生化核苷酸代谢学习教案

1、会计学1生化生化(shn hu)核苷酸代谢核苷酸代谢第一页，共71页。 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(zshn)合成。 核苷酸不属于营养必需物质。概 述2022年6月19日星期日2第1页/共70页第二页，共71页。 食物中的核酸多数与蛋白质组成核蛋白。核蛋白在胃酸的作用下，被分开为核酸和蛋白质两部分，各自进行自己的代谢。核酸在各种( zhn)核酸酶的作用下被逐步分解，糖和磷酸可被利用。而碱基在肠粘膜细胞内分解后直接排出体外。因此，核酸不是人体的必需营养物。2022年6月19日星期日3第2页/共70页第三页，共71页。 核酸的消化核酸的消化(xiohu)(xio

2、hu)与吸收与吸收食物核蛋白蛋白质核酸（RNA及DNA）胃酸核苷酸胰核酸酶核苷磷酸胰、肠核苷酸酶碱基戊糖核苷酶2022年6月19日星期日4第3页/共70页第四页，共71页。 核苷酸的生物学功用核苷酸的生物学功用(gngyng)(gngyng)：作为核酸合成的原料作为核酸合成的原料体内能量的利用体内能量的利用(lyng)(lyng)形式形式参与代谢和生理调节参与代谢和生理调节组成辅酶组成辅酶活化中间代谢物活化中间代谢物2022年6月19日星期日5第4页/共70页第五页，共71页。第一节第一节 嘌呤嘌呤(piolng)(piolng)核苷酸的合成与分解核苷酸的合成与分解代谢代谢Metabolism

3、 of Purine Nucleotides Metabolism of Purine Nucleotides 2022年6月19日星期日6第5页/共70页第六页，共71页。 嘌呤嘌呤(piolng)(piolng)核苷酸的结构：核苷酸的结构：GMPAMP2022年6月19日星期日7第6页/共70页第七页，共71页。一、嘌呤一、嘌呤(piolng)(piolng)核苷酸的合成存在从头合成和核苷酸的合成存在从头合成和补救合成两种途径补救合成两种途径 利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过(jnggu)简单的反应过程，合成嘌呤核苷酸。 从头合成途径(tjng)(de novo synthesis) 补

4、救合成途径(salvage pathway)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。2022年6月19日星期日8第7页/共70页第八页，共71页。嘌呤(piolng)碱合成的元素来源CO2天冬氨酸甲酰基（一碳单位）甘氨酸甲酰基（一碳单位）谷氨酰胺（酰胺基）（一）嘌呤（一）嘌呤(piolng)(piolng)核苷酸的从头合成核苷酸的从头合成1. 1. 从头合成途径从头合成途径(tjng)(tjng)2022年6月19日星期日9第8页/共70页第九页，共71页。 合成(hchng)过程（1）IMP的合成(hchng)（2）AMP和GMP的生成(s

5、hn chn)2022年6月19日星期日10第9页/共70页第十页，共71页。HNNNNOR- 5-PPRPP(PRA)( IMP )R-5-PATP AMPPRPP合成酶Gln Glu酰胺转移酶5-磷酸核糖胺9 步反应次黄嘌呤核苷酸（1）IMP的合成(hchng)在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位(dnwi)、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下2022年6月19日星期日11第10页/共70页第十一页，共71页。 R-5-P+ATP PRPP+AMP PRPP合成酶PRPP的分子结构(fn z ji u)2022年6月19日星期日12第11页/共70页第十二页，共71页。2022年6月19日星期日13酰

6、胺转移酶第12页/共70页第十三页，共71页。2022年6月19日星期日14甘氨酰胺核苷酸合成酶第13页/共70页第十四页，共71页。2022年6月19日星期日15转甲酰基酶第14页/共70页第十五页，共71页。2022年6月19日星期日16酰胺转移酶甲酰甘氨咪核苷酸第15页/共70页第十六页，共71页。2022年6月19日星期日175氨基咪唑核苷酸合成酶第16页/共70页第十七页，共71页。2022年6月19日星期日18羧化酶第17页/共70页第十八页，共71页。2022年6月19日星期日19第18页/共70页第十九页，共71页。2022年6月19日星期日20第19页/共70页第二十页，共7

7、1页。2022年6月19日星期日21第20页/共70页第二十一页，共71页。2022年6月19日星期日22第21页/共70页第二十二页，共71页。2022年6月19日星期日23第22页/共70页第二十三页，共71页。2022年6月19日星期日24第23页/共70页第二十四页，共71页。IMP生成(shn chn)总反应过程脒2022年6月19日星期日25第24页/共70页第二十五页，共71页。腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMP脱氢酶腺苷酸代琥珀酸裂解(li ji)酶 GMP合成酶（2 2）AMPAMP和和GMPGMP的生成的生成(shn (shn chn)chn)2022年6月19日星期日26第25

8、页/共70页第二十六页，共71页。AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶(jmi)ADPATP激酶(jmi)2022年6月19日星期日27第26页/共70页第二十七页，共71页。 嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。 肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要(zhyo)(zhyo)器官，其次是小肠黏膜和胸腺。器官，其次是小肠黏膜和胸腺。 IMP IMP的合成需的合成需5 5个个ATPATP，6 6个高能磷酸键。个高能磷酸键。AMPAMP或或GMPGMP的合成又需的合成又需1 1个个

9、ATPATP。嘌呤嘌呤(piolng)(piolng)核苷酸从头合成特核苷酸从头合成特点：点：2022年6月19日星期日28第27页/共70页第二十八页，共71页。2. 2. 从头合成的调节从头合成的调节(tioji)(tioji)PRPP合成酶PRPP酰胺转移酶PRAIMP腺苷酸代琥珀酸AMPADPATPXMPGMPGDPGTPIMP腺苷酸代琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATPGTP调节方式(fngsh)：反馈调节和交叉调节R-5-PATP2022年6月19日星期日29第28页/共70页第二十九页，共71页。2022年6月19日星期日30( (二二) )嘌呤核苷酸的补救嘌呤

10、核苷酸的补救(bji)(bji)合成有两种方式合成有两种方式 腺嘌呤磷酸(ln sun)核糖转移酶 (adenine phosphoribosyl transferase, APRT) 次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸(ln sun)核糖转移酶 (hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT) 腺苷激酶 (adenosine kinase)参与补救(bji)合成的酶第29页/共70页第三十页，共71页。2022年6月19日星期日311. 1.利用嘌呤碱基合成嘌呤核苷酸，参与利用嘌呤碱基合成嘌呤核苷酸，参与(cny)(cny)的酶主要有两种的酶

11、主要有两种补救补救(bji)(bji)合成：细胞利用现成嘌呤碱或合成：细胞利用现成嘌呤碱或嘌呤核苷合成嘌呤核苷酸的过程，称为嘌呤核苷合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救补救(bji)(bji)合成途径。合成途径。 腺嘌呤磷酸(ln sun)核糖转移酶 (adenine phosphoribosyl transferase, APRT) 次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸(ln sun)核糖转移酶 (hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT)第30页/共70页第三十一页，共71页。2022年6月19日星期日32腺嘌呤 + PRPPAMP + PPi

12、APRT次黄嘌呤 + PRPPIMP + PPiHGPRT鸟嘌呤 + PRPPHGPRTGMP + PPi第31页/共70页第三十二页，共71页。2022年6月19日星期日332. 2.利用利用(lyng)(lyng)嘌呤核苷合成嘌呤核苷酸，参嘌呤核苷合成嘌呤核苷酸，参与的酶主要有与的酶主要有腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP腺苷激酶(jmi)第32页/共70页第三十三页，共71页。2022年6月19日星期日34嘌呤核苷酸补救合成的生理嘌呤核苷酸补救合成的生理(shngl)(shngl)意义意义节约从头合成时的能量节约从头合成时的能量(nngling)(nngling)和一些氨和一些氨基酸的

13、消耗；基酸的消耗；体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。行补救合成。自毁容貌(rngmo)症（Lesch-Nyhan综合征）：次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT)缺失第33页/共70页第三十四页，共71页。2022年6月19日星期日35（三）体内嘌呤核苷酸可以（三）体内嘌呤核苷酸可以(ky)(ky)相互转变相互转变IMPAMP腺苷酸代琥珀酸XMPGMPNH3腺苷酸脱氨酶鸟苷酸还原酶NADPH+H+ NADP+NH3第34页/共70页第三十五页，共71页。2022年6月19日星期日36（四）脱氧核糖核苷酸的生成（四）脱氧核糖核苷酸的生成(sh

14、n chn)(shn chn)在在二核苷酸水平进行二核苷酸水平进行在核苷二磷酸水平上进行（N代表A、G、C、U）NDP（核苷二磷酸还原酶）第35页/共70页第三十六页，共71页。2022年6月19日星期日37dNDP + ATP 激酶dNTP + ADP二磷酸脱氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷NADP+NADPH + H+核糖核苷酸还原酶，Mg2+还原型硫氧化(ynghu)还原蛋白-(SH)2氧化(ynghu)型硫氧化(ynghu)还原蛋白SS硫氧化(ynghu)还原蛋白还原酶(FAD)脱氧核苷酸的生成第36页/共70页第三十七页，共71页。2022年6月19日星期日38 细胞可通过控制核苷

15、酸还原酶的活性细胞可通过控制核苷酸还原酶的活性调节脱氧核苷酸的浓度外。还可以通过各调节脱氧核苷酸的浓度外。还可以通过各种三磷酸核苷对还原酶的别构调节作用调种三磷酸核苷对还原酶的别构调节作用调节不同节不同(b tn)(b tn)脱氧核苷酸生成。脱氧核苷酸生成。 NDP dNDP 特定(tdng)NTP 其他NTP+核苷酸还原酶核苷酸还原酶的别构调节作用(zuyng)物 主要促进剂 主要抑制剂 CDP ATP dATP、dGTP、dTTP ADP dGTP dATP、ATP UDP ATP dATP、dGTP GDP dTTP dATP 第37页/共70页第三十八页，共71页。2022年6月19日

16、星期日39（五）嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些（五）嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些(yxi)(yxi)嘌呤、氨嘌呤、氨基酸或叶酸类似物基酸或叶酸类似物嘌呤类似物嘌呤类似物氨基酸类似物氨基酸类似物叶酸类似物叶酸类似物6- 6-巯基嘌呤巯基嘌呤6- 6-巯基鸟嘌呤巯基鸟嘌呤8- 8-氮杂鸟嘌呤等氮杂鸟嘌呤等氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸等等氨蝶呤氨蝶呤甲氨蝶呤甲氨蝶呤等等第38页/共70页第三十九页，共71页。2022年6月19日星期日40 6- 6-巯基嘌呤巯基嘌呤(6-Mercaptopurine, 6-MP) (6-Mercaptopurine, 6-MP) 次黄嘌呤(H)6-巯基嘌呤(6-MP)第39页/共

17、70页第四十页，共71页。2022年6月19日星期日41 6-MP 6-MP核苷酸是核苷酸是IMPIMP的类似物。的类似物。6-MP6-MP核苷酸补救(bji)合成途径HGPRTIMPAMP 和 GMP第40页/共70页第四十一页，共71页。2022年6月19日星期日42 氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸(AS)(AS)是是GlnGln的类似物。的类似物。第41页/共70页第四十二页，共71页。2022年6月19日星期日43MTX 氨蝶呤氨蝶呤(AP)(AP)和甲氨蝶呤和甲氨蝶呤(MTX)(MTX)第42页/共70页第四十三页，共71页。2022年6月19日星期日44FH2FH4FH2 还原酶叶酸NADP

18、H + H+NADP+NADPH + H+NADP+AP 或 MTX- - -FH2 还原酶第43页/共70页第四十四页，共71页。2022年6月19日星期日45甲酰甘氨酰胺核苷酸(FGAR)PRPP谷氨酰胺(Gln)=PRA甘氨酰胺核苷酸(GAR)甲酰甘氨脒核苷酸(FGAM)5-氨基(nj)异咪唑-4-甲酰胺核苷酸(AICAR)5-甲酰胺基咪唑(m zu)-4-甲酰胺核苷酸(FAICAR)IMP次黄嘌呤(H)PRPPPPi=AMP=PRPPPPi腺嘌呤 (A)GMP=PRPPPPi 鸟嘌呤 (G)6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP氮杂丝氨酸=氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸=MTX=6-MP=MT

19、X第44页/共70页第四十五页，共71页。2022年6月19日星期日46二、嘌呤二、嘌呤(piolng)(piolng)核苷酸的分解代谢终产核苷酸的分解代谢终产物是尿酸物是尿酸H2OPRPP核苷酸核苷酸酶Pi核苷核苷磷酸化酶Pi嘌呤碱磷酸戊糖途径R-1-PR-5-P补救途径氧化尿酸补救合成途径第45页/共70页第四十六页，共71页。2022年6月19日星期日47AMPIMPGMP腺苷次黄苷鸟苷H2O NH3H2OPiH2ONH31-磷酸核糖NH3 NADP+ NADPH+H+Pi H2OH2OPiH2O +O2 H2O2NH3 H2O黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶次黄嘌呤黄嘌呤鸟嘌呤尿酸Pi1-磷酸

20、核糖PiH2O +O2 H2O2第46页/共70页第四十七页，共71页。2022年6月19日星期日48嘌呤(piolng)碱的最终代谢产物AMPGMPH（次黄嘌呤）GX（黄嘌呤）黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶 主要(zhyo)部位：肝、肾、小肠第47页/共70页第四十八页，共71页。2022年6月19日星期日49 痛风症正常人血尿酸 0.120.36 mmol/L男性平均(pngjn) 0.27 mmol/L女性平均(pngjn) 0.21 mmol/L 血尿酸 0.48 mmol/L 结晶 组织沉积 痛风 (gout)第48页/共70页第四十九页，共71页。2022年6月19日星期日50第49页/

21、共70页第五十页，共71页。2022年6月19日星期日51 痛风(tn fn)症的治疗机制别嘌呤醇次黄嘌呤第50页/共70页第五十一页，共71页。2022年6月19日星期日52鸟嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤尿酸黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇第51页/共70页第五十二页，共71页。2022年6月19日星期日53第二节第二节嘧啶嘧啶(m dn)(m dn)核苷酸的合成与分核苷酸的合成与分解代谢解代谢Metabolism of Pyrimidine Metabolism of Pyrimidine NucleotidesNucleotides第52页/共70页第五十三页，共71页。2022年6月19日星期日

22、54 嘧啶嘧啶(m dn)(m dn)核苷酸的核苷酸的结构结构第53页/共70页第五十四页，共71页。2022年6月19日星期日55一、嘧啶核苷酸的合成同样一、嘧啶核苷酸的合成同样(tngyng)(tngyng)有从头合成与有从头合成与补救合成两条途径补救合成两条途径( (一一) )嘧啶嘧啶(m dn)(m dn)核苷酸的从头合成比嘌呤核苷酸核苷酸的从头合成比嘌呤核苷酸简单简单 合成(hchng)部位主要是肝细胞胞液先合成嘧啶环，再与磷酸核糖相连。先合成UMP，再转变成CTP和dTMP 。 特点第54页/共70页第五十五页，共71页。2022年6月19日星期日56 嘧啶合成的元素(yun s)

23、来源氨基甲酰磷酸NCNCCC123456AspCO2Gln第55页/共70页第五十六页，共71页。2022年6月19日星期日571. 1.从头合成途径从头合成途径(tjng)(tjng)（1）UMP的合成(hchng)2ADP+PiGln + HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶II2ATPGlu + 氨基甲酰磷酸第56页/共70页第五十七页，共71页。2022年6月19日星期日58CPS- CPS- 分布分布 线粒体（肝）线粒体（肝） 胞液（所有细胞）胞液（所有细胞） 氮源氮源 NH3 Gln 变构激活剂变构激活剂 N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸(AGA) 无无 变构抑制剂变构抑制剂无无UMP功能功能 尿

24、素合成尿素合成 嘧啶合成嘧啶合成 氨基(nj)甲酰磷酸合成酶和 第57页/共70页第五十八页，共71页。2022年6月19日星期日59UMPUMP的合成的合成(hchng)(hchng)过程过程第58页/共70页第五十九页，共71页。2022年6月19日星期日60（2）CTP的合成(hchng)ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶GlnATPGluADP+Pi第59页/共70页第六十页，共71页。2022年6月19日星期日61 脱氧嘧啶脱氧嘧啶(m dn)(m dn)核苷酸的合核苷酸的合成：成： 磷酸酶磷酸酶CTPCTPCDPCDPH H2 2O PiO P

25、i核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶dCDPdCDPNADPH+HNADPH+H+ + NADP NADP+ +H+H2 2O ON N5 5,N,N1010-CH-CH2 2-FH-FH4 4FHFH2 2dTMPdTMP胸苷酸合酶胸苷酸合酶dUMPdUMPH H2 2O ONHNH3 3脱氨酶脱氨酶dCMPdCMPH H2 2O OPiPi磷酸酶磷酸酶核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶dCTPdCTPATP ADPATP ADPUDPUDPdUDPdUDP磷酸酶磷酸酶核糖核苷核糖核苷酸还原酶酸还原酶核苷单磷酸激酶核苷单磷酸激酶dTDPdTDP合成合成DNADNAdTTP核苷二磷核苷二磷酸激酶酸激酶

26、第60页/共70页第六十一页，共71页。2022年6月19日星期日62- - -ATP + CO2+ + 谷氨酰胺谷氨酰胺氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸UMP氨基甲酸天冬氨酸氨基甲酸天冬氨酸UTPCTP天冬氨酸天冬氨酸- -嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸ATP + 5-磷酸核糖磷酸核糖嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸PRPP-从头合成的调节从头合成的调节(tioji)(tioji)哺乳动物(brdngw)细菌(xjn)第61页/共70页第六十二页，共71页。2022年6月19日星期日63（二）嘧啶核苷酸的补救合成途径与嘌呤（二）嘧啶核苷酸的补救合成途径与嘌呤(piolng)(piolng)核苷酸类似核苷酸类似嘧啶 + PRPP磷酸嘧啶核苷 + PPi嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶核苷 + ATP尿苷激酶UMP +ADP胸腺嘧啶核苷 + ATP胸苷激酶TMP +ADP第62页/共70页第六十三页，共71页。2022年6月19日星期日64( (三三) )嘧啶嘧啶(m dn)(m dn)核苷酸的抗代谢物也是嘧啶核苷酸的抗代谢物也是嘧啶(m (m dn)dn)、氨