基础生化-2009-第八章核苷酸代谢

2.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。 自毁容貌征

Lesch-Nyhan综合症，也称之自毁容貌症：其特征 是智力迟钝、痉挛，表现出强制性的自残行为， 甚至自毁容貌。主要的生物化学特征是排泄尿酸 量可达到正常排泄尿酸量的6倍，同时嘌呤从头合 成的速率大大增加。
CO2 + NH3
第三节核苷酸的合成代谢

核苷酸合成的基本途径
嘌呤核苷酸的合成
嘧啶核苷酸的合成
脱氧核糖核苷酸的生成
核苷酸的抗代谢物
一、核苷酸生物合成的基本途径
补救途径
核苷
从头合成
核糖、氨基酸、CO2、NH3
辅酶
碱基
核糖核苷酸 RNA
脱氧核苷
脱氧核苷酸
DNA

从头合成途径 （肝内主要途径）
2. 限制性内切酶
原核生物中存在着一类能识别外源DNA双螺旋中4-8个碱基
对所组成的特异的具有二重旋转对称性的回文序列，并在此序
列的某位点水解DNA双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这类 酶称为限制性内切酶（ristriction endonuclease）。
常用的DNA限制性内切酶的专一性
酶 辨认的序列和切口
抑制阻断核苷酸的合成代谢，从而进一步阻止核酸以及 蛋白质的生物合成。 肿瘤细胞的核酸及蛋白质合成十分旺盛，对核苷酸合成 抑制剂的作用更敏感，由此这些抗代谢物具有抗肿瘤作
用，这就是化疗的生化基础。
嘌呤核苷酸的抗代谢物 嘧啶核苷酸的抗代谢物
（一）嘌呤核苷酸的抗代谢物
嘌呤类似物
氨基酸类似物
叶酸类似物
6-巯基嘌呤 氮杂丝氨酸等 氨蝶呤 6-巯基鸟嘌呤 氨甲蝶呤等 8-氮杂鸟嘌呤等 与Gln相似 竞争性抑制二 氢叶酸还原酶
利用磷酸核糖、氨基酸、CO2和NH3等简单小分子物质为 原料，经过一系列酶促反应合成核苷酸，此途径不经过 碱基、核苷的中间阶段，消耗较多能量，是从无到有的 途径。

补救合成途径 （脑 、骨髓等）也很重要
利用体内核苷酸降解的中间产物如游离的碱基或核苷合 成核苷酸的途径。涉及的反应和耗能较少。
核苷酸的从头合成概况
III型：识别位点为5-7bp的非对称序列 ，切割位点在 顺序之外,离识别 序列5-10bp，切割双链，个别也切割单链。 是限制与修饰相多功能酶。 限制性内切酶是分析染色体结构、制作DNA限制图谱、 进行DNA序列测定和基因分离、基因体外重组等研究中不可缺 少的工具，是一把天赐的神刀，用来解剖纤细的DNA分子。
（二）dTMP的生成
UDP 脱氧核苷酸还原酶 dUDP dCMP
CTP
CDP
dCDP
TMP合酶
N5, N10-亚甲FH4 FH4 FH2
FH2还原酶 NADPH+H+
NADP+
dUMP
脱氧胸苷一磷酸 dTMP
核 苷 酸 的 合 成 及 相 互 关 系
五、核苷酸的抗代谢物
是一些碱基、氨基酸或叶酸等的类似物。主要以竞争性
5-磷酸核糖 Gln Gly PRPP
CO2 + Gln
氨基甲酰磷酸 Asp 乳清酸 UMP
一碳单位 Gln CO2 Asp 一碳单位
GMP
dTMP CTP
IMP AMP
GTP
ATP
UTP
二、嘌呤核苷酸的从头合成
（一）合成部位
肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次 是小肠和胸腺，所有反应定位于细胞液 而脑、骨髓则无法进行此合成途径。
（2）限制性内切酶的命名和意义
例：Eco R I，这是从大肠杆菌（Ecoli）R菌珠中分离出的一种限制性 内切酶
Eco R I
属名 种名 株名 序号
三、核苷酸的生物功能

作为核酸合成的原料，是核酸的基本组成单位 体内能量的利用形式，ATP是重要能量货币
活化中间代谢物，其衍生物是许多生化反应的中间供
1.补救合成过程
腺嘌呤 + PRPP 次黄嘌呤 + PRPP
APRT
腺嘌呤磷酸核糖转移酶
AMP + PPi IMP + PPi
次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶
HGPRT
鸟嘌呤 + PRPP HGPRT
腺苷激酶
GMP + PPi
腺嘌呤核苷 嘌呤 +R-1-P
AMP
嘌呤核苷 +Pi
次要
核苷磷酸化酶
ATP
ADP
NH4+ 氨基酸 IMP
Asp +GTP
腺苷酸琥珀酸 合成酶
骨骼肌中，提高延胡索酸的浓度，因而提高TCA的效率
（三）不同生物体嘌呤分解的终产物不同（P549）

灵长类和排尿酸动物（鸟类、昆虫）—尿酸为终产物 多数哺乳动物—尿囊素 鱼类、两栖类—尿囊酸 软骨鱼、两栖动物—尿素 无脊椎动物、甲壳类—NH3+CO2
二嘌呤核苷酸循环骨骼肌细胞ampimpnhasp延胡索酸腺苷酸脱氨酶腺苷酸琥珀酸合成酶腺苷酸琥珀酸裂合酶gtp氨基酸骨骼肌中提高延胡索酸的浓度因而提高tca的效率三不同生物体嘌呤分解的终产物不同p549脲酶嘧啶碱1磷酸核糖嘧啶核苷酸核苷核苷酸酶ppi核苷磷酸化酶与嘌呤核苷酸分解总体相似胞嘧啶nh尿嘧啶二氢尿嘧啶丙氨酸胸腺嘧啶二氢胸腺嘧啶乙酰coatac尿素氨基异丁酸甲基丙二酸单酰coa琥珀酰coatac糖异生嘧啶碱的分解代谢p550脲基异丁酸co脲基丙酸脱氢酶水合酶chcoohchhoochnchnhhoocch胞嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶脲基丙酸co丙氨酸氨基异丁酸脲基异丁酸核苷酸的抗代谢物核糖氨基酸co核糖核苷酸脱氧核苷酸dna核苷碱基脱氧核苷辅酶rna补救途径从头合成从头合成途径肝内主要途径利用磷酸核糖氨基酸co等简单小分子物质为原料经过一系列酶促反应合成核苷酸此途径不经过碱基核苷的中间阶段消耗较多能量是从无到有的途径
尿囊 酸酶 尿囊 素酶
脲酶
二、嘧啶核苷酸的分解
与嘌呤核苷酸分解总体相似
嘧啶核苷酸
核苷酸酶 PPi
核苷
核苷磷酸化酶
1-磷酸核糖
嘧啶碱
嘧啶碱的分解代谢（P550）
胞嘧啶
NH3
尿嘧啶
脱氢酶
胸腺嘧啶 二氢胸腺嘧啶
二氢尿嘧啶
水合酶
β-脲基丙酸
H2 O
H2O
β-脲基异丁酸
CO2 + NH3
β-丙氨酸
肝
丙二酸单酰CoA 乙酰CoA
‥ ‥A G C T ‥‥ ‥ ‥T C G A ‥ ‥ ‥ ‥G G A T C C ‥‥ ‥ ‥C C T A G G ‥‥ ‥ ‥A G A T C T ‥‥ ‥ ‥T C T A G A ‥‥
说明 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 六核苷酸，粘端切口
酰胺转移酶
9 步反应
在Gln、Gly、一碳单位、 CO2及Asp的逐步参与下
N R- 5 '-P
AMP GMP
次黄嘌呤核苷酸 ( IMP )
IMP生成总反应过程
2.AMP和GMP的生成（P540）
①AMPS合成酶 ③IMP脱氢酶 ②AMPS裂解酶 ④GMP合成酶
3.ATP和GTP的生成
腺苷激酶 ATP ADP 激酶 ATP ADP
体 ，如UDPG 、CoA等 参与代谢和生理调节，cAMP是第二信使 ,(p)ppGpp是 氨基酸饥饿引起效应的中间介质
四、体内核苷酸的来源
自身合成（主要途径） 食物（次要）

第二节 核苷酸的分解代谢
一、嘌呤核苷酸的分解代谢
哺乳动物为例
核苷酸 H2O 核苷酸酶 Pi 核苷 核苷磷酸化酶 Pi R-1-P R-5-P

痛风症的治疗机制
羟嘌呤醇是黄嘌呤脱氢酶（黄嘌呤氧化酶）的一个很强的抑制剂 X和I的溶解度比尿酸钠和尿酸大得多，如果它们不能通过补救 途径被重新利用也可经肾脏排泄掉。 鸟嘌呤 黄嘌呤 次黄嘌呤 黄嘌呤氧化酶 尿酸
别嘌呤醇
（二）嘌呤核苷酸循环（骨骼肌细胞）
腺苷酸脱氨酶
H2O AMP 延胡索酸
腺苷酸琥珀酸 裂合酶
• 嘌呤类似物：主要有6-巯基嘌呤
OH N N N N H N N SH N N H
hypoxanthine 次黄嘌呤(H)
1、核酸酶的定义及分类
指所有可以水解核酸的酶。
依据底物不同分类
• DNA酶(deoxyribonuclease, DNase)：专一降解DNA。 • RNA酶 (ribonuclease, RNase)：专一降解RNA。 依据切割部位不同 • 核酸内切酶：限制性核酸内切酶
非限制性核酸内切酶
• 核酸外切酶：5´→3´或3´→5´核酸外切酶
β-氨基异丁酸
甲基丙二酸单酰CoA 琥珀酰CoA
尿素
TAC
TAC
糖异生
NH2 N O N H 胞嘧啶 H2O NH3 HN O 尿嘧啶
O HN N H O
O CH3 N H
胸腺嘧啶
HOOC β-脲基丙酸 O H2O H2N CH2 CH2 COOH β-丙氨酸 NH2 CH2 N H CH2
HOOC NH2 CH CH3 O N H CH2 H2O H2N CH2 CH COOH CH3 β-氨基异丁酸 β-脲基异丁酸
Glu ADP+Pi
（ 3）胸腺嘧啶核苷酸的生成
UDP CTP 脱氧核苷酸还原酶 CDP dCDP dUDP dCMP
TMP合酶
N5, N10-亚甲基FH4 FH4 NADP+ FH2
FH2还原酶
NADPH+H+
dUMP
脱氧胸苷一磷酸 dTMP
4.嘧啶核苷酸从头合成特点：
用原料先合成嘧啶环，然后再与PRPP连
接生成嘧啶核苷酸。能量消耗相对嘌呤核 苷酸要小。
（二） 嘧啶核苷酸的补救合成
次要 嘧啶 + PRPP
嘧啶磷酸核糖转移酶
磷酸嘧啶核苷 + PPi
尿嘧啶核苷 + ATP 胸腺嘧啶核苷 + ATP
尿苷激酶
UMP +ADP TMP +ADP
胸苷激酶
嘧啶 +R-1-P
核苷磷酸化酶
嘧啶核苷 +Pi
四、脱氧核苷酸的生成
（二）嘌呤核苷酸合成原料
CO2
Gly
甲酰基 （一碳单位）
Asp 甲酰基 （一碳单位） 谷氨酰胺（酰胺基）
（三）嘌呤核苷酸从头合成过程 1 . IMP的合成 2 . AMP和GMP的生成 3 . ATP和GTP的生成
1.IMP的生成（P538+539）
活化的核糖
ATP R-5-P PRPP合成酶 O N N N AMP PRPP Gln Glu 5-磷酸核糖胺 (PRA)
第八章
核苷酸代谢
Metabolism of Nucleotides
第一节 概 述 第二节 核苷酸的分解代谢 第三节 核苷酸的合成代谢

第一节 概 述
一、核酸和核苷酸的降解
蛋白质 食物核蛋白 胃酸 核酸（RNA及DNA）
胰核酸酶 核苷酸
胰、肠核苷酸酶
核苷 磷酸 核苷酶
碱基
戊糖
二、核 酸 酶（Nuclease）
Hind Ⅲ
Sal I Sma I
六核苷酸，平端切口
（1）限制性内切酶类型
I型：分子量大于105，多亚基，需S-腺苷蛋氨酸、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。
氨基甲 酰磷酸
3.从头合成过程
（ 1 ）UMP的合成（P541）
Gln + HCO3氨基甲酰磷 酸合成酶II
2ATP
2ADP+Pi
Glu +
氨基甲酰磷酸
（ 2 ）胞嘧啶核苷酸的合成
（三磷酸水平）
尿苷酸激酶 ATP ADP
UDP
二磷酸核苷激酶 ATP ADP
UTP
UTP Gln ATP
CTP合成酶
AMP
ADP
ATP
GMP
鸟苷激酶
GDP
ATP ADP
激酶
GTP
ATP ADP
（四）嘌呤核苷酸从头合成特点
• 1.嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。
• 2.IMP的合成需5个ATP，6个高能磷酸键（R-5-P出发）。
3.GMP或AMP的合成又需1个ATP（GTP）。
（五）嘌呤核苷酸的补救合成途径
大脑中嘌呤核苷酸补救合成途径（重要）受阻，因而 降解为尿酸，过量尿酸导致中枢神经系统功能失常，自 我损伤。
G (I) + PRPP
降解
HGPRT
GMP(IMP) + PPi
尿酸→中枢神经系统功能失常
三、嘧啶核苷酸的合成代谢
（一）嘧啶核苷酸的从头合成
1.合成部位
主要是肝细胞胞液，部分位于线粒体中
2.嘧啶环上各原子的来源
磷酸戊糖途径 PRPP 补救途径
嘌呤碱
氧化
尿酸
（一）嘌呤核苷酸分解的基本过程(P548)
脱氨酶
黄嘌呤氧化酶
脱氨酶
黄嘌呤氧化酶
痛风

痛风是由于尿酸生产过量或尿酸排泄不充分造成堆积 引起的一种疾病，其基本的生化特征是高尿酸血症 。 血液中的尿酸以钠盐或钾盐的形式存在，溶解度很小， 浓度高时，在软骨和软组织，特别是在肾脏以及舌和 关节处形成结晶（有时与尿酸一起）形成尿酸结石或 关节炎。 引起痛风有几个原因：其中包括次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸 核糖转移酶活性的部分缺陷，结果导致嘌呤回收下降， 使得嘌呤分解生成更多的尿酸。痛风也可能是由于嘌 呤生物合成调控的缺陷引起的。
Alu I Bam H I Bgl I Eco R I
‥ ‥G A A T T C ‥‥ ‥ ‥C T T A A G ‥‥
‥ ‥A A G C T T‥‥ ‥ ‥T T C G A A ‥‥ ‥ ‥G T C G A C ‥‥ ‥ ‥C A G C T G ‥‥ ‥ ‥C C C G G G ‥‥ ‥ ‥G G G C C C ‥‥
（一）脱氧核苷酸的生成
在核苷二磷酸水平上进行还原
脱氧核苷酸的生成
核糖核苷酸还原酶，Mg2+
NDP
dNDP
二磷酸核糖核苷
还原型硫氧化 还原蛋白-(SH)2
二磷酸脱氧核苷
氧化型硫氧 化还原蛋白 S S
NADP+
NADPH + H+
硫氧化还原蛋白还原酶 （FAD）
激酶 dNDP + ATP dNTP + ADP