第十章 核苷酸代谢与蛋白质的生物合成

d GDP
d GMP、 d GTP
2 、嘌呤核苷酸的补救合成（次）
(1)定义
游离的嘌呤、核
苷、磷酸核糖
酶
嘌呤核苷酸
(2)部位：骨髓、脑、脾、白细胞 (3)特点：缺乏从头途径有关酶，只能利用从
肝运来的嘌呤和核苷合成核苷酸
(4)合成过程 腺嘌呤 + PRPP
腺嘌呤磷酸核糖转移酶 AMP (APRT) 次黄嘌呤-鸟嘌呤 IMP 磷酸核糖转移酶(HGPRT )
4、引物酶 复制起始时催化生成RNA引物 5、DNA聚合酶 主要功能催化dNTP之间形成3´，5´磷酸 二酯键，使DNA链沿5´→3´方向延长 6、DNA连接酶 催化DNA片段相连接
（三）DNA复制过程
DNA 复 制 过 程1
DNA 复 制 过 程 2
DNA复制过程具体过程：起始、延长、终止
嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶prpp嘧啶核苷酸ppi嘧啶磷酸核糖转移酶胸苷激酶tk胸苷激酶tk尿嘧啶胸腺嘧啶乳清酸胞嘧啶嘧啶核苷atp嘧啶核苷酸adp核苷激酶与恶性肿瘤总结5prprppimpdampgmpdgmpampumpcmpdumpdumpdtmpdcmpdcmpco2glnh2ncopompdadpgdpdgdpadpdatpgtpdgtpatpudpcdpdudpdudputpctpdutpdtdpdcdpdttpdctp核苷酸的从头合成过程总结嘌呤核苷酸嘧啶核苷酸从头合成途径主90原料磷酸核糖天冬氨酸谷氨酰胺甘氨酸甘氨酸一碳单位co2特点在磷酸核糖基础上合成补救合成途径次10游离的嘌呤碱嘌呤核苷核糖从头合成途径磷酸核糖天冬氨酸谷氨酰胺co2补救合成途径游离的嘧啶碱嘧啶核苷苷核糖用嘧啶和核苷与核糖合成所有细胞核核苷酸合成途径比较用嘌呤和核苷与核糖合成先合成嘧啶先合成嘧啶环再与磷环再与磷酸核糖连接酸核糖连接部位肝主小肠胸腺骨髓脑脾白细胞所有细胞主要肝核酸rna与dna胰核酸酶rna酶dna酶磷酸二酯酶单核苷酸胰肠核苷酸酶胰肠核苷酸酶磷酸单酯酶磷酸单酯酶二核酸的分解核苷磷酸核苷酶核糖碱基核酸核酸酶一核酸的分解痛风ampgmpgmpimp次黄嘌呤核苷酸ggx黄嘌呤一嘌呤核苷酸的分解代谢一嘌呤核苷酸的分解代谢i次黄嘌呤嘌呤碱的最终代谢产物尿酸过多引起痛风黄嘌呤氧化酶肝肾肠别嘌呤醇用于治疗痛风别嘌呤醇痛风症的治疗机制鸟嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤尿酸黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇二嘧啶分解胞嘧啶nh3尿嘧啶二氢尿嘧啶h2o胸腺嘧啶脲基异丁酸h2ohnchchcoohh2nch2ch2coohch3cccooco2nh3丙氨酸氨基异丁酸丙二酸单酰coa乙酰coatca肝尿素甲基丙二酸单酰coa琥珀酰coatca糖异生h2nch2chcooh嘌呤核苷酸合成与分解从头合成途径
嘧啶核苷酸合成与分解
磷酸核糖 从头合 氨基酸 成途径：CO2 嘧啶 补救合 核苷 成途径： 磷酸核糖
首先合成
UMP 其他
合成途径
各种嘧啶 核苷酸 尿素
CO2 + NH3
分解途径： 嘧啶核苷酸
β-丙氨酸 β-氨基异丁酸
TCA
治急性白血病、 治肝癌、胃癌、 结肠癌、乳腺癌 淋巴肉瘤
治肿瘤
治急性白血病
DNA聚合酶
5′
A A T C T A T A G T T A G A T
引物
5′
3′
G
原料
3′
DNA聚合酶
5′
A A T C T A T A G T T A G A T A
引物
5′
3′
G
原料
3′
DNA聚合酶
5′
A A T C T A T A G T T A G A T A T
引物
5′
3′
G
原料
ATP dATP
dGTP GTP UTP CTP dCTP dTTP
核苷酸的从头合成过程总结
核苷酸合成途径比较
嘌呤核苷酸 从头合成途 补救合成途 径(主,90％) 径(次,10％) 游离的嘌呤 原料 磷酸核糖 天冬氨酸、 碱、嘌呤核 谷氨酰胺 苷、核糖 甘氨酸 一碳单位CO2 用嘌呤和核 特点 在磷酸核糖 基础上合成 苷与核糖合 成 部位 肝(主)、小 肠、胸腺 骨髓、脑、 脾、白细胞 嘧啶核苷酸 从头合成途 补救合 径 成途径 磷酸核糖 游离的 天冬氨酸、 嘧啶碱、 谷氨酰胺 嘧啶核 CO2 苷、核 糖 先合成嘧啶 用嘧啶 环，再与磷 和核苷 酸核糖连接 与核糖 合成 所有细胞, 所有细 主要肝 胞
丙二酸单酰CoA 乙酰CoA TCA
尿素
甲基丙二酸单酰CoA
琥珀酰CoA TCA 糖异生
嘌呤核苷酸合成与分解
磷酸核糖 从头合 氨基酸 成途径： 一碳单位 CO2 合成途径 首先合成
IMP
AMP GMP
嘌呤 补救合 核苷 成途径： 磷酸核糖
分解途径： 嘌呤核苷酸 尿酸
各种嘌呤 核苷酸
引起痛风
治疗药物：别 嘌呤醇
引物
5′
5′
DNA新链
3′ G
原料
+
DNA pol
ppi
dATP
36/62
3′ 母代DNA 5′
A T C C G
T A G G C
原料
DNA聚合酶
RNA引物
A T G C A T
2个子代DNA AT A TA T CG C CG C GC G AT A + GC G AT A TA CG CG
O C HN C N CH CH
dTMP合成酶 HN
N5,N10-甲烯FH4 FH2 O FH2还原酶 FH4
O C C
N
NH3
O
C-CH3 CH
dR-5'-P
NADP+
NADPH+H+
dR-5'-P
dCMP
dUMP
dTMP
2. 嘧啶核苷酸的补救合成
嘧啶磷酸核糖转移酶
嘧啶+PRPP
嘧啶核苷酸+PPi 胸苷激酶,TK
a.尿嘧啶核苷酸的合成
b. 胞嘧啶核苷酸(CTP)的合成
O C HN
尿苷酸激酶 二磷酸 尿苷激酶 UDP ADP ATP Gln, ATP UTP Glu, ADP+Pi ADP
O
C
N
CH CH ATP
'
R-5 -P
UMP CTP
NH2 C N CH CH C N O R-5 -P-P-P
'
c.脱氧胸腺嘧啶核苷酸(dTMP或TMP)的合成
氮杂丝氨酸
5-氨基异咪唑4-甲酰胺核苷酸 （AICAR）
=
6-MP
PPi
腺嘌呤（A）
=
6-MP
6-MP
PPi GMP =
PRPP 鸟嘌呤(G)
PRPP
6-MP
第二节
核酸的生物合成
遗传信息传递的中心法则
复制
DNA
转录
逆转录
mRNA
翻译
蛋白质
包括：遗传信息的扩增、传递 和表达
DNA
RNA
染色体
(高度绕曲的DNA分子)
IMP
(次黄嘌呤核苷酸)
AMP GMP
b.AMP和GMP的生成
①腺苷酸代琥珀酸合成酶 ②腺苷酸代琥珀酸裂解酶
③IMP脱氢酶 ④GMP合成酶
d AMP、 d ATP
d ADP AMP IMP GMP
激酶 ATP ADP
ADP
激酶 ATP ADP
ATP
激酶 ATP ADP
GDP
激酶
GTP
ATP ADP
N5 N10-次甲基-FH4
谷氨酰胺 •嘌呤碱元素来源
（5）合成过程：十一步反应
1-焦磷酸-5-磷酸核糖 (PRPP) PRPP合成酶
酰胺转移酶 谷氨酰胺 AMP ATP
R-5-P （5-磷酸核糖）
谷氨酸 H2N-1′-R-5′-P （5´-磷酸核糖胺）
在甘氨酸、一碳单位、谷 氨酰胺、二氧化碳及天冬 氨酸的逐步参与下
尿嘧啶核苷酸
六步
其他核苷酸 (2)部位：所有细胞，肝为主，胞液 (3)特点：先合成嘧啶环，再与磷酸核糖连接
(4)原料：磷酸核糖、谷氨酰胺、
天冬氨酸、 CO2
谷氨酰胺
CO2
嘧 啶
天冬氨酸
磷酸核糖
嘧啶核苷酸
(5)合成过程
a.尿嘧啶核苷酸的合成 b.胞嘧啶核苷酸(CTP)的合成 c.脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成
3′
DNA聚合酶
5′
A A T C T A T A G T T A G A T A T C
引物
5′ G
原料
3′
DNA模板链
DNA聚合酶
3′
5′
A A T C T A T A G T T A G A T A T C
引物
5′ G
3′
DNA新链
原料
DNA模板链
DNA聚合酶
3′ A A T C T A T A G T T A G A T A T C
DNA分子
解螺旋
半保留复制
5’ 3’
2股DNA单链－模板链
碱基互补配对 （A-T,G-C)
2股新DNA链,与模板链互补 2股新链分别与模板链组 成新的子代DNA分子
3’ 5’
3’ 5’
3’ 5
（一）DNA合成条件：
原料：(dNTP)
dATP，dGTP，dCTP，dTTP 模板：解开成单链的DNA母链（2条单链） 引物：RNA引物 酶：DNA聚合酶、解旋酶、引物酶等 原则:碱基互补A＝T,G ≡ C 方向： 5’→3’（新链）
T A G G C T C T
T A
C G
5′
母 链
3′
子 链
母 C G 链
T A C G
C G
复制的半不连续性
前导链
解链方向
3
3
5
后随链
3 5
冈崎片段
半不连续复制：DNA复制时,一条 链是连续的,另一条链是不连 续的,称为半不连续复制。
5
DNA合成过程概况：
先由引物酶合成RNA引物
3′
5′
3′
引物酶合成引物
5′
DNA复制的延伸： 方向：5′
3′
DNA聚合酶把新生链的第一个脱氧 核苷酸加到引物的3′-OH上，开始 新生链的合成过程。
3′
5′
模板
A A T C T A T A G
DNA
引物
聚合酶
原料
组成 DNA
的脱氧核糖核苷酸一个个连接起来
3′
DNA聚合酶
引物
5′ A A T C T A T A G T T
尿 胸 嘧 腺 啶 嘧 啶
乳 清 酸
胞 嘧 啶
核苷激酶
与恶性肿瘤
嘧啶核苷+ATP
嘧啶核苷酸+ADP
5'-P-R
PRPP
CO2+Gln H2N-CO-P
总结
IMP
OMP
AMP dAMP dGMP GMP UMP dUMP CMP dCMP dTMP
ADP dADP dGDP GDP UDP dUDP CDP dCDP dTDP dUTP
，再由DNA 聚合酶在引物3’合成DNA链，然后由 DNA聚合酶切除引物并填补空隙，最 后由连接酶连成完整的链。
（四）DNA复制产物：两个子代DNA
碱基序列与母代完全相同。
（五）DNA复制的意义：
DNA半保留复制具有高度准 确性、保真性，保证遗传信息 的正确传递，保证亲、子代之 间遗传的稳定性。
+ PPi
次黄嘌呤 + PRPP
鸟嘌呤 + PRPP 腺嘌呤核苷
+ PPi
+ PPi
次黄嘌呤-鸟嘌呤 磷酸核糖转移酶(HGPRT ) GMP
腺苷激酶
ATP ADP
AMP
（二）嘧啶核苷酸的合成代谢
1、从头合成途径
2、补救合成途径
1、嘧啶核苷酸的从头合成途径
(1)定义
磷酸核糖、氨基酸、 及二氧化碳 酶
DNA复制起始过程:解链
拓扑异构酶 单链结合蛋白 解链酶 引物酶及引发体 DNA聚合酶 引物
5′ 3′
DNA双链
3′ 5′
DNA复制起始的过程
拓扑异构酶 单链结合蛋白 解链酶 引物酶及引发体 DNA聚合酶 引物
5′
3′
拓扑异构酶 与DNA双链 结合，解开 超螺旋。
3′ 5′
DNA复制起始的过程
(1)定义
磷酸核糖、氨基酸、 一碳单位及二氧化碳 酶 次黄嘌呤核苷酸
十一步
其他核苷酸
(2)部位：肝细胞、小肠粘膜、胸腺
(3)特点：在磷酸核糖基础上合成， 非单独合成嘌呤碱
(4)合成原料：5-磷酸核糖、天冬氨酸、谷氨
酰胺、甘氨酸、一碳单位、CO2
CO2 天冬氨酸
甘氨酸
一碳单位 一碳单位
N10－甲酰－FH4
第十章
核苷酸代谢与蛋白质 的生物合成
核苷酸的代谢
第一节
核酸的降解
核苷酸的合成
核苷酸库
核酸的合成
核苷酸的降解
核苷酸是核酸的基本结构单位，
它不属于营养必需物质
一、核苷酸的合成代谢
碱基 核苷酸 核糖（戊糖） 磷酸
（一）嘌呤核苷酸的合成代谢
1、从头合成途径
2、补救合成途径
1 、嘌呤核苷酸的从头合成（主）
G
别嘌呤醇用于治疗痛风
别嘌呤醇痛风症的治疗机制
鸟嘌呤
黄嘌呤氧化酶 黄嘌呤 尿酸
次黄嘌呤
别嘌呤醇
（二）嘧啶分解
胞嘧啶
NH3
胸腺嘧啶
尿嘧啶 二氢尿嘧啶
H2O
β-脲基异丁酸
H2 O
CH3
H2N-CH2-CH2-COOH
β-丙氨酸
CO2 + NH3 肝
H2N-CH2-CH-COOH
β-氨基异丁酸
二、核酸的分解
核酸(RNA与DNA)
(磷酸二酯酶) 胰核酸酶 RNA酶 DNA酶
单核苷酸
(磷酸单酯酶) 胰、肠核苷酸酶
磷酸
核苷
核苷酶
碱基
核糖
一、核酸的分解
核酸酶
核酸
痛风
（一）嘌呤核苷酸的分解代谢
AMP IMP I X
（黄嘌呤）
黄嘌呤氧化酶 （肝、肾、肠）
（次黄嘌呤核苷酸）（次黄嘌呤）
GMP 嘌呤碱的最终 代谢产物 尿酸过多引起 痛风
6-MP
PRPP PRA = 谷氨酰胺 （Gln） 氮杂丝氨酸
氨甲蝶呤
甘氨酰胺 核苷酸 （GAR） 甲酰甘氨酰 胺核苷酸 （FGAR） =
氮杂丝氨酸 甲酰甘氨 脒核苷酸 （FGAM） =
PRPP 次黄嘌呤 （H）
AMP
6-MP
=
氨甲蝶呤
IMP
PPi
5-甲酰胺基咪唑4-甲酰胺核苷酸 （FAICAR）
拓扑异构酶 单链结合蛋白 解链酶 引物酶及引发体 DNA聚合酶 引物
3′
5′
3′
解链酶解开 DNA双螺旋
5′
DNA复制起始过程
5′
3′
拓扑异构酶 单链结合蛋白 解链酶 引物酶及引发体 DNA聚合酶 单链结合蛋白 引物
防止复螺旋
3′
5′
DNA复制起始过程 拓扑异构酶 单链结合蛋白 解链酶 引物酶及引发体 DNA聚合酶 引物
（二）DNA复制过程相关酶和蛋白
1、拓扑异构酶 松弛正超螺旋，变为负超螺旋; 既能水解 、又能连接磷酸二酯键。