第九章核苷酸代谢解析

5-氨基咪唑-4-羧基 核苷酸(CAIR)
5-氨基咪唑-4-(N-琥珀酸) -甲酰胺核苷酸(SAICAR)
5-氨基咪唑-4-(N-琥珀酸) HOOC O -甲酰胺核苷酸(SAICAR) H2C C N C HC N H CH HOOC C O H2N N C N １ C H2N ' R-5 -P CH C ⑨ H2N HOOC 裂解酶 N HC ' R-5 -P CH 5-氨基咪唑-4-甲酰胺 COOH 核苷酸(AICAR) 延胡索酸
O
R-5 -P
'
11
5-甲酰胺基咪唑4-甲酰胺核苷酸(FAICAR)
HN HC
C
N
C C
N CH N
R-5 -P
次黄嘌呤核苷酸(IMP)
'
(2) 腺苷酸和鸟苷酸的合成
O HN HC
HOOCCH2CHCOOH NH
C
N
C C
N
CH N
N
C
N
C
N CH N
HC
'
C
R-5 -P
IMP Asp, Mg2+,GTP
嘧啶碱的降解产物易溶于水，故嘧啶代 谢异常的疾病较少。
第二节、核苷酸的合成代谢
• 一、嘌呤核苷酸的合成 二、嘧啶核苷酸的合成
一、嘌呤核苷酸的合成代谢 (一)、从头合成途径
用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及 CO2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过程.
(二)、补救合成途径
利用体内游离的嘌呤碱或嘌呤核苷经 过简单的反应过程,合成嘌呤核苷酸。
嘌呤代谢的终产物
尿酸 尿囊素 尿囊酸 灵长类，短毛狗，鸟类、爬虫类、软体动 物、海鞘类、昆虫 哺乳动物（灵长类除外）、腹足类 硬骨鱼
尿素 氨
大多数鱼类、两栖类、淡水瓣鳃类
甲壳类、咸水瓣鳃类
（一）、嘌呤核苷酸的分解代谢过程
AMP GMP
I
X
G
黄嘌呤氧化酶
尿酸
具体过程如下：
NH2 N N N N
H2O
O C HN
O
C
N H
NADPH+H+ C-CH3 CH
NADP+ HN O C
O C N H
CH-CH3 CH2
胸腺嘧啶
二氢胸腺嘧啶
H2O O H2O HO C H2N CH-CH3 CH2 C N O H
CO2+NH3 H2N-CH2-CH-COOH
CH3
β-氨基异丁酸
β-脲基异丁酸
嘧啶核苷酸与嘌呤核苷酸分解代谢最大 的不同是嘧啶环的裂解，最后生成β-氨基酸
'
NH3 R- 5 -P
'
还原酶 H2N
H2O
次黄嘌呤核苷酸
尿 酸 鸟嘌呤酶 NH3 H2O N N
OH
N
鸟苷
HO
N H 黄嘌呤
N
H2N
鸟嘌呤
N H
Pi 核苷磷酸化酶 核糖1-磷酸
正常人血浆尿酸含量：0.12～0.36mmol/L 男: 0.27mmol/L, 女:0.21mmol/L
以尿酸及其钠盐形式存在, 均难溶于水 ＞0.48mmol/L(8mg%), 析出结晶, 沉积在关节和软骨等处 痛风症 ●进食高嘌呤膳食时 ●体内核酸大量分解 血中尿酸↑ (白血病,恶性肿瘤）
2ATP HCO3 +Gln
_
Glu
2ADP+Pi
N３H2 O=C
２
氨基甲酰磷酸合成酶II
①
O P
氨基甲酰磷酸
两种氨基甲酰磷酸合成酶的比较
氨基甲酰磷酸合成酶I (CPS-I) 氨基甲酰磷酸合成酶II (CPS-II)
分布 氮源
变构激活剂
变构抑制剂
线粒体(肝)
氨 N-乙酰谷氨酸
胞液(各种细胞)
谷氨酰胺 无
CO2
甘氨酸
Asp
甲酰基 (一碳单位)
N1 C
2
C 6
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C 5
4
N 7
8
C
甲炔基 (一碳单位)
N
C
N9
Gln(酰胺基)
甘氨当中站, 谷氮坐两边, 左上天冬氨, 头顶CO2
一、嘌呤核苷酸的合成代谢 (一)、从头合成途径
合成的原料: CO2,甲酰基,氨基酸等
合成的场所: 肝脏的胞液 合成的过程: 两个阶段,
ATP
ATP
ADP
ATP
GMP
鸟苷酸激酶
GDP
鸟苷酸激酶 ADP
GTP
ATP
ADP
ATP
一、嘌呤核苷酸的合成代谢 (二)、补救合成途径 有两条合成途径
(1) 嘌呤碱与PRPP直接合成嘌呤核苷酸
次黄嘌呤
90% 嘌呤碱
次黄嘌呤-鸟嘌呤 PRPP磷酸核糖转移酶
次黄嘌呤核苷酸
(HGPRT)
PPi
HGPRT活性高
二氢乳清酸
CH ⑤ C C 磷酸核糖转移酶 N O H COOH HN
O C
PRPP
PPi HN
O C CH C C N O COOH ' R-5 -P
乳清酸
HN
O C
乳清酸核苷酸(OMP)
CH CH
'
⑥
CO2
O
C
N
R-5 -P
尿嘧啶核苷酸 (UMP)
●肾脏疾病尿酸排泄障碍 临床上用别嘌呤醇治疗
别嘌呤醇治疗痛风症的作用机制
OH N N H C OH
N
N H PRPP
别嘌呤醇
N N
N CH
N H
别嘌呤醇核苷酸
反馈
次黄嘌呤 黄嘌呤氧化酶
尿酸生成减少 嘌呤核苷酸合成↓
嘌呤核苷酸 从头合成的酶
二、嘧啶核苷酸的分解代谢
磷酸酶 核苷酶 嘧啶核苷酸 嘧啶核苷 嘧啶
5-氨基咪唑-4-羧基 核苷酸(CAIR)
(FGAM)
HO
C
C H2N
N
CH
⑦ CO
2
羧化酶
'
R-5 -P
HOOC H2C HC NHH HOOC HOOC 2+ H2C ATP,Mg Asp
⑧
O C
O
合成酶
HO
C
C
C
N CH
H HOOC
HCN１
C
C
N
CH
H2N
N
H2N
N
R-5 -P
'
'
R-5 -P
次黄嘌呤
黄嘌呤氧化酶
OH N HO N N N H _ 2H++O.2 O2+H2O OH N N N H
N
O 黄嘌呤氧化酶 HO
尿酸
最终产物
黄嘌呤
O HN N N NADP+ NADPH+H+ HN N
O 鸟嘌呤核苷酸 N N N R- 5 -P OH Pi N OH N N H2N N N N R
甘油醛-3-磷酸
食物核蛋白 蛋白质 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)
排出，很 少利用
胰、肠核苷酸酶
磷酸
核苷
核苷酶
(水解或磷酸解)
核酸的消化
碱基
戊糖或磷酸戊糖
核酸内切酶
核酸酶
核酸外切酶
一、嘌呤碱的分解
不同种类的生物分解嘌呤碱的能力不一样，因而 代谢产物也各不相同。人和猿类及一些排尿酸动物 （如鸟类等）以尿酸作为嘌呤碱代谢的最终产物。 其他多种生物则还能进一步分解尿酸，形成不同的 代谢产物，直至最后分解为二氧化碳和氨。 嘌呤核苷酸可以在核苷酸酶的催化下，脱去磷酸 成为嘌呤核苷，嘌呤核苷在嘌呤核苷磷酸化酶 (purine nucleoside phosphorylase,PNP)的催化下转 变为嘌呤。嘌呤核苷及嘌呤又可经水解，脱氨及氧 化作用生成尿酸。
(三) 脱氧(核糖)核苷酸的合成
O HO O P OH O
P O
OH
O H H
碱基
H H OH
NADPH+H+ NADP+ +H2O
NDP
OH
O HO P O OH
O P OH O
O H H OH
碱基 H H H
在核苷二磷酸水平 被还原而成
dNDP
NDP ADP
GDP UDP CDP
核糖核苷酸还原酶 核糖核苷酸还原酶 核糖核苷酸还原酶 核糖核苷酸还原酶 核糖核苷酸还原酶
R-5 -P
甲酰甘氨酰胺核苷酸 (FGAR)
'
H2C C４
C８HO NH
'
HN３=
⑤
Glu
Gln
R-5 -P 甲酰甘氨咪核苷酸(FGAM)
甲 N７ H HC 酰 N ⑥ CHO H2C 甘 ATP,Mg2+,K+ ４ ８H H NC 氨 C 2 ４ C AIR合成酶 咪 HN= ９ N H2O 核 N９ H ' 苷 R-5 -P ' 酸 R-5 -P O 5-氨基咪唑核苷酸 (AIR) C ５ N
dNDP
dADP dGDP
dUDP dCDP dTDP
TDP
二、嘧啶核苷酸的合成代谢 (一) 从头合成途径
先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖连接生
成嘧啶核苷酸.
HOOC H2C HC NH2 HOOC
C
Gln CO2
N3 C
2
4
5C
6C
Asp
N
1
(一) 嘧啶核苷酸的从头合成 1. 从头合成途径
(1) 尿嘧啶核苷酸的合成----6步反应
第八章 核苷酸代谢
第一节
核苷酸的分解代谢
• 一、核酸的酶促降解 • 二、嘌呤核苷酸的分解代谢 • 三、嘧啶核苷酸的分解代谢
一 核酸的酶促降解
核酸
核酸酶
单核苷酸
核苷磷酸化酶
磷酸单脂酶
核苷
核苷酶
嘧啶（嘌呤）嘧啶（嘌呤） 核糖（脱氧核糖）
核糖-1-磷酸 核糖-5-磷酸 乙醛 脱氧核糖-1-磷酸
醛缩酶
磷酸戊糖途径
O HO P O OH H H O HO H H
O HN
C
N
C
N CH N
ATP AMP
O HO P O OH
OH OH
HC
C
①
O H H HO H H
R-5 -P
'
P P
10步反应
_
OH OH
PP-1 -R-5 -P
'
'
酶3: 甘氨酰胺核苷酸合成酶
②
Gln
酰胺转移酶
' ９ N -1-R-5 -P
NH3
O HN N N N R- 5 -P
'
脱氨酶
'
R- 5 -P
腺嘌呤核苷酸
H2O Pi
次黄嘌呤核苷酸
核苷酸酶
H2O NH3 OH N
H2O Pi N
NH2
N N
N
N
R
腺嘌呤核苷脱氨酶
N
N
R
OH N N N N R
OH
Pi
核糖1-磷酸
N
N
N N H
核苷磷酸化酶
次黄嘌呤核苷
O2+H2O _ 2H++O.2
R-5 -P
AMPS
'
腺苷酸代琥珀酸合成酶
HOOCCH2CHCOOH NH
N HC
C N
C C
N CH N
HOOC HC CH COOH
延胡索酸
NH2
'
R-5 -P
腺苷酸代琥珀酸 (AMPS)
N
C N
C C
N
HC
CH
N
腺苷酸(AMP)
R-5 -P
'
NAD+ H2O IMP
NADH+H+ XMP
IMP脱氢酶
黄嘌呤核苷酸
O HN
O C
N CH N
C
N
HN
C
N
C
N CH N
HC
C
C O
C
R-5 -P
'
R-5 -P
'
XMP
GMP
O C HN C C N O N C
N CH
O
HN H2N C
C
C C
N CH N
N
R-5 -P
Mg2+, ATP
'
R-5 -P
'
Gln
GMP合成酶
Glu
AMP
腺苷酸激酶
ADP
腺苷酸激酶 ADP
1. 次黄嘌呤核苷酸(IMP)的合成
2. 腺苷酸(AMP)和鸟苷酸(GMP)的合成
一、嘌呤核苷酸的合成代谢 (一)、从头合成途径的反应过程
(1) IMP的合成(11步反应，过程只需了解)
ATP AMP
R-5 -P
'
①
PP-1 -R-5 -P(PRPP)
'
'
PRPP合成酶
5'-磷酸核糖
磷酸核糖焦磷酸
5-氨基咪唑-4-甲酰胺 核苷酸(AICAR)
5-甲酰胺基咪唑4-甲酰胺核苷酸(FAICAR)
O
H2N
C
O
C
C
N
CH
H2N
C
C
N CH
H2N
N
R-5 -P
'
C O C２ H N N H ⑩+ ' R-5 -P K
转甲酰酶 FH4
N10甲酰FH4
O HHN C C
N
O C C H N N H
CH
H2O 环水解酶
无
尿素合成
UMP(哺乳动物)
嘧啶合成
功能
O 天冬氨酸氨基 ４ HO C NH2 HOOC 甲酰基转移酶 ５H C H2N CH2 2 ２ + O=C ② C６H CH C N Pi O O P H2N１ COOH H COOH
氨基甲酰磷酸
O C
Asp
氨基甲酰天冬氨酸
乳清酸
二氢乳清酸酶③ O H2O HN CH C 脱氢酶 HN CHH C C N O ④ CH COOH C H N O COOH H NADH+H+ NAD+
鸟嘌呤
腺嘌呤
腺嘌呤磷酸核糖转移酶
鸟嘌呤核苷酸
腺嘌呤核苷酸
（APRT）
APRT活性低
一、嘌呤核苷酸的合成代谢
(2) 腺嘌呤与1-磷酸核糖生成腺苷, 再生成腺 嘌呤核苷酸
核苷磷酸化酶
腺嘌呤+1-磷酸核糖
腺苷激酶
腺苷+Pi
腺苷+ATP
腺苷酸+ADP
生理意义
●节省: 减少从头合成时能量和原料的消耗 ● 作为某些器官(脑,骨髓和脾)合成核苷酸的途径 遗传疾病 Lesch-Nyhan 莱-尼综合征,自毁容貌综合征 -----罕见的性染色体X连锁遗传病 疾病生化本质: HGPRT基因缺陷 嘌呤合成过多，明显的高尿酸血症，痛风伴 大脑瘫痪、智力减退、舞蹈手足综合征,身体 和精神发育迟缓, 有咬指咬唇的强迫性自残 行为, 有自毁容貌.
Glu
H2
H2C５-N７H2
ATP, Mg2+
PRA
酶3
O=C４
N９ H
H2C-NH2
O=C-OH
③
R-5 -P
'
Gly
甘氨酰胺核苷酸(GAR)
H2C５-N７H2 O=C４
' N5,N10-甲炔基FH4
NH C８HO FH4 H2C
N９ H
R-5 -P
转甲酰基酶
O=C
NH
④
甘氨酰胺核苷酸(GAR) NH
NH2 C N CH CH C N O H O NADPH+H+ NADP+ C NH3 HN CH HN CH C C N O O H O C
N H CH2 CH2 H2O
胞嘧啶 β-丙氨酸
尿嘧啶
CO2+NH3
H2N-CH2-CH2-COOH
O C HO H2O H2N CH2 CH2 C N O H