生物化学-第10章核苷酸代谢

第十章

核苷酸代谢第一节核苷酸的生理功能核酸

的原料(最主要)体内能量的利用形式ATP是细胞的主要能量形式；GTP也可提供能量参与代谢和生理调节：ATP/ADP/AMP;第二信使cAMP、cGMP组成辅酶:腺苷酸→CoA/FAD/NAD+/

NADP+活化中间代谢产物：UDP-葡萄糖→糖原

CDP-二脂酰甘油→磷脂核苷酸食物核酸生物组织核酸NTP组织核酸活性中间物质某些辅酶cAMP与cGMP第二节

核酸的酶促降解核酸核苷酸磷酸

核苷1-磷酸戊糖

5-磷酸戊糖磷酸戊糖途径碱基待续胰核酸酶胰、肠

核苷酸酶核苷酶核苷磷酸化酶核酸酶:水解DNA的酶称为DNA水解酶(DNases);水解RNA的酶称为RNA水解酶(Rnases)核酸酶根据作用方式分为：外切酶和内切酶；最有应用价值的是限制性核酸内切酶，因其可以特异性的水解核酸中某些特定碱基顺序部位。5’3’5’3’P

P

P

P

P

P

P

P

P

PB

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B蛇毒磷酸二脂酶牛脾磷酸二脂酶第三节核苷酸的分解代谢一、核苷酸的分解戊糖或1-磷酸戊糖

5-磷酸戊糖磷酸戊糖途径碱基待续核苷酸酶核苷酶核苷磷酸化酶核苷酸磷酸

核苷二、嘌呤的分解PRPP核苷酸Pi核苷核苷磷酸化酶Pi嘌呤碱磷酸戊糖途径R-1-PR-5-PH2O核苷酸酶补救途径氧化尿酸肌苷(IMP)嘌呤分解代谢特点：氧化降解，环不打破;最终产物：尿酸;嘌呤代谢

：痛风症血尿酸119-357μmol/L

(2-6mg/L)男

267.7

μmol/L

(4.5

mg/L)女血尿20酸8.2>μm8oml/L

g(3/.5Lmg/L)尿pH<6.5尿酸在其他生物中的代谢：嘌呤代谢的终产物尿酸—灵长类、鸟类、爬虫类、软体动物、海鞘类、昆虫尿囊素—哺乳动物(灵长类除外)、腹足类尿囊酸—硬骨鱼尿素—大多数鱼类、两栖类、淡水瓣鳃类氨—甲壳类、咸水瓣鳃类三、嘧啶的分解H2OH2OH2N

CH2

CH2

COOHNNHONH22H

O

NH3HNNHOONHOHOOCNH2

CH2CH2HNNHOOCH3CH2NHOCO2

+

NH3NADHNADH

NADHNNHOOHHHHHNNHOOCH3

NADHHHHOOCNH2

HC

CH3CH3H2N

CH2

CH

COOH嘧啶分解代谢特点还原降解，环被打破；产物：NH3、CO2、β-丙氨酸、β-氨基异丁酸。二氢尿嘧啶H2Oβ-脲基异丁酸β-丙氨酸丙二酸

CoA乙酰CoATACH2OCO2

+NH3β-氨基异丁酸甲基丙二酸

CoA肝尿素琥珀酰CoATAC

糖异生第四节

核苷酸的

代谢一、概述从头 途径(de

novo

synthesis

pathway)是指利用磷酸核糖、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，核苷酸的途径。补救途径(salvage

synthesis

pathway)利用体内游离的碱基或核苷，经过简单的反应过程，核苷酸的途径。5-磷酸核糖PRPPCO2

+

Gln氨基甲酰磷酸Asp乳清酸UMPdTMPUTPCTPGMPGTPIMPAMPATPGlnGly一碳单位GlnCO2Asp一碳单位二、嘌呤核苷酸的1.从头部位：肝、小肠和胸腺的胞液。

肝是体内从头

嘌呤核苷酸的主要

，其次是小肠和胸腺，脑、骨髓则无法进行此

途径。AMPGMPIMP的HNNNOR-5-PATP

AMP

Gln

GluPRPPPRPP

酶

酰胺转移酶5-磷酸核糖胺

(PRA)9

步反应NR-

5'-P次黄嘌呤核苷酸(

IMP

)O

HHHO

CH2PHO

POPH

HO

HH

OHPO

CH2ATPMgAMP2+PPiO

CH2O

NH2H

HH

HPGln酰胺转移酶OH

OH5-磷酸核糖1-焦磷酸（PRPP）OH

OH5-磷酸核糖

(R-5-P)PRPP酶OH

OH5-磷酸核糖胺GluHOH2NCCCHNOCNR-5'-PH2NHCCCHNNR-5'-PNHCHHNH2CCHNOC2H

CHNOCHNH

OR-5'-PCO2H2OATPOHOH

OHH

HHH2CO

CO

CH2NH2POHH2CO

CNH2FH4ATPHHOH

OHHO

NH2H2O

CHPATPGlnGlu5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸（CAIR）5-氨基咪唑核苷酸（AIR）R-5'-P甲酰甘氨咪核苷酸（FGAM）甲酰甘氨酰胺核苷酸（FGAR）羧化酶甘氨酰胺核苷酸（GAR）Gly转甲酰基酶ADP+PiGAR酶PRAN10-CHO

FH4HNFGAM酶AIR酶HNHCNCCCCHNONR-5'-PH

NNHCCCCHNONR-5'-P2HO

CH2N2H

NCCCHNOCNR-5'-PH2OFH4H2NCCCHNOCNR-5'-PHC

NHCH2COOHCOOHHOH2NCCCHNOCNR-5'-PH2OATPIMP5-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）环水解酶转甲酰基酶N10-CHO

FH45-氨基咪唑-4-(N-琥珀酸)甲酰胺核苷酸(SAICAR)延胡索酸裂解酶5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸（CAIR）Asp酶嘌呤碱的元素来源CO2天冬氨酸甲酰基(甲酸，一碳单位)甘氨酸甲酰基(甲酸，一碳单位)“竹竿”(Gly)立谷氨酰胺（酰胺基），“谷子”(Gln)下面长，“天”(Asp)上飘,“假仙”(甲酰)在两旁AMP和GMP的生成HNNNHOOCCH

CH2

COOHNHNNOHNNNNOHNNNNH2HNN2H

NNOIMPNHXMP2H

OGlnGluNADH

+

H+

OHNAMPSAMPSATPGMPNAD+

+

H2OR-5'-PNR-5'-PR-5'-PNR-5'-PAMPGMPNR-5'-PAsp

GTPAMPSIMPAMPADPATP激酶

ATP

ADP激酶

ATP

ADPGMPGDPGTP激酶ATP

ADP激酶

ATP

ADP嘌呤核苷酸从头

的特点：嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。嘌呤不以游离碱基的形式

，而从5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP)

开始，经一系列酶促反应，生成次黄嘌呤核苷酸(肌苷酸，IMP)，然后再转变为AMP和GMP嘌呤的各个原子是在PRPP的C1上逐渐加上去的(由Asp、Gln、

Gly、甲酸和CO2

分别提供结构中的N和C)。先

IMP，再转变成AMP或GMP。•PRPP是5-磷酸核糖的活性供体。•IMP的 需5个ATP，6个高能磷酸键。•AMP或GMP的

又需1个ATP。IMPAMP腺苷酸代琥珀酸XMPGMPNH3从头

的调节调节的方式：反馈调节和交叉调节调节的意义：既满足需要，又不致于浪费。维持ATP与GTP浓度的平衡。2.补救利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，

嘌呤核苷酸的过程，称为补救参与补救(或重新利用)途径。的酶：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)腺苷激酶(Adenosine

Kinase)腺嘌呤核苷AMPATPADP腺苷激酶补救补救的生理意义：节省从头时的能量和一些氨基酸的消耗。体内某些组织，如脑、骨髓等只能进行补救

。嘌呤核苷酸的抗代谢物嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、氨基酸或叶酸等的类似物。主要以竞争性抑制干扰或阻断嘌呤核苷酸的代谢，从而进一步核酸以及蛋白质的生物。嘌呤类似物氨基酸类似物叶酸类似物6-巯基嘌呤6-巯基鸟嘌呤8-氮杂鸟嘌呤等氮杂丝氨酸等氨蝶呤甲氨蝶呤等嘌呤类似物：次黄嘌呤(H)6-巯基嘌呤

(6-MP)6-MP6-MP核苷酸AMP

和GMPIMP

---HGPRT-补救途径从头

途径-PRPP酰胺转移酶氨基酸类似物：氮杂丝氨酸(AS)OH2N

C

CH2

CH2NH2CH

COOHGlnOCOOHASNNH2N

CH2

C

O

CH2

CH叶酸类似物:氨蝶呤(AP)和甲氨蝶呤(MTX)FH2FH4FH2

还原酶叶酸NADPH

+

H+NADP+NADPH

+

H+NADP+AP

或MTX--2FH

还原酶PRPP谷氨酰胺（Gln）=甘氨酰胺核苷酸（GAR）==5-氨基异咪唑-4-甲酰胺核苷酸（AICAR）=IMPPRPP次黄嘌呤（H）=AMPPRPPPPi=腺嘌呤（A）GMP=PPiPRPP鸟嘌呤(G)6-MP6-MP6-MP6-MPPPi6-MP6-MP5-甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸（FAICAR）氮杂丝氨酸PRA氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸甲酰甘氨脒核苷酸（FGAM）MTX甲酰甘氨酰胺核苷酸（FGAR）MTX三、嘧啶核苷酸的1.从头先先部位：主要是肝细胞胞液嘧啶环，再与磷酸核糖相连。UMP，再转变成CTP和dTMP氨基甲酰磷酸1NC

2N

3C45

C6CAspCO2Gln嘧啶的元素来源2ATP

2ADP+Pi3Gln

+

HCO

-酶Ⅱ氨甲酰磷酸(CPS-Ⅱ)氨甲酰磷酸C

OPO

H3

2H2NO+

GluCPSⅠCPSⅡ分布线粒体(肝)胞液(所有细胞)氮源

变构激活剂变构抑制剂NH3AGA(N-乙酰谷氨酸)无Gln无UMP功能尿素嘧啶氨甲酰磷酸酶Ⅰ和Ⅱ的区别HNOOHNOON

COOHHNOO

NHCOOHNHOCCH2CHCOOHNHOO

CCH22H

N2CHCHCOOHNH2CO

O

PO氨甲酰磷酸

HO

C氨甲酰天冬氨酸CHCOOHH2O二氢乳清酸酶HNCONAD+NADH+H+PRPPPPiCO2PiNR-5'-PUMP天冬氨酸

HO

C氨甲酰转移酶

NH2Asp二氢乳清酸脱氢酶UTP磷酸核糖转移酶脱羧酶R-5'-P乳清酸核苷酸乳清酸二氢乳清酸ATP

ADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP

酶谷氨酰胺ATP谷氨酸ADP+PiUTPCTPGln

+

ATPGlu

+ADP

+PiCTP酶NNH2ONR5'PPPHNOONR5'PPP从头的调节:氨基甲酰磷酸氨基甲酰天冬氨酸UMPATP

+

CO2

+

GlnUTP嘌呤核苷酸PRPP ATP

+

R-5-P嘧啶核苷酸CTP哺乳动物细菌FH2TMP合酶N5,

N10-CH2-FH4FH2还原酶FH4NADP+NADPH+H+脱氧胸苷一磷酸dTMPdUMPdUDP脱氧核苷酸还原酶UDPCTP

CDP

dCDPdCMPdTMP

:2.补救磷酸嘧啶核苷+PPi嘧啶+PRP