第四节 核苷酸的代谢

第四节核苷酸的代谢TheNucleotideMetabolism（一）食物核酸在消化道被消化成核苷酸及更小分子一、核酸和核苷酸均可被分解为更小分子在细胞中绝大多数核酸都以核蛋白的形式存在；食物中的核蛋白在消化道中受到胃、胰和肠分泌的消化酶作用，分解为蛋白质和核酸。核酸进一步分解为磷酸、碱基和戊糖。食物核蛋白胃酸蛋白质核酸（RNA及DNA）单核苷酸水解3’，5’-磷酸二酯键H2O胰核酸酶（磷酸二酯酶）核糖核酸酶（RNase）脱氧核糖核酸酶(DNase)核酸的消化胰、肠核苷酸酶（nucleotidase）（磷酸单酯酶）H2O磷酸核苷碱基戊糖（或戊糖-1’-磷酸）核苷磷酸化酶（nucleosidephosphorylase）核苷酶(nucleosidase)（水解或磷酸解）核苷水解酶（nucleosidehydrolase）H2OH3PO4单核苷酸（二）细胞核酸/核苷酸的降解产物可继续分解或参与合成代谢核酸的分解代谢产物核苷酸、核苷、碱基、戊糖和磷酸既可以参加合成代谢，也可以进一步分解。二、核苷酸具有多种生理、生化功能（一）核苷酸参与核酸的组成（二）核苷酸衍生物是许多生物合成过程中的活泼中间物质（三）参与能量代谢并且是最直接的供能物质（四）腺嘌呤核苷酸是很多辅酶的组成成分（六）核苷酸和核苷以介质形式参与生理功能调节（五）GTP参与核酸的特殊结构和转变成四氢生物蝶呤（七）cAMP、cGMP和GTP参与信号转导（八）核苷酸参与酶活性的快速调节嘌呤核苷酸代谢包括合成代谢和分解代谢一.合成代谢从头合成途径(denovosynthesispathway)：利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位等简单物质为原料，经一系列酶促反应合成核苷酸。补救合成途径(salvagesynthesispathway)：利用体内游离的碱基或核苷，经过简单的反应合成核苷酸。核苷酸分解产生戊糖、碱基和磷酸。戊糖可彻底氧化生成H2O和CO2；磷酸可再利用或排出体外；灵长类动物体内的嘌呤分解终产物是尿酸。戊糖、碱基、核苷也可重新利用合成核苷酸。二．分解代谢 细胞内嘌呤核苷酸合成存在从头合成和补救合成两种途径

（一）嘌呤核苷酸从头合成从5’-磷酸核糖开始嘌呤核苷酸的从头合成途径是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。定义1．嘌呤环的C、N原子来自谷氨酰胺、天冬氨酸、一碳单位和CO2天冬氨酸的氨基甲酰基（一碳单位）CO2甘氨酸甲酰基（一碳单位）谷胺酰胺的酰胺基谷胺酰胺的酰胺基主要器官是肝，其次是小肠和胸腺。合成部位2．嘌呤核苷酸从头合成途径有3个主要特点从IMP再合成AMP和GMP。合成过程合成终产物细胞并不是先合成嘌呤碱再与核糖和磷酸结合生成核苷酸，而是在5’-磷酸核糖的C-1’上逐步合成嘌呤碱，产物是次黄嘌呤核苷酸(IMP)。3．IMP合成途径可分为二阶段11步反应第一阶段生成5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸（PRPP）5’-磷酸核糖与ATP，经PRPP激酶(PRPPK；或称PRPP合成酶，PRPPsynthetase)催化，生成PRPP。第二个阶段生成IMPR-5-P（5-磷酸核糖）PP-1-R-5-P（PRPP)（磷酸核糖焦磷酸）谷氨酰胺——酰胺基NN10——甲酰四氢叶酸天冬氨酸——α-氨基N甘氨酸二氧化碳IMPH2N-1-R-5´-P（PRA)（5´-磷酸核糖胺）ATPAMPPRPP合成酶（PRPPK）①谷氨酰胺谷氨酸酰胺转移酶(GPAT)

②③～11IMP生成总反应过程目录4．由IMP生成AMP和GMP嘌呤核苷酸的结构GMPAMPIMP—5΄—P①腺苷酸代琥珀酸合成酶③IMP脱氢酶②腺苷酸代琥珀酸裂解酶④GMP合成酶AMP和GMP的生成目录AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶•

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。嘌呤核苷酸从头合成特点:利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成（或重新利用）途径。（二）嘌呤核苷酸补救合成有两种方式补救合成途径定义腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adeninephosphoribosyltransferase,APRT)次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine-guaninephosphoribosyltransferase,HGPRT)参与合成的酶1.嘌呤与PRPP经磷酸核糖转移酶催化生成核苷酸腺嘌呤+

PRPPAMP+PPiAPRT次黄嘌呤+PRPPIMP+PPiHGPRT合成过程鸟嘌呤+

PRPPHGPRTGMP+PPi腺苷激酶(adenosinekinase)腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP2.腺嘌呤核苷经腺苷激酶催化生成AMP参与合成的酶补救合成的生理意义补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。三、体内嘌呤核苷酸可以相互转变IMPAMP腺苷酸代琥珀酸XMPGMPNH3腺苷酸脱氨酶鸟苷酸还原酶NADPH+H+NADP+NH3AMPIMPGMPH2ONH3AMP脱氢酶AMPdeaminaseNADP+NADPH+H+NH3GMP还原酶GMPreductaseH2OPi核苷酸酶nucleotidaseH2OPi核苷酸酶nucleotidaseH2OPi核苷酸酶nucleotidase腺嘌呤核苷adenosine次黄嘌呤核苷inosine鸟嘌呤核苷guanosineH2ONH3腺嘌呤核苷脱氨酶adenosinedeaminasePi核糖1’磷酸核苷磷酸化酶nucleosidephosphorylasePi核糖1’磷酸核苷磷酸化酶nucleosidephosphorylase次黄嘌呤鸟嘌呤目录体内嘌呤核苷酸的分解代谢主要在肝、小肠及肾中进行。次黄嘌呤鸟嘌呤H20+NAD+NADH+H+黄嘌呤脱氢酶xanthinedehydrogenase黄嘌呤氧化酶xanthineoxidaseO2+H2OH2O鸟嘌呤脱氨酶guanosinedeaminaseH2ONH3黄嘌呤xanthine黄嘌呤氧化酶xanthineoxidaseO2+H2OH2O尿酸uricacid（二）尿酸在其他动物体内能继续分解AnabolismandCatabolismofPyrimidineNucleotides第三节

嘧啶核苷酸的合成与分解代谢嘧啶核苷酸的结构一、嘧啶核苷酸同样有从头合成与补救合成两条途径嘧啶核苷酸的从头合成主要是肝细胞胞液。嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途径。定义合成部位（一）嘧啶核苷酸的从头合成比嘌呤核苷酸从头合成简单1．嘧啶环的C、N原子来自谷氨酰胺、CO2和天冬氨酸

嘧啶合成的元素来源氨基甲酰磷酸天冬氨酸2．嘧啶核苷酸合成途径首先生成乳清酸核苷酸与嘌呤核苷酸的从头合成途径不同，嘧啶核苷酸的合成是先合成含嘧啶环的乳清酸(OA)；OA再与PRPP结合成为乳清酸核苷酸（orotidine-5’-phoshate，OMP），然后再生成UMP。胞嘧啶核苷酸、胸腺嘧啶核苷酸由UMP转变而成。肝是合成嘧啶核苷酸的主要器官。反应过程在胞液、线粒体和胞液中进行。3．UMP的从头合成可分3阶段6步反应第一阶段是二氢乳清酸（DHOA）的生成第二阶段是乳清酸的合成第三阶段是UMP的合成

谷氨酰胺+

HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶II，CPSII2ATP2ADP+PicarbamoylphosphatesynthetaseII①谷氨酸氨基甲酰磷酸carbamoylphosphate,CP天冬氨酸转氨基甲酰酶ATCaseaspartatetranscarbamoylase②二清乳清酸酶dihydroorotase③asparticacidcarbamoylphosphate,CPcarbamoylaspartatedihydrooroticacid（DHOA）DHOA脱氢酶(DHOAdehydrogenase)④oroticacid

(OA)乳清酸磷酸核糖转移酶OrotatephosphoribosylTransferase(OPRT)⑤orotidine5’-monophosphateOMP脱羧酶(OMPD)decarboxylaseuridine5’-monophosphate①目录*在细菌细胞中只有一种氨基甲酰磷酸合成酶，生成的CP用于精氨酸和嘧啶的合成。4．CTP来源于UTP的氨基化ATPADP尿苷酸激酶(UMPK)UMPkinaseUDP二磷酸核苷激酶(NDPK)nucleosidediphosphatekinaseATPADPCTP合成酶(CTPS)CTPsynthetase谷氨酰胺ATP谷氨酸ADP+PiUTPPP5．dTMP来源于dUMP的甲基化dTMP合酶dTMPsynthaseN5,N10-甲烯FH4FH2FH2还原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMPdTMPUDP脱氧核苷酸还原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMPRibonucleotidereductase脱氧核苷酸还原酶RibonucleotidereductasedCMPdeaminasedCMP脱氨酶H2OPi6．嘧啶核苷酸从头合成调节包括激活和抑制两种方式哺乳类动物是CPSII；细菌中，则是ATCase。关键酶底物调节:产物反馈抑制性调节:UMP反馈抑制C