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第十四章 核苷酸代谢 Nucleotide A nabolism and Catabolism

第十四章 核苷酸代谢 Nucleotide A nabolism and Catabolism. 核苷酸 ：核酸的基本结构单位。 体内核苷酸不属营养必需物质。 而且食物来源的嘌呤和嘧啶碱很少被机体利用。. 核苷酸的生物学功用： ⒈ 作为核酸合成的原料（主要功能） ⒉ 体内能量的利用形式（ ATP GTP UTP CTP ） ⒊ 参与代谢和生理调节（ cAMP cGMP ） ⒋ 组成辅酶（ NAD FAD NAD + NADP + HSCoA ） ⒌ 活化中间代谢物（ UDPG CDP- 胆碱 SAM 等）. 分解 合成.

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第十四章 核苷酸代谢 Nucleotide A nabolism and Catabolism

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  1. 第十四章 核苷酸代谢 Nucleotide Anabolism and Catabolism

  2. 核苷酸：核酸的基本结构单位。 体内核苷酸不属营养必需物质。 而且食物来源的嘌呤和嘧啶碱很少被机体利用。 核苷酸的生物学功用： ⒈ 作为核酸合成的原料（主要功能） ⒉ 体内能量的利用形式（ATP GTP UTP CTP） ⒊ 参与代谢和生理调节（cAMP cGMP） ⒋ 组成辅酶（NAD FAD NAD+ NADP+ HSCoA） ⒌ 活化中间代谢物（UDPG CDP-胆碱 SAM等）

  3. 分解 合成 何处去？ 进入磷酸戊糖途径 或重新合成核酸

  4. 复习Ｐ１４３ 核酸的解聚作用 核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶称为核酸酶,按其作用位置分为: 一.核酸外切酶：作用于核酸链的末端（3’端或5’端），逐个水解下核苷酸。 脱氧核糖核酸外切酶：只作用于DNA 核糖核酸外切酶:只作用于RNA 二.核酸内切酶:从核酸分子内部切断3’，5’-磷酸二酯键。 • 限制性内切酶：在细菌细胞内存在的一类能识别并水解外源双链DNA的核酸内切酶，可用于特异切割DNA,常作为工具酶。

  5. 复习Ｐ１４３ DNA RNA 特定部位的—限制性内切酶 外切酶 内切酶 某些核酸外切酶对RNA、DNA均有作用： 牛脾磷酸二酯酶 3-核苷酸 蛇毒磷酸二酯酶 5-核苷酸

  6. 第一节 核酸和核苷酸的分解代谢 一﹑嘌呤核苷酸的分解代谢

  7. 一﹑嘌呤核苷酸的分解代谢 主要器官：肝﹑肾﹑小肠 代谢： 嘌呤碱 嘌呤核苷酸 补救合成途径 1-磷酸核糖→5-磷酸核糖 磷酸戊糖途径 尿酸（终产物）

  8. 鸟嘌呤脱氨酶

  9. 腺嘌呤 鸟嘌呤 H2OH2O NH3 NH3 次黄嘌呤 黄嘌呤 H2O+O2 H2O2 H2O+O2 H2O2 尿囊素 尿酸 H2O CO2+H2O2 2H2O+O2 尿囊酸 尿素 + 乙醛酸 H2O 2H2O 4NH3 + 2CO2 腺嘌呤脱氨酶 鸟嘌呤脱氨酶 黄嘌呤氧化酶 黄嘌呤 氧化酶 （灵长类以外的哺乳动物） 尿酸氧化酶 （人类和灵长类动物、爬虫、鸟类） 尿囊 素酶 （植物） （鱼类、两栖类） 尿囊酸酶 脲酶 （海洋无脊椎动物）

  10. 尿酸与痛风症的关系 血中尿酸含量升高时，尿酸盐晶体在组织中沉积， 形成痛风症。 受累组织器官： 关节﹑软骨﹑肾﹑软组织 病变： 关节炎﹑肾病﹑尿路结石 病因： 酶缺陷﹑高嘌呤饮食﹑核酸大量分解﹑肾病 治疗： ⑴ ⑵ 治疗原发病 ⑶ 进食低核酸饮食 药物：别嘌呤醇

  11. 别嘌呤醇作用的机理： 别嘌呤醇： 别黄嘌呤 底物类似物经酶 作用后成为酶的 灭活物，称之为 自杀作用物。 自杀性底物

  12. 二﹑嘧啶核苷酸的分解代谢 ⒈ 嘧啶核苷酸的水解 核苷酸酶 核苷磷酸化酶 嘧啶核苷酸 嘧啶核苷 嘧啶碱→ → → H2O Pi Pi 1-磷酸核糖

  13. 嘧啶的降解：这是一个还原降解过程。 • 胞嘧啶 尿嘧啶 二氢尿嘧啶 • H2O NH3 NAD(P)H+H+ NAD(P)+ H2O • β-丙氨酸 β-脲基丙酸 • H2O • 胸腺嘧啶 二氢胸腺嘧啶 • NAD(P)H+H+ NAD(P)+ H2O • β-氨基异丁酸 β-脲基异丁酸 • H2O 胞嘧啶脱氨酶 二氢尿嘧啶脱氢酶 二氢嘧啶酶 脲基丙酸酶 NH3+CO2+ 二氢尿嘧啶脱氢酶 二氢嘧啶酶 脲基丙酸酶 NH3+CO2+

  14. ⒉ 嘧啶碱的分解

  15. 第二节 核苷酸的合成代谢 一﹑嘌呤核苷酸的生物合成

  16. Radioisotope tracer experiments revealed the origins of the atoms in the purine and pyrimidine rings.

  17. 5 6 origins of the ring atoms of purines (numbered is the order of addition) 2 3 7 1 4 Ribose 5-P

  18. 一﹑嘌呤核苷酸的合成代谢 两条途径： 一﹑补救合成途径（salvage pathway）: 利用游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应过程， 合成嘌呤核苷酸的过程。 （脑﹑骨髓等只能进行此途径） 二﹑从头合成途径（de novo synthesis）: 不以现成的碱基为原料，而是以磷酸核糖﹑氨基酸﹑ 一碳单位﹑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。 （主要合成途径，肝组织进行此途径）

  19. （一） 嘌呤核苷酸的补救合成 两个酶：① 腺嘌呤磷酸核糖转移酶（APRT） ② 次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT） 反应： 腺嘌呤 ＋ PRPP AMP ＋ PPi 次黄嘌呤 ＋ PRPP IMP ＋ PPi 鸟嘌呤 ＋ PRPP GMP ＋ PPi ＊人体内还有腺苷激酶，能使腺嘌呤核苷磷酸化，生成AMP 腺嘌呤核苷 AMP APRT HGPRT HGPRT 腺苷激酶 ATP ADP

  20. Purine and pyrimidine bases can be reconverted to nucleotides via the salvage pathway

  21. Adenine or hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferases

  22. 补救合成的特点：过程简单，耗能少。 补救合成的生理意义：⒈ 减少能量和氨基酸的消耗 ⒉ 弥补某些组织（脑骨髓）不能 从头合成嘌呤核苷酸的不足。

  23. （二）嘌呤核苷酸的从头合成 组织： 肝﹑小肠粘膜及胸腺 细胞内定位： 细胞液 嘌呤环中各碳原子的来源： 甲酸盐 甲酸盐

  24. ⒈ 合成途径 两个阶段： ⑴ 5-磷酸核糖→ → →次黄嘌呤核苷酸（IMP） ⑵ IMP → → →AMP﹑GMP

  25. ⑴ 5-磷酸核糖→ → →次黄嘌呤核苷酸（IMP） PRPP— 核苷酸核糖磷酸部分的供体

  26. 关键酶 IMP合成的特点： IMP是在磷酸核糖 分子上逐步合成的， 而不是首先单独合成 嘌呤碱，再与磷酸核 糖结合的。

  27. ⑵ IMP → → →AMP﹑GMP 6 6 2 2

  28. De novo purine nucleotide synthesis: the base assembles on the ribose phosphate; IMP is first nucleotide synthesized.

  29. The purine ring is built up one or three atoms at a time on ribose 5-P Committing step (Unstable) 1, 3, 5 are catalyzed by one protein!

  30. By-product of His biosynthesis Biotin is not needed! 7 and 8 are catalyzed by one bifunctional enzyme 10 and 11 are catalyzed by one bifunctional enzyme IMP is first formed before being converted to AMP and GMP.

  31. ＊AMP → ADP → ATP 与 GMP → GDP → GTP的转化

  32. ⒉ 从头合成的调节 IMP AMP GMP PRPP （＋） 单体 二聚体 （有活性） （无活性） （＋）

  33. The biosynthesis of AMP and GMP is regulated mainly by sequential feedback inhibition (no covalent regulation)

  34. The committing step AMP and GMP act synergistically to inhibit the first two enzymes

  35. （三）嘌呤核苷酸的相互转变

  36. （五）嘌呤核苷酸的抗代谢物 为嘌呤﹑氨基酸或叶酸等的类似物，充当竞争性抑制剂， 干扰或阻断合成代谢，具有抗肿瘤的作用。 嘌呤类似物： 6-巯基嘌呤（6MP） 6-巯基鸟嘌呤 8-氮杂鸟嘌呤 氨基酸类似物：氮杂丝氨酸（重氮丝氨酸） 6-重氮-5-氧正亮氨酸 N-羟-N-甲酰甘氨酸 与天冬氨酸类似 （羽田杀菌素） 叶酸类似物：氨喋呤 甲氨喋呤（MTX） 与谷氨酰胺类似

  37. 二﹑嘧啶核苷酸的生物合成 （一） 嘧啶核苷酸的补救合成 ⒈ 嘧啶(U﹑T)＋PRPP 磷酸嘧啶核苷 ＋ PPi ⒉ 尿嘧啶 ＋ 1-磷酸核糖 尿嘧啶核苷 ＋ Pi ⒊ 尿嘧啶核苷 ＋ ATP UMP ＋ ADP ⒋ 脱氧胸苷＋ ATP dTMP ＋ ADP 嘧啶 磷酸核糖转移酶 尿苷 磷酸化酶 尿苷激酶 胸苷激酶

  38. （二）嘧啶核苷酸的从头合成 细胞内定位：细胞液﹑线粒体 嘧啶环中各元素的来源： 基本过程： ⑴ HCO3– ﹑Gln → → → UMP ⑵ UMP → → → CTP﹑TMP / dTMP

  39. Gln amide HCO3- The atoms of the pyrimidine rings were revealed to be derived from HCO3-, Gln and Asp.

  40. ⒈ 从头合成途径 ⑴ 尿嘧啶核苷酸(UMP)的合成

  41. CPS-Ⅰ CPS-Ⅱ 细胞内定位 氮源 合成物 变构激活剂 反馈抑制剂 生理功能 酶活性的意义 线粒体（肝） NH3 氨基甲酰磷酸 N-乙酰谷氨酸 无 参与尿素合成 反映肝细胞的分化程度 细胞液（所有细胞） Gln 氨基甲酰磷酸 无 UMP（哺乳动物） 参与嘧啶合成 反映细胞增殖程度 两种氨基甲酰磷酸合成酶的比较

  42. 真核细胞中， 这是多功能酶 真核细胞中， 这是多功能酶 合成特点： 先合成嘧啶环， 再与磷酸核糖 相连。 尿苷酸激酶 二磷酸核苷激酶 CTP合成酶

  43. ⑵ CTP的合成 ⑶ dTMP / TMP的生成 (dTMP)

  44. ⒉ 从头合成的调节 CPS-Ⅱ 天冬氨酸 氨基甲酰 转移酶 哺乳类 细菌 PRPP 合成酶

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