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1、 第八章 核苷酸代谢 uBiochemistry Department uDepartment of Basic Medical Sciences uHangzhou Normal University uGuyisheng 生物化学 多媒体课件试用版 （nucleotide metabolism） 概述 u核酸不属于必需营养物质 u核酸的消化过程 u核苷酸的生物学功能： 核酸合成的原料（最主要功能） 能量的利用形式（ATP等） 参与代谢与生理调节（cAMP等） 辅酶成分（NAD+等） 活化中间代谢物（作为载体：如UDPG等） 消化 Department of Biochemistry,Han
2、gzhou Medical College 第一节 嘌呤核苷酸代谢 u一、嘌呤核苷酸的合成（两种途径） 从头合成途径、补救合成途径（重新利用） u（一）从头合成（de novo systhesis） 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（嘧啶核苷酸），称为从头合 成途径 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College u元素（原料）来源 天冬氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、一碳单位、 CO2、5-磷酸核糖 u器官：肝（为主）、小肠、胸腺 u细胞定位：胞液 u特点：在5-磷酸核糖的基础上逐步
3、合成 u合成过程：两阶段 基本原料IMPAMP、GMP 原料来源 嘌呤核苷酸合成的原料 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 嘌呤核苷酸的从头合成过程 u1、IMP的合成 5-磷酸核糖 5-磷酸核糖-1-焦磷酸 PRPP 5-磷酸核糖胺 IMP u2、AMP和GMP的生成 IMP合成AMP生成 ATP AMP PRPP合成酶 （磷酸核糖焦磷酸 ） （PRPP） 酰胺转移酶 （PRA） IMP AMP、GMP AMP（GMP） ADP（GDP） ATP（GTP） 激酶激酶 Department of Biochemistry,Ha
4、ngzhou Medical College 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 IMP合成AMP生成 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 磷酸核糖酰胺转移酶 GAR合成酶 转甲酰基酶 FGAM合成酶 AIR合成酶 IMP合成AMP生成 Department of Biochemistry,Hangz
5、hou Medical College IMP合成 IMP合成 AMP生成 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 从头合成的调节 u意义： 满足核酸合成时嘌呤核苷酸的需求 节省营养物和能量（不“ 供大于求”） u调节方式：反馈 u调节部位：PRPP合成酶、酰胺转移酶等 IMP、AMP、GMP的反馈抑制作用 PRPP、R-5-P的促进作用 交叉调节 嘌呤调节 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College （二）嘌呤核苷酸的补救合成 u补救合成途径（salvage pathw
6、ay）的概念 细胞利用现成的嘌呤碱或嘌呤核苷，重新合 成嘌呤核苷酸，称为补救合成 特点：过程简单，耗能少 1、嘌呤开始的补救合成 腺嘌呤磷酸核糖转移酶（APRT）和次黄嘌 呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT） PRPP提供R-5-P 反应式 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College uAMP 合成为例 腺苷激酶催化 2、嘌呤核苷开始的补救合成 u补救合成的意义： （1）节省能量与氨基酸消耗 （2）脑、骨髓等重要（缺乏从头合成的酶类 ） （自毁容貌症的患儿，先天性缺乏HGPRT） 附：嘌呤核苷酸的相互转变 Department of
7、 Biochemistry,Hangzhou Medical College （三）脱氧核苷酸的生成 u二磷酸核苷还原生成（ NDPdNDP ） udNDPdNTP 复杂过程还原 变构调节 u复杂的酶体系： 核糖核苷酸还原酶（变构酶）催化 （B1、B2两个亚基结合时才有酶活性） NADPH参与 硫氧化还原蛋白作为电子载体 硫氧化还原蛋白还原酶（FAD）参与 u核糖核苷酸还原酶的变构调节 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College （四）嘌呤核苷酸的抗代谢物 u三大类：嘌呤、氨基酸或叶酸类似物 u机制：阻断或干扰嘌呤核苷酸的合成代 谢
8、竞争性抑制 “ 以假乱真”方式 u举例： 6-巯基嘌呤（6-MP）等 氮杂丝氨酸等 氨甲蝶呤（MTX）等 抗代谢物 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 二、嘌呤核苷酸的分解代谢 u器官：肝（为主）、小肠、肾 u过程：类似于小肠中核苷酸的消化过程 u代谢终产物：尿酸 u尿酸与痛风症 尿酸水溶性低，尿酸盐结晶 别嘌呤醇 抑制黄嘌呤氧化酶，尿酸生成 消耗PRPP，抑制从头合成，嘌呤合成 尿酸生成 别嘌呤醇 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 第二节 嘧啶核苷酸代谢
9、u一、嘧啶核苷酸的合成代谢 u（一）从头合成途径 元素（原料）来源 谷氨酰胺、CO2、天冬氨酸 原料来源 氨基甲酰磷酸还有：5磷酸核糖 （胸腺嘧啶核苷酸还需：一碳单位） Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College u器官：肝（为主） u细胞定位：胞液 u特点：先合成嘧啶环，再与磷酸核糖相连 （PRPP提供） u过程：两阶段 基本原料UMPCMP 、 dTMP 嘧啶核苷酸从头合成的要点 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 嘧啶核苷酸的从头合成过程 u1、UMP的合成 u
10、2、CTP的生成 UMP合成CTP生成 氨基甲酰磷酸 合成酶 氨基甲酰 磷酸 谷氨酰胺 CO2 磷酸核糖转移酶 PRPP UMP 乳清酸 天冬氨酸氨基 甲酰磷酸转移酶 天冬氨酸 UMP UDP UTP CTP * 多功能酶形式 * 两种氨基甲酰磷酸合成酶 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 脱氧胸苷酸（dTMP）的生成 u由dUMP生成（需一碳单位） （一磷酸核苷酸的水平上） udUMP的来源有两方面 TMP合成UMP合成 还原脱氨基 dCDP dCMP dUMP UMP UDP dUDP dUMP 还原脱磷酸 次要途径： U
11、MP UDP UTP CTP CDP 磷酸化氨基化脱磷酸 主要途径： Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 嘧啶核苷酸合成的调节 u主要调节酶类（反馈调节）： 氨基甲酰磷酸合成酶（哺乳动物） 天冬氨酸氨基甲酰磷酸转移酶（细菌） uPRPP合成酶（嘧啶核苷酸的反馈抑 制） u嘧啶和嘌呤合成协调控制，两者合成速 度平行 u多功能酶的诱导和阻遏 合成调节UMP合成 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College （二）嘧啶核苷酸的补救合成 u嘧啶开始的补救合成：（主要） 嘧啶PR
12、PP 嘧啶核苷酸PPi （对U、T和乳清酸起作用，但对C不起作用） 嘧啶磷酸核糖 转移酶 u嘧啶核苷开始的补救合成 尿嘧啶核苷ATP UMPADP 脱氧胸苷ATP dTMPADP 尿苷激酶 胸苷激酶 注：胸苷激酶在肝再生、恶性肿瘤时明显升高 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College （三）嘧啶核苷酸的抗代谢物 u与嘌呤类似，三类抗代谢物 嘧啶类似物，如5-氟尿嘧啶（5-Fu） 氮杂丝氨酸 氨甲蝶呤（MTX） u改变核糖结构的核苷类似物： 阿糖胞苷 环胞苷 u机制：干扰核苷酸合成，干扰RNA和 DNA合成 抗代谢物 Departmen
13、t of Biochemistry,Hangzhou Medical College 二、嘧啶核苷酸的分解代谢 u器官：肝（为主） u特点：与嘌呤不同 嘧啶环打开，生成CO2、NH3、-氨基酸 代谢物溶于水，可随尿排出 分解代谢 CO2、NH3、-丙氨酸 胞嘧啶 尿嘧啶 u过程： 嘧啶核苷酸 嘧啶核苷 嘧啶 核苷酸酶核苷磷酸化酶 PiPi 磷酸核糖 胸腺嘧啶 CO2、NH3、-氨基异丁酸 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 核酸的消化 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical Co
14、llege IMP合成的元素（原料）来源 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 嘌呤核苷酸的从头合成 （图解） Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College AMP和GMP的合成（图解） Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 嘌呤核苷酸合成的调节（图解） Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 补救合成反应式 u调节： AMP 反馈抑制 APR
15、T GMP、IMP 反馈抑制 HGPRT Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 嘌呤核苷酸的互相转变 u相互转变，保持平衡 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 脱氧核苷酸的生成（反应式） Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 脱氧核苷酸的生成（图解） Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 核糖核苷酸还原酶的变构调节 被还原底物 主要
16、促进剂 主要抑制剂 CDP ATP dATP、dGTP、dTTP UDP ATP dATP、dGTP ADP dGTP dATP、ATP GDP dTTP dATP Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 嘌呤核苷酸抗代谢物的结构 次黄嘌呤 （IMP） 6-巯基嘌呤 （6-MP） 鸟嘌呤 （GMP） 6-巯基鸟嘌呤 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 嘌呤核苷酸的抗代谢物 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical Co
17、llege 嘌呤核苷酸 的分解代谢 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 别 嘌 呤 醇 的 结 构 及 作 用 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 嘧啶核苷酸的元素（原料）来源 氨基甲 酰磷酸 天冬氨酸 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 嘧 啶 核 苷 酸 的 从 头 合 成 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College CTP的生成
18、（图解） Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 两种氨基甲酰磷酸合成酶的比较 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 脱氧胸苷酸的生成（图解） TMP合酶 N5, N10-甲烯FH4FH2 FH2还原酶 FH4 NADP+NADPH+H+ dUMP 脱氧胸苷一磷酸 dTMP UDP 脱氧核苷酸还原酶 dUDP CTPCDPdCDPdCMP Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 嘧啶核苷酸合成的调节（图
19、解） Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 某些嘧啶抗代谢物的结构 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 嘧啶合成的抗代谢物（图解） Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 嘧 啶 核 苷 酸 的 分 解 代 谢 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College 胸腺嘧啶 -脲基异丁酸 -氨基异丁酸 H2O 丙二酸单酰CoA 乙酰CoA TAC 肝 尿素 甲基丙二酸单酰CoA 琥珀酰CoA TAC 糖异生 胞嘧啶 NH3 尿嘧啶 二氢尿嘧啶 H2O CO2 + NH3 -丙氨酸 Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College Good by ! Department of Biochemistry,Hangzhou Medical College