第8章 核苷酸代谢

5-氨基异咪唑4-甲酰胺核苷酸
（AICAR）
6-MP AMP
6-MP PPi
6-MP
=
PRPP
腺嘌呤（A）
氮杂丝氨酸
PPi PRPP
GMP
鸟嘌呤(G)
6-MP
目录
二、嘌呤核苷酸的分解代谢
(嘌呤)
目录
嘌呤的分解
嘌呤碱包括：A-腺嘌呤、G-鸟嘌呤 嘌呤的分解代谢终产物
人、猿以及鸟类、爬虫类和大多数昆虫：尿酸
核苷单磷酸激酶 (NMPK)
核苷二磷酸激酶 (NDPK)
目录
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。 ➢ 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(GTP)。
目录
嘌呤核苷酸从头合成的调节
PRPP合成酶 酰胺转移酶(PRAT)
腺苷酸琥珀酸 合成酶(ADSSL)
目录
目录
目录
✓ 6-MP化学结构与次黄嘌呤相似，在体内经磷酸核糖化而生成6-MP核苷酸， 并以这种形式抑制IMP转变为AMP和GMP反应；6-MP还可通过竞争性抑 制，影响次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶，使PRPP分子中的磷酸核糖不 能向次黄嘌呤或鸟嘌呤转移，阻止了补救合成途径；因为6-MP核苷酸与 IMP结构相似，所以可反馈抑制PRPP酰胺转移酶而干扰磷酸核糖胺的形 成，从而阻断嘌呤核苷酸的从头合成。
目录
嘌呤(purine，Pu)
N 7
8 9 NH
5 6 1N
43 2 N
NH2 N
N
NH
N
腺嘌呤(adenine, A)
O
N NH
NH
N
鸟嘌呤(guanine,
NH2
G)
目录
嘧啶(pyrimidine，Py)
O
5 4 3N 612
NH
NH2
N
NH
NH
O
尿嘧啶(uracil, U)
O
H3C NH
NH
AIRS
ADP
AIR
AIRC
CAIR ATP
SACAIRS
ADP
SACAIR
ADSL
AICAR
AICART
FAICAR
IMPC
IMP
Gln Gly N10-Formyl THF Gln
CO2 Asp
N10-Formyl THF
5-磷酸核糖
5-磷酸核糖焦磷酸 5-磷酸核糖胺
甘氨酰胺核苷酸
甲酰甘氨酰胺核苷酸
次黄嘌呤核苷酸 脱氢酶(IMPDH)
目录
目录
目录
(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(hypoxanthineguanine phosphoribosyl transferase, HGPRT)
GTP
腺苷琥珀酸 延胡索酸
GDP
AMP
腺苷酸激酶 (AK)
Asp
Adenylo succinate
Adenylo succinate
Adenylo succinate
lyase
Adenylate
ADP Adenylate
ATP
kinase
kinase
synthase
AMP +PP
IMP
NAD
H2O NADH
核苷酶
碱基
戊糖
目录
核苷酸的生物功用
➢ 1、作为核酸DNA和RNA合成的基本原料； ➢ 2、体内的主要能源物质，如ATP、GTP等； ➢ 3、参与代谢和生理性调节作用，如cAMP是细胞内第二信号分子，参
与细胞内信息传递； ➢ 4、作为许多辅酶的组成部分，如腺苷酸是构成辅酶I、辅酶Ⅱ、FAD、
辅酶A等的重要部分； ➢ 5、活化中间代谢物的载体，如UDP-葡萄糖是合成糖原等的活性原料，
腺苷酸琥珀酸 裂解酶(ADSL)
5-aminoimidazole 4-carboxamide ribonucleotide
次黄嘌呤核苷酸
step11
IMP
Phosphoribosyl
aminoimidazole carboxamide
formyltransferase
IMP cyclohydrolase
ATP Glu
Gln
ADP
GMP ATP
ATP
ADP
IMP
dehydrogenase
IMP脱氢酶 (IMPDH)
XMP
黄嘌啉 核苷酸
GMP synthase
GMP合成酶 (GMPS)
Nucleoside
Nucleoside
monophosphate GDP diphosphate
GTP
kinase
kinase
目录
（三）嘌呤核苷酸的抗代谢物
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
它们主要以竞争性抑制或“掺假”等方式干扰或阻断嘌呤核苷酸的合成代 谢，从而进一步阻止核酸及蛋白质的生物合成。
目录
Purine ring de novo synthesis
5-氨基咪唑-4-(N-琥珀基)
5-氨基咪唑-4-
Asp
氨甲酰核苷酸
延胡索酸 氨甲酰核苷酸
step8
ATP
SACAIR
ADP
CAIR
Phosphoribosyl aminoimidazole succinocarboxamide
synthetase
第8章
核苷酸代谢
Metabolism of Nucleotides
目录
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。
因此，与氨基酸不同，核苷酸不属于营养必 需物质。
目录
源自文库
核酸的消化与吸收
食物核蛋白
胃酸
蛋白质
核酸(RNA及DNA)
胰核酸酶
核苷酸
核苷
胰、肠核苷酸酶
磷酸
THF step4 THF
step5
5-GAR
ATP
ADP
Phosphoribosyl glycinamide
formyltransferase
甘氨酰胺核苷酸转甲基酶 (GART)
FGAR
Formylglycinamide ribonucleotide
Phosphoribosyl formylglycinamidine
从头合成途径(de novo synthesis) 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。
目录
（一）嘌呤核苷酸的从头合成
1、从头合成途径除某些细菌外，几乎所有生物体 都能合成嘌呤碱。
5-氨基咪唑核苷酸 合成酶
(AIRS)
AIR
5-aminoimidazole ribonucleotide
Phosphoribosyl aminoimidazole
carboxylase
5-氨基咪唑核苷酸
羧化酶
5-aminoimidazole
(AIRC) 4-carboxylate ribonucleotide
synthetase
甲酰甘氨脒核苷酸 合成酶
(FGARAT)
FGAM
Formylglycinamidine ribonucleotide
5-氨基咪唑核苷酸
5-氨基咪唑-4-羧基核苷酸
step6
ATP
ADP
step7
CO2
CAIR
Phosphoribosyl aminoimidazole
synthetase
哺乳动物合成部位 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。
目录
嘌呤碱合成的元素来源
甘氨酸
天冬氨酸
一碳基团 （甲酸盐）
6
1
5
7
8
23 4
9
一碳基团 （甲酸盐）
谷氨酰胺
目录
嘌呤从头合成的概要过程
PP-1-R-5-P
AMP ATP
（磷酸核糖焦磷酸） PRPP合成酶
R-5-P
（5-磷酸核糖）
谷氨酰胺
酰胺转移酶 谷氨酸
H2N-1-R-5´-P
（5´-磷酸核糖胺）
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
AMP IMP
GMP
目录
Purine ring de novo synthesis
5-磷酸核糖
step1
ATP AMP
5-磷酸核糖焦磷酸
R5P
其他哺乳动物、双翅目昆虫：尿囊素
硬骨鱼类：尿囊酸
尿囊素酶
尿酸酶
大多数鱼类、两栖类：尿素 尿囊酸酶
Gln
Glu
PRPP Synthetase
PRPP合成酶 (PRPPS)
PRPP
Gly
step2
5-磷酸核糖胺
step3
ATP ADP
甘氨酰胺核苷酸
Amidophosphoribosyl transferase
酰胺转移酶 (PRAT)
5-PRA
Phosphoribosyl glycinamide synthetase
✓ 氮杂丝氨酸、6重氮5氧正亮氨酸等结构与谷氨酰胺相似，可干扰谷氨酰胺 在嘌呤核苷酸合成中的作用，抑制嘌呤核苷酸的合成。
✓ 氨蝶呤及甲氨蝶呤(MTX)是叶酸类似物，可抑制二氢叶酸还原酶，使叶酸 不能还原为二氢叶酸和四氢叶酸，从而阻断嘌呤C2、C8(来自一碳单位)的 供应，抑制嘌呤核苷酸的合成。
目录
= =
5-氨基咪唑-4-(N-琥珀基) 氨甲酰核苷酸合成酶
(SACAIRS)
5-aminoimidazole 4-Nsuccinocarboxamide
ribonucleotide
N10-Formyl
THF step10
5-甲酰氨基咪唑4-氨甲酰核苷酸
THF
FAICAR
step9
AICAR
Adenylosuccinate lyase
➢ 腺苷激酶(adenosine kinase, ADK)
目录
合成过程
腺嘌呤磷酸核糖转移酶
腺嘌呤 + PRPP APRT AMP + PPi
次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶
次黄嘌呤 + PRPP HGPRT IMP + PPi
次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶
鸟嘌呤 + PRPP HGPRT GMP + PPi
= =
PRPP
谷氨酰胺 （Gln）
6-巯基嘌呤
氨甲蝶呤
6-MP
MTX
氮杂丝氨酸
5-磷酸核糖胺 甘氨酰胺
=
PRA
核苷酸
（GAR）
氮杂丝氨酸
甲酰甘氨酰 胺核苷酸 （FGAR）
甲酰甘氨 脒核苷酸 （FGAM）
6-MP
PRPP PPi
次黄嘌呤
=
IMP
（H）
5-甲酰胺基咪唑4-甲酰胺核苷酸
（FAICAR）
MTX
CDP-二酰基甘油是合成磷脂的活性原料，PAPS是活性硫酸的形式， SAM是活性甲基的载体等。
目录
NH2
酯键 N
N
9
O
N
N
HO P O CH 2 OHH
O
1'
H 2'
H
OH OH
糖苷键
嘌呤N-9或嘧啶N-1与核糖C-1通过β-N-糖苷键相连 形成核苷(ribonucleoside)。
核苷或脱氧核苷与磷酸通过酯键结合构成核苷酸 (ribonucleotide)或脱氧核苷酸(deoxyri-bonucleotide)。
AICAR转甲酰基酶
IMP脱水环化酶
(AICART)
5-Formamidoimidazole
(IMPC)
4-carboxamide
ribonucleotide
目录
R5P ATP
PRPS
AMP
PPRP
PRAT
5-PRA ATP
GARS
ADP
5-GAR
GART
FGAR ATP
FGARAT
ADP
FGAM ATP
甘氨酰胺核苷酸合成酶 5-GAR
Phosphoribosyl amine
(GARS)
Glycinamide ribonucleotide
目录
Purine ring de novo synthesis Gln
甲酰甘氨酰胺核苷酸
N10-甲酰四氢叶酸 四氢叶酸
Glu 甲酰甘氨脒核苷酸
N10-Formyl
O
胞嘧啶(cytosine, C)
NH
O
胸腺嘧啶(thymine, T)
目录
腺苷单磷酸 （CMP）
鸟苷单磷酸 （CMP）
胞苷单磷酸 （CMP）
胸苷单磷酸
（CMP）
目录
第一节 嘌呤核苷酸的合成与分解代谢
Metabolism of Purine Nucleotides
目录
一、嘌呤核苷酸的合成存在从头合成和 补救合成两种途径
甲酰甘氨脒核苷酸
5-氨基咪唑核苷酸
5-氨基咪唑-4-羧基核苷酸
5-氨基咪唑-4-(N-琥珀基)氨甲酰核苷酸
5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸 5-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸
次黄嘌呤核苷酸
目录
腺苷琥珀酸合成酶 腺苷琥珀酸裂解酶
(ADSSL)
(ADSL)
腺苷酸激酶 (AK)
Purine de novo synthesis
腺苷激酶
腺嘌呤核苷
ADK
AMP
ATP ADP
在生物体内除腺苷激酶外，缺少其他嘌呤核苷激酶
目录
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。
目录
➢ 是X连锁隐性遗传的先天性嘌呤代谢缺陷病，源 于次黄嘌呤一鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT)缺 失。缺乏该酶使得次黄嘌呤和鸟嘌呤不能转换为 IMP和GMP，而是降解为尿酸，高尿酸盐血症引 起早期肾脏结石，逐渐出现痛风症状。 患者智力 低下,有特征性的强迫性自身毁伤行为。 也称为自 毁容貌综合征。