第8章 核苷酸代谢

核苷酸酶
嘧啶核苷酸
核苷
H2O Pi
核
Pi 苷
磷
酸
化 R-1-P 酶
嘧啶碱
生物化学与分子生物学教研室
NH2 C N CH
O=C CH
N H
胞嘧啶
NH2
O C N CH O=C CH N
H 尿嘧啶
O C HN C-CH3 O=C CH N 胸腺嘧啶 H
NADPH+H+ NADP+
O C HN CH-CH3 O=C N CH2
5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）
Asp、Gly 一碳基团
、Gln
、CO2、
次黄嘌呤核苷酸（IMP）
Asp GTP
Gln NAD+ ATP
AMP
GMP
生物化学与分子生物学教研室
(1) PRPP的生成
PRPP合成酶
磷酸戊糖途径
生物化学与分子生物学教研室
(2) 次黄嘌呤核苷酸（IMP）的生成:
限速步骤
(2) CTP的合成：
UMP
UDP
细菌
NH3
动物
NH2
Gln
Glu
ATP
N
UTP CTP合成酶 O N
R 5' PPP
CTP
以上合成的是UMP和从CMP，通过其转 变，可以生成cCMP和dTMP。
生物化学与分子生物学教研室
5、从头合成的调节：
ATP + CO2 + Gln
氨基甲酰磷酸
氨基甲酰天冬氨酸
二氢乳清酸酶 O C
CH
N H
COOH
限速
氨甲酰天冬氨酸
二氢乳清酸
脱氢酶
NADH+H +
O HN
C O2
O HN
O
PPi
PRPP
HN
NAD+
ON
脱羧酶O
N
磷酸核糖 COOH 转移酶
R-5'-P
R-5'-P
尿嘧啶核苷酸
乳清酸核苷酸
（UMP）
（OMP）
O N COOH H
乳清酸
生物化学与分子生物学教研室
氮源
NH3
Gln
别构激活剂 N-乙酰谷氨酸
无
反馈抑制剂
无
UMP(哺乳类动物)
功能
尿素合成
嘧啶合成
生物化学与分子生物学教研室
O
HO C
CH2 天冬氨酸
NH 2
CH H2N COOH
C O OP
天冬氨酸氨基
氨基甲酰磷酸 甲酰基转移酶
O
O
Pi HO C NH 2 CH2
H2O
C
HN
CH2
C O
N H
CH COOH
β -氨基异丁酸
生物化学与分子生物学教研室
脱氧核糖核苷酸 的合成
生物化学与分子生物学教研室
脱氧核糖核苷酸的合成(193)
NDP
核糖核苷酸还原酶
N：代表A,G,C,U
dNDP
NADP
FAD
NADPH+H
硫氧化还原蛋白还原酶
把核糖核苷酸糖环2’上的羟 基换作氢即可。
生物化学与分子生物学教研室
dTMP的合成(199)
嘌呤代谢障碍时,血尿 酸浓度升高,由于其水溶 性较差，其盐结晶沉积于 软组织、软骨及关节等处, 而导致关节炎、尿路结石 及肾脏疾病,称为痛风症.
生物化学与分子生物学教研室
痛风症（gout)治疗: 使用别嘌呤醇 (Allopurinol)。
别嘌呤醇结构与次 黄嘌呤类似,故可抑制黄 嘌呤氧化酶,抑制尿酸的 生成;反馈抑制PRPP酰 胺转移酶,阻断嘌呤核苷 酸的从头合成.
5－FU
FdUMP 抑制dTMP合成 抑制DNA合成
FUTP
合成RNA
破坏RNA结构与功能
生物化学与分子生物学教研室
嘌呤核苷酸合成的总结：
dADP
dATP
AM P
IMP
GMP
ADP GDP
ATP GTP
dGDP
dGTP
生物化学与分子生物学教研室
嘧啶核苷酸合成的总结：
dTMP dTDP dTTP
dUMP dUDP
Pi 核苷磷 酸化酶
补救合成
嘌呤碱 + 磷酸核糖
尿酸 (终产物)
生物化学与分子生物学教研室
嘌呤核苷酸分解 GMP
AMP
代谢特点:
1、嘌呤环打不破
鸟嘌呤
次黄嘌呤
2、最终产物: 尿酸
3、嘌呤代谢障碍:痛风症
黄嘌呤
黄嘌呤氧化酶
OH N
N OH
HO 尿N 酸NH
生物化学与分子生物学教研室
血尿酸溶解度低,正常含 量:0.12-0.36mmol/L,
嘌呤核苷酸
UMP UTP
PRPP ATP + R-5-P 嘧啶核苷酸
CTP
生物化学与分子生物学教研室
（二）嘧啶核苷酸的补救合成
磷酸嘧 嘧啶 + PRPP 嘧啶磷酸核糖转移酶 啶核苷+PPi
对U、T、乳清酸起
作用，对C不作用 A T P A D P
尿嘧啶核苷
尿苷激酶
UMP
生物化学与分子生物学教研室
二、嘧啶核苷酸的分解代谢
3. 试述PRPP在核苷酸代谢中的重要性。
生物化学与分子生物学教研室
5. 氨甲酰磷酸合成酶（CPS）Ⅰ和Ⅱ有何 区别？
6. 脱氧胸腺嘧啶核苷酸、脱氧核糖核苷酸 和胞嘧啶核苷酸各在几磷酸水平上合成 的？
生物化学与分子生物学教研室
（一）嘌呤核苷酸的从头合成
1、原料
(de novo synthesis)
CO2
天冬氨酸
N
6
N1 5C
甲酰基 （一碳单位）
C2
4C
3
N
N
7
8C
9
N
甘氨酸
甲酰基 （一碳单位）
R - 5’ - P
谷氨酰胺 （酰胺基）
5-磷酸核糖
生物化学与分子生物学教研室
2、过程: 在磷酸核糖上将原料组装成嘌呤环
UMP
UDP
UTP
dCMP
CDP
dCDP
CTP
dCTP
生物化学与分子生物学教研室
核 苷 酸 Metabolism 代 of 谢 nucleotide 完
复习思考题：
1. AMP C6、GMP C2及CTP C4的氨基和 dTMP C5的甲基供体各是什么？
2. 试从合成原料及合成程序方面比较嘌呤 核苷酸与嘧啶核苷酸从头合成的异同点。
能量 ：ATP/ADP，抑制PRPP合成酶； 反馈调节：嘌呤环合成第一步是限速步骤，腺 苷酸（AMP、ADP、ATP）和鸟苷酸（GMP、GDP、 GTP）抑制该酶活性。 补救合成和从头合成相互制约；
生物化学与分子生物学教研室
生物化学与分子生物学教研室
二、嘌呤核苷酸分解代谢(195)
嘌呤核苷酸 核苷酸酶 嘌呤核苷
由于HGPRT缺乏所致，特 征为身体与精神发育迟缓、有 咬指咬唇的强迫性自残行为和 舞蹈手足徐动症等。
生物化学与分子生物学教研室
从头合成与补救合成的都是AMP, GMP， 都是核糖核酸。 还有脱氧核糖核酸dAMP, dGMP, 这两种 是通过AMP核GMP转变而来。
生物化学与分子生物学教研室
（三）影响嘌呤核苷酸合成的因素
⑩次黄嘌呤核 苷酸（IMP）
生物化学与分子生物学教研室
（3）由IMP合成AMP及GMP
HOOCCH2CHCOOH
NH2
NH HN C C N
CH
延胡索酸
C N
C
N
CH
HC C
O
腺H苷C 酸N C代NR琥-5'珀-P 腺酸苷酸酸裂代解琥酶珀
NN
AMP R-5'-P
HN C C N
CH
HC C NN
NAD+ H2O
是在核苷一磷酸水平上进行的
dUDP H2O Pi
TMP合成酶
O
HN
CH3
dUMP
dCMP
NH3
H2O
N5,N10-CH2-FH4
ON
FH2
dR 5' P
dTMP
FH2 还原酶 NADPH+H+
FH4 NADP+
生物化学与分子生物学教研室
抗代谢物
是一些嘌呤、嘧啶、氨基酸或叶酸的结构类似物。 主要以竞争性抑制或“以假乱真” 等方式干扰 或阻断核苷酸的合成，从而阻断核酸以至蛋白质 的合成。 可以用于治疗肿瘤。
磷酸核糖 酰胺转移酶
①5-磷酸核糖胺
生物化学与分子生物学教研室
磷酸核糖甘 氨酰胺合成酶
②甘氨酰胺核 （GAR）
－5′－P
生物化学与分子生物学教研室
磷酸核糖甘氨 酰胺转甲酰基酶
－5，－P
③甲酰甘氨酰胺核苷 酸（FGAR）
－5，－P
生物化学与分子生物学教研室
磷酸核糖甲酰 甘氨咪合成酶
－5，－P
④甲酰甘氨咪核 苷酸（FGAM）
二氢胸腺嘧啶 H
生物化学与分子生物学教研室
NADPH+H+ O NADP+
C N CH
H2O HOOC
HN CH-CH3
O=C CH
N H
二氢尿嘧啶
H2O
O=C N CH2
H2O
H ß-脲基异丁酸
HOOC
NH2 CH2 ß-脲基丙酸
O=C
N H
CH2
H2O
H2N-CH2-CH-COOH CH2
ß-氨基异丁酸
－5′－P
生物化学与分子生物学教研室
裂解酶 ⑧
－5′－P
⑧ 5-氨基咪唑-4-甲酰胺核 苷酸（AICAR）
－5′－P
生物化学与分子生物学教研室
氨基咪唑甲酰 胺转甲酰基酶
⑨
－5′－P
⑨ 5-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰 核苷酸（FAICAR）
－5′－P
生物化学与分子生物学教研室
IMP环 化水解酶
⑩
－5′－P
氨基酸类似物：
氮杂丝氨酸结构与谷氨酰胺类似，能抑制嘌呤核苷酸和CTP
的生成。
生物化学与分子生物学教研室
叶酸类似物：
氨蝶呤、氨甲蝶呤（MTX），竞争性抑制二氢叶酸 还原酶，使叶酸不能还原为二氢叶酸及四氢叶酸，一 碳基团得不到利用。抑制嘌呤核苷酸的合成，使dUMP 不能利用一碳单位甲基化成dTMP。
嘧啶类似物：主要有5-氟尿嘧啶（5-FU）
NTP NDP
IMP R-5'-P
NADH+H +
O
谷氨酰氨
谷氨酸 GMP
C HN
C
N
CH
CC
O
N H
N R-5'-P
Mg2+,ATP GMP合成酶
O
HN C C N
H2N
CH CC
NN
XMP
R-5'-P
生物化学与分子生物学教研室
从头合成的主要器官是肝，其次是小肠 及胸腺。 在磷酸核糖上依次加入小分子物质，连 接成嘌呤环。
第八章 核苷酸代谢
Metabolism of nucleotide
核苷酸的功能
1、作为核酸合成的原料； 2、体内能量的利用形式； 3、参与代谢和生理调节；
4、组成辅酶； 5、活化中间代谢物。
生物化学与分子生物学教研室
第一节 嘌呤核苷酸代谢
生物化学与分子生物学教研室
一、嘌呤核苷酸的合成
（一）从头合成途径（de novo synthesis） ：用氨 基酸、一碳单位、二氧化碳和磷酸核糖等简单物质原料， 经过复杂的一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。 （二）补救合成途径（salvage synthesis）：用现成 的嘌呤碱或嘌呤核苷作原料，经过简单反应过程，合成 核苷酸的途径,脑、骨髓中只有该途径。
APRT HGPRT
AMP+PPi IMP+PPi GMP+PPi
（2）利用嘌呤核苷：
腺嘌呤核苷
腺苷激酶
ATP
AMP+ADP
生物化学与分子生物学教研室
3、补救合成生理意义：
（1）节省de novo synthesis 中能量和氨基酸的消耗。
（2）脑、骨髓只能由此途径合成嘌呤核苷酸。
莱－尼综合征（Lesch-Nyhan syndrome)
－5，－P
生物化学与分子生物学教研室
氨基咪唑核 苷酸合成酶
－5，－P
⑤5-氨基咪唑核 苷酸(AIR)
－5，－P
生物化学与分子生物学教研室
氨基咪唑核 苷酸羧化酶
⑥5-氨基咪唑-4-羧酸 －5′－P 核苷酸
生物化学与分子生物学教研室
氨基咪唑琥珀酸氨 甲酰核苷酸合成酶
⑦
－5′－P
⑦ 5-氨基咪唑-4-N-琥珀 酰氨甲酰胺核苷酸 （SAICAR）
（1）UMP的合成 （2）CTP的合成
生物化学与分子生物学教研室
(1) UMP的合成：
2ATP 2ADP+Pi Gln + HCO3-
氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ (CPS-II)
氨基甲酰磷酸 + Glu
生物化学与分子生物学教研室
氨基甲酰磷酸合成酶I、II的区别
CPSⅠ
CPSⅡ
分布
线粒体（肝脏) 胞液(所有细胞)
生物化学与分子生物学教研室
第二节 嘧啶核苷酸代谢
生物化学与分子生物学教研室
一、嘧啶核苷酸的合成代谢
（一）嘧啶核苷酸的从头合成 1. 元素来源
氨基甲酰磷酸
Gln CO2
C N 3 4 5C
C 2 1 6C N
Asp
生物化学与分子生物学教研室
2. 合成部位：主要在肝细胞胞液中进行 3. 合成特点： （1）先合成嘧啶环，再与PRPP连接； （2）先合成UMP，再转变成其他嘧啶核苷酸。 4. 合成过程：
H2N-CH2-CH2-COOH ß-丙氨酸
CO2+NH3
生物化学与分子生物学教研室
嘧啶核苷酸的分解代谢特点
1、环被打破;
2、共同的终产物:NH3、CO2.
胞嘧啶
尿嘧啶
胸腺嘧啶
β -脲基丙酸 H2O
β -脲基异丁酸 H2O
H2N CH2 CH2 COOH
β -丙氨酸
CO2 + NH3
H2N CH2 CH COOH CH3
生物化学与分子生物学教研室
嘌呤类似物：6-巯基鸟嘌呤，与次黄嘌呤结构
类似(194)
1、竞争抑制HGPRT，使PRPP中磷酸核糖不能转移到鸟嘌 呤及次黄嘌呤，阻断嘌呤核苷酸的补救合成。 2、结合磷酸核糖生成6-MP核苷酸，抑制IMP转变为AMP 及GMP的反应。 3、6-MP核苷酸结构与IMP类似，反馈抑制PRPP酰胺转移 酶，干扰磷酸核糖胺的形成，阻断从头合成。
生物化学与分子生物学教研室
（二）嘌呤核苷酸的补救合成途径 (salvage synthesis)
1、部位：骨髓、脑等组织 2、过程： 利用现成的嘌呤或嘌呤核苷
生物化学与分子生物学教研室
（1）利用嘌呤：
腺嘌呤磷酸核糖转移酶（APRT）
次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT）
腺嘌Байду номын сангаас +PRPP 次黄嘌呤 鸟嘌呤 +PRPP