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1、生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 第十章 核苷酸代谢 核苷酸是构成核酸的基本单位，人体所需的核 苷酸都是由机体自身合成的。与氨基酸不同， 核苷酸不属于营养必需物质。 食物中的核酸或核苷酸类物质基本上不能被人 体所利用。在核酸类物质的水解产物中，只有 磷酸和戊糖可被吸收利用。 食物核蛋白 蛋白质核酸(RNA与DNA) 胰核酸酶 RNA酶 DNA酶 (磷酸二酯酶) 单核苷酸 胰、肠核苷酸酶 (磷酸单酯酶) 核苷磷酸 核苷酶(水解或磷酸解) 戊糖或磷酸戊糖 碱基 核酸的消化 排出，很 少利用 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 作为核酸合成的原料-最主要的功能
2、体内能量的利用形式 参与代谢与生理调节-cAMP, cGMP 组成辅酶-NAD,FAD, CoA 活化中间代谢物-UDPG, CDP-DG, SAM ATP-主要形式；GTP-蛋白质合成 n 核苷酸的生物学功用 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 第一节 嘌呤核苷酸的合成与分解代谢 一、嘌呤核苷酸的合成存在从头合成和补救合成两种途径 利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单 的反应过程，合成嘌呤核苷酸。 p 从头合成途 径 p 补救合成途径 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。 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子
3、生物学教研室 (一)嘌呤核苷酸的从头合成 1.从头合成途径 除某些细菌外，几乎所有生物 体都能合成嘌呤碱。 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) C6 C5 C4 C2 N1 N3 N7 C8 N9 甘氨当中站, “谷子”(Gln) 下面长，二氧化碳 “天 ”(Asp)上飘，“假仙”（甲 酰）在两旁 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 p 合成的原料 5-磷酸核糖、谷氨酰胺、一碳单位、甘氨酸、 CO2 、天冬氨酸 p 合成的场所 肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小肠和胸腺， 而脑、骨髓则无法进行此合成途径。 p
4、 合成的过程 分为两个阶段 （1） 次黄嘌呤核苷酸(IMP)的合成 （2） 腺苷酸(AMP)和鸟苷酸(GMP)的合成 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 R-5-P (5-磷酸核糖) ATPAMP PRPP合成酶 PP-1-R-5-P (磷酸核糖焦磷酸) 在谷氨酰胺、甘氨酸、 一碳单位、二氧化碳及天 冬氨酸的逐步参与下 IMP AMP GMP H2N-1-R-5-P (5-磷酸核糖胺) 谷氨酰胺 谷氨酸 酰胺转移酶 PRPP合成酶和酰胺转移酶是关键酶。 (1)IMP合成 5-磷酸核糖 PO-CH2 H O HH H OH OHOH PO-CH2 H O HH H O OHOH
5、 PP ATPAMP PRPP合成酶 5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP) GlnGlu 酰胺转移酶 5-磷酸核糖胺 PO-CH2 H O HH NH2 OH OHOH Gly Mg2+ GAR合成酶 ATPADP Pi H2C-NH2 O=C-NH R5/P 甘氨酰胺核苷酸(GAR) N5,N10-CH=FH4FH4 转甲酰基酶 H2C-NH-CHO O=C-NH R5/P 甲酰甘氨酰胺核苷酸(FGAR) GlnGlu 合成酶 H2C-NH-CHO HN=C-NH R5/P Mg2+ 甲酰甘氨咪核苷酸(FGAM) ATPADP AIR合成酶 Pi Mg2+ R5/P N HC C H2N N
6、 CH 5-氨基咪唑核苷酸(AIR) CO2 羧化酶 R5/P N C H2N N CH HO-C O 5-氨基咪唑-4-羧基核苷酸(CAIR) Asp Mg2+ 合成酶 ADP Pi ATP R5/P N C H2N N CH HC-HN-C O HOOC CH2 HOOC 5-氨基咪唑-4-(N-琥珀酸) 甲酰胺核苷酸(SAICAR) 裂解酶 延胡索酸 R5/P N C H2N N CH H2N-C O 5-氨基咪唑-4-甲酰胺 核苷酸(AICAR) N10-COH-FH4FH4 转甲酰基酶 K+ R5/P N C OHC-NH N CH H2N-C O 5-甲酰胺咪唑-4-甲酰胺核苷酸(
7、FAICAR) PO-CH2 H O HH N H OHOH N N N O 次黄嘌呤核苷酸 (IMP) 环水解酶 H2O 腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMP脱氢酶 腺苷酸代琥珀酸裂解酶 GMP合成酶 (2)AMP和GMP的生成 N N N O N R5/P IMPIMP Asp GTP GDP+Pi N N NN R5/P NH HOOC-CH2-CH-COOH 腺苷酸代琥珀酸 延胡索酸 N N NN R5/P NH2 AMPAMP N N O N R5/P O H2N N N N O N R5/P H2O Gln Glu ATP ADP+Pi H2ONADH+H+ NAD+ GMP XMP H
8、HH 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 AMP 腺苷酸激酶 ADP ATPADPATPADP 腺苷酸激酶 ATP GMP 鸟苷酸激酶 GDP ATPADPATPADP 鸟苷酸激酶 GTP 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 p 嘌呤核苷酸从头合成特点 嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。 最先生成IMP，由IMP再生成AMP和GMP。 合成过程为耗能反应（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。）。 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 2. 从头合成的调节 调节方式：反馈调节和交叉调节 R-
9、5-P ATP PRPP合成酶 PRPP 酰胺转移酶PRA IMP 腺苷酸代 琥珀酸 AMP ADPATP XMPGMPGDP GTP + + 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 IMP AMPS XMP AMPADP GMPGDPGTP ATP ATP GTP 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 (二)嘌呤核苷酸的补救合成有两种方式 (1) 嘌呤碱与PRPP直接合成嘌呤核苷酸 次黄嘌呤次黄嘌呤核苷酸 鸟嘌呤鸟嘌呤核苷酸 次黄嘌呤-鸟嘌呤 磷酸核糖转移酶 (HGPRT) PRPPPPi 腺嘌呤 腺嘌呤核苷酸 腺嘌呤磷酸核糖转移酶 （APRT） HGPRT活性
10、高 APRT活性低 90% 嘌呤碱 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 (2) 腺嘌呤核苷生成腺嘌呤核苷酸 腺嘌呤核苷+ATP 腺苷激酶 腺苷酸+ADP p 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。 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 p 遗传疾病 Lesch-Nyhan 莱-尼综合征,自毁容貌综合征 -罕见的性染色体X连锁遗传病 疾病生化本质: HGPRT基因缺陷导致嘌呤合成过多，明 显的高尿酸血症，痛风伴大脑瘫痪、智力减退 、舞蹈手足综合征,身体和精神发育迟缓, 有咬 指咬
11、唇的强迫性自残行为, 有自毁容貌。 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 （三）体内嘌呤核苷酸可以相互转变 AMP GMP XMP AMPSIMP NH3 腺苷酸脱氨酶 NADP+ NH3 NADPH 鸟苷酸还原酶 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 在核苷二磷酸水平上进行（N代表A、G、U、C碱基） (四) 脱氧核糖核苷酸的生成 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 dNDP + 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 还原蛋
12、白-(SH)2 氧化型硫氧 化还原蛋白 S S 硫氧化还原蛋白还原酶 （FAD） 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 核糖核苷酸还原酶的变构调节 作用物 主要促进剂 主要抑制剂 CDP ATP dATP、dGTP、dTTP UDP ATP dATP、dGTP ADP dGTP dATP、ATP GDP dTTP dATP 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 嘌呤核苷酸抗代谢物主要是一些嘌呤、氨 基酸或叶酸等的类似物。 采用竞争性抑制或“以假乱真”等方式抑制合 成代谢中的酶，从而干扰和阻断核苷酸的合成, 从而进一步阻止核酸以及蛋白质的生物合成。 由于肿瘤细胞的
13、核酸与蛋白质代谢旺盛, 因 此抗代谢物可用于肿瘤的化疗。 (五) 嘌呤核苷酸的抗代谢物 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 1. 嘌呤类似物 8-氮杂鸟嘌呤 N OH N NN H N SH N NN H N SH N NN H H2N N OH N NN H N 6-巯基鸟嘌呤 次黄嘌呤6-巯基嘌呤 （6-MP） 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 2. 叶酸类似物 抑制有一碳单位参与的反应 R=H，氨喋呤 R=CH3，氨甲喋呤 N NH2 N NN H H2N CH2N R CNCH O CH2 CH2 COOH COOH H N NC H CH2N H
14、 CNCH O CH2 CH2 COOH COOH H H2N N OH N H 5,6,7,8四氢叶酸 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 3. 氨基酸类似物 抑制有谷氨酰胺参与的反应 H2NCCH2CH2CHCOOH ONH2 N+ NCH2COCH2CHCOOH ONH2 N+ NCH2CCH2CH2CHCOOH ONH2 谷氨酰胺 氮杂丝氨酸（重氮乙酰丝氨酸） 6-重氮-5-氧正亮氨酸 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 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
15、核苷酸 （FGAM） 5-氨基异咪唑- 4-甲酰胺核苷酸 （AICAR） = 5-甲酰胺基咪唑- 4-甲酰胺核苷酸 （FAICAR） IMP 次黄嘌呤 （H） PRPPPPi = AMP = PRPP PPi = 腺嘌呤（A） GMP = = PRPPPPi 鸟嘌呤(G) 6-MP 6-MP 6-MP 6-MP 6-MP 6-MP 氮杂丝氨酸 氮杂丝氨酸 氮杂丝氨酸 MTX MTX 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 二、嘌呤核苷酸的分解代谢终产物是尿酸 p 核苷酸分解代谢 大致过程 核苷酸 核苷 Pi Pi 1-磷酸核糖 碱基 补救途径分解代谢 5-磷酸核糖 PRPP 终末产物经尿排出 核苷酸酶 磷酸化酶 1-磷酸核糖 变位酶 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 黄嘌呤 氧化酶 尿酸 核苷酸酶 AMP腺苷 H2OPi 核苷酸酶 GMP鸟苷 H2O Pi 脱氨酶 次黄苷 H2ONH3 鸟嘌呤酶 黄嘌呤 H2ONH3 核苷酶 次黄嘌呤 PiR-1-P 核苷酶 鸟嘌呤 PiR-1-P 嘌呤核苷酸的分解 生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 正常人血浆尿酸含量：0.120.36mmol/L 男: 0.2
