第 八 章 核 苷 酸 代 谢 Metabolism of Nucleotides

知识回顾：核酸和核苷酸的基本知识 核酸分为两大类:DNA和RNA 核酸基本组成单位： 核苷酸（nucleotide) 磷酸 　　　　 磷酸 　核苷酸　 戊糖：核糖，脱氧核糖　 　　　　 核苷 嘌呤 腺嘌呤（adenine,A） 碱基 鸟嘌呤（guanine,G） 　　　　　 嘧啶 胞嘧啶（cytosine,C) 　　　　　　　　 胸腺嘧啶（thymine, T) 尿嘧啶（uracil, U) 二、化学组成与基本单位 核酸经水解可得到很多核苷酸，因此核苷酸是核酸的基本单位。核酸就是由很多单核苷酸聚合形成的多聚核苷酸。核苷酸可被水解产生核苷和磷酸，核苷还可再进一步水解，产生戊糖和含氮碱基(图15－1)。 核酸（DNA和RNA）是一种线性多聚核苷酸，它的基本结构单元是核苷酸。 核苷酸本身由核苷和磷酸组成, 而核苷则由戊糖和碱基形成 DNA与RNA结构相似，但在组成成份上略有不同。

核苷酸的结构与命名 酯键 核苷(脱氧核苷) + 磷酸 核苷酸(脱氧核苷酸) 含一个磷酸基团的核苷酸称为核苷一磷酸(NMP) 核苷(脱氧核苷) + 磷酸 核苷酸(脱氧核苷酸) 含一个磷酸基团的核苷酸称为核苷一磷酸(NMP) 两个磷酸基团的核苷酸称为核苷二磷酸(NDP) 三个磷酸基团的核苷酸称为核苷三磷酸(NTP) 两种称呼

知 识 要 点 1。熟悉核苷酸的生理功能 2。记住核苷酸有两条合成途径 3。嘌呤、嘧啶核苷酸各元素的来源 知 识 要 点 1。熟悉核苷酸的生理功能 2。记住核苷酸有两条合成途径 3。嘌呤、嘧啶核苷酸各元素的来源 4。嘌呤、嘧啶核苷酸补救合成的酶相关信息 5。核苷酸合成的抗代谢药物 6。核苷酸的体内终产物 7. 嘌呤核苷酸的代谢异常

概 述 核酸的消化与吸收 食物核蛋白 蛋白质 核酸（RNA及DNA） 胃酸 核苷酸 胰核酸酶 核苷 磷酸 胰、肠核苷酸酶 碱基 戊糖 核苷酶

核苷酸的生物功用 作为核酸合成的原料 体内能量的利用形式 参与代谢和生理调节 组成辅酶 活化中间代谢物

尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+) AMP

“核酸是人体细胞中的关键物质，补充外源核酸，就能延年益寿，乃至“长寿不老” ；补充DNA，则细胞生长加快，人体机能就充满活力”。

第一节 嘌呤核苷酸的代谢 Metabolism of Purine Nucleotides

一、嘌呤核苷酸合成代谢 一、嘌呤核苷酸的从头合成 二、嘌呤核苷酸的补救合成 三、嘌呤核苷酸的相互转变 四、脱氧(核糖)核苷酸的生成 五、嘌呤核苷酸的抗代谢物

嘌呤核苷酸的结构 AMP GMP

一、嘌呤核苷酸的合成代谢 从头合成途径 (de novo synthesis pathway) 补救合成途径 (salvage synthesis pathway)

（一）嘌呤核苷酸的从头合成 定义 嘌呤核苷酸的从头合成途径是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。 合成部位 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。

嘌呤碱合成的元素来源 CO2 甘氨酸 天冬氨酸 甲酰基 （一碳单位） 甲酰基 （一碳单位） 谷氨酰胺 （酰胺基）

过程 1. IMP的合成 2. AMP和GMP的生成

PP-1-R-5-P R-5-P H2N-1-R-5´-P ATP AMP PRPP合成酶 PP-1-R-5-P （磷酸核糖焦磷酸） R-5-P （5-磷酸核糖） 谷氨酰胺 谷氨酸 酰胺转移酶 H2N-1-R-5´-P （5´-磷酸核糖胺） 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 AMP IMP GMP

1. IMP的合成过程 ① 磷酸核糖酰胺转移酶 ② GAR合成酶 ③ 转甲酰基酶 ④ FGAM合成酶 ⑤ AIR合成酶

目 录

IMP生成总反应过程 目 录

2、AMP和GMP的生成 ①腺苷酸代琥珀酸合成酶 ③IMP脱氢酶 ②腺苷酸代琥珀酸裂解酶 ④GMP合成酶 目 录

AMP ADP ATP 激酶 GMP GDP GTP

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。 • 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。

从头合成的调节 调节方式：反馈调节和交叉调节 _ + _ + + AMP ADP ATP R-5-P ATP PRPP PRA IMP 腺苷酸代 琥珀酸 AMP ADP ATP R-5-P ATP PRPP合成酶 酰胺转移酶 PRPP PRA IMP XMP GMP GDP GTP _ IMP 腺苷酸代 琥珀酸 XMP AMP ADP ATP GMP GDP GTP + GTP + 目 录

（二）嘌呤核苷酸的补救合成途径 定义 利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成（或重新利用）途径。

参与补救合成的酶 腺嘌呤磷酸核糖转移酶 (adenine phosphoribosyl transferase, APRT) 次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine- guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT) 腺苷激酶(adenosine kinase)

合成过程 腺嘌呤 + PRPP AMP + PPi 次黄嘌呤 + PRPP IMP + PPi 鸟嘌呤 + PRPP GMP + PPi APRT 次黄嘌呤 + PRPP IMP + PPi HGPRT 鸟嘌呤 + PRPP HGPRT GMP + PPi 腺嘌呤核苷 腺苷激酶 ATP ADP AMP

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。

自毁容貌综合征 The disease is probably best known for its behavioural abnormalities. Compulsive, aggressive behaviour takes many forms, the most striking of which is self-injury through biting. The lips, the inside of the mouth and the fingers are favorite targets.

（三）嘌呤核苷酸的相互转变 AMP GMP 腺苷酸代 琥珀酸 IMP XMP NADPH+H+ 腺苷酸脱氨酶 NH3 鸟苷酸还原酶

（四） 脱氧核糖核苷酸的生成 在核苷二磷酸水平上进行 （N代表A、G、U、C等碱基）

脱氧核苷酸的生成 核糖核苷酸还原酶，Mg2+ NDP dNDP 二磷酸核糖核苷 二磷酸脱氧核苷 NADP+ NADPH + H+ 还原型硫氧化还原蛋白-(SH)2 氧化型硫氧化还原蛋白 S NADP+ NADPH + H+ 硫氧化还原蛋白还原酶 （FAD） dNDP + ATP 激酶 dNTP + ADP

（五） 嘌呤核苷酸的抗代谢物 嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、氨基酸或叶酸等的类似物。 嘌呤类似物 氨基酸类似物 叶酸类似物 6-巯基嘌呤 6-巯基鸟嘌呤 8-氮杂鸟嘌呤等 氮杂丝氨酸等 氨蝶呤 氨甲蝶呤等

6-巯基嘌呤的结构 次黄嘌呤 (H) 6-巯基嘌呤 (6-MP)

氮杂丝氨酸 MTX 6-MP 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） 脒核苷酸 （FGAM） 次黄嘌呤 （H） PRPP PPi = 5-氨基异咪唑- 4-甲酰胺核苷酸 （AICAR） = 5-甲酰胺基咪唑- （FAICAR） IMP AMP = GMP = PRPP PPi = 腺嘌呤（A） = PRPP PPi 鸟嘌呤(G) 目 录

二、嘌呤核苷酸的分解代谢 核苷酸酶 核苷酸 核苷 Pi 核苷磷酸化酶 1-磷酸核糖 碱基

H （次黄嘌呤） AMP 黄嘌呤氧化酶 X （黄嘌呤） GMP G 黄嘌呤氧化酶 嘌呤碱的最终 代谢产物

脱氨 AMP IMP 核苷酸酶 腺苷 腺苷脱氨酶 缺乏 SCID 次黄苷 核苷酸磷酸化酶 次黄嘌呤

痛风症的治疗机制 鸟嘌呤 黄嘌呤氧化酶 黄嘌呤 尿酸 黄嘌呤氧化酶 次黄嘌呤 别嘌呤醇

小 结 从头合成、补救合成 核苷酸的生理功能 嘌呤核苷酸的各元素的来源 嘌呤核苷酸分解代谢的最终产物是 抗代谢物的作用机制是什么？

第二节 嘧啶核苷酸的代谢 Metabolism of Pyrimidine Nucleotides

嘧啶核苷酸的结构

一、嘧啶核苷酸的合成代谢 从头合成途径 补救合成途径

（一）嘧啶核苷酸的从头合成 定义 嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途径。 合成部位 主要是肝细胞胞液

嘧啶合成的元素来源 氨基甲 酰磷酸 天冬氨酸

合成过程 1. 尿嘧啶核苷酸的合成 谷氨酰胺 + HCO3- 氨基甲酰磷酸合成酶II 2ATP 2ADP+Pi 谷氨酸 + 氨基甲酰磷酸

2. 胞嘧啶核苷酸的合成 UDP UTP ATP ADP 尿苷酸激酶 二磷酸核苷激酶 ATP ADP CTP合成酶 谷氨酰胺 ATP 谷氨酸 2. 胞嘧啶核苷酸的合成 ATP ADP 尿苷酸激酶 二磷酸核苷激酶 ATP ADP UDP CTP合成酶 谷氨酰胺 ATP 谷氨酸 ADP+Pi UTP

3. dTMP或TMP的生成 UDP 脱氧核苷酸还原酶 dUDP CTP CDP dCDP dCMP TMP合酶 dUMP 脱氧胸苷一磷酸 N5, N10-甲烯FH4 FH2 FH2还原酶 FH4 NADP+ NADPH+H+ dUMP 脱氧胸苷一磷酸 dTMP

- - - - 从头合成的调节 ATP + CO2+ 谷氨酰胺 氨基甲酰磷酸 天冬氨酸 氨基甲酸天冬氨酸 嘌呤核苷酸 PRPP UMP 嘧啶核苷酸 UTP CTP

（二） 嘧啶核苷酸的补救合成 嘧啶 + PRPP 磷酸嘧啶核苷 + PPi 尿嘧啶核苷 + ATP UMP +ADP 嘧啶磷酸核糖转移酶 尿嘧啶核苷 + ATP 尿苷激酶 UMP +ADP 胸腺嘧啶核苷 + ATP 胸苷激酶 TMP +ADP

（三）嘧啶核苷酸的抗代谢物 嘧啶类似物 胸腺嘧啶(T) 5-氟尿嘧啶(5-FU)

某些改变了核糖结构的核苷类似物

氮杂丝氨酸 阿糖胞苷 UMP UTP CTP CDP dCDP UDP dUDP dUMP dTMP 氨甲碟呤 5FU

二、嘧啶核苷酸的分解代谢 嘧啶碱 1-磷酸核糖 嘧啶核苷酸 核苷 核苷酸酶 PPi 核苷磷酸化酶

CO2 + NH3 胞嘧啶 胸腺嘧啶 NH3 尿嘧啶 β-脲基异丁酸 二氢尿嘧啶 H2O H2O β-丙氨酸 β-氨基异丁酸 肝 丙二酸单酰CoA 甲基丙二酸单酰CoA 尿素 乙酰CoA 琥珀酰CoA TAC 糖异生 TAC

嘌呤、嘧啶核苷酸代谢比较 嘌呤核苷酸 嘧啶核苷酸 原料 天冬氨酸，谷氨酰胺，甘氨酸、CO2，一碳单位 天冬氨酸，谷氨酰胺，CO2，一碳单位 程序 在PRPP的基础上利用各种原料合成嘌呤环 各种原料合成嘧啶环，再与PRPP相连 反馈调节 终产物反馈抑制磷酸核糖焦磷酸激酶 终产物反馈抑制合成过程某些酶活性 抗代谢物 6MP，6-巯基鸟嘌呤，氮杂丝氨酸、MTX等 5-FU，氮杂丝氨酸，MTX 代谢产物 尿酸 β-丙氨酸,β -氨基异丁酸

C、D A、C PRPP是下列哪些代谢途径中的重要中间代谢物？ 嘌呤合成时环上的九个原子中，不含有？ A：VLDL的合成 B：PAPS的合成 D：来自CO2的一个原子 E：来自甲酰基的两个原子 A、C

1. 核苷酸的生物学作用有哪些？ 2. 嘌呤核苷酸从头合成与嘧啶核苷酸从头合成都需要的原料是： 3. 嘌呤环中的氮 原子来自于： 1. 核苷酸的生物学作用有哪些？ A。合成核酸的原料；B。构成能量物质__　＿；C。参与代谢调节，如＿　＿；D。组成辅酶，如＿　＿；E。参与组成活性中间代谢物，如＿　＿。 2. 嘌呤核苷酸从头合成与嘧啶核苷酸从头合成都需要的原料是： A。天冬氨酸 B。谷氨酰胺 C。甘氨酸 D。CO2 E。一碳单位 3. 嘌呤环中的氮 原子来自于： A。天冬氨酸 B。谷氨酰胺 C。甘氨酸 D。CO2 E。一碳单位 4. 嘌呤环中的碳 原子来自于： A。天冬氨酸 B。谷氨酰胺 C。甘氨酸 D。CO2 E。一碳单位 5. dTMP合成的直接前体是： A。dUMP B。TMP C。TDP D。dUDP E。dCMP

6. 对嘌呤核苷酸合成产生反馈抑制作用的化合物有 6. 对嘌呤核苷酸合成产生反馈抑制作用的化合物有 A。AMP B。IMP C。GMP D。尿酸 E。PRPP 7. 氮杂丝氨酸干扰核苷酸合成是因为它是哪种化合物的类似物？ A。丝氨酸 B。甘氨酸 C。天冬氨酸 D。谷氨酰胺 E。天冬酰胺 8. 不需要PRPP参加的反应是？ A。尿嘧啶转变为尿嘧啶核苷酸 B。次黄嘌呤转变为次黄嘌呤核苷酸 C。氨基甲酰天冬氨酸转变为乳清酸 D。腺嘌呤转变腺嘌呤核苷酸 E。鸟嘌呤转变为鸟嘌呤核苷酸