生物化学.第十章 核苷酸代谢

MTX
5-氨基异咪唑4-甲酰胺核苷酸
(AICAR)
6-MP AMP
6-MP PPi
6-MP
氮杂丝氨酸
PPi PRPP
GMP
鸟嘌呤(G)
=
PRPP 腺嘌呤(A)
Leabharlann Baidu
6-MP
二、嘌呤核苷酸的分解代谢
核苷酸酶
核苷磷酸化酶
核苷酸
核苷
Pi
AMP
核苷酸酶
腺苷
脱氨酶
次黄苷 核苷酶
1-磷酸核糖
碱基
次黄嘌呤
H2O Pi
HH
R 5/ P
H2O
H
H
5-甲酰胺咪唑-4-氨基甲酰核苷酸(FAICAR)
OH OH
N
次黄嘌呤核苷酸 (IMP)
(2)AMP和GMP的生成
HOOC-CH2-CH-COOH
O HN
N
NH
GDP+Pi N
N
NH2 延胡索酸
N
N
GTP
NN
②
NN
Asp
N
①
R 5/ P
腺苷酸代琥珀酸
H2ONADH+H+
N
N
天冬氨酸
4. 合成过程
(1)尿嘧啶核苷酸的合成
氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ(CPS-Ⅱ)是尿嘧啶核苷酸的合 成的主要调节酶。
氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ
CO2 +谷氨酰胺
(CPS-Ⅱ)
NH2 C=O
天冬氨酸氨基 甲酰转移酶
2×ATP 2×(ADP+Pi) 谷氨酸 O-PO32- Asp Pi
氨基甲酰磷酸
O
O
HO-C NH2
O
R 5/ P AMP
O
NAD+
R 5/ P ③
HN
Gln Glu ATP HN
N
IMP
O N N H2O ADP+Pi H2N N N
R 5/ P XMP
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
(3)ATP与GTP的生成
激酶
AMP
激酶
ADP
3.合成过程
腺嘌呤 + PRPP
APRT
AMP + PPi
次黄嘌呤 + PRPP HGPRT IMP + PPi
鸟嘌呤 + PRPP HGPRT GMP + PPi
腺嘌呤核苷
腺苷激酶
AMP
ATP ADP
4.补救合成的特点
(1) 节省从头合成时的能量和氨基酸。 (2) 某些组织器官如脑、骨髓等主要是进行补
第十章 核苷酸代谢
(Metabolism of Nucleotides)
核苷酸功能
组成核酸及储存能量。 组成辅酶(辅基)，参与代谢及调节。
食物核蛋白
蛋白质
胃酸
核苷
核酸
核酸酶
核苷酸
核苷酸酶
磷酸
碱基
核苷酶
戊糖
第一节 嘌呤核苷酸的代谢
(Metabolism of Purine Nucleotides)
一、嘌呤核苷酸的合成代谢
(一) 从头合成途径
1.定义 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为原料，合成 嘌呤核苷酸的途径。
2. 部位 肝是主要合成器官，其次是小肠和胸 腺；而脑、骨髓则很难进行此途径。
3.嘌呤碱合成的元素来源
天冬氨酸
甲酰基 (一碳单位)
CO2
甘氨酸
C6
N7
N1
C5
C8
C2
C4
N3
N9
H
H
OH H
阿糖胞苷
HO-CH2
O O
N
H
H
H
OH H
环胞苷
UMP UDP
氮杂丝氨酸
阿糖胞苷
UTP
CTP
CDP
dCDP
氨甲碟呤
dUDP
dUMP
dTMP
氮杂丝氨酸
二、嘧啶核苷酸的分解代谢
胞嘧啶 NH3
尿嘧啶
嘧啶核苷酸
胸腺嘧啶
二氢尿嘧啶 H2O
H2N-CH2-CH2-COOH β-丙氨酸
丙二酰CoA
激酶 dNDP + ATP
dNTP + ADP
(五) 嘌呤核苷酸的抗代谢物
1.嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、氨基酸或 叶酸等的类似物。
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
2.6-巯基嘌呤的结构
OH
N
N
SH
N
N
NN
次黄嘌呤(H) H
NN
6-巯基嘌呤(6-MP) H
= =
= =
PRPP
谷氨酰胺 (Gln)
=
6-MP
PRA 氮杂丝氨酸
6-MP
PRPP PPi
次黄嘌呤
=
IMP
(H)
MTX
氮杂丝氨酸
甘氨酰胺 核苷酸
(GAR)
甲酰甘氨酰 胺核苷酸
(FGAR)
甲酰甘氨 脒核苷酸
(FGAM)
5-甲酰胺基咪唑4-甲酰胺核苷酸
(FAICAR)
1.尿酸含量为0.12～0.36mmol/L，超过0.48 mmol/L时， 沉积于关节等处，导致痛风症。
2.别嘌呤醇可竞争性抑制黄嘌呤氧化酶，使生成减少， 达到治疗痛风症的目的。
鸟嘌呤
黄嘌呤氧化酶
黄嘌呤
尿酸
次黄嘌呤
OH
NCC N
CH
HC
C N
N
H
次黄嘌呤
别嘌呤醇
OH H
NCC C
N
HC
C N
N
H
别嘌呤醇
甲酰基 (一碳单位)
谷氨酰胺 (酰胺基)
O
HC N CH
羧化酶
HO-C
N CH
合成酶
H2N C N
CO2
H2N C N
Mg2+
Asp
Pi
R 5/ P
R 5/ P ATP
ADP
5-氨基咪唑核苷酸(AIR) 5-氨基咪唑-4-羧基核苷酸(CAIR)
HOOC O
O
HC-HN-C N
CH
CH2 H2N
H2O NH3
Pi R-1-P
黄嘌呤 氧化酶
GMP
核苷酸酶
鸟苷
核苷酶
鸟嘌呤
鸟嘌呤酶 黄嘌呤
尿酸
H2O Pi
Pi R-1-P
H2O NH3
(一)尿酸的生成
AMP
GMP
嘌呤碱的最终 代谢产物
H 黄嘌呤氧化酶
（次黄嘌呤）
X
G
(黄嘌呤)
OH N
黄嘌呤氧化酶
N OH
HO N N
H
尿酸
(二)痛风症的治疗机制
(2) 某些组织器官，如脑、骨髓等主要是进行 补救合成。
(三)嘧啶核苷酸的抗代谢物
1. 嘧啶类似物
O
O
HN
CH3
F HN
ON
ON
胸腺嘧啶(T)
5-氟尿嘧啶(5-FU)
2.某些改变了核糖结构的核苷类似物
NH2
NH2
NHHCl
N
N
N
ON
HO-CH2 O HH
H
H
OH OH
胞苷
ON
HO-CH2 O H HO
dUDP dCMP
O
HN
CH3
TMP合酶
ON dR-5/-P
FH2
N5, N10-甲烯FH4
FH2还原酶FH4
脱氧胸苷一磷酸
NADPH+H+
NADP
+
dTMP
O HN ON
dR-5/-P
dUMP
5.从头合成的调节
ATP + CO2+ 谷氨酰胺
氨基甲酰磷酸 天冬氨酸
氨基甲酸天冬氨酸 PRPP
UMP
UTP CTP
HH
H
H
OH OH
尿嘧啶核苷酸(UMP)
(2)胞嘧啶核苷酸的合成
O
HN
ON R-5/-P
UMP
尿苷酸激酶
UDP
ATP
ADP
二磷酸核苷激酶
ATP
ADP
NH2
UTP
CTP合成酶
谷氨酰胺 ATP
谷氨酸 ADP+Pi
N
ON R-5/-PPP
CTP
(3) dTMP或TMP的生成
脱氧核苷酸还原酶
UDP
CTP CDP dCDP
第二节 嘧啶核苷酸的代谢
(Metabolism of Pyrimidine Nucleotides)
一、嘧啶核苷酸的合成代谢
(一) 从头合成途径
1.定义 是指利用磷酸核糖、氨基酸及二氧化 碳等为原料，合成嘧啶核苷酸的途径。
2.合成部位 主要是肝等。
3.嘧啶合成的元素来源
谷氨酰胺 CO2
C
N
C
C
C
嘌呤核苷酸 ATP + 5-磷酸核糖
嘧啶核苷酸
(二)嘧啶核苷酸的补救合成
1.补救合成的过程
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 尿苷激酶 UMP +ADP
胸腺嘧啶核苷 + ATP 胸苷激酶
TMP +ADP
2.补救合成的特点 (1) 节省从头合成时的能量和氨基酸。
ATP ADP
ATP ADP
激酶
GMP
激酶
GDP
ATP ADP
ATP ADP
ATP GTP
(4) 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合成过程为耗能反应。 ③一磷酸核苷酸在ATP作用下可合成二磷酸核苷 酸和三磷酸核苷酸。
(5) 从头合成的调节 调节方式：反馈调节和交叉调节
+ +
R-5-P PRPP合成酶
酰胺转移酶
PRPP
PRA
ATP
腺苷酸代 琥珀酸
AMP ADP ATP
IMP
XMP GMP GDP GTP
腺苷酸代
琥珀酸 +
AMP
IMP GTP
+
XMP ATP GMP
ADP GDP
ATP GTP
(二) 补救合成途径
1.定义 利用游离的嘌呤或嘌呤核苷，合成嘌呤核 苷酸的过程，称为补救合成(或重新利用)途径。
2.参与补救合成的酶 (1)腺嘌呤磷酸核糖转移酶
(adenine phosphoribosyl transferase, APRT)
(2)次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶
(hypoxanthine- guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT)
(3)腺苷激酶(adenosine kinase)
乙酰CoA
β-脲基异丁酸
H2O
CH3
CO2 + NH3 H2N-CH2-CH-COOH
肝
尿素
β-氨基异丁酸 甲基丙二酰CoA
琥珀酰CoA
TCA循环
TCA循环 糖异生
C
N
HOOC
H2N-C 裂解酶
N
N10-COH-FH4
CH
K+
FH4
延胡索酸
C H2N
N
转甲酰基酶
R 5/ P
R 5/ P
5-氨基咪唑-4-(N-琥珀酸)
5-氨基咪唑-4-甲酰胺
甲酰胺核苷酸(SAICAR)
核苷酸(AICAR) O
O
H2N-C
N
N
N
CH OHC-NH C N
环水解酶
P O-CH2 O N
CH2
二氢乳清酸酶
HN
NADPH+H+ NADPH+
脱氢酶
C
H2O O N COOH
O N COOH
H
H
氨基甲酰天冬氨酸
二氢乳清酸
O HN
HN
O
PRPP
乳清酸磷酸 核糖转移酶
PPi
HN
O
脱羧酶
O N COOH H
乳清酸
O N COOH CO2 R-5/-P
乳清酸核苷酸(OMP)
ON
P O-CH2 O
救合成。
(三)嘌呤核苷酸的相互转变
AMP
腺苷酸代 琥珀酸
NH3
IMP
GMP XMP
(四) 脱氧核糖核苷酸的生成
在核苷二磷酸水平上进行（N代表A、G、U、C等碱基）
核糖核苷酸还原酶，Mg2+
NDP
dNDP
二磷酸核糖核苷
二磷酸脱氧核苷
还原型硫氧化 还原蛋白-(SH)2
氧化型硫氧 化还原蛋白
S
S
NADP+ 硫氧化还原蛋白还原酶 NADPH + H+ （FAD）