生物化学及分子生物学(人卫第九版)-09核苷酸代谢

鸟嘌呤 + PRPP
HGPRT GMP + PPi
腺嘌呤核苷
腺苷激酶 AMP ATP ADP
生物化学与分子生物学（第9版）
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。 2 体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。
生物化学与分子生物学（第9版）
（三）体内嘌呤核苷酸可以相互转变
dNDP
N代表A、G、U、C等碱基
生物化学与分子生物学（第9版）
脱氧核苷三磷酸的生成
脱氧核苷二磷酸的生成
NDP
核糖核苷酸还原酶，Mg2+
二磷酸核糖核苷
dNDP
二磷酸脱氧核苷
还原型硫氧化还原 蛋白-(SH)2
氧化型硫氧化还 原蛋白
S
S
NADP+
硫氧化还原蛋白还原酶(FAD)
NADPH+H+
激酶 dNDP + ATP
核酸内切酶及外切酶作用位点示意图
生物化学与分子生物学（第9版）
核酸酶的功能
➢参与DNA的合成、修复以及RNA的剪接 ➢清除多余的、结构和功能异常的核酸，以及外源性核酸 ➢降解食物中的核酸 ➢体外重组DNA技术中的重要工具酶
生物化学与分子生物学（第9版）
(二)核酸的消化吸收
食物核蛋白
胃酸
蛋白质
(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
合成原料 谷氨酰胺、CO2和天冬氨酸
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嘧啶合成的元素来源
谷氨酰胺 CO2
天冬氨酸
生物化学与分子生物学（第9版）
氨基甲酰磷酸的合成
谷氨酰胺 + HCO3-
氨基甲酰磷 酸合成酶II
2ATP 2ADP+Pi
O
NAD+
O
HN
C
磷酸核糖转移酶 HN
C
NADH+H+
C
N
C
COOH
R-5’-P
PPi
PRPP
C
N
C
COOH
H
乳清酸核苷酸OMP
乳清酸
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胞嘧啶核苷酸的合成
尿苷酸激酶 ATP ADP
UDP 二磷酸核苷激酶
CTP合成酶
UTP
ATP ADP
谷氨酰胺 谷氨酸
ATP
ADP+Pi
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， 称为补救合成途径。
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（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
哺乳动物从头合成部位：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、骨髓则只能进行补救合成
2
酰胺转移酶
Gln Glu
H2N-1-R-5'-P
5'-磷酸核糖胺,PRA
H2C-NH2 O=C-OH
ATP
Mg2+ GAR合成酶 3
NH
H2C
CHO
HN=C
NH
R-5'-P
Glu Gln
5
ATP,Mg2+
NH
H2C
CHO
O=C
NH
R-5'-P
FH4
N10-甲酰FH4 H2C--NH2
4
O=C
转甲酰基酶
依据对底物作用方式不同 核酸内切酶：在DNA或RNA分子内部切断磷酸二酯键 。 核酸外切酶：水解核酸分子链末端的磷酸二酯键，有5´→3´或3´→5´核酸外切酶。
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核酸外切酶分类
5´→3´核酸外切酶： 从5′端切除核苷酸的称为5′→3′核酸外切酶
3´→5´核酸外切酶： 从3′端切除核苷酸的称为3′→5′核酸外切酶
11 H2N
IMP合酶
O=C
H2O
H
O CC
C N H
O
N
N
CH
FH4
10
转甲酰基酶
K+
H2N
N10-甲酰FH4
C
C C
R-5'-P
H2N
N CH N R-5'-P
9
延胡索酸
5-甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸，FAICAR
5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸，AICAR
生物化学与分子生物学（第9版）
第二阶段：由IMP生成AMP和GMP
NH
R-5'-P
甲酰甘氨脒核苷酸，FGAM
甲酰甘氨酰胺核苷酸，FGAR
甘氨酰胺核苷酸，GAR
NH
H2C CHO
H2O
HN=C
6
NH
AIR合成酶 ATP,Mg2+,K+
R-5'-P
甲酰甘氨脒核苷酸，FGAM
O
HOOC O
HC
C H2N
N
7
CH 羧化酶
N
CO2
R-5'-P
C HO
H2N
C
C N
N CH
生物化学与分子生物学（第9版）
嘌呤核苷酸的分解代谢
AMP
H （次黄嘌呤）
GMP
G
X
黄嘌呤氧化酶
（黄嘌呤）
尿酸
生物化学与分子生物学（第9版）
痛风症的治疗机制
次黄嘌呤及别嘌呤醇分子式
OH
N CC
HC C N
N CH
N
次黄嘌呤
OH
N CC HC C
N
CH N
N
别嘌呤醇
别嘌呤醇抑制尿酸生成
鸟嘌呤
核酸（RNA及DNA）
胰核酸酶
核苷酸
核苷
胰、肠核苷酸酶
磷酸
碱基
核苷酶
戊糖
生物化学与分子生物学（第9版）
三、核苷酸的代谢包括合成和分解代谢
核苷酸的合成代谢 核苷酸的分解代谢
第二节
嘌呤核苷酸的合成与分解代谢
Synthesis and Degradation of Purine Nucleotides
CO2+ 谷氨酰胺
2ATP Glu 2ADP+Pi
Fra Baidu bibliotek
NH2
O=C
+
OP 氨基甲酰磷酸
O
HN C CNC
R-5’-P
HOOC
CH2
天冬氨酸氨 基甲酰转移酶
CH
H2N
COOH Pi
O
HO-C
NH2 CH2
二氢乳清酸酶
C
N
CH
COOH
H2O
H
O
C HN CH2
CN
CH
COOH
H
氨甲酰天冬氨酸
二氢乳清酸
脱羧酶
AMP
腺苷酸代 琥珀酸
NH3
IMP
GMP XMP
生物化学与分子生物学（第9版）
（四）脱氧核苷酸的生成在二磷酸核苷水平进行
OO
OO HO-P-O-P-O-CH2 碱基
NADPH+H+ O
OO
HO-P-O-P-O-CH2 碱基
OO
NADP++H2O
O
H OH OH H
核糖核酸还原酶
H OH H
H
NDP
第九章
核苷酸代谢 Metabolism of Nucleotides
作者 : 王大勇 王曦迪
单位 : 哈尔滨医科大学
目录
第一节 核苷酸代谢概述 第二节 嘌呤核苷酸的合成与分解代谢 第三节 嘧啶核苷酸的合成与分解代谢
重点难点
掌握 1.核苷酸的生物学功能 2.嘌呤核苷酸从头合成的概念、部位、主要阶段及元素来源 3.嘌呤核苷酸分解代谢产物 4.补救合成意义 5.嘧啶核苷酸从头合成的概念、部位及元素来源
UMP
CTP
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dTMP或TMP的生成
UDP 脱氧核苷酸还原酶 CTP CDP dCDP
dUDP dCMP
dUMP
TMP合酶
N5, N10-甲烯FH4 FH2 FH2还原酶
FH4 NADP+ NADPH+H+
dUMP
dTMP
脱氧胸苷一磷酸
生物化学与分子生物学（第9版）
（FAICAR）
=
MTX
5-氨基异咪唑4-甲酰胺核苷酸
（AICAR）
6-MP
AMP
PPi
6-MP
PRPP
腺嘌呤（A）
氮杂丝氨酸
6-MP
PPi PRPP
GMP
=
鸟嘌呤(G)
6-MP
生物化学与分子生物学（第9版）
二、嘌呤核苷酸的分解代谢终产物是尿酸
核苷酸的分解
核苷酸酶
核苷酸
Pi 核苷
核苷磷酸化酶
1-磷酸核糖 碱基
2. 从头合成的调节
ATP + CO2+ 谷氨酰胺
氨基甲酰磷酸 天冬氨酸
氨基甲酸天冬氨酸 PRPP
UMP
UTP CTP
嘌呤核苷酸 ATP + 5-磷酸核糖 嘧啶核苷酸
表示抑制
生物化学与分子生物学（第9版）
（二）嘧啶核苷酸的补救合成途径与嘌呤核苷酸类似
嘧啶 + PRPP 嘧啶磷酸核糖转移酶 磷酸嘧啶核苷 + PPi
H2C
8
HC
合成酶 HOOC
Asp,ATP,Mg2+
N CC H
C H2 N
R-5'-P
N
CH N R-5'-P
5-氨基咪唑核苷酸，AIR
5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸，CAIR
N-琥珀酰-5-氨基咪唑-4-甲酰胺 核苷酸，SAICAR
O
C HN
C
N
HC C CH
N H
N
R-5'-P
次黄嘌呤核苷酸, IMP
dNTP + ADP
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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
嘌呤核苷酸抗代谢物
常见的嘌呤核苷酸抗代谢物
嘌呤类似物
氨基酸类物 叶酸类似物
6-巯基嘌呤
氮杂丝氨酸等
6-巯基鸟嘌呤
8-氮杂鸟嘌呤等
氨蝶呤 氨甲蝶呤等
6-巯基嘌呤的结构
次黄嘌呤(H)
6-巯基嘌呤(6-MP)
一、核苷酸的生物学功能
作为核酸合成的原料 体内能量利用形式 参与代谢和生理调节 组成辅酶 活化中间代谢
尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）
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（一）核酸酶
二、核苷酸可由核酸酶水解核酸生成
核酸酶：是指所有可以水解核酸的酶。
依据底物不同分类 DNA酶(deoxyribonuclease, DNase)：专一降解DNA的酶。 RNA酶 (ribonuclease, RNase)：专一降解RNA的酶。
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嘌呤碱合成的元素来源
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）
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嘌呤核苷酸合成过程
R-5´-P
ATP AMP PP-1-R-5´-P
（5´-磷酸核糖） PRPP合成酶 （磷酸核糖焦磷酸）
谷氨酰胺
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嘌呤核苷酸的结构
AMP
GMP
生物化学与分子生物学（第9版）
一、嘌呤核苷酸的合成存在从头合成和补救合成两条途径
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，称为从头合成途径。
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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 ➢ 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。
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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
_ PRPP合成酶 PRPP 酰胺转移酶 PRA
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嘌呤核苷酸抗代谢物的作用
PRPP
谷氨酰胺 （Gln）
=
6-MP
PRA
氮杂丝氨酸
甘氨酰胺 MTX 甲酰甘氨酰 氮杂丝氨酸 甲酰甘氨
核苷酸
=
胺核苷酸
=
脒核苷酸
（GAR）
（FGAR）
（FGAM）
6-MP
PRPP PPi
次黄嘌呤 （H）
=
IMP
5-甲酰胺基咪唑4-甲酰胺核苷酸
酰胺转移酶
谷氨酸
H2N-1-R-5´-P （5´-磷酸核糖胺）
第一阶段： IMP的合成 第二阶段： AMP和GMP的生成
IMP
AMP GMP
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第一阶段：IMP的生成
1
R-5'-P PRPP合成酶
PP-1'-R-5'-P
核糖-5'-磷酸
ATP AMP 磷酸核糖焦磷酸，PRPP
谷氨酸 + 氨基甲酰磷酸
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两种氨基甲酰磷酸合成酶（CPS）的区别
内容 分布 氮源 变构激活剂 功能
CPS-I 和CPS-II区别
CPS-Ⅰ
CPS-Ⅱ
肝细胞线粒体 胞液（所有细胞）
氨
谷氨酰胺
N-乙酰谷氨酸
无
合成尿素
嘧啶合成
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尿嘧啶核苷酸的合成过程
黄嘌呤氧化酶
黄嘌呤氧化酶
黄嘌呤
尿酸
次黄嘌呤
别嘌呤醇
表示抑制
第三节
嘧啶核苷酸的合成与分解代谢
Synthesis and Degradation of Pyrimidine Nucleotides
生物化学与分子生物学（第9版）
嘧啶核苷酸的结构
UMP
CMP
dTMP
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一、嘧啶核苷酸的合成也有从头合成与补救合成两条途径
ATP
_
_
IMP
腺苷酸代 琥珀酸
XMP
AMP ADP ATP GMP GDP GTP
_
IMP
腺苷酸代
琥珀酸 GTP
+
XMP _ ATP
AMP +
GMP
ADP GDP
ATP GTP
生物化学与分子生物学（第9版）
（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)
熟悉 1.嘧啶核苷酸的补救合成及嘧啶核苷酸分解代谢产物 2.嘌呤核苷酸从头合成调节及嘧啶核苷酸从头合成调节 3.嘌呤核苷酸的抗代谢物及嘧啶核苷酸的抗代谢物
了解 1.核酸酶及分类 2.嘌呤核苷酸的相互转变
第一节
核苷酸代谢概述
Overview of Nucleotide Metabolism
生物化学与分子生物学（第9版）
次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT)
腺苷激酶(adenosine kinase)
生物化学与分子生物学（第9版）
补救合成过程
腺嘌呤 + PRPP 次黄嘌呤 + PRPP
APRT HGPRT
AMP + PPi IMP + PPi