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第八章 核苷酸代谢. 核酸的降解. 核苷酸库. 核苷酸的合成. 核苷酸的降解. 核酸的合成. 核苷酸是核酸的基本结构单位， 它不属于营养必需物质. 食物核蛋白. 蛋白质. 核酸 (RNA 与 DNA). RNA 酶. ( 磷酸二酯酶 ). 胰核酸酶. DNA 酶. 单核苷酸. 胰、肠核苷酸酶. ( 磷酸单酯酶 ). 排出，很少利用. 核苷. 磷酸. ( 水解或磷酸解 ). 核苷酶. 戊糖或磷酸戊糖. 碱基. 核酸的消化. 核苷酸的生理功用. 作为核酸合成的原料 ---- 最主要的功能 体内能量的利用形式. - PowerPoint PPT Presentation
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第八章 核苷酸代谢第八章 核苷酸代谢
核苷酸库
核酸的降解
核苷酸的合成
核酸的合成
核苷酸的降解
核苷酸是核酸的基本结构单位，
它不属于营养必需物质
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
核苷酸的生理功用• 作为核酸合成的原料 ----最主要的功能• 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• UTP----糖原合成； CTP----磷脂合成
利用本章知识，评价“珍奥核酸”的功能
第一节 嘌呤核苷酸代谢
一、嘌呤核苷酸的合成代谢( 一 ) 、从头合成途径
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的过程 .
( 二 ) 、补救合成途径 利用体内游离的嘌呤碱或嘌呤核苷经过简单的反应过程 , 合成嘌呤核苷酸。
N1
C2
N3 C
4
C5
C6
N9
7N
C8 甲炔基
( 一碳单位 )
甘氨酸CO2
Asp
甲酰基
( 一碳单位 )
Gln( 酰胺基 )
甘氨当中站 , 谷氮坐两边 ,
左上天冬氨 , 头顶 CO2
一、嘌呤核苷酸的合成代谢( 一 ) 、从头合成途径
合成的原料 : CO2, 甲酰基 , 氨基酸等合成的场所 : 肝脏的胞液
合成的过程 : 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
一、嘌呤核苷酸的合成代谢( 一 ) 、从头合成途径的反应过程(1) IMP 的合成 (11 步反应，过程只需了
解 )
R-5'-PAMP
PRPP 合成酶PP-1'-R-5'-P(PRPP)
ATP①
5'- 磷酸核糖 磷酸核糖焦磷酸
OH
O
OH P O
OH
H
OH
H
OH
HH
O
P_ POH
O
OH P O
OH
H
OH
H
OH
HH
O
AMP
ATP①
R-5'-P
C N
C
N
N
CH
C
O
HN
HC
10 步反应
PP-1'-R-5'-PGln
Glu酰胺转移酶
酶 3: 甘氨酰胺核苷酸合成酶
H2N-1-R-5'-P
H2C-NH2
O=C-OH
Gly
酶 3
ATP, Mg2+
H2C-NH2
O=CNH
R-5'-P
甘氨酰胺核苷酸 (GAR)
③
②
PRA
转甲酰基酶
FH4
H2C-NH2
O=CNH
R-5'-P
甘氨酰胺核苷酸 (GAR)
N5,N10- 甲炔基 FH4
④
H2C
O=CNH
R-5'-P
NH
CHO
H2C
C
NH
R-5'-P
NH
CHO
HN=Glu
甲酰甘氨酰胺核苷酸(FGAR)
甲酰甘氨咪核苷酸 (FGAM)
⑤ GlnATP,Mg2+
H2C
C
NH
R-5'-P
NH
CHO
HN= AIR 合成酶ATP,Mg2+,K+
H2O
⑥CH2N-
HC
N
R-5'-P
N
CH
甲酰甘氨咪核苷酸(F
GA
M)
5- 氨基咪唑核苷酸(AIR)
R-5'-P
CH2N
C
N
N
CH
C
O
HO
CO2
羧化酶
⑦
5- 氨基咪唑 -4- 羧基核苷酸 (CAIR)
R-5'-P
CH2N
C
N
N
CH
C
O
HO
R-5'-P
CH2N
C
N
N
CH
C
O
NH
HCH2C
HOOC
HOOC
NHHHCH2C
HOOC
HOOCAsp
5- 氨基咪唑 -4- 羧基核苷酸 (CAIR)
5- 氨基咪唑 -4-(N- 琥珀酸 )- 甲酰胺核苷酸 (SAICAR)
⑧ATP,Mg2+
合成酶
R-5'-P
CH2N
C
N
N
CH
C
O
NHHOOC
HCH2C
HOOC 5- 氨基咪唑 -4-(N- 琥珀酸 )- 甲酰胺核苷酸 (SAICAR)
R-5'-P
CH2N
C
N
N
CH
C
O
H2N
COOHCH
HCHOOC
5- 氨基咪唑 -4- 甲酰胺核苷酸 (AICAR)
裂解酶⑨
延胡索酸
R-5'-P
CH2N
C
N
N
CH
C
O
H2N
5- 氨基咪唑 -4- 甲酰胺核苷酸 (AICAR)
5- 甲酰胺基咪唑 -4- 甲酰胺核苷酸 (FAICAR)
N10 甲酰 FH4FH4
转甲酰酶
K+⑩
R-5'-P
C N
C
N
N
CH
C
O
H2N
H
COH
R-5'-P
CN
C
N
N
CH
C
O
HHN
H
COH
R-5'-P
C N
C
N
N
CH
C
O
HN
HC5- 甲酰胺基咪唑 -4- 甲酰胺核苷酸 (FAICAR)
H2O
次黄嘌呤核苷酸 (IMP)
环水解酶
11
(2) 腺苷酸和鸟苷酸的合成
R-5'-P
C N
C
N
N
CH
C
O
HN
HC
IMP
R-5'-P
C N
C
N
N
CH
CN
HC
NH
HOOCCH2CHCOOH
腺苷酸代琥珀酸合成酶AMPS
Asp, Mg2+,GTP
R-5'-P
C N
C
N
N
CH
CN
HC
NH
HOOCCH2CHCOOH
R-5'-P
C N
C
N
N
CH
CN
HC
NH2
COOHCH
HCHOOC
腺苷酸代琥珀酸(AMPS)
腺苷酸 (AMP)
延胡索酸腺苷酸代琥珀酸
裂解酶
R-5'-P
C N
C
N
N
CH
C
O
HN
HC
IMP
R-5'-P
C N
C
N
N
CH
C
O
HN
CO
NAD+ H2O NADH+H+
XMP
黄嘌呤核苷酸IMP 脱氢酶
H2N
R-5'-P
C N
C
N
N
CH
C
O
HN
C
R-5'-P
C N
C
N
N
CH
C
O
HN
CO
Gln GluGMP 合成酶
Mg2+, ATP
XMP GMP
AMP腺苷酸激酶
ADPATP ADP ATP ADP
腺苷酸激酶ATP
GMP鸟苷酸激酶
GDPATP ADP ATP ADP
鸟苷酸激酶GTP
2. 嘌呤核苷酸从头合成的调节主要通过产物的负反馈调节
调节包括 : 2 个长反馈和 2 个短反馈
ATP
GTP
R-5-P
ATP
PRPP合成酶
PRPP
酰胺转移酶
PRA IMP
AMPS AMP ADP
XMP GMP GDP
2 个长反馈
2 个短反馈
IMP
AMPS
XMP
AMP ADP
GMP GDP GTP
ATP
ATP
GTP
一、嘌呤核苷酸的合成代谢( 一 ) 、从头合成途径( 二 ) 、补救合成途径有两条合成途径
(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)PRPP PPi
腺嘌呤 腺嘌呤核苷酸腺嘌呤磷酸核糖转移酶
（ APRT ）
HGPRT 活性高
APRT 活性低
90%嘌呤碱
一、嘌呤核苷酸的合成代谢( 二 ) 、补救合成途径有两条合成途径
(1) 嘌呤碱与 PRPP 直接合成嘌呤核苷酸
腺嘌呤 +1- 磷酸核糖 腺苷 +Pi核苷磷酸化酶
(2) 腺嘌呤与 1- 磷酸核糖生成腺苷 , 再生成腺嘌呤核苷酸
腺苷 +ATP腺苷激酶 腺苷酸 +ADP
生理意义减少从头合成时能量和原料的消耗●节省 :
● 作为某些器官 ( 脑 , 骨髓和脾 ) 合成核苷酸的途径遗传疾病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 基因缺陷嘌呤合成过多，明显的高尿酸血症，痛风伴
行为 , 有自毁容貌 .
大脑瘫痪、智力减退、舞蹈手足综合征 , 身体和精神发育迟缓 , 有咬指咬唇的强迫性自残
( 三 ) 腺苷酸和鸟苷酸的相互转变
AMP GMP
XMPAMPS IMP
NH3腺苷酸脱氨酶 NADP+
NH 3
NADPH
鸟苷酸还原酶
( 四 ) 脱氧 ( 核糖 ) 核苷酸的合成
在核苷二磷酸水平被还原而成
OH
O
P O
OH
H
碱基H
OH
HH
OO
OH
O
PHO
OH
O
P O
H
H
碱基H
OH
HH
OO
OH
O
PHO
NADPH+H+
NADP+ +H2O
核糖核苷酸还原酶
dNDP
NDP
脱氧核苷酸的具体生成过程
NDP dNDP
NADP+ NADPH+H+
还原型硫氧化还原蛋白 -(SH)2
氧化型硫氧化
S还原蛋白 S
核糖核苷酸还原酶 ,Mg2+
硫氧化还原蛋白还原酶(FAD)
NDP dNDP核糖核苷酸还原酶
ADP dADP核糖核苷酸还原酶
GDP dGDP核糖核苷酸还原酶
UDP dUDP核糖核苷酸还原酶
CDP dCDP核糖核苷酸还原酶
TDP dTDP
dNDP+ATP dNTP+ADP激酶
激酶dCDP+ATP dCTP+ADP
dUDP+ATP dUTP+ADP激酶dGDP+ATP dGTP+ADP激酶dADP+ATP dATP +ADP激酶
dTTP ?
dNDP dNMP+Pi磷酸酶
下一节讲
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
嘌呤核苷酸的抗代谢物1. 嘌呤类似物 :
8- 氮杂鸟嘌呤
N
OH
N
NNH
N
SH
N
NNH
N
SH
N
NNH
H2N
N
OH
N
NNH
N
6-巯基鸟嘌呤
次黄嘌呤 6-巯基嘌呤（ 6-MP ）
嘌呤核苷酸的抗代谢物2. 氨基酸类似物 抑制有谷氨酰胺参与的反应
H2N—C—CH2—CH2—CH—COOH
O NH2
N+ —N—CH2—C—O—CH2—CH—COOH
O NH2
N+ —N—CH2—C—CH2—CH2—CH—COOH
O NH2
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
嘌呤核苷酸的抗代谢物3. 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
NNH
H2N
—CH2—N—
R
—C—N—CH
O
CH2
CH2
COOH
COOHH
N
NCH
—CH2—N—
H
—C—N—CH
O
CH2
CH2
COOH
COOHH
H2N
N
OH
NH
5,6,7,8 四氢叶酸
PRPP
Gln
6MP
氮杂丝氨酸
PRA GAR FGAR
FGAM
MTX
氮杂丝氨酸
AICAR
MTX
FAICAR IMP
AMP
GMP
PRPPPPi
PPi PRPP
6MP
6MP
6MP
氮杂丝氨酸
A
IG
PRPPPPi
嘌呤核苷酸抗代谢物的作用
核苷酸分解代谢
大致过程
核苷酸
核苷PiPi
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
嘌呤核苷酸的分解代谢
AMP I
GMP G
X
黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶 尿酸
一、嘌呤核苷酸的分解代谢（具体过程，了解）
腺嘌呤核苷酸
N
NH2
N
NN
R- 5'-P
N
O
HN
NN
R- 5'-P
N
NH2
N
NN
R
H2O
Pi
NH3H2O
脱氨酶
次黄嘌呤核苷酸H2O
Pi
N
OH
N
NN
R
NH3H2O
腺嘌呤核苷脱氨酶
核苷酸酶
N
OH
N
NN R
N
OH
N
NNH
核糖 1- 磷酸Pi
核苷磷酸化酶
2H++O2._
O2+H2O
黄嘌呤氧化酶
N
OH
N
NNH
HO
N
OH
N
NNH
HOO
2H++O2._ O2+H2O
黄嘌呤氧化酶
次黄嘌呤核苷 次黄嘌呤
黄嘌呤尿酸 最终产物
N
O
HN
NN
R- 5'-P次黄嘌呤核苷酸
NADP+
NH3
NADPH+H+
还原酶
Pi
鸟苷
核糖 1- 磷酸
N
O
HN
NN
R- 5'-P
H2N
N
OH
N
NNH
HO
N
OH
N
NNH
H2N
N
OH
N
NN RH2N
鸟嘌呤核苷酸
Pi核苷磷酸化酶
NH3
尿酸H2O
鸟嘌呤酶
黄嘌呤 鸟嘌呤
核苷酸酶H2O
正常人血浆尿酸含量： 0.12～ 0.36mmol/L 男 : 0.27mmol/L, 女 :0.21mmol/L
以尿酸及其钠盐形式存在 , 均难溶于水＞ 0.48mmol/L(8mg%), 析出结晶 ,
沉积在关节和软骨等处 痛风症●进食高嘌呤膳食时●体内核酸大量分解( 白血病 ,恶性肿瘤）●肾脏疾病尿酸排泄障碍
血中尿酸↑
临床上用别嘌呤醇治疗
别嘌呤醇治疗痛风症的作用机制
C
OH
N
NNH
H
N
N
OH
N
NNH
CH
次黄嘌呤
别嘌呤醇
PRPP
别嘌呤醇核苷酸
嘌呤核苷酸从头合成的酶
黄嘌呤氧化酶
嘌呤核苷酸合成↓
反馈 尿酸生成减少
第二节 嘧啶核苷酸代谢
一、嘧啶核苷酸的合成代谢
一、嘧啶核苷酸的合成代谢( 一 ) 从头合成途径 先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖连接生成嘧啶核苷酸 .
Asp
CO2
Gln
NH2HCH2C
HOOC
HOOC
N
CN
C
CC
12
34
5
6
( 一 ) 嘧啶核苷酸的从头合成1. 从头合成途径
(1) 尿嘧啶核苷酸的合成 ----6 步反应
HCO3
_+Gln
Glu2ATP 2ADP+Pi
氨基甲酰磷酸合成酶 II①
氨基甲酰磷酸
NH2
O=C
O P
两种氨基甲酰磷酸合成酶的比较氨基甲酰磷酸合成酶 I 氨基甲酰磷酸合成酶 II
分布 线粒体 ( 肝 ) 胞液 (各种细胞 )
氮源 氨 谷氨酰胺变构激活剂 N-乙酰谷氨酸 无变构抑制剂 无 UMP(哺乳动物 )
功能 尿素合成 嘧啶合成
(CPS-I) (CPS-II)
NH2
O=C
O P
氨基甲酰磷酸
HOOCCH2
CHCOOHH2N
+C
O
H2NC
CH2
CHCOOH
NH
O
HO天冬氨酸氨基甲酰基转移酶
②Pi
Asp 氨基甲酰天冬氨酸
O
CO
HNC
CHH
CHCOOH
NH
CO
HNC
CH
CCOOH
NH
O
乳清酸 二氢乳清酸NAD+NADH+H+
脱氢酶④
H2O
③二氢乳清酸酶
CO
HNC
CH
CCOOH
NH
O
乳清酸
CO
HNC
CH
CCOOH
N
O
R-5'-P
PRPP PPi
磷酸核糖转移酶⑤
乳清酸核苷酸 (OMP)
CO
HNC
CH
CHN
O
R-5'-P
尿嘧啶核苷酸(UMP)
CO2
⑥脱羧酶
ATP
(2) 胞嘧啶核苷酸 (CTP) 的合成
CO
HNC
CH
CHN
O
R-5'-P
尿苷酸激酶UDP
UMP
二磷酸 尿苷
激酶ADP
UTP
CO
NC
CH
CHN
NH2
R-5'-P-P-P
Gln, ATP
Glu, ADP+Pi ATP ADP
CTP
CTP 合成酶
CO
HNC
CH
CHN
O
dR-5'-P
dCMP
dUDP
Pi
NH3
dUMP
CO
HNC
C-CH3
CHN
O
dR-5'-P
dTMP 合成酶
FH2N5,N10- 甲烯 FH4
FH4
FH2 还原酶
NADPH+H+NADP+
dTMP
ATP
激酶dTDP
激酶
ADP
dTTP
ATP ADP
dTMP
(3) 脱氧胸腺嘧啶核苷酸 (dTMP 或 TMP) 的合成
2. 从头合成的调节
ATP+CO2+GlnPRPP
氨基甲酰磷酸
氨甲酰天冬氨酸PRPP ATP+ 5'- 磷酸核糖
OMP
UMP
UTP CTP
嘌呤核苷酸
嘧啶核苷酸
由合成产物对 3 个关键酶酶 1： CPS-II
酶 2：天冬氨酸氨甲酰转移酶酶 3： PRPP 合成酶
Asp
①
②③
③
的负反馈调节来实现。
( 二 ) 嘧啶核苷酸的补救合成
嘧啶 +PRPP 嘧啶核苷酸 +PPi嘧啶磷酸核糖转移酶
尿嘧啶胸腺嘧
啶乳清酸 胞
嘧啶
尿嘧啶核苷 +ATP UMP+ADP尿苷激酶
胸苷激酶 ,TK
与恶性肿瘤
嘌啶核苷酸与嘧啶核苷酸合成的比较
相同点
1. 合成原料基本相同嘌啶核苷酸 嘧啶核苷酸
2. 合成部位对高等动物来说 , 主要在肝脏3. 都有 2种合成途径 ( 从头和补救途径 ) 4. 都是先合成一个与之有关的核苷酸 ,然后在此基础上进一步合成核苷酸
不同点
1. 在 5'-P -R 基础上合成嘌呤环2. 最先合成的核苷酸是 IMP3. 在 IMP 基础上完成AMP 和 GMP 的合成
1. 先合成嘧啶环再与 5'-P-R结合
2. 先合成 UMP
3. 以 UMP 为基础 , 完成 CTP, dTMP 的合成
总结5'-P-R
PRPP
IMP
dAMP GMPdGMPAMP
dADP GDPdGDPADP
dATP GTPdGTPATP
UMP CMPdUMP
UDP CDPdUDP
UTP CTP
dUTP
dTMPdCMP
dTDPdCDP
dTTPdCTP
CO2+Gln
H2N-CO-P
OMP
核苷酸的从头合成过程总结
dCMP
( 三 ) 嘧啶核苷酸的抗代谢物 嘧啶、嘧啶核苷类似物 :
5-氟尿嘧啶 阿糖胞苷 环胞苷
N
NH
O
O
F
HHOH2C
H
HHO
OH
HH
O
C
C
C
N
N
CO
NH2
HOH2C
H
H
OH
HH
O
C
C
C
N
N
C
NH·NCl
O
UMP
UDP
UTP
dUDP dUMP dTMP
CTP CDP dCDP
MTX
5FU
阿糖胞苷氮杂丝氨酸
二、嘧啶核苷酸的分解代谢嘧啶核苷酸 磷酸酶 嘧啶核苷 核苷酶 嘧啶
CO
NC
CH
CHN
NH2
HC
O
HNC
CH
CHN
O
H
NH3
CO
HNC
CH2
CH2N
O
H
NADPH+H+ NADP+
H2O
CO
H2NC
CH2
CH2N
O
H
HOH2OCO2+NH3
H2N-CH2-CH2-COOH
β-丙氨酸
胞嘧啶 尿嘧啶
CO
HNC
C-CH3
CHN
O
H
NADPH+H+ NADP+
CO
HNC
CH-CH3
CH2N
O
H
CO
H2NC
CH-CH3
CH2N
O
H
HOH2OCO2+NH3
β- 氨基异丁酸
H2N-CH2-CH-COOH
CH3
β-脲基异丁酸
H2O胸腺嘧啶二氢胸腺嘧啶
嘧啶核苷酸与嘌呤核苷酸分解代谢最大的不同 是嘧啶环的裂解，最后生成 β- 氨基酸
嘧啶碱的降解产物易溶于水，故嘧啶代谢异常的疾病较少。
