8 核苷酸代谢
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目录
ATP和GTP的生成：
激酶
AMP
ADP
无意义
激酶
ATP
ATP ADP
ATP ADP
GMP
激酶
激酶
GDP
ATP ADP
ATP ADP
GTP
2021/3/9
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； •PRPP是重要的中间代谢物，它不仅参与嘌呤核苷酸 的从头合成，而且参与嘧啶核苷酸的从头合成及两 类核苷酸的补救合成。是5-磷酸核糖的活性供体； • PRPP合成酶和酰胺转移酶为关键酶； • 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GTP或1个ATP。 •AMP和GMP的水平保持相对平衡。
1、IMP的合成过程
① ②
③
④
③ GAR合成酶 ④转甲酰基酶 ⑤ FGAM合成酶 ⑥AIR合成酶
2021/3/9
⑤ ⑥
7
11
2021/3/9
8 9
10
IMP生成总反应过程
IMP的合成要点：
• 在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤环； • PRPP是重要的中间代谢物，它不仅参与
嘌呤核苷酸的从头合成，而且参与嘧啶 核苷酸的从头合成及两类核苷酸的补救 合成。是5-磷酸核糖的活性供体； • PRPP合成酶和酰胺转移酶为关键酶。
PP-1-R-5-P（PRPP) AMP ① ATP R-5-P
（磷酸核糖焦磷酸） PRPP合成酶 （5-磷酸核糖）
（PRPPK）
谷氨酰胺
酰胺转移酶 ②
(GPAT)
谷氨酸
H2N-1-R-5´-P（PRA)
（5´-磷酸核糖胺）
③～11
2021/3/9
IMP
Baidu Nhomakorabea
•谷氨酰胺 ——酰胺基N •N10——甲酰四氢叶酸 •天冬氨酸——α-氨基N •甘氨酸 •二氧化碳
2021/3/9
从头合成的调节
意义： ➢既满足需要，又不至于浪费； ➢维持ATP与GTP的平衡。
2021/3/9
目录
调节方式：反馈调节和交叉调节
__
_
+
+
R-5-P PRPP合成酶
– 补救合成途径 (salvage synthesis pathway)
• 分解代谢
2021/3/9
• 从头合成途径(de novo synthesis pathway) ：利用磷酸核糖、氨基酸、一碳 单位和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。 – 这是主要合成途径。 – 主要在肝脏进行。
•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，而脑、骨髓则无法进行此 合成途径。
2021/3/9
•嘌呤碱合成的元素来源
CO2
甘氨酸
天冬氨酸
甲酰基 （一碳单位）
甲酰基 （一碳单位）
2021/3/9
谷氨酰胺 （酰胺基）
•过程 1. IMP的合成 2. AMP和GMP的生成
2021/3/9
2021/3/9
• 补救合成途径(salvage synthesis pathway) ：利用游离的碱基或核苷， 经过简单的反应过程，合成核苷酸的 途径。 – 这是次要合成途径。 – 脑、骨髓等只能进行此途径。
2021/3/9
第一节 嘌呤核苷酸的代谢
Metabolism of Purine Nucleotides
2021/3/9
2、AMP和GMP的生成
IMP是AMP和GMP的前体。 NH 2
HN
N
O HN
C6氨基化
（Asp） GTP
N
N
N
R -5'-P AMP
N
N
C2氧化(NAD) 氨基化(Gln) O
R -5 '-P ATP
IMP
HN
N
2021/3/9
H2N N
N
R -5'-P
GMP
①腺苷酸代琥珀酸合成酶 ③IMP脱氢酶 ②腺苷酸代琥珀酸裂解酶 ④GMP合成酶
P OCH 2 OH
P OCH 2
AT P AM P M2 g+
OH
H H
HOHPRPP合成酶
HH
H
OP OP
OHOH
OHOH
5-磷酸核糖
磷酸核糖焦磷酸 （PRPP）
谷氨酰胺
PPi
酰胺转移酶
2021/3/9
P O CH 2 O
谷氨酸
NH 2
H H
HH
OH OH
1-氨 基 -5'-磷 酸 核 苷 （ 5-磷 酸 核 糖 胺 ， PRA）
碱基
2021/3/9
戊糖（或戊糖-1’-磷酸）
• 核酸的分解代谢产物核苷酸、核苷、 碱基、戊糖和磷酸既可以参加合成代 谢，也可以进一步分解。
• 细胞中的DNA代谢相对稳定，而RNA 代谢活跃。
2021/3/9
核苷酸的生理功能
• 作为核酸合成的原料: dATP 、 dGTP 、 dCTP 、 dTTP ——DNA的合成原料； ATP、GTP、CTP、UTP ——RNA的合成原料。
核糖核酸酶（RNase） 脱氧核糖核酸酶 (DNase)
单核苷酸
2021/3/9
单核苷酸
H2O
胰、肠核苷酸酶（nucleotidase）
（磷酸单酯酶）
磷酸
H2O H3PO4
核苷
核苷水解酶
（nucleoside hydrolase）
核苷酶(nucleosidase)
（水解或磷酸解）
核苷磷酸化酶
（nucleoside phosphorylase）
• 体内能量的利用形式：ATP、GTP（蛋白质合 成）、UTP（糖原合成）、CTP（磷脂合成）
2021/3/9
CONH2
NH2
N
N
+ N
H
H
O
O
N
N
CH2 O P O P O CH2 O
OH HO
OH OH
H
H
H OH
H OH
H OH
NAD+
AMP
2021/3/9
核苷酸代谢概况
• 合成代谢
– 从头合成途径 (de novo synthesis pathway)
第八章
核苷酸代谢
Metabolism of Nucleotides
2021/3/9
核苷酸
• 核酸的基本结构单位； • 不属于营养必需物质； • 细胞中主要以5’-核苷酸形式存在； • 具有多种生物学功能；
2021/3/9
核酸的消化
食物核蛋白 胃酸
概述
蛋白质
核酸（RNA及DNA）
H2O
胰核酸酶
水解3’，5’-磷酸二酯键 （磷酸二酯酶）
2021/3/9
嘌呤核苷酸的结构
AMP
2021/3/9
GMP
一、嘌呤核苷酸的合成代谢
从头合成途径 (de novo synthesis pathway)
补救合成途径 (salvage synthesis pathway)
2021/3/9
（一）嘌呤核苷酸的从头合成
•定义
嘌呤核苷酸的从头合成途径是指利用磷酸 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，合成嘌呤核 苷酸的途径。
ATP和GTP的生成：
激酶
AMP
ADP
无意义
激酶
ATP
ATP ADP
ATP ADP
GMP
激酶
激酶
GDP
ATP ADP
ATP ADP
GTP
2021/3/9
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； •PRPP是重要的中间代谢物，它不仅参与嘌呤核苷酸 的从头合成，而且参与嘧啶核苷酸的从头合成及两 类核苷酸的补救合成。是5-磷酸核糖的活性供体； • PRPP合成酶和酰胺转移酶为关键酶； • 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GTP或1个ATP。 •AMP和GMP的水平保持相对平衡。
1、IMP的合成过程
① ②
③
④
③ GAR合成酶 ④转甲酰基酶 ⑤ FGAM合成酶 ⑥AIR合成酶
2021/3/9
⑤ ⑥
7
11
2021/3/9
8 9
10
IMP生成总反应过程
IMP的合成要点：
• 在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤环； • PRPP是重要的中间代谢物，它不仅参与
嘌呤核苷酸的从头合成，而且参与嘧啶 核苷酸的从头合成及两类核苷酸的补救 合成。是5-磷酸核糖的活性供体； • PRPP合成酶和酰胺转移酶为关键酶。
PP-1-R-5-P（PRPP) AMP ① ATP R-5-P
（磷酸核糖焦磷酸） PRPP合成酶 （5-磷酸核糖）
（PRPPK）
谷氨酰胺
酰胺转移酶 ②
(GPAT)
谷氨酸
H2N-1-R-5´-P（PRA)
（5´-磷酸核糖胺）
③～11
2021/3/9
IMP
Baidu Nhomakorabea
•谷氨酰胺 ——酰胺基N •N10——甲酰四氢叶酸 •天冬氨酸——α-氨基N •甘氨酸 •二氧化碳
2021/3/9
从头合成的调节
意义： ➢既满足需要，又不至于浪费； ➢维持ATP与GTP的平衡。
2021/3/9
目录
调节方式：反馈调节和交叉调节
__
_
+
+
R-5-P PRPP合成酶
– 补救合成途径 (salvage synthesis pathway)
• 分解代谢
2021/3/9
• 从头合成途径(de novo synthesis pathway) ：利用磷酸核糖、氨基酸、一碳 单位和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。 – 这是主要合成途径。 – 主要在肝脏进行。
•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，而脑、骨髓则无法进行此 合成途径。
2021/3/9
•嘌呤碱合成的元素来源
CO2
甘氨酸
天冬氨酸
甲酰基 （一碳单位）
甲酰基 （一碳单位）
2021/3/9
谷氨酰胺 （酰胺基）
•过程 1. IMP的合成 2. AMP和GMP的生成
2021/3/9
2021/3/9
• 补救合成途径(salvage synthesis pathway) ：利用游离的碱基或核苷， 经过简单的反应过程，合成核苷酸的 途径。 – 这是次要合成途径。 – 脑、骨髓等只能进行此途径。
2021/3/9
第一节 嘌呤核苷酸的代谢
Metabolism of Purine Nucleotides
2021/3/9
2、AMP和GMP的生成
IMP是AMP和GMP的前体。 NH 2
HN
N
O HN
C6氨基化
（Asp） GTP
N
N
N
R -5'-P AMP
N
N
C2氧化(NAD) 氨基化(Gln) O
R -5 '-P ATP
IMP
HN
N
2021/3/9
H2N N
N
R -5'-P
GMP
①腺苷酸代琥珀酸合成酶 ③IMP脱氢酶 ②腺苷酸代琥珀酸裂解酶 ④GMP合成酶
P OCH 2 OH
P OCH 2
AT P AM P M2 g+
OH
H H
HOHPRPP合成酶
HH
H
OP OP
OHOH
OHOH
5-磷酸核糖
磷酸核糖焦磷酸 （PRPP）
谷氨酰胺
PPi
酰胺转移酶
2021/3/9
P O CH 2 O
谷氨酸
NH 2
H H
HH
OH OH
1-氨 基 -5'-磷 酸 核 苷 （ 5-磷 酸 核 糖 胺 ， PRA）
碱基
2021/3/9
戊糖（或戊糖-1’-磷酸）
• 核酸的分解代谢产物核苷酸、核苷、 碱基、戊糖和磷酸既可以参加合成代 谢，也可以进一步分解。
• 细胞中的DNA代谢相对稳定，而RNA 代谢活跃。
2021/3/9
核苷酸的生理功能
• 作为核酸合成的原料: dATP 、 dGTP 、 dCTP 、 dTTP ——DNA的合成原料； ATP、GTP、CTP、UTP ——RNA的合成原料。
核糖核酸酶（RNase） 脱氧核糖核酸酶 (DNase)
单核苷酸
2021/3/9
单核苷酸
H2O
胰、肠核苷酸酶（nucleotidase）
（磷酸单酯酶）
磷酸
H2O H3PO4
核苷
核苷水解酶
（nucleoside hydrolase）
核苷酶(nucleosidase)
（水解或磷酸解）
核苷磷酸化酶
（nucleoside phosphorylase）
• 体内能量的利用形式：ATP、GTP（蛋白质合 成）、UTP（糖原合成）、CTP（磷脂合成）
2021/3/9
CONH2
NH2
N
N
+ N
H
H
O
O
N
N
CH2 O P O P O CH2 O
OH HO
OH OH
H
H
H OH
H OH
H OH
NAD+
AMP
2021/3/9
核苷酸代谢概况
• 合成代谢
– 从头合成途径 (de novo synthesis pathway)
第八章
核苷酸代谢
Metabolism of Nucleotides
2021/3/9
核苷酸
• 核酸的基本结构单位； • 不属于营养必需物质； • 细胞中主要以5’-核苷酸形式存在； • 具有多种生物学功能；
2021/3/9
核酸的消化
食物核蛋白 胃酸
概述
蛋白质
核酸（RNA及DNA）
H2O
胰核酸酶
水解3’，5’-磷酸二酯键 （磷酸二酯酶）
2021/3/9
嘌呤核苷酸的结构
AMP
2021/3/9
GMP
一、嘌呤核苷酸的合成代谢
从头合成途径 (de novo synthesis pathway)
补救合成途径 (salvage synthesis pathway)
2021/3/9
（一）嘌呤核苷酸的从头合成
•定义
嘌呤核苷酸的从头合成途径是指利用磷酸 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，合成嘌呤核 苷酸的途径。