生物化学 第17章核苷酸代谢

结束了！
习题：
1 生物体内降解核酸的酶有哪些？说明限制性内切酶 作用的特点和应用。 2 叶酸辅酶如何影响核苷酸代谢？ 3 指出嘌呤碱和嘧啶碱各原子的来源。 4 5－磷酸核糖焦磷酸（PRPP）是所有嘌呤和嘧啶核 苷酸的核糖5－磷酸活化前体，它由ATP和5－磷酸核糖形 成。说明5－磷酸核糖的来源。 5 E.Coli细胞中催化二磷酸核苷酸还原称为二磷酸 脱氧核苷酸的酶核糖核酸还原酶系包含哪几种成分？还原 过程如何？
次黄嘌呤
尿液
排出体外
黄嘌呤
尿酸
1 2
合成别嘌呤醇核苷酸，消耗PRPP,减少嘌呤核苷酸的产生； 竞争抑制黄嘌呤氧化酶，降低生成黄嘌呤和尿酸。
嘧啶代谢异常
乳清酸尿症：先天性遗传病。患者体内缺乏嘧啶核苷酸 从头合成途径。
核苷酸抗代谢物
嘌呤类似物：5－巯基鸟嘌呤，8－氮杂鸟嘌呤等 嘧啶类似物：5－氟尿嘧啶。
4
3 5 2 1 6
嘧啶环从头合成的元素来源
线粒体合成氨甲酰磷酸的氮来自脱氨基作用产生的NH3；
胞液中合成合成氨甲酰磷酸的氮来自谷氨酰胺。 酶 氨甲酰磷酸合成酶Ι 氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ
部位
氮 原
肝脏细胞线粒体
游离－NH2
胞液（所有细胞）
Gln- ，－NH2
功 能
激活剂
合成尿素
N－乙酰谷氨酸
合成嘧啶
核糖核 苷酸还 原酶催 化体系
二氢叶酸 四氢叶酸
返回
第四节 核苷酸的降解
GMP
一 嘌呤核苷酸的分解：
脱氢酶
还原酶
AMP
核苷酸酶
IMP
核苷 酸酶
鸟苷
核苷磷酸化酶
黄嘌呤
黄嘌呤 氧化酶
腺苷
腺苷脱氢酶
次黄苷
核苷磷 酸化酶
次黄嘌呤
嘌呤碱的分解
二 嘧啶核苷酸的分解
二氢尿嘧啶脱 氢酶 胞嘧啶脱氨酶
二氢尿嘧啶 酶 脲基丙酸啶 酶
二氢尿嘧啶脱 氢酶
二氢尿嘧啶 酶 脲基丙酸啶 酶
嘌呤代谢异常 痛风症
痛风症患者由于体内嘌呤核苷酸分解代谢异常，可致血 中尿酸水平升高，以尿酸钠晶体沉积于软骨、关节、软组织及 肾脏，临床上表现为皮下结节，关节疼痛等。
嘌呤的正常代谢途径： 嘌呤代谢 尿酸 异常代谢 鸟嘌呤
第 十 七 章 核 苷 酸 代 谢
核苷酸是生物体内的重要物质：
1 DNA 和 RNA合成的前体。 2 其衍生物是许多生物合成的活化的中间物。
3 ATP是生物系统最通用的能量、GTP赋予大分子例如新生 肽链在核糖体上的移位运动的动力及信号偶联蛋白的活化。 4 腺苷酸是三种主要辅酶NAD＋、FAD＋ 和 CoA的组分。 5 核苷酸也是代谢调节物，例如cAMP是许多激素行使调节 作用的细胞内信使。 腺嘌呤核苷酸生物合成过程的阐明对于筛选抗肿瘤药物 以及选育核苷酸高产菌株都有指导意义。
在原核生物(例如, E.coli)中，嘧啶核苷酸生物合成 的主要调节部位是天冬氨酸转氨甲酰酶催化的反应，该酶是 一种别构酶。 在哺乳动物中，嘧啶核苷酸生物合成的主要调节部 位则是氨甲酰磷酸合成酶催化的反应。该酶的活性受嘧啶核 苷酸的反馈抑制，但嘌呤核苷酸则起激活作用。
天冬氨酸转氨 甲酰酶
氨甲酰磷酸合 成酶
6 腺嘌呤碱如何生成次黄嘌呤？次黄嘌呤和鸟嘌呤 如何转变为黄嘌呤？ 7 胞嘧啶如何转变为尿嘧啶？三种嘧啶碱降解的最终 产物是什么？ 8 嘌呤核苷酸合成有什么特点？嘧啶核苷酸合成的最 初产物是什么？ 9 什么是核苷酸合成的补救途径？补救途径有什么生 理意义？ 10 哪些辅酶或辅基分子中含有核苷酸的成分？ 11 尿酸是如何产生的？人体内尿酸过多有什么危害？
不需要
第二阶段：乳清酸合成
在天冬氨酸转氨甲酰基酶催化下，生成氨甲酰天冬氨酸。 再由二氢乳清酸酶催化脱水形成二氢乳清酸，然后经二氢 乳清酸脱氢酶作用脱氢生成乳清酸。天冬氨酸转氨甲酰基 酶是细菌合成嘧啶核苷酸的关键酶。
第三阶段：乳清酸核苷酸的合成。
乳清酸与5－磷酸核糖焦磷酸（PRPP）结合生成乳清酸 核苷酸。
2 体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合
成。
三
腺嘌呤核苷酸的合成的调节
在腺嘌呤核苷酸的从头合成途径中，反馈调节是主要 的调节方式。 1 PRPP 合成酶的调节：IMP、GMP、AMP、ADP、GDP的 反馈抑制，ATP激活该酶的活性。 2 PRPP 酰胺转移酶的调节：限速酶 5‘-磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶是一种别构酶，这个酶的活 性受其产物GMP、AMP、ADP、ATP及GMP、GDP、GTP的反馈抑 制，对AMP和GMP最敏感。
2
胞嘧啶核苷酸的合成 胞嘧啶核苷酸的合成:在尿嘧啶核苷三磷酸， 由Gln提供嘧啶环的4位上-NH2形成CTP。 尿嘧啶＋ PRPP → 尿嘧啶单核苷酸（UDP）
尿苷酸激酶 ATP ADP 二磷酸核苷激酶
UDP
ATP ADP
UTP
CTP合成酶 谷氨酰胺 ATP 谷氨酸 ADP+Pi
三
嘧啶核苷酸合成的调节
AMP
ATP ADP
ADP
ATP ADP
ATP
激酶
GMP
ATP ADP
激酶
GDP
ATP ADP
GTP
二 嘌呤核苷酸补救途径(salvage) 利用细胞内己有的嘌呤碱基合成嘌呤核苷酸的途径 称为补救途径。 1 腺嘌呤磷酸核糖基转移酶, 催化下列的反应: 腺嘌呤 + 5'- 磷酸核糖焦磷酸 → 5'-IMP + PPi 次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶，催化： 5'-IMP 5'-GMP 5'-XMP + PPi + PPi + PPi
（5´-磷酸核糖胺）
H2N-1-R-5´-P
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
IMP的生成
1 2 3 4 5
5-磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶； 甘氨酰胺核苷酸合酶， 甘氨酰胺核苷酸转甲酰基酶； 甲酰甘氨脒核苷酸合成酶。 氨基咪唑核苷酸合酶；
掺入顺序：9N-4C5C7N-8C
5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）生成； 5-磷酸核糖胺生成（PRA） 甘氨酰胺核苷酸生成；
4 甲酰甘氨酰胺核苷酸（FGAR）生成；
5 甲酰甘氨脒核苷酸生成（FGAM）；
6
7
5-氨基咪唑核苷酸（AIR）生成；
5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸（CAIR）生成;
8 5-氨基咪唑－4－（N－琥珀基）甲酰胺核苷酸 （SAICAR）生成；
第三节
脱 氧 核 苷 酸 的 合 成
生物体内的各种脱氧核糖核苷酸是在核糖核苷二磷酸的 基础上经过还原脱去核糖第二位的氧后产生的。脱氧胸嘧啶 核苷酸则需要另外的甲基化过程产生。 核糖核苷二磷酸是在核糖核苷单磷酸的基础上通过 相应的核苷酸激酶由ATP提供磷酸基而产生的。 一 核糖核苷酸还原酶催化脱氧核糖核苷酸的生成 核糖核苷酸还原酶催化核糖核苷二磷酸还原脱氧生成 脱氧核糖核苷二磷酸。 dADP、dGDP、dCDP 、dUDP都可以直接由上面的反 应产生，再经核苷二磷酸激酶催化转变成脱氧核苷三磷酸。
பைடு நூலகம் 第一节
嘌呤核苷酸的生物合成
两 条 合 成 途 径
1 从头合成途径(de novo synthesis pathway): 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，合成嘌呤核 苷酸的途径; 合成部位:肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官， 其次:小肠和胸腺，而脑、骨髓则无法进行此合成途径。 补救合成途径(salvage synthesis pathway) 利用体内游离的碱基或核苷合成嘌呤核苷 酸的途径。 2
3 腺苷酸代琥珀酸合成酶和次黄嘌呤核苷酸 脱氢酶的调节：GTP促进AMP的生成，ATP促进GMP的 生成，这种交叉调节作用，对维持细胞内ATP与GTP 浓度的平衡非常重要。
4 在补救途径中，APRT受AMP的反馈抑制， HGPRT受IMP和GMP的反馈抑制。
第二节
一
嘧啶核苷酸的合成
从嘧啶核苷酸头合成途径 嘧啶核苷酸的嘧啶环是由氨甲酰磷酸和天冬氨 酸主要在肝细胞的胞液合成。 嘧啶核苷酸——嘧啶环＋磷酸核糖——乳清核苷酸—— 尿嘧啶核苷酸。 1 尿嘧啶核苷酸（UMP）的合成 第一阶段： 氨甲酰磷酸的合成。氨甲酰磷酸既是肝脏中合 成尿素的原料(该反应发生在在肝脏细胞线粒体中)，也是嘧啶 核苷酸合成的前体(该反应发生在胞液中)。
9 5-氨基咪唑－4－甲酰胺核苷酸（AICAR）和延胡索 酸生成；
10 成； 11 5－甲酰胺基咪唑－4－甲酰胺核苷酸（FAICAR）生
次黄嘌呤核苷酸（IMP）生成；
5-P – R - 1- PP
AMP
ATP
R-5-P
（5-磷酸核糖）
（5’－磷酸核糖－1’－焦磷酸） PRPP合成酶 PRPP 谷氨酰胺 酰胺转移酶 谷氨酸
8 腺苷酸琥珀酸裂解酶； 9 氨基咪唑甲酰胺核苷酸转甲酰酶； 10 次黄嘌呤核苷酸环脱水酶
AMP和GMP 的生成
① 腺苷酸代 琥珀酸合成酶 ② 腺苷酸代 琥珀酸裂解酶 ③ IMP脱氢酶 ④ GMP合成酶
1
（二）在5‘-AMP 和5’-GMP的基础上可进一步磷酸 化生成ADP、GDP、ATP 和GTP。 激酶 激酶
一 嘌呤核苷酸的从头合成
第一阶段是合成次黄嘌呤核苷酸; 第二阶段是在次黄嘌呤核苷酸的基础上合成嘌呤核苷酸和 鸟嘌呤核苷酸。
CO2 甘氨酸
天冬氨酸 甲酰基 （一碳单位） 甲酰基 （一碳单位）
谷氨酰胺 （酰胺基）
用同位素标记实验:嘌呤碱合成的元素来源
（一） 次黄嘌呤核苷酸的合成 (第一阶段)
1 2 3
2
次黄嘌呤+ 5'- 磷酸核糖焦磷酸 → 鸟嘌呤 + 5'- 磷酸核糖焦磷酸 → 黄嘌呤+ 5'- 磷酸核糖焦磷酸 →
次黄嘌呤和鸟嘌呤是细胞内嘌呤核苷酸降解的主 要产物，补救途径中，次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖基转 移酶是主要的酶。
补救合成的生理意义：
1 补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消 耗。
核糖核苷酸还原酶催化体系
1 硫氧还蛋白的Cys-Gly-Pro-Cys-两个Cys的活性巯基 进行可逆的氧化还原反应，具有传递电子的作用； 2 还原反应
还原酶 磷酸激酶
NDP
dNDP
dNTP
二、脱氧胸嘧啶核苷酸的合成
首先，脱氧尿苷三磷酸水解转变成脱氧尿苷酸： dUTP ＋ H2O → dUMP ＋ PPi dUMP再经特殊的胸嘧啶核苷酸合酶催化, 甲基化而生成的， 甲基的供体是N5,N10-甲叉四氢叶酸。