总结起来，核苷酸代谢是生物体内重要的生化过程，它涉及核酸的合成、降解、修复以及信号传递等多个方面。
核苷酸代谢的平衡和调控对细胞活动的正常进行至关重要，异常的核苷酸代谢可能导致疾病的发生。
因此，对核苷酸代谢的深入研究，有助于揭示生命活动的机制和疾病发生的原因，也为药物研发和治疗提供了理论基础。
11章核苷酸代谢
二、嘧啶核苷酸的生物合成
嘧啶环原子的来源
4 3 2
NH3 CO2
C
N C
1
5
C
天冬氨酸
6
C
N
嘧啶环原子来源：NH3、CO2、Asp 特点： 先利用小分子化合物形成嘧啶环，再与核糖 磷酸（PRPP提供）结合成乳清酸，(与嘌呤核苷 合成的区别)然后生成UMP。其他嘧啶核苷酸由 尿苷酸转变而成。
此过程主要在肝细胞的胞液中进行。除了二氢乳清酸脱 氢酶位于线粒体内膜上外，其余均位于胞液中。
嘌呤的各个原子是在PRPP的C1上逐渐加上 去的（由Asp、Gln、 Gly、甲酸、CO2 提供N和 C）。
PP-1-R-5-P
5’－磷酸核糖－1’－焦磷酸
AMP ATP PRPP合成酶
（5-磷酸核糖）
R-5-P
PRPP
酰胺转移酶
谷氨酰胺
谷氨酸 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
二、嘌呤核苷酸的从头合成 嘌呤环上原子的来源
甘氨酸
天冬氨 酸
甲 酸 或甲酰基
甲 酸 谷 酰 氨 胺
嘌呤环原子来源：Asp、Gln、 Gly、甲酸、CO2 合成部位：胞液 特点： 嘌呤最初不是以游离碱基的形式合成，而 是从5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP) 开始，经一系 列酶促反应，先生成次黄嘌呤核苷酸(肌苷酸, IMP)，然后再转变为AMP和GMP。
甲酰甘氨脒核苷酸FGAM
－5′－P
磷酸核糖甲酰 甘氨脒合成酶
－5′－P
⑤甲酰甘氨脒核苷酸FGAM
5-氨基咪唑核苷酸(AIR)
－5′－P
氨基咪唑核 苷酸合成酶
－5′－P
⑥ ⑦ 5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸的生成：
核苷酸代谢
核苷酸代谢
核苷酸代谢是生物体内一系列生化反应的过程，用于合成和分解核苷酸分子，包括腺嘌呤核苷酸和胞嘌呤核苷酸。
这些核苷酸是DNA 和RNA 的构建单元，同时还在细胞内参与能量转化和信号传递等生物过程。
核苷酸代谢在维持细胞生存和功能中起着重要作用。
核苷酸代谢包括以下主要过程：
1.核苷酸合成：细胞需要合成新的核苷酸来满足DNA 和RNA
的合成需求。
这包括腺嘌呤核苷酸和胞嘌呤核苷酸的合成。
合成的过程需要多个中间产物，如核糖核苷酸、二磷酸核糖核苷酸等。
2.核苷酸降解：细胞需要分解核苷酸来回收核苷酸单体或能量。
核苷酸降解包括核苷酸的酶解和分解成较小的分子，如核苷、碱基、糖和磷酸。
3.核苷酸储存：一些细胞会储存核苷酸以供以后使用，以应对细
胞周期或环境变化。
4.调控：核苷酸代谢受到多种调控机制的调节，包括反馈抑制、
激活、废物排除和信号传递。
这有助于维持核苷酸浓度在细胞内的平衡。
核苷酸代谢与细胞的生长、分裂、DNA 修复、RNA 合成以及能量代谢等过程密切相关。
失调的核苷酸代谢可能会导致遗传疾病，如类风湿性关节炎、DNA损伤修复缺陷疾病、免疫系统疾病等。
因此，核苷酸代谢的研究对于理解生物体内的基本生物学过程和开发相关药
物非常重要。
核苷酸代谢
第十章核苷酸代谢1. 核苷酸的分解代谢1)核酸的降解：核酸+H2O+核酸酶→单核苷酸+核苷酸酶→核苷+PPi+核苷酶→戊糖+碱基（嘌呤/嘧啶） +核苷酸酸化酶→戊糖-1-磷酸+碱基※核苷水解酶不对脱氧核糖核苷生效。
2)限制性内切酶：3)嘌呤核苷酸的降解：代谢中间产物——黄嘌呤，终产物尿酸（彻底分解为CO2和NH3）。
嘌呤核苷酸→嘌呤核苷→①腺嘌呤（脱氨→次黄嘌呤+黄嘌呤氧化酶→黄嘌呤）②鸟嘌呤（脱氨→黄嘌呤）黄嘌呤+黄嘌呤氧化酶→尿酸肌肉中的嘌呤核苷酸循环生成氨；AMP+AMP脱氨酶→IMP，肌肉中的IMP→AMP，这一过程为嘌呤核苷酸循环。
4)嘧啶核苷酸的降解：分解成磷酸、核糖和嘧啶碱。
①胞嘧啶+胞嘧啶脱氢酶→尿嘧啶+二氢尿嘧啶脱氢酶（开环）→β-脲基丙酸→β-丙氨酸（脱氨参与有机代谢）+NH3+CO2+H2O②胸腺嘧啶+二氢尿嘧啶脱氢酶→二氢胸腺嘧啶+二氢嘧啶酶→β-脲基异丁酸→β-氨基异丁酸（监测放化疗程度）+NH3+CO2+H2O5)尿酸过高与痛风：尿酸在体内过量积累会导致痛风症，别嘌呤醇可治疗痛风，因与次黄嘌呤相似，可抑制黄嘌呤氧化酶从而抑制尿酸生成。
尿酸中体内彻底分解形成CO2和氨。
2. 核苷酸的合成代谢：分布广、功能强；从头合成：利用核糖磷酸、氨基酸CO2和NH3等简单的前提分子，经过酶促反应合成核苷酸。
补救合成：简单、省能，无需从头合成碱基；利用体内现有的核苷和碱基再循环。
嘌呤核苷酸合成前体：次黄嘌呤核苷酸（IMP/肌苷酸）+5-磷酸核糖（起始物）↓活化形式1)嘌呤核糖核苷酸的从头合成途径：主要调节方式——反馈调节；ATP+5-磷酸核糖+5-磷酸核糖焦磷酸合成酶（PRPP合成酶）→5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）腺嘌呤核苷酸AMP鸟嘌呤核苷酸GMPIMP+Asp+腺苷酸琥珀酸合成酶→腺苷酸琥珀酸+腺苷酸琥珀酸裂合酶→延胡索酸+AMPIMP+IMP脱氢酶→黄嘌呤核苷酸+鸟嘌呤核苷酸合成酶→GMP补救合成途径：脑、骨髓组织缺乏从头合成所需要的酶，依靠嘌呤碱或嘌呤核苷合成嘌呤核苷酸。
第八章 核苷酸代谢解析
• 少数生物在三磷酸核苷酸的水平上还原为脱氧核 苷酸。
在核苷二磷酸水平上进行
脱氧核糖核苷酸的合成
NDP 二磷酸核糖核苷 还原型硫氧化 还原蛋白-(SH)2 NADP+ 核糖核苷酸还原酶，Mg2+ dNDP 二磷酸脱氧核苷
氧化型硫氧 化还原蛋白
S S
硫氧化还原蛋白还原酶 (FAD)
NADPH + H+
能进行补救合成。
（三）嘌呤核苷酸的相互转变
AMP
NH3
GMP
腺苷酸代 琥珀酸
IMP
XMP
黄苷酸
（四）脱氧核糖核苷酸的合成
• 以核糖核苷酸为原料，通过核糖核苷酸还原酶(Ntreductase)将核糖分子还原为脱氧核糖。 • 多数生物中核糖核苷酸必须先行转化为二磷酸核 苷酸(NDP)水平，再还原为脱氧核苷二磷酸水平。
两栖动物等
无脊椎动物
痛风(Gout)
嘌呤碱分解代谢产生过多的尿酸，由于其溶解性很差， 易形成尿酸钠结晶，沉积于关节部位,引起疼痛或灼痛—痛风。 如果发生HGPRT的缺陷，不能以补救途径合成嘌呤核苷酸， 吸收或合成的嘌呤碱不完全降解，导致大量尿酸积累，也引 起肾结石和痛风。 HGPRT：次黄嘌呤鸟嘌呤转磷酸核糖酶
腺嘌呤 糖构型转为β-型
Adenosine + ATP ———— AMP + ADP
腺苷
核苷激酶
Acid
Base
Base
Acid
Base
Sugar
Sugar
Sugar
嘌呤核苷酸的补救合成
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
核苷酸代谢
• 从头合成途径：利用CO2、甲酸盐、Gln、 Asp和Gly等小分子物质来合成，不经过碱 基、核苷的中间阶段
• 补救合成途径：利用体内游离的碱基或核 苷合成核苷酸
核苷酸代谢最新
• 一、嘌呤核苷酸的合成 （一）嘌呤核的来源
核苷酸代谢最新
• （二）嘌呤核苷酸的合成——AMP、GMP 1.从头合成—主要方式 嘌呤碱的合成是从5-磷酸核糖焦磷酸
Lesch-Nyhan综合症属于性连锁隐性遗传疾病，患者 各器官、组织中HGPRT（其结构基因位于X染色体）缺 乏。
一般情况下，脑组织中嘌呤核苷酸从头合成所需的 PRPP酰胺转移酶活性极低，而补救合成所需的HGPRT 活性较高，因此，脑组织基本依靠补救合成生成IMP和 GMP。
但Lesch-Nyhan综合症患者，由于脑组织中HGPRT 缺失，使次黄嘌呤、鸟嘌呤经补救合成生成IMP、GMP 受阻，嘌呤过多则进入分解途径生成尿酸，引起高尿酸 血症，最终导致中枢神经系统发育障碍，患者智力缺陷， 具攻击性行为，又称自毁容貌征。
（PRPP）开始，经过一系列酶促反应，先 生成IMP，然后再转变成AMP和GMP。 （1）IMP的合成 （2）AMP和GMP的合成
核苷酸代谢最新
核苷酸代谢最新
核苷酸代谢最新
• （3）从头合成的调节 嘌呤核苷酸的从头合成主要控制点有3个： ①磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶受终产物IMP、 AMP和GMP所抑制， ②腺苷酸琥珀酸合成酶受终产物AMP抑制， ③次黄嘌呤核苷酸脱氢酶受终产物GMP抑制。
核苷酸代谢最新
• （一）嘌呤的分解代谢
H2O
NH3
腺苷酸
次黄苷酸
H2O
核苷酸脱氨酶 H2O
核苷酸酶
黄苷酸
第八章核苷酸代谢
HGPRT 鸟嘌呤 + PRPP
GMP + PPi
2、利用现成嘌呤核苷合成嘌呤核苷酸：
腺苷激酶 腺嘌呤核苷
ATP ADP
AMP
生理意义：
1 . 嘌呤核苷酸的补救合成途径比从头合成简单， 消耗ATP少，节省一些氨基酸的消耗；
2. 体内某些组织器官（如脑、骨髓、红细胞 等），由于缺乏从头合成酶系，只能靠补救合 成方式合成核苷酸，以供合成核酸等的需要。
AR
H 2O Pi H 2O
脱氨酶
IR
NH
核苷酸酶
核苷酶
鸟嘌呤酶
GMP
GR
G
X
H 2O Pi
Pi R -1-P H 2O
Pi
黄嘌呤氧化酶 尿酸
思考：人体内嘌呤核苷酸分解代谢的主要终产物是
A．尿素
B．尿酸
C．肌酐
D．尿苷酸
E．肌酸
人和猿类等缺乏分解尿酸的能力，因此尿酸是人、 猿、鸟类及爬虫类体内嘌呤碱分解的最终产物。 但在鸟类，尿酸则可继续分解产生尿囊素。
从头合成的调节
PRPP合成酶、PRPP酰胺转移酶可被IMP、 AMP、GMP抑制；
R-5-P增加PRPP合成酶活性，PRPP增加酰胺 转移酶活性。
AMP抑制AMP生成，GTP促进AMP生成； GMP抑制GMP抑制，ATP促进GMP生成。
（二）补救合成途径：
又称再利用合成途径(salvage pathway)。 指利用分解代谢产生的自由嘌呤碱或嘌呤核苷， 经过简单的反应过程，合成嘌呤核苷酸的过程。 这一途径可在大多数组织细胞中进行。
A．合成错误的DNA，抑制癌细胞生长 B．抑制尿嘧啶的合成，从而减少RNA的生物合成 C．抑制胞嘧啶的合成，从而抑制DNA的生物合成 D．抑制胸腺嘧啶核苷酸合成酶的活性，从而抑制DNA的生物合成 E．抑制二氢叶酸还原酶的活性，从而抑制了TMP合成
生物化学_核苷酸代谢
生物化学_核苷酸代谢核苷酸是生物体内重要的代谢产物和信号分子，参与了细胞的许多生理活动。
核苷酸代谢是指从核苷酸的合成到降解的过程。
核苷酸合成主要发生在细胞的核糖体内，而降解则发生在细胞质中。
核苷酸代谢是一个复杂的过程，涉及许多酶的参与和调节。
核苷酸的合成一般分为两个部分：碱基合成和糖磷酸合成。
碱基合成是指通过一系列酶催化反应将无机盐和二氧化碳转化为核苷酸中的碱基。
碱基合成的过程中需要ATP提供能量，并且还需要其他物质作为辅助因子。
例如，嘌呤核苷酸的合成需要甲硫氨酸、腺苷酸、尿苷酸和腺苷酸等物质参与。
嘌呤核苷酸的合成主要发生在细胞核中，具体包括腺苷酸合成、纯化核苷酸合成和底物识别。
嘌呤核苷酸的合成是一个反应级联，涉及多个酶的参与和调控。
嘌呤核苷酸的合成过程是一个调控复杂的过程，它受到多种酶的调控以及许多物质的调节。
糖磷酸合成是指通过一系列酶催化反应将碱基与糖磷酸结合形成核苷酸。
例如，嘧啶核苷酸的合成主要发生在细胞质中，主要包括嘧啶核苷酸合成和底物识别。
嘧啶核苷酸合成是一个反应级联，也涉及多个酶的参与和调控。
嘧啶核苷酸的合成过程也受到多种酶的调控以及许多物质的调节。
核苷酸的降解主要发生在细胞质中。
核苷酸的降解是一个逆反应，通过一系列酶催化反应将核苷酸转化为底物，最终分解为无机盐和二氧化碳。
例如，嘌呤核苷酸的降解主要发生在肝脏和肾脏中，主要包括核苷酸降解和底物识别。
嘌呤核苷酸的降解是一个反应级联，涉及多个酶的参与和调控。
嘌呤核苷酸的降解过程也受到多种酶的调控以及许多物质的调节。
核苷酸代谢是一个复杂的过程，涉及多个酶的参与和调控。
核苷酸的合成和降解过程需要消耗能量，并且还需要其他物质作为辅助因子。
核苷酸代谢酶的异常表达或活性异常都可能导致核苷酸代谢紊乱，进而影响细胞的生理活动。
核苷酸代谢异常与许多疾病有关，如肿瘤、免疫系统疾病和遗传代谢病等。
因此，研究核苷酸代谢的调控机制和相关疾病的发生机制对于疾病的预防和治疗具有重要意义。
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• The atoms of the pyrimidine rings were found to be derived from Asp, Gln and HCO3-.
Radioisotope tracer experiments revealed the origins of the ring atoms of purines
Propionyl-CoA Succinyl-CoA
二、核苷酸的生物合成
1. Nucleotides are synthesized via either the de novo pathways or the salvage pathways
• In the de novo pathway simple precursors, including amino acids, PRPP, NH4+, CO2, and one-carbon units (carried on H4 folate) are used.
AMP inhibits adenylosuccinate synthetase and GMP inhibits IMP dehydrogenase.
AMP and GMP synthesis is balanced by the following mechanism: GTP is needed for AMP synthesis and ATP for GMP synthesis.
Gln amide
C
HCO3The atoms of the pyrimidine rings were revealed to Be derived from HCO3-, Gln and Asp.
3. De novo purine nucleotide synthesis begins with the transferring of an amino group from Gln to PRPP
Steps 7 and 8 are catalyzed by one protein in some eukaryotic cells
Steps 10 and 11 are catalyzed by one protein in some eukaryotic cells
IMP is first formed and is then converted to AMP and GMP.
• To a limited extent, catabolism of pyrimidine nucleotides contributes to the energy metabolism of the cell.
Degradation products of pyrimdines can enter the citric acid cycle
• Buchanan and Greenberg revealed this by feeding a variety of isotopically labeled compounds to pigeons (1940s).
• The atoms of the purine rings were found to be derived from formate, CO2, Gly, Asp, and Gln.
• The deoxyribonucleotides (dNDPs) are synthesized by reduction of ribonucleotides (NDPs).
2. Radioisotope tracer(放射同位素示踪) experiments revealed the origins of the atoms in the purine and pyrimidine rings
4. The biosynthesis of AMP and GMP is regulated by feedback inhibition
PRPP synthetase and glutamine-PRPP amidotransferase are both inhibited by the end products IMP, AMP and GMP (AMP and GMP act synergistically).
Dephosphorylation
bosylation
Deamination Deribosylation
Deamination
Oxidation
(黄嘌呤)
Oxidation
(尿酸)
(尿囊素） (尿囊酸)
Allopurinol was designed to be a competitive inhibitor of xanthine oxidase to treat gout by Elion and Hitchings, who shared the Nobel Prize in 1988 for their discoveries
The de novo synthesis of AMP and GMP is regulated mainly by sequential feedback Inhibition.
• Overproduction of uric acid was revealed to cause gout (痛风).
• Allopurinol, an inhibitor of xanthine oxidase, is used to treat gout.
Dephosphorylation
• In the salvage pathway the free bases and nucleosides released from nucleic acid breakdown are used.
• The free bases (A, G, C, U, T) are not
intermediates during the de novo synthesis: the
• The production of AMP from IMP requires GTP, and the production of GMP from IMP requires ATP.
PRPP is synthesized from ribose 5-P in a Reaction catalyzed by PRPP synthetase.
purine ring is assembled on ribose phosphate to make AMP and GMP; the pyrimidine ring is first synthesized as orotate（乳清酸）, which is then attached to ribose phosphate before being converted to UTP and CTP (dTMP is made from dUMP).
• Uric acid can be further converted to allantoin, allantoate, urea or NH4+ in various animals.
• The deficiency of adenosine deaminase causes the severe immunodeficiency disease in humans (it is likely the accumulated adenosine is converted to dATP, which inhibits the formation of all dNDPs by ribonucleotide reductase).
IMP is converted to AMP by accepting an amino group from Asp (GTP is needed to activate Asp) and to GMP by accepting an amino group from Gln (ATP is needed to activate XMP)
• For guanosine, the amino group is hydrolyzed after the ribose group is removed.
• Xanthine oxidase, having multiple cofactors (including an FAD, a Mo complex, four different Fe-S clusters), catalyzes the O2-dependent conversion of hypoxanthine to xanthine and xanthine to uric acid.
第23章 核苷酸代谢
一、核苷酸降解代谢
1. Uric acid is the excreted end product of purine catabolism in humans and many other animals
• For adenosine, the amino group is hydrolyzed before the ribose group is removed.
• The first intermediate having a complete purine ring is IMP (次黄嘌呤核苷酸).
• IMP is converted to AMP by accepting an amino group from Asp, and converted to GMP by a NAD+-dependent dehydrogenation reaction (at C-2) and an amino group transfer from Gln (catalyzed by an amidotransferase).