生物化学与分子生物学：第10章 核苷酸代谢

1、Metabolism of Nucleotides 第十章第十章 核苷酸代谢核苷酸代谢 生物化学与分子生物学生物化学与分子生物学教学课件教学课件 核糖核苷酸核糖核苷酸 AMP GMP CMP UMP 脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸 dAMP dGMP dCMP dTMP 核苷酸核苷酸 核酸的消化与吸收核酸的消化与吸收 食物核蛋白 食物核蛋白 蛋白质蛋白质 蛋白质代谢蛋白质代谢 核酸核酸 DNA、RNA 核苷酸核苷酸 核苷核苷 磷酸磷酸 核酸酶核酸酶 核苷酸酶核苷酸酶 核苷酶核苷酶 碱基碱基戊糖戊糖 胃酸胃酸 核苷酸及其水解产物均可吸收，吸收核苷酸及其水解产物均可吸收，吸收 后可进一步分解。磷酸、

2、戊糖可被利用，后可进一步分解。磷酸、戊糖可被利用， 碱基分解排出（不用）。碱基分解排出（不用）。 人体内的核苷酸主要由机体细胞自身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。合成。核苷酸不属于营养必需物质。 核苷酸生物学功用核苷酸生物学功用 1、组成核酸的基本单位（合成核酸原料）组成核酸的基本单位（合成核酸原料） 2、能量利用形式：能量利用形式： ATP ,GTP ,CTP ,UTP 3、第二信使：第二信使： cAMP , cGMP 4、组成辅酶：组成辅酶： NAD+ , FAD 5、活化中间代谢物：活化中间代谢物：UDPG , CDP胆碱胆碱 第一节第一节 嘌呤核苷酸合

3、成与分解代谢嘌呤核苷酸合成与分解代谢 一、嘌呤核苷酸合成存在两种途径一、嘌呤核苷酸合成存在两种途径 从头合成途径从头合成途径 补救合成途径补救合成途径 核苷酸合成途径核苷酸合成途径 从头合成途径：从头合成途径： 利用利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位、及磷酸核糖、氨基酸、一碳单位、及 CO2等简单物质为原料，经过一系列酶促等简单物质为原料，经过一系列酶促 反应生成核苷酸。主要在反应生成核苷酸。主要在肝脏肝脏。主要合。主要合 成路径。成路径。 补救合成途径：补救合成途径： 利用体内游离的碱基或核苷，经过简利用体内游离的碱基或核苷，经过简 单的反应生成核苷酸。主要在单的反应生成核苷酸。主要在脑、骨脑、

4、骨 髓髓。 （一）嘌呤核苷酸的从头合成（一）嘌呤核苷酸的从头合成 1、合成原料及元素来源合成原料及元素来源 R-5-P 、甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰 胺、一碳单位、胺、一碳单位、CO2 。 l 合成原料合成原料 l 元素来源元素来源 C 6 C 2 C C 8 C N N 7 N | N 1 9 R-5-P N5, N10=CH-FH4 甘氨酸甘氨酸 CO2 天冬氨酸天冬氨酸 N10-CHO-FH4 谷氨酰胺谷氨酰胺 3 2 2、从头合成路径、从头合成路径 R-5-PPRPP （1-焦磷酸焦磷酸-5-磷酸核糖磷酸核糖） 天冬氨酸、甘氨酸、谷氨天冬氨酸、甘氨酸、谷氨 酰胺、

5、一碳单位、酰胺、一碳单位、CO2 ATPAMP PRPP合成酶合成酶 次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸 IMP 腺苷酸代琥珀酸腺苷酸代琥珀酸 AMP 延胡索酸延胡索酸 黄嘌呤核苷酸黄嘌呤核苷酸 XMP GMP 谷氨酰胺谷氨酰胺 谷氨酸谷氨酸 天冬氨酸天冬氨酸 3、从头合成的调节从头合成的调节 特点：特点：反应产物反馈抑制；反应产物反馈抑制； ATP、GTP 交叉调节。交叉调节。 机体对嘌呤核苷酸从头合成有着精机体对嘌呤核苷酸从头合成有着精 确的调节，原则是供求平衡、腺嘌呤确的调节，原则是供求平衡、腺嘌呤 核苷酸与鸟嘌呤核苷酸的平衡。核苷酸与鸟嘌呤核苷酸的平衡。 PRPP合成酶合成酶对合成作用最大。

6、对合成作用最大。 （二）嘌呤核苷酸的补救合成（二）嘌呤核苷酸的补救合成 有两种方式有两种方式 腺嘌呤腺嘌呤A + PRPP 次黄嘌呤次黄嘌呤I + PRPP 鸟嘌呤鸟嘌呤G + PRPP 腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷AR + ATP AMP + PPi IMP + PPi GMP + PPi AMP + ADP APRT HGPRT HGPRT 腺苷激酶腺苷激酶 APRT： adenine phosphoribosyl transferase 腺嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶 HGPRT: hypoxanthine guanine phosphoribosyl transferase 次黄嘌呤

7、鸟嘌呤磷酸核糖转移酶次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶 自毁容貌征自毁容貌征（LeschNyhan 综合征综合征）：）： HGPRT先天缺乏先天缺乏 节省合成核苷酸时的能量和氨基酸消节省合成核苷酸时的能量和氨基酸消 耗；脑和脊髓缺乏从头合成途径，必须进耗；脑和脊髓缺乏从头合成途径，必须进 行补救合成途径生成核苷酸。行补救合成途径生成核苷酸。 补救合成的生理意义补救合成的生理意义 （三）体内嘌呤核苷酸的相互转变（三）体内嘌呤核苷酸的相互转变 AMP 腺苷酸代腺苷酸代 琥珀酸琥珀酸 IMPXMP GMP 腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶 鸟苷酸还原酶鸟苷酸还原酶 NH3 NADPH NH3 NADP+ AMP，

8、GMP，IMP，XMP的相互转变的相互转变 GTP GDP ATP AMP （四）脱氧核糖核苷酸的生成（四）脱氧核糖核苷酸的生成 在二磷酸核苷水平进行在二磷酸核苷水平进行 1、dNDP 生成生成（N: A , G , C , U , ) 由二磷酸水平的核糖核苷酸由二磷酸水平的核糖核苷酸NDP还原生成。还原生成。 O P-P-CH2 碱基碱基N OH OH 1 23 O P-P-CH2 OH H 1 23 碱基碱基N 核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶 NADPH+H+NADP+H2O NDP dNDP ADP GDP CDP UDP dADP dGDP dCDP dUDP 核糖核苷酸还原酶核糖核

9、苷酸还原酶 NADPH+H+NADP+H2O 2、dTMP 生成生成（TMP) NH N H CH CH O O dR-5-P | NH N H CH CH O O dR-5-P | -CH3 N5,N10-CH2-FH4 TMP合酶合酶 NH3 Pi dUMPTMP N N 1 2 3 4 5 6 嘧啶嘧啶 N N H NH2 O NH N H O O CH2 NH N H CH CH O O 胞嘧啶（胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T）尿嘧啶（尿嘧啶（U） 3 （五）嘌呤核苷酸的抗代谢物（五）嘌呤核苷酸的抗代谢物 抗代谢物为抗代谢物为嘌呤、氨基酸、叶酸类似物，嘌呤、氨基酸、叶酸类似物， 可

10、通过竞争性抑制或以假乱真方式干扰嘌可通过竞争性抑制或以假乱真方式干扰嘌 呤核苷酸的合成代谢。呤核苷酸的合成代谢。 嘌呤类似物嘌呤类似物： 6-巯基嘌呤巯基嘌呤 （6-mercaptopurine , 6-MP) 谷氨酰胺类似物谷氨酰胺类似物：氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸 （azaserine) 叶酸类似物叶酸类似物： 甲氨喋呤甲氨喋呤（methotrexate , MTX ) R-5-P 6-MP、氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸、MTX IMP AMP GMP 6-MP 6-MP 氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸 腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤 次黄嘌呤次黄嘌呤 6-MP 抗代抗代 谢物谢物 作用作用 环节环节 二、嘌呤核苷酸分

11、解代谢终产物是尿酸二、嘌呤核苷酸分解代谢终产物是尿酸 鸟嘌呤鸟嘌呤 黄嘌呤黄嘌呤 尿酸尿酸 黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶 黄嘌黄嘌 呤氧呤氧 化酶化酶 次黄嘌呤次黄嘌呤AMP Pi R-1-P NH3 Pi GMP Pi Pi R-1-P 肝、小肠、肾肝、小肠、肾 尿酸尿酸是嘌呤碱基的代谢终产物，正常是嘌呤碱基的代谢终产物，正常 人血浆人血浆26mg/mL，尿酸水溶解度较小，尿酸水溶解度较小， 人血浆大于人血浆大于8mg/mL 尿酸可沉积于关节、尿酸可沉积于关节、 软骨、肾、软组织等处，导致软骨、肾、软组织等处，导致痛风症痛风症。 痛风症痛风症治疗用治疗用别嘌呤醇别嘌呤醇，其与次黄嘌呤结，其与次黄

12、嘌呤结 构相似，主要构相似，主要抑制黄嘌呤氧化酶抑制黄嘌呤氧化酶，减少尿，减少尿 酸生成。酸生成。 别嘌呤醇别嘌呤醇 C N N C 次黄嘌呤次黄嘌呤 7 8 7 8 别嘌呤醇减少尿酸的合成别嘌呤醇减少尿酸的合成 鸟嘌呤鸟嘌呤 黄嘌呤黄嘌呤 尿酸尿酸 黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶 黄嘌黄嘌 呤氧呤氧 化酶化酶 次黄嘌呤次黄嘌呤AMP Pi R-1-P NH3 Pi GMP Pi Pi R-1-P 肝、小肠、肾肝、小肠、肾 别嘌呤醇别嘌呤醇 别嘌呤醇别嘌呤醇 第二节第二节 嘧啶核苷酸合成与分解代谢嘧啶核苷酸合成与分解代谢 一、嘧啶核苷酸合成代谢一、嘧啶核苷酸合成代谢 （一）从头合成（一）从头合成(肝

13、肝) 1 1、合成原料及元素来源、合成原料及元素来源 R-5-P、天冬氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸、谷氨酰胺、 CO2 l 合成原料合成原料 N 3 C 2 N 1 C 6 C 5 C 4 R-5-P 天天 冬冬 氨氨 酸酸 谷氨酰胺谷氨酰胺 CO2 l 元素来源元素来源 2 2、从头合成路径、从头合成路径 CO2 + H2O + 谷氨酰胺谷氨酰胺 氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸 CPS-II 胞液胞液 2ATP 2ADP+Pi 谷氨酸谷氨酸 NH2- C P O | 天冬氨酸天冬氨酸、PRPP NH N H CH CH O O R-5-P UTP CTP N N H NH2 O R-5-PPP UMP

14、 （谷氨酰胺）（谷氨酰胺） -NH2 3、从头合成调节从头合成调节 PRPP CO2 + H2O + 谷氨酰胺谷氨酰胺 氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸 UMP CTP R-5-P 嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸 嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸 CPS PRPP合成酶合成酶 （二）嘧啶核苷酸补救合成（二）嘧啶核苷酸补救合成 尿嘧啶尿嘧啶 + PRPPUMP + PPi 尿苷尿苷 + ATPUMP + ADP 嘧啶磷酸嘧啶磷酸 核糖转移酶核糖转移酶 尿苷激酶尿苷激酶 （三）嘧啶核苷酸的抗代谢物（三）嘧啶核苷酸的抗代谢物 嘧啶类似物嘧啶类似物：5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶 (5-fluorouracil , 5-FU ) 谷氨酰胺类似物谷氨酰胺类似物：氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸 叶酸类似物叶酸类似物： 甲氨喋呤甲氨喋呤MTX 核苷类似物核苷类似物： 阿糖胞苷阿糖胞苷 UMP UTP CTP CDP dCDP UDP dUDP dUMP dTMP 氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸阿糖胞苷阿糖胞苷 MT