生化核苷酸代谢

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)
MTX
5-氨基异咪唑4-甲酰胺核苷酸
(AICAR)
AMP
6-MP
PPi
6-MP
= PRPP 6-MP
腺嘌呤 (A)
氮杂丝氨酸
PPi GMP
PRPP 鸟嘌呤 (G)
6-MP
2020年3月4日星期三
利用磷酸核糖、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。 ➢ 补救合成途径(salvage pathway)
利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经 过简单的反应过程，合成嘌呤核苷酸。
2020年3月4日星期三
8
（一）嘌呤核苷酸的从头合成
1. 从头合成途径
CO2
甘氨酸
➢ 腺苷激酶 (adenosine kinase)
2020年3月4日星期三
30
补救合成：细胞利用现成嘌呤碱或嘌呤 核苷合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救 合成途径。 1.利用嘌呤碱基合成嘌呤核苷酸，参与 的酶主要有两种
➢ 腺嘌呤磷酸核糖转移酶 (adenine
phosphoribosyl transferase, APRT)
H2O2
NH3
黄嘌呤 氧化酶
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GMP
H2O
Pi 鸟苷 Pi
1-磷酸核糖
H2O
鸟嘌呤
尿酸
47
AMP GMP
H （次黄嘌呤）
G
嘌呤碱的最终 代谢产物
X（黄嘌呤） 黄嘌呤氧化酶
• 主要部位：肝、肾、小肠
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48
➢ 痛风症 正常人血尿酸 0.12~0.36 mmol/L 男性平均 0.27 mmol/L 女性平均 0.21 mmol/L
Metabolism of Pyrimidine Nucleotides
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53
➢ 嘧啶核苷酸的结构
2020年3月4日星期三
54
一、嘧啶核苷酸的合成同样有从头合成与补 救合成两条途径
(一)嘧啶核苷酸的从头合成比嘌呤核苷酸简单
➢ 合成部位
主要是肝细胞胞液
➢ 特点
先合成嘧啶环，再与磷酸核糖相连。 先合成UMP，再转变成CTP和dTMP 。
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（三）体内嘌呤核苷酸可以相互转变
AMP
腺苷酸代 琥珀酸
NH3
IMP
GMP XMP
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35
（四）脱氧核糖核苷酸的生成在二核苷酸 水平进行
（核苷二磷酸还原酶）
NDP
在核苷二磷酸水平上进行 （N代表A、G、C、U）
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36
核糖核苷酸还原酶，Mg2+
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➢ 嘧啶合成的元素来源
Gln 氨基甲酰磷酸
CO2
C N 3 4 5C
C 2 1 6C N
Asp
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1.从头合成途径
（1）UMP的合成
Gln + HCO3-
氨基甲酰磷 酸合成酶II
2ATP 2ADP+Pi
Glu + 氨基甲酰磷酸
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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 S 化还原蛋白 S
NADP+ 硫氧化还原蛋白还原酶 NADPH + H+ (FAD)
激酶 dNDP + ATP
dNTP + ADP
脱氧核苷酸的生成
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细胞可通过控制核苷酸还原酶的活 性调节脱氧核苷酸的浓度外。还可以通 过各种三磷酸核苷对还原酶的别构调节 作用调节不同脱氧核苷酸生成。
NDP 核苷酸还原酶 dNDP
+

特定NTP 其他NTP
核苷酸还原酶的别构调节
作用物 CDP UDP ADP GDP
主要促进剂 ATP ATP dGTP dTTP
主要抑制剂 dATP、dGTP、dTTP
dATP、dGTP dATP、ATP
dATP
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（五）嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、 氨基酸或叶酸类似物
酸还原酶
UDP
dUDP
磷酸酶
O
脱氨酶
NH3 dUMP
dTTP
N5,N10-CH2-FH4
胸苷酸合酶
FH2 dTMP 核苷单磷酸激酶
核苷二磷 酸激酶
dTDP
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从头合成的调节
- ATP + CO2+ 谷氨酰胺
氨基甲酰磷酸
哺 乳
天冬氨酸 - 细菌
动 氨基甲酸天冬氨酸 物
- 嘌呤核苷酸
57
氨基甲酰磷酸合成酶Ⅰ和Ⅱ
分布 氮源 变构激活剂 变构抑制剂
CPS-Ⅰ 线粒体（肝）
CPS-Ⅱ 胞液（所有细胞）
NH3 N-乙酰谷氨酸(AGA)
无
Gln 无 UMP
功能
尿素合成
嘧啶合成
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UMP的合成过程
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（2）CTP的合成
尿苷酸激酶
ATP
ADP
➢ 次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶
(hypoxanthine-guanine phosphoribosyl
transferase, HGPRT)
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腺嘌呤 + PRPP APRT AMP + PPi 次黄嘌呤 + PRPP HGPRT IMP + PPi
鸟嘌呤 + PRPP HGPRT GMP + PPi
43
NADPH + H+ NADP+
NADPH + H+
NADP+
叶酸 FH2 还原酶
FH2 FH2 还原酶
FH4
-
-
AP 或 MTX
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=
= =
=
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)
天冬氨酸
甲酰基 （一碳单位）
嘌呤碱合成的 元素来源
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甲酰基 （一碳单位）
谷氨酰胺 （酰胺基）
9
➢ 合成过程
（1）IMP的合成 （2）AMP和GMP的生成
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10
（1）IMP的合成
ATP AMP
R-5-P
PRPP
PRPP合成酶
Gln
Glu
酰胺转移酶
5-磷酸核糖胺 (PRA)
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2.利用嘌呤核苷合成嘌呤核苷酸，参与的 酶主要有
腺苷激酶
腺嘌呤核苷
腺苷激酶 AMP
ATP ADP
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嘌呤核苷酸补救合成的生理意义
➢ 节约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。
➢自毁容貌症（Lesch-Nyhan综合 征）：次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转 移酶(HGPRT)缺失
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甘氨酰胺核苷酸合成酶
14
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转甲酰基酶
15
酰胺转移酶
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甲酰甘氨咪核苷酸
16
5－氨基咪唑核苷酸合成酶
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17
羧化酶
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18
2020年3月4日星期三
19
2020年3月4日星期三
20
2020年3月4日星期三
2020年3月4日星期三
O
HN
N
NN R- 5'-P
次黄嘌呤核苷酸
( IM P )
9 步反应
在谷氨酰胺、甘氨酸、 一碳单位、二氧化碳 及天冬氨酸的逐步参 与下
11
R-5-P+ATP PRPP合成酶 PRPP+AMP
PRPP的分子结构
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12
2020年3月4日星期三
酰胺转移酶
13
二磷酸核苷激酶
UDP
ATP
ADP
UTP
CTP合成酶
Gln
Glu
ATP
ADP+Pi
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⑶ 脱氧嘧啶核苷酸的合成：
磷酸酶
核糖核苷酸还原酶
核苷二磷酸激酶
CTP
CDP
dCDP
dCTP
H2O Pi
NADPH+H+
NADP++H2O
ATP
H2O
磷酸酶
Pi
dCMP
ADP
合成DNA
核糖核苷
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➢ 6-MP核苷酸是IMP的类似物。
6-MP 6-MP核苷酸

HGPRT

补救合成途径
IMP

AMP 和 GMP
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➢ 氮杂丝氨酸(AS)是Gln的类似物。
O
NH2
H2N C CH2 CH2 CH COOH Gln
O
NH2
N N CH2 C O CH2 CH COOH AS

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(二)嘌呤核苷酸的补救合成有两种方式
参与补救合成的酶
➢ 腺嘌呤磷酸核糖转移酶 (adenine phosphoribosyl transferase, APRT)
➢ 次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶 (hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT)
PRPP
ATP + 5-磷酸核糖
UMP
- 嘧啶核苷酸
UTP CTP
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（二）嘧啶核苷酸的补救合成途径与嘌呤核 苷酸类似
2020年3月4日星期三
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2. 从头合成的调节
调节方式：反馈调节和交叉调节



R-5-P ATP
PRPP合成酶 PRPP
酰胺转移酶 PRA


腺苷酸代 琥珀酸
AMP ADP ATP
IMP
XMP
GMP GDP GTP

腺苷酸代 琥珀酸
AMP ADP ATP
IMP
XMP ATP GMP GDP
GTP
45
二、嘌呤核苷酸的分解代谢终产物是尿酸
核苷酸
H2O 核苷酸酶
R-5-P
磷酸戊糖途径 PRPP 补救补合救成途途径径
Pi
Pi
R-1-P
核苷
嘌呤碱
核苷磷酸化酶
氧化
尿酸
2020年3月4日星期三
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AMP
H2O Pi
腺苷 H2O NH3
次黄苷 Pi
1-磷酸核糖
IMP 黄嘌呤
黄嘌呤氧化酶
次黄嘌呤
H2O +O2 H2O2 H2O +O2
血尿酸 > 0.48 mmol/L
结晶
组织沉积
痛风 (gout)
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49
2020年3月4日星期三
50
➢ 痛风症的治疗机制
次黄嘌呤
2020年3月4日星期三
别嘌呤醇
51
鸟嘌呤 次黄嘌呤
2020年3月4日星期三
黄嘌呤氧化酶
黄嘌呤
尿酸
别嘌呤醇
52
第二节 嘧啶核苷酸的合成与分解代谢
2020年3月4日星期三
3
➢ 核酸的消化与吸收
蛋白质
食物核蛋白 胃酸
核酸（RNA及DNA） 胰核酸酶
核苷酸
碱基
核苷
胰、肠核苷酸酶 磷酸
核苷酶 戊糖
2020年3月4日星期三
4
核苷酸的生物学功用：
➢ 作为核酸合成的原料 ➢ 体内能量的利用形式 ➢ 参与代谢和生理调节 ➢ 组成辅酶 ➢ 活化中间代谢物
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➢ 氨蝶呤(AP)和甲氨蝶呤(MTX)
NH2 N
N
H2N N N
R CH2 N
R＝H：AP
OH
N
N
H2N N N
H CH2 N
2020年3月4日星期三
O
COOH
C
NH
C H
CH2
CH2
COOH
R＝CH3：TMXTTX
O
COOH
C
NH
C H
CH2
CH2
COOH
folic acid
2020年3月4日星期三
5
第一节 嘌呤核苷酸的合成与分解代谢
Metabolism of Purine Nucleotides
2020年3月4日星期三
6
➢ 嘌呤核苷酸的结构：
AMP
2020年3月4日星期三
GMP
7
一、嘌呤核苷酸的合成存在从头合成和补救合 成两种途径
➢ 从头合成途径(de novo synthesis)
ATP
ATP ADP
ATP ADP
GMP
激酶
GDP
激酶
GTP
ATP ADP
ATP ADP
2020年3月4日星期三
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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。 ➢ 肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官， 其次是小肠黏膜和胸腺。 ➢ 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ATP。
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
甲氨蝶呤等
8-氮杂鸟嘌呤等
2020年3月4日星期三
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➢ 6-巯基嘌呤(6-Mercaptopurine, 6-MP)
OH
N
N
N
N H
hy次po黄x嘌a呤nthine
(H)
SH
N
N
N
N H
6-巯6基- M嘌P呤
(6-MP)
第十章
核苷酸代谢
Metabolism of Nucleotides
2020年3月4日星期三
1
概述
➢ 核苷酸是核酸的基本结构单位。 ➢ 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。
2020年3月4日星期三
2
食物中的核酸多数与蛋白质组成核蛋白。 核蛋白在胃酸的作用下，被分开为核酸和蛋 白质两部分，各自进行自己的代谢。核酸在 各种核酸酶的作用下被逐步分解，糖和磷酸 可被利用。而碱基在肠粘膜细胞内分解后直 接排出体外。因此，核酸不是人体的必需营 养物。
21