生物化学核苷酸代谢
生物化学-课件10.第十章-核苷酸代谢
UTP CTP
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。
(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
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
O
R 5/ P AMP
O
NAD+
R 5/ P ③
HN
Gln Glu ATP HN
生物化学--核苷酸代谢
合成
人体内的核苷酸主要由机体细胞自身合成
核苷酸不属于营养必需物质
核苷酸代谢概况
合成代谢
从头合成途径---主要途径
(de novo synthesis pathway)
补救合成途径
(salvage synthesis pathway)
分解代谢
合成代谢
从头合成途径：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。 补救合成途径：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。脑、 骨髓等只能进行此途径。
核 苷 酸 代 谢
Metabolism of Nucleotides
知识回顾：核苷酸的基本知识
核苷酸是核酸基本组成单位
磷酸
核苷酸
戊糖：核糖，脱氧核糖 核苷 嘌呤 腺嘌呤（adenine,A） 碱基 鸟嘌呤（guanine,G） 嘧啶 胞嘧啶（cytosine,C) 胸腺嘧啶（thymine, T) 尿嘧啶（uracil, U)
核苷酸酶 nucleotidase
OH N N H2 N N N-R
NH3
N
Pi
OH
腺嘌呤核苷脱氨酶 adenosine deaminase 腺嘌呤核苷 （ADA） adenosine
体内嘌呤核苷酸 的分解代谢主要 在肝、小肠及肾 中进行。
次黄嘌呤核苷 inosine Pi 核苷磷酸化酶 nucleoside phosphorylase 核糖1’磷酸
•嘌呤碱合成的元素来源 CO2
天冬氨酸 甘氨酸
一碳单位 一碳单位
谷氨酰胺
甘氨当中站, 谷氮坐两边, 左上天冬氨, 头顶CO2 还有俩一碳
生物化学第八章 核苷酸代谢
嘌呤碱从头合成的元素来源
Gly
CO2
Asp N 1
6
5
N 7
一碳单位 2
甲酰-FH4
3 N
4
9 N
8
一碳单位 甲炔-FH4
Gln
• 从头合成途径 (1)IMP(次黄嘌呤核苷酸)的合成 (2)AMP（腺苷酸）和GMP（鸟苷酸）的生成
(1)、IMP的生成
PRPP
AMP ATP
（5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸）PRPP合成酶
小结
1、嘌呤核苷酸补救合成定义、发生组织。 2、补救合成的生理意义。 3、脱氧核苷酸是在核苷二磷酸水平上进行的。 4、嘌呤代谢的终产物是尿酸、痛风病的致病 原因、治疗机制。
第三节 嘧啶核苷酸的代谢
嘧啶核苷酸的结构
一、嘧啶核苷酸的从头合成 （一）嘧啶核苷酸的从头合成
• 定义
嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核 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，合成嘧啶 核苷酸的途径。
很少能活至20岁，
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。
HGPRT完全缺失的患儿，表现为自毁容貌综 合征。
（四）脱氧核苷酸的合成代谢
在核苷二磷酸水平上进行
（N代表A、G、U、C等碱基）
脱氧核苷酸的生成
核糖核苷酸还原酶，Mg2+
第八章
核苷酸代谢
Metabolism of Nucleotides
第一节、核苷酸的功能及消化与吸收 一、核苷酸的功能
是核酸的基本组成单位，合成核酸的原料 能量的利用形式，ATP是重要能量货币； 参与代谢和生理调节，cAMP是第二信使； 参与生物活性物质组成，NAD、 FAD、 CoA等； 其衍生物是许多生化反应的中间供体 ，如UDPG 、
生物化学核酸与核苷酸代谢
生物化学核酸与核苷酸代谢核酸是生物体内重要的生物大分子之一，它在细胞中起着重要的功能。
核苷酸是核酸的基本组成单元，包括核苷和磷酸。
在生物体内，核酸通过一系列复杂的代谢途径参与了许多重要生物过程，如DNA和RNA的合成、信息传递和遗传改变等。
本文将对核酸与核苷酸的代谢过程进行详细介绍。
核酸的合成主要包括两个过程，即碱基合成功能的合成和核苷酸合成功能的合成。
在碱基合成功能的合成中，脱氨核苷酸（dNTP）被氨基酸转氨酶催化生成脱氨核苷酸（dNDP）和谷氨酸。
在核苷酸合成过程中，核苷酸被核苷酸合成酶催化，通过与降解核酸的反应途径相反的途径将核苷酸合成为核苷酸骨架。
核苷酸的合成主要发生在细胞核内。
在细胞质中生成的核苷酸会通过细胞核膜进行运输，然后通过核孔复合体进入细胞核。
核苷酸的合成过程非常复杂，涉及多个酶和辅酶的参与。
核苷酸代谢的主要途径包括核苷酸的降解、拆分和再利用。
核苷酸降解主要通过核苷酸酶催化，将核苷酸分解成核苷和磷酸。
然后，核苷被腺苷脱氨酶催化，去除氨基团形成脱氨核苷。
最后，脱氨核苷被核苷酸酶催化，分解成基础核糖和异黄嘌呤酸。
核苷酸代谢的拆分过程可以产生能量和分子间的信号分子。
其中，核苷酸降解产生的能量在生物体内的许多代谢过程中发挥重要作用。
核苷酸的再利用过程主要发生在细胞质中。
在这个过程中，核苷酸通过多个酶和辅酶的催化作用，被合成为新的核苷酸。
这个过程称为核苷酸逆转录。
核酸和核苷酸代谢的异常可能导致许多疾病的发生。
例如，核酸代谢疾病在新生儿中比较常见，表现为尿中有大量的核苷、核糖和核苷酸。
遗传性疾病X染色体连锁性核苷酸酶缺乏症是由于核苷酸酶缺乏引起的，会导致血清脱氨核苷水平升高。
碱基合成功能的异常或缺陷也会引发一些疾病，如DNA合成的紊乱可能导致DNA复制错误和突变。
总之，核酸和核苷酸在生物体内发挥着重要的生理和生化功能，包括DNA和RNA的合成、遗传修复、能量和信号传导等重要过程。
核酸与核苷酸的代谢过程非常复杂，涉及多个酶和辅酶的参与。
生物化学之核苷酸代谢
生尿酸，同时补救途径不通会引起嘌呤核苷
酸从头合成速度增加，更加大量累积尿酸， 从而导致肾结石和痛风
3、脱氧核苷酸的生成
O P -P O N 核糖核苷酸还原酶 OH
硫 化 原 白 氧 还 蛋
CH2
O P -P CH2 O
N
OH NDP
SH
硫 化 原 白 氧 还 蛋
OH S S
H dNDP
SH 硫氧化还原蛋白还原酶 NADP NADP H
次黄嘌呤核苷酸 IMP
ATP和GTP的生成
HOOCCH CHCOOH 2 O C C N O OH OH C N N CH GTP Asp H N P O CH2 HC NH C C N O OH OH OH 腺苷酸代琥珀酸 OH C N N CH 延胡索酸 HC P O CH2 N O C N CH
Glu
P O CH2 OH
OH
OH
XMP
GMP
(Xanthosine monophosphate)
嘌呤核苷酸从头合成的调节
原则之一：满足需求，防止供过于求。
(-) (+) R-5-P
PRPP合 成 酶
(-) (+) PRPP (-) PAR (-) IMP XMP (-) GMP GDP GTP
次黄嘌呤
6-巯 基 嘌 呤 6MP (6-mercaptopurine)
SH
OH H N HC P O CH2 OH C C N O OH C N N CH H N HC P O CH2 OH
C C N O OH C N N CH
次 黄 嘌 呤 核 苷 酸 (IMP)
6-巯 基 嘌 呤 核 苷 酸
嘌呤核苷酸的抗代谢物-2
生物化学-核苷酸代谢(共41张PPT)
尿嘧啶磷酸核糖转移酶
尿嘧啶+PRPP
UMP+PPi
1-磷酸核糖
Pi
尿嘧啶核苷
尿苷激酶 Mg2+
UMP
ATP
ADP
胸苷激酶 脱氧胸苷
Mg2+
dTMP
ATP
ADP
x-染色体连锁隐性遗传 缺乏的酶：次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶（HGPRT） 免疫缺陷症,
(ribonucleotide) ADA缺乏症患者体内腺苷酸分解代谢严重障碍，T、B淋巴细胞受损，引起反复感染等症状。
痛 风（GOUT）
痛风原因：高嘌呤饮食、体内核 酸分解增强、肾脏疾病
表现：尿酸盐沉积造成损害
别嘌呤醇治疗痛风：机制是别嘌 呤醇在结构上与次黄嘌呤相似 ，抑制黄嘌呤氧化酶
腺苷脱氨酶（ADA）基因位于20q13-qter，编码一条含363个氨 基酸残基的多肽链。
腺苷脱氨酶（ADA）缺乏引起重症免疫缺陷症，即ADA缺乏症。ADA缺乏 症患者体内腺苷酸分解代谢严重障碍，T、B淋巴细胞受损，引起反 复感染等症状。
硫氧还蛋白
S S
谷氧还蛋白还原酶
硫氧还蛋白还原酶
G SSG
2G SH
谷胱甘肽还原酶
NADPH +H +
N A D P+
FAD
FA D H 2
硫氧还蛋白还原酶
NADPH +H +
NADP+
脱氧胸苷酸（dTMP）的生成
尿苷一磷酸激酶
尿苷二磷酸激酶
UMP
UDP
UTP
ATP合酶
CTP
ATP
ADP
ATP
ADP 谷氨酰胺
鸟苷一磷酸 (GMP) 鸟苷二磷酸 (GDP) 鸟苷三磷酸 (GTP)
生物化学核苷酸代谢
生物化学核苷酸代谢核苷酸代谢是生物体内重要的生化过程，涉及到核酸合成、降解、修复、信号传递等多个方面。
核苷酸由碱基、糖和磷酸组成，其代谢在细胞中是高度调控和平衡的。
核苷酸合成主要通过转氨基树酸循环和核苷酸分子的合成反应进行。
在转氨基树酸循环中，核苷酸前体物质首先被转化为碱基，然后与多磷酸核糖（PRPP）反应生成核苷酸。
在核苷酸分子的合成过程中，磷酸化反应是关键步骤。
首先，核苷酸前体物质通过化学反应与其他辅助分子发生磷酸化，生成亲核试剂；然后亲核试剂与其他原子或分子发生进一步反应，最终形成核苷酸分子。
核苷酸降解是核酸的代谢终点。
核苷酸降解主要通过核苷酸酶和核酸酶的作用进行。
核苷酸首先被分解为核苷和糖酸，然后再被分解为碱基、磷酸和其他代谢产物。
核苷酸的降解产物在细胞中可以被重新利用，参与核酸合成或其他代谢途径。
核苷酸修复是为了纠正核苷酸中的损伤或错误。
核酸在细胞中会受到化学、物理和生物性的损伤。
这些损伤可能导致突变和疾病的发生。
核苷酸修复过程中的多个酶参与到检测和修复核酸中的损伤。
例如，碱基切割酶可以识别含有损伤碱基的DNA链，然后切割并去除这些损伤碱基。
然后，DNA聚合酶、连接酶和重排序酶等修复酶可以填补被切割的DNA链，并确保修复后的DNA链的完整性。
核苷酸在细胞中还扮演着重要的信号传递和调控作用。
一些核苷酸可以作为二级信使，传递细胞内外的信号，调控细胞的生理和代谢过程。
例如，环磷酸腺苷（cAMP）和磷腺苷酸（cGMP）是细胞内常见的二级信使，它们通过激活蛋白激酶A、蛋白激酶G等酶的信号通路，参与细胞的增殖、分化、凋亡等生理过程。
总结起来，核苷酸代谢是生物体内重要的生化过程，它涉及核酸的合成、降解、修复以及信号传递等多个方面。
核苷酸代谢的平衡和调控对细胞活动的正常进行至关重要，异常的核苷酸代谢可能导致疾病的发生。
因此，对核苷酸代谢的深入研究，有助于揭示生命活动的机制和疾病发生的原因，也为药物研发和治疗提供了理论基础。
生物化学第九章-核苷酸代谢
第九章核苷酸代谢一、核苷酸类物质的生理功用：核苷酸类物质在人体内的生理功用主要有：①作为合成核酸的原料：如用ATP，GTP，CTP，UTP合成RNA，用dA TP，dGTP，dCTP，dTTP合成DNA。
②作为能量的贮存和供应形式：除ATP之外，还有GTP，UTP，CTP等。
③参与代谢或生理活动的调节：如环核苷酸cAMP和cGMP作为激素的第二信使。
④参与构成酶的辅酶或辅基：如在NAD+，NADP+，FAD，FMN，CoA中均含有核苷酸的成分。
⑤作为代谢中间物的载体：如用UDP携带糖基，用CDP携带胆碱，胆胺或甘油二酯，用腺苷携带蛋氨酸（SAM）等。
二、嘌呤核苷酸的合成代谢：1．从头合成途径：利用一些简单的前体物，如5-磷酸核糖，氨基酸，一碳单位及CO2等，逐步合成嘌呤核苷酸的过程称为从头合成途径。
这一途径主要见于肝脏，其次为小肠和胸腺。
嘌呤环中各原子分别来自下列前体物质：Asp → N1；N10-CHO FH4 → C2 ；Gln → N3和N9 ；CO2 → C6 ；N5,N10=CH-FH4 → C8 ；Gly → C4 、C5 和N7。
合成过程可分为三个阶段：⑴次黄嘌呤核苷酸的合成：在磷酸核糖焦磷酸合成酶的催化下，消耗ATP，由5'-磷酸核糖合成PRPP(1'-焦磷酸-5'-磷酸核糖)。
然后再经过大约10步反应，合成第一个嘌呤核苷酸——次黄苷酸（IMP）。
⑵腺苷酸及鸟苷酸的合成：IMP在腺苷酸代琥珀酸合成酶的催化下，由天冬氨酸提供氨基合成腺苷酸代琥珀酸（AMP-S），然后裂解产生AMP；IMP也可在IMP脱氢酶的催化下，以NAD+为受氢体，脱氢氧化为黄苷酸（XMP），后者再在鸟苷酸合成酶催化下，由谷氨酰胺提供氨基合成鸟苷酸（GMP）。
⑶三磷酸嘌呤核苷的合成：AMP/GMP被进一步磷酸化，最后生成A TP/GTP，作为合成RNA的原料。
ADP/GDP则可在核糖核苷酸还原酶的催化下，脱氧生成dADP/dGDP，然后再磷酸化为dATP/dGTP，作为合成DNA的原料。
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次黄嘌呤-鸟嘌呤
次黄嘌呤磷 +酸 PR核 PP糖转
移酶(H
IMP+
GPR
PPi
(hypoxanthine-guanine phosohoribosyl transferase)
次黄嘌呤-鸟嘌呤
鸟嘌呤+磷 PR酸 PP核
C
CH
N
CH2 O
OH OH
次黄嘌呤核苷酸 IMP
O P CH2 O
OH OH OH A T P
5-磷酸核糖 R-5-P
O P CH2 O
A M POH
O
OH
P～ P
Gln
磷酸核糖焦磷酸
PRPP
O P CH2 O
Hale Waihona Puke NH2GOlHu OH 1-氨基-5-磷
PRA
ATP Gly
H2C O OC P CH2 O
base pyrimidine
戊糖 （磷酸戊糖） ribose
sugar deoxyribose
Nucleotide 的功用
• 合成核酸的原料 • 体内能量的利用形式：ATP,GTP,CTP,UTP • 参与代谢和生理调节：cAMP,cGMP • 组成辅酶：FAD,NAD+,NADP+ • 活化中间代谢物：
CH2
H O
N
CH
O
ATP
HN
C C
N
Gln
H2N C
G l uP O CH2
N H O
C
N
CH
OH OH
XMP
OH OH
GMP
(Xanthosine monophosphate)
ADP ATP GDP GTP
嘌呤核苷酸的补救合成
腺嘌呤磷酸核糖转移
腺嘌呤+ P RAPPR PT
AMP+PP
(adenine phosohoribosyl transferase)
NH2 ATP
OH OH
Gly
1-氨基-5-磷酸核苷
PRA
H2C
O
OC
P CH2 O
NH2 NH
OH OH
甘氨酰胺核苷酸
N5,N10-CH=FH4GAR
P
O CH2
H 2N O
C
N
CH
OH OH
氨基-4-羧基咪唑核苷酸 CAIR
Asp COOH
O
C CH
P
CH2
H 2N O
N
OH OH
CO2 5-氨基咪唑核苷酸 AIR
N
CH
O HC N P CH2
C
CH
N
O
fumarate
N5-CHO-FH4
H2O
OH OH
OH OH
OH OH
5-氨基-4-（琥珀酸） 氨基甲酰咪唑核苷酸
5-氨基-4-氨基甲酰 咪唑核苷酸(AICAR)
5-甲酰氨基-4-氨基甲酰 咪唑核苷酸 (FAICAR)
SAICAR
O
HN C C
N
P
O
HC N
NH2 N5,1N-0C H4= FH
NH
P
H2C O
OC CH2 O
NH
CHO NH
OH OH
F4H
OH OH
Gl nGl u
甘氨酰胺核苷酸
甲酰甘氨酰核苷酸
O
H2C NH
P
O HN C CH2 O
CHO NH
H2O
OH OH
HC N
O
C CH
P CH2H2NO
N
C O2 OH OH
甲酰甘氨咪核苷酸 5-氨基咪唑核苷酸
HO
C C
N
P
O H2N CH2 O
C
N
CH
OH OH 5-氨基咪唑-4-羧酸核苷
Asp
COOH
H2C
O
HC
NH C
COOH
CN
HO HN C
CN
P
O CH2
C H2N
O
N
CH
fuma rateP
O H2N CH2 O
C
N
CH
OH OH
OH OH
N1 0- C H O4- F H
5-氨基咪唑-4 (N-琥珀酸)?5?-氨基咪唑-4
生物化学核苷酸代谢
第八章 核苷酸(nucleotide) Metablism
食物核蛋白 胃酸
蛋白质 氨基酸
核酸（RNA,DNA) 胰核酸酶
（磷酸二酯酶）
nucleic acid 核糖核酸酶
脱氧核糖核酸酶
单核苷酸 nucleotide
胰肠核苷酸酶 （磷酸单酯酶）
磷酸 phosphate
核苷 核苷酶
碱基 purine
H2O
H2C
O
P
HN C CH2 O
NH
CHO NH
OH OH
甲酰甘氨咪核苷酸 Glu FGASMR
FH4
H2C
NH
O
P
OC
CHO
CH2 O
NH
Gln
OH OH
甲酰甘氨酰核苷酸
H 2C H O
H CN C
HOOC
C
N
HO
HN C
C
N
O
H HN
O
C
C
N
P
O CH2
H 2N O
C
N
CH
P
O
C H 2N
CH2 O
-甲酰胺核苷酸
-甲酰胺核苷酸
O
H HN
O
C
C
N
O HC P CH2
N O
C
N
CH
H2O
OH OH
5-甲酰氨基-4-氨基甲酰 咪唑核苷酸 (FAICAR)
O
HN C C
N
P O HC N C N CH CH2 O
OH OH 次黄嘌呤核苷酸
IMP
ATP和GTP的生成
O HN C C
Asp N
P O HC N C N CH CH2 O
GTP
H O O C2CCHHC O O H NH
HN C C
N
P O HC N C N CH CH2 O
NH2
HN C C
N
P O HC 延胡索酸 CH2
N O
C
N
CH
OH OH
OH OH
OH OH
次黄嘌呤核苷酸
腺苷酸代琥珀酸
AMP
IMP
N A+D H2O
O
HN
C C
N
O NADH P O
CC N
• 合成部位：sytosol • 合成过程：
– IMP(inosine monophosphate)的合成 – AMP GMP的合成 – AMP ADP ATP – GMP GDP GTP
嘌呤碱合成的元素来源
CO2
甘氨酸
天冬氨酸 N10 CHO FH4
6C 1N 5C 2C 4C
3N
N7 C8
N9
N5,N10 CH FH4
谷氨酰胺 (酰胺基)
甘氨坐中间，谷碳站两边， 左手开天门，头顶二氧碳。
嘌呤核苷酸的合成过程
O P CH2 O
O P CH2 O
OH
OH OH
5-磷酸核糖
ATP AMP
R-5-P
O —P ～P
OH OH
磷酸核糖焦磷酸
PRPP
O
C
HO C
N
HC
Gln Glu
N
O P CH2 O
– 补救合成途径(Salvage Pathway)：利用体内游离的 Purine或嘌呤核苷(Purine Nucleoside)，经过简单的 反应过程，合成嘌呤核苷酸的途径。
嘌呤核苷酸从头合成
(De Novo Synthesis)
• 原料：磷酸核糖，Gly，Gln，Asp，CO2, N5-N10-CH=FH4， N10-CHO-FH4, ATP
– UDPG，CDP-DG，SAM，PAPS
嘌呤核苷酸(Purine Nucleotide)
Metablism
• Purine Nucleotide Synthesis
– 从头合成途径(De Novo Synthesis)：利用磷酸核糖、 Amino Acid、OCU及CO2等简单物质为原料，经一 系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。