Metabolism of Nucleotides

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1 Metabolism of Nucleotides
第8章　核苷酸代谢 Metabolism of Nucleotides 主讲教师：尹燕华

2 主要内容： 8.1　嘌呤核苷酸的合成与分解代谢 8.2　嘧啶核苷酸的合成与分解代谢

3 概述 核苷酸是核酸的基本结构单位。 人体内的核苷酸主要由机体细胞自身合成。因此，与氨基酸不同，核苷酸不属于营养必需物质。

4 食物核蛋白 蛋白质 核酸(RNA及DNA) 核苷酸 核苷 磷酸 碱基 戊糖
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

5 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

6 8.1.1 嘌呤核苷酸的合成存在从头合成和补救合成两种途径
8.1　嘌呤核苷酸的合成与分解代谢 8.1.1　嘌呤核苷酸的合成存在从头合成和补救合成两种途径 从头合成途径(de novo synthesis) 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。 补救合成途径(salvage pathway) 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。

7 1．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。 哺乳动物合成部位 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。

8 嘌呤环元素来源：甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺及一碳单位。
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：在5-磷酸核糖的基础上逐步合成嘌呤环。（2）AMP和GMP的合成。

9 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

10 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

11 _ + _ + 2）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 +

12 2．嘌呤核苷酸的补救合成有两种方式 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)

13 合成过程 腺嘌呤 + PRPP AMP + PPi APRT 次黄嘌呤 + PRPP IMP + PPi HGPRT 鸟嘌呤 + PRPP
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。

14 4．嘌呤核苷酸的相互转变 IMP AMP 腺苷酸代 琥珀酸 XMP GMP NH3 腺苷酸脱氨酶 鸟苷酸还原酶 NADPH+H+ NADP+

15 4．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）

16 5．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

17 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） 甲酰甘氨 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)

18 8.1.2　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

19 8.1.2　嘌呤核苷酸的分解代谢 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

20 8.2.1 嘧啶核苷酸的合成同样有从头合成与补救合成两条途径
8.2　嘧啶核苷酸的合成与分解代谢 8.2.1　嘧啶核苷酸的合成同样有从头合成与补救合成两条途径 1．嘧啶核苷酸的从头合成比嘌呤核苷酸简单 合成部位 主要是肝细胞胞液 合成原料 谷氨酰胺、CO2和天冬氨酸

21 1）尿嘧啶核苷酸的从头合成 氨基甲酰磷酸的合成：酶位于胞浆 先合成嘧啶环，再与5-磷酸核糖连接。 2）胞嘧啶核苷酸的合成

22 2．嘧啶核苷酸的补救合成 嘧啶 + PRPP 磷酸嘧啶核苷 + PPi 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

23 3．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

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

25 8.2.1 嘧啶核苷酸的分解代谢 胞嘧啶 胸腺嘧啶 NH3 尿嘧啶 β-脲基异丁酸 二氢尿嘧啶 H2O H2O CO2 + NH3
8.2.1　嘧啶核苷酸的分解代谢 胞嘧啶 胸腺嘧啶 NH3 尿嘧啶 β-脲基异丁酸 二氢尿嘧啶 H2O H2O CO2 + NH3 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