8核苷酸的代谢课件

第八章核苷酸代谢一

核酸的酶促降解二嘌呤和嘧啶的分解三核苷酸的生物合成标题添加点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容总体概述点击此处输入相关文本内容标题添加点击此处输入相关文本内容核酸核酸酶单核苷酸磷酸单脂酶核苷嘧啶（嘌呤）核糖（脱氧核糖）核苷酶核苷磷酸化酶嘧啶（嘌呤）核糖-1-磷酸脱氧核糖-1-磷酸核糖-5-磷酸磷酸戊糖途径乙醛甘油醛-3-磷酸第一节核酸的酶促降解★根据酶的作用方式分：内切酶、外切酶。★核酸是核苷酸以3’、5’-磷酸二酯键连成的高聚物，核酸分解代谢的第一步就是分解为核苷酸，作用于磷酸二酯键的酶称核酸酶（实质是磷酸二脂酶）。

★根据对底物的专一性可分为：核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、非特异性核酸酶。

第二节嘌呤和嘧啶的分解（一）嘌呤的分解（二）嘧啶的分解嘌呤的分解首先是在各种脱氨酶作用下水解脱去氨基，使腺嘌呤转化成次黄嘌呤，鸟嘌呤装化成黄嘌呤。与嘌呤分解类似，有氨基的首先水解脱氨基。一嘌呤的分解脱氨基作用主要在核糖、核苷酸和碱基的水平进行。●某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和CO2排出。

●植物分解嘌呤的途径与动物相似，产生各种中间产物（尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）。

●微生物分解嘌呤类物质，生成NH3、CO2及有机酸（甲酸、乙酸、乳酸、等）。★不同种类的生物分解嘌呤的能力不同，因此，终产物也不同。排尿酸动物：灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类

排尿囊素动物：哺乳动物（灵长类除外）、腹足类

排尿囊酸动物：硬骨鱼类

排尿素动物：大多数鱼类、两栖类

胞嘧啶脱氨基即转化为尿嘧啶，尿嘧啶和胸腺嘧啶经还原打破环内双键后，水解开环化合物，继续水解成CO2NH3丙氨酸氨基异丁酸，后者脱氨基后进入有机酸代谢或直接排出体外。二

嘧啶的分解★人和某些动物体内脱氨基过程有的发生在核苷或核苷酸上。脱下的NH3可进一步转化成尿素排出。第三节

核苷酸的生物合成

1、核苷酸酶（磷酸单脂酶）2、核苷酶②核苷水解酶：主要存在于植物、微生物中，只水解核糖核苷，不可逆①核苷磷酸化酶：广泛存在，反应可逆。★特异性磷酸单酯酶：只能水解3’核苷酸或5’核苷酸（3’核苷酸酶、5’核苷酸酶）★水解核苷酸，产生核苷和磷酸。★非特异性磷酸单酯酶：不论磷酸基在戊糖的2’、3’、5’，都能水解下来。核苷酸的生物合成有两条基本途径：★一种是利用核糖磷酸，经一系列酶促反应合成核苷酸，不经过碱基、核苷的中间阶段，称“从头合成”途径或“从无到有”途径。★其二是利用体内游离的碱基或核苷合成核苷酸，称补救途径。（一）核苷酸生物合成的基本途径

核糖酸生物合成途径概括补救途径从头合成核苷辅酶碱基核糖核苷酸核糖、氨基酸、CO2、NH3脱氧核苷脱氧核苷酸RNADNA（二）嘌呤核苷酸的从头合成

嘌呤环的元素来源及掺入顺序

A.谷氨酰胺提供-NH2：N9

B.甘氨酸：C4、C5、N7

C.甲酸：C8

D.谷氨酰胺提供-NH2：N3

闭环

E.CO2：C6

F.天冬氨酸提供-NH2：N1

G.甲酸：C2嘌呤环中的不同原子有着各自的来源。231456987★由5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸（5’-PRPP）开始，先合成次黄嘌呤核苷酸，然后由次黄嘌呤核苷酸（IMP）转化为腺嘌呤核苷酸（AMP）和鸟嘌呤核苷酸（GMP）。1、IMP的合成★嘌呤环合成的前体：天冬氨酸（Asp）CO2

、甲酸盐、谷氨酰胺（Gln）甘氨酸（Gly）231456987

（1）、5-磷酸核糖焦磷酸的生成★5-磷酸核糖焦磷酸（5,-

PRPP）是由ATP和核糖-5-磷酸生成的。★核糖-5-磷酸+ATP

5-磷酸核糖焦磷酸+AMP★催化这个反应的酶是磷酸核糖焦磷酸合成酶，在反应中ATP的焦磷酸基是作为一个单位转移到核糖-5-磷酸的第一为碳的羟基上的。（2）、

磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶（转氨）

★5-磷酸核糖焦磷酸+Gln→5-磷酸核糖胺+Glu+ppi

使原来α-构型的核糖转化成β构型（催化这一反应的酶是磷酸核糖焦磷酸酰胺基转移酶）。（3）、

五员环合成的开始和酰胺的生成★5-磷酸核糖胺+Gly+ATP甘氨酰胺核苷酸+ADP+Pi（此反应由甘氨酰胺核苷酸合成酶催化）（4）、

一碳单元的转移和甲酰基酰胺的生成★甘氨酰胺核苷酸+N5,N10-次甲基四氢叶酸+H2O→甲酰甘氨酰胺核苷酸+四氢叶酸(FH4)+H+

★催化这一反应的酶是甘氨酰胺核苷酸甲酰基转移酶。★经过这一步反应，嘌呤环骨架的4，5，7，8，9位的顺序已经形成。（5）、

闭环以前在第3位加上氮原子★甲酰甘氨酰胺核苷酸+Gln+ATP+H2O→甲酰甘氨脒核苷酸+谷氨酸(Glu)+ADP+pi+H+

★氮来自Gln的酰胺基。

★催化此反应的酶是甲酰甘氨脒核苷酸合成酶。（6）、

闭环★甲酰甘氨脒核苷酸+ATP→5-氨基咪唑核苷酸+ADP+Pi★（1）~（5）第一阶段，合成第一个环，此时嘌呤骨架上尚没有嘧啶环这个反应是由氨基咪唑核苷酸合成酶催化的。（7）、

六员环的合成开始★反应后第6位碳已固定。此反应是氨基咪唑核苷酸羧化酶催化的。★5-氨基咪唑核苷酸+CO25-氨基咪唑-4羧酸核苷酸231456987（8）、

嘌呤环的第1位氮的固定★5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸+Asp+ATP5-氨基咪唑4-（N-琥珀基）氨甲酰核苷酸+ADP+Pi★反应由氨基咪唑琥珀酸氨甲酰核苷酸合成酶催化。

（9）、

脱掉延胡索酸★5-氨基咪唑-4-（N-琥珀基）氨甲酰核苷酸5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+延胡索酸★反应由腺苷酸裂解酶催化。（10）、

嘌呤环上最后的C由甲酰基供给★催化此反应的酶是氨基咪唑甲酰胺核苷酸甲酰基转移酶。★5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+N10-甲酰-FH45-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+FH4

（11）、

脱水环化★5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸→次黄嘌呤核苷酸+H2O

此反应是在次黄苷酸环水解酶的催化下进行的。★总反应式：

5-磷酸核糖+CO2+次甲基-四氢叶酸+甲酰-四氢叶酸+2Gln+Gly+Asp+5ATP→IMP+2四氢叶酸+2Glu+延胡索酸+4ADP+1AMP+4Pi+PPiIMP的合成过程总结★上述反应中（1）是磷酸基转移反应,（2）,（5）是氨基化反应,（3）,（4）,（8）,（10）是合成酰胺键的反应,（6）和（11）是脱水反应,（7）是酰基化反应,（9）为裂解反应。2314569872、AMP和GMP的合成◆IMP在GTP存在下与Asp合成腺苷酸琥珀酸，反应由腺苷酸琥珀酸合成酶催化。腺苷酸琥珀酸随即裂解为腺苷酸和延胡索酸。

IMP在IMP脱氢酶催化下氧化成XMP，后者在GMP合成酶催化氨基化即生成GMP，AMP与GMP的合成和IMP合成途径中的有关反应十分类似。（三）

嘧啶核苷酸的合成

★与嘌呤核苷酸合成不同，在合成嘧啶核苷酸时，首先合成嘧啶环，再与磷酸核糖结合，生成尿嘧啶核苷酸，最后由尿嘧啶核苷酸转化为胞嘧啶核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸。关键的中间化合物是乳清酸。★合成前体：氨甲酰磷酸（或CO2,NH3）、Asp1.乳清酸的生物合成途径(1)氨甲酰磷酸的合成(2)氨甲酰天冬氨酸的生成(3)二氢乳清酸的生成(4)

乳清酸合成2.胞嘧啶、尿嘧啶核苷酸的合成▲UTP和CTP的合成与IMP的合成过程相同，起始物同样是PRPP。▲反应过程为：①乳清苷酸焦磷酸化酶②乳清苷酸脱羧酶注:③尿苷酸激酶④核苷二磷酸激酶⑤CTP合成酶（四）核苷酸转化成核苷三磷酸※核苷酸不直接参加核酸的生物合成而是先转化成相应的核苷三磷酸后再参如RNA或DNA。※从核苷酸转化为核苷二磷酸的反应是由相应的激酶催化的。这些激酶对碱基专一，对其底物含核糖或脱氧核糖无特殊要求。※核苷二酸进一步转化为核苷三磷酸是由另一种激酶催化的。此酶对碱基和戊糖都没有特殊的要求，磷酸供体为ATP。（d）NMP+ATP→（d）NDP+ADP（d）NDP+ATP→（d）NTP+ADP（五）脱氧核苷酸的合成

●（1）腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶核糖核苷酸经还原，将核糖第二位碳原子的氧脱去，即成为相应的脱氧核糖核苷酸。

●（2）胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸：先由尿嘧啶核糖核苷酸还原形成尿嘧啶脱氧核糖核苷酸，然后尿嘧啶再经甲基化转变成胸腺嘧啶。

★DNA的合成需要脱氧核苷三磷酸为原料。生物体中的脱氧核糖核苷酸是由相应的核糖核苷酸还原生成的。★动物组织、肿瘤细胞和高等植物的还原反应一般在核苷二磷酸（NDP）水平上进行，以硫氧环蛋白为还原剂，ATP、dATP、dTTP、dGTP是还原酶的变构效应物；个别微生物（枯草杆菌、赖氏乳菌杆菌）在核苷三磷酸水平上还原（NTP），还原剂是含维生素B12的一种辅酶。

2、

胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成

由尿嘧啶脱氧核苷酸（dUMP）经甲基化生成。

Ser提供甲基，NADPH提供还原当量。★ADP、GDP、CDP、UDP均可分别被还原成相应的脱氧核糖核苷酸：dADP、dGDP、dCDP、dUDP等，其中dUDP甲基化，生成dTDP。

1、

核糖核苷酸的还原（六）胸苷酸的合成胸苷酸是由脱氧尿苷酸甲基化生成的。这个反应是由胸苷酸合成酶催化的。N5,N10-亚甲基-四氢叶酸是甲基的供体，产物为脱氧胸苷酸（dTMP）和二氢叶酸。四氢叶酸可以从二氢叶酸再生。还原反应经二氢叶酸还原酶催化，由NADPH供给氢。下一步反应由丝氨酸羟甲基转移酶催化。（七）核苷酸从头合成的调节氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ:受UMP反馈抑制(哺乳动物中)

天冬氨酸转氨甲酰酶:受CTP反馈抑制(细菌中)

CTP合成酶:受CTP反馈抑制

PRPP合成酶:受嘧啶核苷酸反馈抑制

★GMP过量可反馈抑制次黄嘌呤脱氢酶。

★5-PRPP合成酶和5-PRPP转移酶是关键酶，可被终产物IMP、AMP、GMP反馈抑制。★AMP过量可反馈抑制腺苷酸琥珀酸合成酶。1、AMP、GMP生物合成的调节2、

嘧啶核苷酸生物合成的调节（八）核苷酸从头合成的抗代谢物★核苷酸从头合成的抗代谢物可以抑制核苷酸的合成,从而控制快速生长的肿瘤细胞,其主要类型有:嘌呤类似物叶酸类似物嘧啶类似物Gln和Asp类似物1、嘌呤类似物

◆6-巯基嘌呤、6-巯基鸟嘌呤、8-氮杂鸟嘌呤等可抑制嘌呤核苷酸合成,其中6-巯基嘌呤在临床上使用更多。2、嘧啶类似物◆有多种嘧啶类似物可抑制嘧啶核苷酸的合成。5-氟尿嘧啶在人体内转变成相应的核苷酸，再转变成脱氧核苷酸，可抑制脱氧胸腺嘧啶核酸合成酶，干扰尿嘧啶脱氧核苷酸经甲基化生成脱氧胸苷的过程，DNA合成受阻。◆5-氟尿嘧啶抑制胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成。◆此外,某些改变了核糖结构的核苷酸类似物,如阿糖胞苷、环胞苷等也是重要的抗癌药。◆氨基嘌呤、氨甲蝶呤是叶酸的类似物，能与二氢叶酸还原酶不可逆结合，阻止FH4的生成，从而抑制FH4参与的一碳单位的转移。可用于抗肿瘤。3、叶酸类似物4、Gln和Asp类似物◆重氮乙酰丝氨酸、6-重氮-5-氧正亮氨酸，是Gln的结构类似物，抑制Gln参与的反应。与Asp竞争腺苷酸琥珀酸合成酶，可强烈抑制腺苷酸琥珀酸合成酶的活性，阻止次黄嘌呤核苷酸转化成AMP。◆Asp的结构类似物羽田杀菌素（