1、第九章第九章 核酸的酶促降解核酸的酶促降解与核苷酸代谢与核苷酸代谢 核酸基本组成单位：核苷酸（核酸基本组成单位：核苷酸（nucleotide)磷酸磷酸核苷酸核苷酸 戊糖：核糖，脱氧核糖戊糖：核糖，脱氧核糖 核苷核苷 嘌呤嘌呤 腺嘌呤（腺嘌呤（adenine,A）碱基碱基 鸟嘌呤（鸟嘌呤（guanine,G）嘧啶嘧啶 胞嘧啶（胞嘧啶（cytosine,C)胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（thymine,T)尿嘧啶（尿嘧啶（uracil,U)知识回顾：核酸和核苷酸的基本知识知识回顾：核酸和核苷酸的基本知识核酸分为两大类核酸分为两大类:DNADNA和和RNARNANNNHNNH2NHNNHNONH2NNHNH2
2、ONHNHOOH3CNHNHOO腺嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶胸腺嘧啶尿嘧啶核苷酸的生理功能核苷酸的生理功能1、核酸合成的前体（主要功能）；、核酸合成的前体（主要功能）；2、能量货币，通常是、能量货币，通常是ATP，有时用，有时用UTP（糖原合成）、（糖原合成）、CTP（磷脂合成）、（磷脂合成）、GTP（蛋白质合成）；（蛋白质合成）；3、活泼的中间物质：如、活泼的中间物质：如UDPG和和CDP-乙醇胺分别参与糖原乙醇胺分别参与糖原和磷脂酰乙醇胺的合成，和磷脂酰乙醇胺的合成，SAM参与甲基转移参与甲基转移.4、作为其他物质的前体或辅酶、作为其他物质的前体或辅酶/辅基的成分，如辅基的成分，如腺嘌呤核苷腺嘌呤核
3、苷酸酸是很多辅酶的组成成分：是很多辅酶的组成成分：NAD+/NADH、NADP+/NADPH、FAD、CoA5、参与信号传导：如、参与信号传导：如cAMP和和cGMP作为某些激素的第二信作为某些激素的第二信使；使；6、调节基因表达：如、调节基因表达：如ppGpp和和pppGpp参与调节原核细胞蛋参与调节原核细胞蛋白质的合成白质的合成.7、作为酶的别构效应物参与代谢的调节；、作为酶的别构效应物参与代谢的调节；“核酸是人体细胞中的关键物质，补充外核酸是人体细胞中的关键物质，补充外源核酸，就能源核酸，就能延年益寿延年益寿，乃至，乃至“长寿不老长寿不老”；补充补充DNA，则则细胞生长加快细胞生长加快，
4、人体机能就充，人体机能就充满活力满活力”。“我们所研究出的生命核酸采取更为科学我们所研究出的生命核酸采取更为科学的提取方法的提取方法,直接从动物脏器中提取。直接从动物脏器中提取。DNA含含量高，纯度高，与量高，纯度高，与人体同源性高人体同源性高,加上产品是加上产品是口服液，更易被人体肠胃所吸收和利用。口服液，更易被人体肠胃所吸收和利用。”第一节第一节 核酸的酶促降解核酸的酶促降解不适宜人群：痛风，尿酸高者不适宜人群：痛风，尿酸高者产品全称：珍奥核酸胶囊产品全称：珍奥核酸胶囊产品类型：保健产品产品类型：保健产品生产厂家：大连珍奥生物工程股份有限公司生产厂家：大连珍奥生物工程股份有限公司功效成分：
5、核酸（功效成分：核酸（DNA+RNADNA+RNA）200200毫克毫克/粒、蛋白质、锌、铁等多种粒、蛋白质、锌、铁等多种微量元素微量元素规规 格：格：350350毫克毫克/粒粒保健作用：免疫调节保健作用：免疫调节适宜人群：体弱多病、体乏无力、抵抗力低下者适宜人群：体弱多病、体乏无力、抵抗力低下者用法用量：每日两次，每次用法用量：每日两次，每次2 23 3粒，温开水吞服，适加饮水量，以粒，温开水吞服，适加饮水量，以利代谢。利代谢。核苷酸是构成核酸的基本单位，核苷酸是构成核酸的基本单位，食物中的核酸或核苷食物中的核酸或核苷酸类物质基本上不能被人体所利用，人体所需的核苷酸都酸类物质基本上不能被人体
6、所利用，人体所需的核苷酸都是由机体自身合成的。是由机体自身合成的。食物中的核酸通常以食物中的核酸通常以核蛋白核蛋白的形式存在。核蛋白在的形式存在。核蛋白在胃胃中受中受胃酸胃酸作用，分解为核酸和蛋白质。核酸在作用，分解为核酸和蛋白质。核酸在小肠小肠内受胰内受胰液和肠液中各种液和肠液中各种水解酶水解酶的作用逐步水解成的作用逐步水解成核苷酸核苷酸，核苷酸，核苷酸水解成水解成磷酸、核苷磷酸、核苷，核苷再，核苷再水解水解或或磷酸解磷酸解成碱基和戊糖成碱基和戊糖（或磷酸戊糖）。（或磷酸戊糖）。降解的产物在降解的产物在小肠内小肠内被转化和吸收：被转化和吸收：只有戊糖和磷酸只有戊糖和磷酸被吸收后参加体内的代谢
7、，而大部分碱基被分解成尿酸等被吸收后参加体内的代谢，而大部分碱基被分解成尿酸等物质排出体外，少部分可被利用合成核苷酸。物质排出体外，少部分可被利用合成核苷酸。一、食物核酸在消化道内消化成核苷酸及更一、食物核酸在消化道内消化成核苷酸及更小的分子小的分子吸收及吸收后的去向吸收及吸收后的去向 吸收吸收 单核苷酸、核苷、单核苷酸、核苷、P、R、B均可在小肠吸收。均可在小肠吸收。单核苷酸、核苷吸收进入单核苷酸、核苷吸收进入肠粘膜细胞肠粘膜细胞后可再后可再 继续水解。继续水解。吸收后的去向吸收后的去向 P、R可被机体利用可被机体利用 B很少利用、分解后排出。很少利用、分解后排出。根据对底物的根据对底物的专
8、一专一性性核糖核酸酶核糖核酸酶（RNase）脱氧核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶（DNase）根据切割位点根据切割位点核酸内切酶核酸内切酶（endonnuclease）核酸外切酶核酸外切酶（exonuclease）（一）核酸的降解（一）核酸的降解核酸酶核酸酶作用于核酸的磷酸二酯键的酶称为核作用于核酸的磷酸二酯键的酶称为核酸酶酸酶食物中食物中核酸核酸的消化与吸收的消化与吸收食物核蛋白食物核蛋白蛋白质蛋白质核酸（核酸（RNA及及DNA）胃胃胃酸胃酸核苷酸核苷酸胰核酸酶胰核酸酶核苷核苷磷酸磷酸胰、肠核苷酸酶胰、肠核苷酸酶碱基碱基戊糖戊糖核苷酶核苷酶（二）核苷酸及核苷的降解（二）核苷酸及核苷的降解1 1、核苷
9、酸酶、核苷酸酶 （或称磷酸单脂酶）（或称磷酸单脂酶）水解核苷酸，产生水解核苷酸，产生核苷核苷和和磷酸磷酸。非特异性磷酸单酯酶：不论磷酸基在戊糖的非特异性磷酸单酯酶：不论磷酸基在戊糖的2 2、3 3 或或5 5 位置都能被水解下来。位置都能被水解下来。特异性磷酸单酯酶：特异性磷酸单酯酶：只能水解只能水解3 3 或或5 5 核苷酸核苷酸（分别称为（分别称为3 3-核苷酸酶或核苷酸酶或5 5-核苷酸酶）核苷酸酶）2 2、核苷酶、核苷酶 核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶：广泛存在，反应可逆，水解核：广泛存在，反应可逆，水解核糖核苷与脱氧核糖核苷糖核苷与脱氧核糖核苷.核苷水解酶：核苷水解酶：主要存在于植物和微生
10、物体内，反应不主要存在于植物和微生物体内，反应不可逆，只水解核糖核苷，对脱氧核糖核苷不起作用。可逆，只水解核糖核苷，对脱氧核糖核苷不起作用。核酸核酸胰核酸酶胰核酸酶核苷酸核苷酸磷酸单脂酶磷酸单脂酶核苷核苷嘧啶（嘌呤）嘧啶（嘌呤）戊糖戊糖（植、微）（植、微）核苷水解酶核苷水解酶核苷磷酸化酶（主）核苷磷酸化酶（主）嘧啶（嘌呤）嘧啶（嘌呤）戊糖戊糖-1-磷酸磷酸脱氧戊糖脱氧戊糖-1-磷酸磷酸核糖核糖-5-磷酸磷酸磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径醛醛缩酶缩酶乙醛乙醛甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸磷酸二脂酶磷酸二脂酶胰、肠核苷酸酶胰、肠核苷酸酶H2OH3PO4二、细胞中二、细胞中核酸核酸/核苷酸的降解产物核苷酸的降
11、解产物可继续分可继续分解或参与合成代谢解或参与合成代谢 细胞内核酸降解为核苷酸，以及核苷酸的进细胞内核酸降解为核苷酸，以及核苷酸的进一步分解，一步分解，均类似于上述食物中核酸的消均类似于上述食物中核酸的消化过程。化过程。细胞内核苷酸代谢包括分解代谢和合成代谢，细胞内核苷酸代谢包括分解代谢和合成代谢，二者在体内存在着精确的调节机制。二者在体内存在着精确的调节机制。第二节第二节 核苷酸的分解代谢核苷酸的分解代谢 实际上就是碱基的分解代谢实际上就是碱基的分解代谢 一、嘌呤的分解代谢一、嘌呤的分解代谢 （一）嘌呤代谢概况（一）嘌呤代谢概况 嘌呤碱的降解首先是水解脱氨，脱氨作用可在核苷酸或核嘌呤碱的降解
12、首先是水解脱氨，脱氨作用可在核苷酸或核苷或碱基的水平上进行。在动物组织中苷或碱基的水平上进行。在动物组织中腺苷酸脱氨酶和腺苷脱腺苷酸脱氨酶和腺苷脱氨酶氨酶活性很高，而活性很高，而腺嘌呤脱氨酶腺嘌呤脱氨酶含量很低，因此腺嘌呤脱氨主含量很低，因此腺嘌呤脱氨主要在要在核苷酸核苷酸或或核苷核苷的水平上进行。的水平上进行。鸟嘌呤脱氨酶鸟嘌呤脱氨酶分布较广，因此鸟嘌呤脱氨主要在分布较广，因此鸟嘌呤脱氨主要在碱基碱基水平水平上进行。上进行。人体内嘌呤分解代谢的特点：人体内嘌呤分解代谢的特点：1.1.氧化降解，环不打破氧化降解，环不打破;2.2.最终产物最终产物:尿酸、尿酸、NHNH3 3 3.3.嘌呤代谢障
13、碍嘌呤代谢障碍:高尿酸血症、痛风高尿酸血症、痛风 植物和微生物体内的嘌呤代谢的途径大致与动物相似。植物和微生物体内的嘌呤代谢的途径大致与动物相似。（二）嘌呤的分解代谢过程（二）嘌呤的分解代谢过程腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷腺腺嘌嘌呤呤腺嘌呤核苷酸 脱氨酶腺嘌呤核苷 脱氨酶腺嘌呤脱氨酶次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷次次黄黄嘌嘌呤呤核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶核苷酸酶+H2O+H2O+H2O核糖-1-PPiPiH2O-NH3H2OH2OPi核糖-1-P-NH3-NH3腺嘌呤的分解腺嘌呤的分解嘌呤碱的分解首先是在各种脱氨酶的作用下水解脱去氨基。嘌呤碱的分解首先是在各种脱氨酶的作用下水解脱去氨基。腺嘌呤可在
14、不同的水平进行降解腺嘌呤可在不同的水平进行降解 腺嘌呤 鸟嘌呤 H2O H2O NH3 NH3 次黄嘌呤次黄嘌呤 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 （人类和灵长类动物、爬虫、鸟类）（人类和灵长类动物、爬虫、鸟类）（灵长类以外的哺乳动物（灵长类以外的哺乳动物）（鱼类、两栖类）（鱼类、两栖类）（海洋无脊椎动物）（海洋无脊椎动物）腺嘌呤脱氨酶鸟嘌呤脱氨酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶尿酸氧化酶尿囊素酶尿囊酸酶脲酶硬骨硬骨鱼鱼NNNHNNH2NHNNHNONHNNHNO
15、NH2NHNHNHNOO腺嘌呤脱氨酶H2ONH3O2+H2OH2O2H2ONH3鸟嘌呤脱氨酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤鸟嘌呤腺嘌呤次黄嘌呤嘌呤碱的分解嘌呤碱的分解NHNHNHHNOOONH2NHONHHNOONH2NHONHOOHOOCNH2NH2COOHCHO+O2+H2OH2O2黄嘌呤氧化酶尿酸氧化酶尿囊素酶尿囊酸酶 尿囊素（其他哺乳动物）尿酸CO2+H2O2H2O+O2H2OH2O脲酶H2O（人、猿、鸟、昆虫）（多数鱼及两栖类）NH3+CO2NH2 尿囊酸（某些硬骨鱼类）嘌呤代谢的终产物形式嘌呤代谢的终产物形式尿酸尿酸灵长类，鸟类、爬虫类、软体动物、灵长类，鸟类、爬虫类、软体动物、海鞘类、昆虫类
16、海鞘类、昆虫类尿囊素尿囊素哺乳动物（灵长类除外）、腹足类哺乳动物（灵长类除外）、腹足类尿囊酸尿囊酸硬骨鱼硬骨鱼尿素尿素大多数鱼类、两栖类、淡水瓣鳃类大多数鱼类、两栖类、淡水瓣鳃类氨氨甲壳类、咸水瓣鳃类甲壳类、咸水瓣鳃类别嘌呤醇治疗痛风的机理别嘌呤醇治疗痛风的机理NNNHNOHNNNHNOH78次黄嘌呤别嘌呤醇二、嘧啶的分解代谢二、嘧啶的分解代谢 不同生物对嘧啶碱的分解过程也不完全一样，不同生物对嘧啶碱的分解过程也不完全一样，一般情况下嘧啶要一般情况下嘧啶要先脱去氨基先脱去氨基再进行进一步分解，再进行进一步分解，脱氨基也可在脱氨基也可在核苷核苷或或核苷酸核苷酸水平上。水平上。嘧啶核苷酸分解特点：
17、嘧啶核苷酸分解特点：1.1.还原降解，还原降解，环被打破环被打破 2.2.终产物终产物:NH:NH3 3、COCO2 2、-丙氨酸、丙氨酸、-氨基异丁酸氨基异丁酸 嘧啶碱的降解物易溶于水，因此嘧啶碱代谢异嘧啶碱的降解物易溶于水，因此嘧啶碱代谢异常的疾病较少。常的疾病较少。二氢尿嘧啶脱氢酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶胞嘧啶脱氨酶 H2OH2OH2N CH2CH2COOHH2NCH2CHCOOHCH3NNHONH2H2ONH3HNNHOOCH2CH2NH2NHOHOOCHNNHOOCH3CH2CHNH2NHOHOOCCH3胞嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶-脲基丙酸CO2+NH3-丙
18、氨酸-氨基异丁酸-脲基异丁酸第三节第三节 核苷酸的合成代谢核苷酸的合成代谢 几乎所有的生物都能自身合成核苷酸，而合成几乎所有的生物都能自身合成核苷酸，而合成的手段主要包括两条基本途径：的手段主要包括两条基本途径：(1)(1)从头合成（从头合成（de novo synthesis pathway）指利用简单的小分子物质，如磷酸核糖、氨基指利用简单的小分子物质，如磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及酸、一碳单位及COCO2 2等开始，经过一系列酶促反应，等开始，经过一系列酶促反应，消耗较多的能量合成核苷酸的过程。消耗较多的能量合成核苷酸的过程。合成部位：合成部位：肝肝是合成的主要器官，其次是是合成的主要器
19、官，其次是小肠小肠和胸腺和胸腺，而脑、骨髓无法进行此合成途径，而脑、骨髓无法进行此合成途径.(2)(2)补救合成（补救合成（salvage synthesis pathwaysalvage synthesis pathway）指核苷酸降解的中间物质（包括碱基和核苷）指核苷酸降解的中间物质（包括碱基和核苷）被循环利用，重新转变成核苷酸的过程。显然该途被循环利用，重新转变成核苷酸的过程。显然该途径涉及的反应和能耗较少，又称径涉及的反应和能耗较少，又称重新利用重新利用途径。途径。合成部位：合成部位：脑、骨髓脑、骨髓（一）嘌呤核苷酸的（一）嘌呤核苷酸的“从头合成从头合成”(1)(1)肝脏、肝脏、小肠粘
20、膜和胸腺小肠粘膜和胸腺的胞液，的胞液，其中其中肝肝是主要器官。是主要器官。(2(2）嘌呤核苷酸是在）嘌呤核苷酸是在5 5-磷酸核糖磷酸核糖的的C-1C-1上逐步合成的上逐步合成的,产物是次黄嘌呤核苷酸（产物是次黄嘌呤核苷酸（IMPIMP）。从）。从IMPIMP再合成再合成AMPAMP和和GMPGMP。（3 3）前体物质包括：）前体物质包括：PRPP、CO2、Asp、Gly、Gln和和N10-甲酰甲酰-FH4，反应中消耗，反应中消耗ATP或或GTP，共需要共需要1010步反步反应。应。（4 4）IMPIMP的合成需消耗的合成需消耗5 5 ATP,ATP,6个高能磷酸键个高能磷酸键。IMPIMP转
21、变转变成成AMPAMP或或GMPGMP又各消耗又各消耗1 1个个GTPGTP和和1 1个个ATPATP。一、嘌呤核苷酸的合成一、嘌呤核苷酸的合成 John Buchanan John Buchanan 和和Robert GreenbergRobert Greenberg各自使用同位素标各自使用同位素标记的小分子喂养鸽子，通过鸽子粪便中尿酸分子上的同位素记的小分子喂养鸽子，通过鸽子粪便中尿酸分子上的同位素的分布，首先确定了嘌呤环上各原子的来源。的分布，首先确定了嘌呤环上各原子的来源。4765甲酰基谷氨酰胺13892NCNCCCCCNCN)(一碳单位)甲酰基一碳单位)(CO2甘氨酸天冬氨酸酰胺基(
22、N10-甲酰基-FH4N10-甲酰基-FH4合成过程分为两个阶段：合成过程分为两个阶段：第一阶段：第一阶段：IMPIMP的合成（的合成（1111步）步）第一步由第一步由5-5-磷酸核糖在磷酸核糖焦磷酸激酶或磷酸核糖在磷酸核糖焦磷酸激酶或PRPPPRPP合合成的酶催化下合成成的酶催化下合成PRPPPRPP，PRPPPRPP是是5-5-磷酸核糖的活化形式。磷酸核糖的活化形式。作为底物的作为底物的5-5-磷酸核糖磷酸核糖主要有两个来源：一是主要有两个来源：一是磷酸戊糖磷酸戊糖途径；途径；二是核苷酸的降解产物二是核苷酸的降解产物核糖核糖-1-1-磷酸磷酸的异构化。的异构化。PRPPPRPP是一种极为重
23、要的代谢中间物是一种极为重要的代谢中间物，参与嘌呤和嘧啶，参与嘌呤和嘧啶核苷酸的从头合成和补救合成，还参与某些核苷酸类辅酶核苷酸的从头合成和补救合成，还参与某些核苷酸类辅酶（辅酶（辅酶和和）和某些氨基酸的（）和某些氨基酸的（HisHis和和TrpTrp）的合成。）的合成。第二阶段：第二阶段：IMP AMP、GMP ATP、GTP 1 1、次黄嘌呤核苷酸、次黄嘌呤核苷酸(IMP)(IMP)的从头合成的从头合成 NNNNR-5-PPRPPATP AMPPRPP合成酶Gln Glu酰胺转移酶5-磷酸核糖胺(PRA)9 步反应OR-P5(IMP)次黄嘌呤核苷酸HHOOOHHHOHCH2OPPOPHHC
24、H2OOOHHHOHOHPAMPATPMg2+PPiOOHHHOHHNH2HCH2OPGln酰胺转移酶5-磷酸核糖 1-焦磷酸 （PRPP）5-磷酸 核糖(R-5-P)PRPP合成酶5-磷 酸核糖胺Glu（PRA）HNHCNCCCNCHNORH2NHCNHCCCNCHNOROH2NH2NCCCNCHNORPPPH2OFH4FH4K+NHH2NCCCNCHNORPHCCH2COOHCOOHHOH2NCCCNCHNORPH2NCHCNCHNRPCH2CNHCHHNRPHNOCH2CNHCHHNRPOOH2OATP,M g2+CO2H2OATPOOHHHOHHHN HCH2POATP,Mg2+Mg2
25、+COH2CNH2OHCOH2CNH2FH4FH4ATPMg2+OOHHHOHHNH2HCH2OP-5 5-次黄嘌呤核苷酸（IMP）-5 5-5 5-甲甲酰酰胺胺基基咪咪唑唑-4 4-甲甲酰酰胺胺核核苷苷酸酸 （F FA AI IC CA AR R）-5 5-5 5-氨氨基基咪咪唑唑-4 4-甲甲酰酰胺胺核核苷苷酸酸（A AI IC CA AR R）环环水水解解酶酶转甲酰基酶N10-甲酰-5 5-5 5-氨氨基基咪咪唑唑-4 4-（N N-琥琥珀珀酸酸）-甲甲酰酰胺胺核核苷苷酸酸（S SA AI IC CA AR R）延胡索酸裂解酶-5 5-5 5-氨氨基基咪咪唑唑-4 4-羧羧酸酸核核苷苷酸
26、酸（C CA AI IR R）-5 5-5 5-氨氨基基咪咪唑唑核核苷苷酸酸（A AI IR R）-5 5-甲甲酰酰甘甘氨氨脒脒核核苷苷酸酸（F FG GA AM M）-5 5-甲甲酰酰甘甘氨氨酰酰胺胺核核苷苷酸酸（F FG GA AR R）天冬氨酸AIR合成酶谷氨酰胺谷氨酸羧化酶甘甘氨氨酰酰胺胺核核苷苷酸酸 （G GA AR R）甘氨酸N5,N10-甲炔转甲酰基酶ADP+PiGAR合成酶 1 1-氨氨基基-5 5-磷磷酸酸核核苷苷（5 5-磷磷酸酸核核糖糖胺胺，P PR RA A）合成酶 2、由、由IMP合成合成AMP or GMPIMPAMPXMPH2OATPNADH+H+AspGlnGl
27、uGMPGTP腺腺苷苷酸酸代代琥琥珀珀酸酸 （A AM MP PS S）AMPS合成酶AMPS裂裂解解酶酶延胡索酸GMP合合成成酶酶IMP脱脱氢氢酶酶NAD+H2OHNNNNNHR-5-PHNNHNNOR-5-PCHHOOCCH2COOHOl 嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。l 先合成先合成 IMP，再转变成，再转变成 AMP或或GMP。l PRPP是是5-磷酸核糖的活性供体。磷酸核糖的活性供体。嘌呤核苷酸从头合成特点嘌呤核苷酸从头合成特点1 1、嘌呤碱与、嘌呤碱与PRPPPRPP直接合成嘌呤核苷酸（或称为磷酸直接合成嘌呤核苷酸（或称为磷酸核糖转
28、移酶途径，是主要途径）核糖转移酶途径，是主要途径）腺嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adenine(adenine phosphoribosylphosphoribosyl transferasetransferase,APRT),APRT)，合成，合成AMPAMP；次黄嘌呤次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine-(hypoxanthine-guanine guanine phosphoribosylphosphoribosyl transferasetransferase,HGPRT),HGPRT)：合成合成IMPIMP和和GMPGMP。HGPR
29、T HGPRT比比APRT APRT 活性高。活性高。90%90%的嘌呤碱基通过的嘌呤碱基通过HGPRTHGPRT合成。合成。(二二)补救合成补救合成 （脑、骨髓中）（脑、骨髓中）有两条合成途径有两条合成途径2 2、腺嘌呤与、腺嘌呤与1-1-磷酸核糖生成磷酸核糖生成腺苷腺苷,再生成再生成腺腺嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸 碱基与碱基与1-1-磷酸核糖通过核苷磷酸化酶转变磷酸核糖通过核苷磷酸化酶转变为核苷，核苷通过核苷激酶生成核苷酸。但在为核苷，核苷通过核苷激酶生成核苷酸。但在生物体内只发现有腺苷激酶生物体内只发现有腺苷激酶,缺乏其他嘌呤核缺乏其他嘌呤核苷的激酶。苷的激酶。腺苷激酶腺苷激酶(adenosi
30、ne(adenosine kinasekinase)腺嘌呤腺嘌呤+PRPPAMP+PPiAPRT次黄嘌呤次黄嘌呤+PRPPIMP+PPiHGPRT鸟嘌呤鸟嘌呤+PRPPHGPRTGMP+PPi3 3、合成过程、合成过程腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷腺苷激酶腺苷激酶ATPADPAMP腺嘌呤腺嘌呤+1-+1-磷酸核糖磷酸核糖腺苷腺苷+Pi+Pi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶4 4、补救合成的意义、补救合成的意义 一方面可以节省一方面可以节省“从头合成从头合成”时能量、时能量、氨基酸等原料的消耗；氨基酸等原料的消耗；另一方面，脑、骨髓等器官由于缺乏另一方面，脑、骨髓等器官由于缺乏从头合成嘌呤核苷酸的酶系，只能进行补
31、救从头合成嘌呤核苷酸的酶系，只能进行补救合成。合成。二、嘧啶核苷酸的合成代谢二、嘧啶核苷酸的合成代谢 （一）（一）“从头合成从头合成”途径的特点途径的特点 （1 1）它与嘌呤核苷酸从头合成至少有两个显著的差）它与嘌呤核苷酸从头合成至少有两个显著的差别：别：一是一是嘌呤核苷酸是先形成嘌呤核苷酸是先形成-N-N糖苷键，然后再逐糖苷键，然后再逐步形成嘌呤环，而嘧啶核苷酸是先形成嘧啶环，然后步形成嘌呤环，而嘧啶核苷酸是先形成嘧啶环，然后再与再与PRPPPRPP形成形成-N-N糖苷键；糖苷键；二是二是嘌呤核苷酸合成的所嘌呤核苷酸合成的所有反应都发生在细胞液内，而嘧啶核苷酸的合成有些有反应都发生在细胞液内
32、，而嘧啶核苷酸的合成有些反应是线粒体内发生的反应是线粒体内发生的.先合成先合成UMPUMP，再转变成，再转变成dTMPdTMP和和CTPCTP。（2 2）合成部位：肝的）合成部位：肝的 胞液和线粒体胞液和线粒体（3 3）关键中间产物：）关键中间产物：乳清酸乳清酸（4 4）前体物质：）前体物质：PRPPPRPP、COCO2 2、AspAsp、GlnGln嘧啶合成的元素来源嘧啶合成的元素来源氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸NCNCCC123456AspCO2Gln1 1、UMPUMP的合成的合成(发生在胞液发生在胞液)UMP UMP的从头合成共有的从头合成共有6 6步反应。步反应。其中氨甲酰磷酸合成酶其中
33、氨甲酰磷酸合成酶（CPSCPS）是嘧啶）是嘧啶核苷酸从头合成的限速步骤。它与核苷酸从头合成的限速步骤。它与CPSCPS区别主区别主要有三点。要有三点。现已明确，哺乳动物细胞催化前三步反应的现已明确，哺乳动物细胞催化前三步反应的酶，即酶，即CPSCPS、ATCATC和二氢乳清酸酶（和二氢乳清酸酶（CADCAD）位于）位于同一条大小为同一条大小为243KD243KD的多肽链上，是一种多功能的多肽链上，是一种多功能酶。而催化后两步的酶即乳清酸磷酸核糖转移酶。而催化后两步的酶即乳清酸磷酸核糖转移酶和酶和OMPOMP脱羧酶也位于同一条多肽链上。脱羧酶也位于同一条多肽链上。氨甲酰磷酸合成酶2ATP2ADP
34、+PiGluGlnHCO3-+(CPS-)氨甲酰磷酸C OPO3H2H2NO+CPS-ICPS-II肝肝细细胞胞线线粒粒体体中中氨氨N-乙乙酰酰谷谷氨氨酸酸胞胞液液（所所有有细细胞胞）谷谷氨氨酰酰胺胺无无分分布布氮氮源源变变构构激激活活剂剂功功能能尿尿素素合合成成嘧嘧啶啶 合合成成CPS-ICPS-II肝肝细细胞胞线线粒粒体体中中氨氨N-乙乙酰酰谷谷氨氨酸酸胞胞液液（所所有有细细胞胞）谷谷氨氨酰酰胺胺无无分分布布氮氮源源变变构构激激活活剂剂功功能能尿尿素素合合成成嘧嘧啶啶 合合成成氨氨基基甲甲酰酰磷磷酸酸合合成成酶酶 I、II 的的区区别别 HNNOOHNNOOCOOHHNNHOOCOOHHN
35、CNHCCH2COOCOOHHNH2CNHCCH2COOCOOHHHONH2CH2NCCH2COOCOOHHHOOP氨氨甲甲酰酰磷磷酸酸氨氨甲甲酰酰天天冬冬氨氨酸酸H2O二二氢氢乳乳清清酸酸酶酶NAD+NADH+H+PRPPPPiCO2 UMPPiR-5-PR-5-P天天冬冬氨氨酸酸氨氨甲甲酰酰转转移移酶酶Asp二二氢氢乳乳清清酸酸脱脱氢氢酶酶 UTP磷磷酸酸核核糖糖转转移移酶酶脱脱羧羧酶酶乳乳清清酸酸核核苷苷酸酸乳乳清清酸酸二二氢氢乳乳清清酸酸UMP UDP UTP尿苷酸激酶尿苷酸激酶ATP ADPATP ADP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶CTPCTPCTP合成酶合成酶谷氨酸谷氨酸 谷氨酰胺
36、谷氨酰胺ADP+Pi ATPADP+Pi ATP 2 2、由、由UMPUMP UTP CTPUTP CTP 是在三磷酸水平上进行的。是在三磷酸水平上进行的。3、dTMP或或TMP的生成的生成TMP合酶合酶N5,N10-甲烯甲烯FH4FH2FH2还原酶还原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMPdTMPUDP核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMP主要方式主要方式 是在一磷酸水平上进行的是在一磷酸水平上进行的嘧啶嘧啶+PRPP磷酸嘧啶核苷磷酸嘧啶核苷+PPi嘧啶磷酸核糖转移酶嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷+ATP尿苷激酶尿苷激酶UMP+ADP胸腺嘧啶核苷胸腺
37、嘧啶核苷+ATP胸苷激酶胸苷激酶TMP+ADPT/U/OA，C不可以不可以（二）（二）嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶核苷酸的补救合成 （脑、（脑、脊髓中）脊髓中）参与嘧啶核苷酸补救合成的酶主要有核苷磷酸化参与嘧啶核苷酸补救合成的酶主要有核苷磷酸化酶和核苷激酶（如胸苷激酶），为主要方式。酶和核苷激酶（如胸苷激酶），为主要方式。嘧啶磷酸核糖转移酶也可催化合成补救合成嘧啶磷酸核糖转移酶也可催化合成补救合成尿嘧啶尿嘧啶+1-1-磷酸核糖磷酸核糖尿苷磷酸化酶尿苷磷酸化酶尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷+Pi三、核苷二磷酸（三、核苷二磷酸（NDPNDP）和核苷三磷酸（）和核苷三磷酸（NTPNTP）的合成的合成（d）NMP+
38、ATP （d）NDP+ADP（d）NDP+ATP （d）NTP+ADP核苷单磷酸激酶核苷单磷酸激酶核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶 不同的核苷单磷酸激酶对碱基的特异性不同，但不同的核苷单磷酸激酶对碱基的特异性不同，但对戊糖无特异性，即不在乎是核糖还是脱氧核糖。对戊糖无特异性，即不在乎是核糖还是脱氧核糖。核苷三磷酸的合成应分别考虑：核苷三磷酸的合成应分别考虑：ATPATP可以通过底可以通过底物水平磷酸化、氧化磷酸化和光合磷酸化直接生成；物水平磷酸化、氧化磷酸化和光合磷酸化直接生成；GTPGTP也可以通过底物水平的磷酸化合成；其他也可以通过底物水平的磷酸化合成；其他NTPNTP是是在核苷二磷酸激酶的催
39、化下形成的。核苷二磷酸激在核苷二磷酸激酶的催化下形成的。核苷二磷酸激酶对碱基和戊糖均无特异性要求。酶对碱基和戊糖均无特异性要求。四、脱氧核苷酸的合成四、脱氧核苷酸的合成1、核糖核苷酸的还原核糖核苷酸的还原 通过通过核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶催化相应的催化相应的核苷二磷酸核苷二磷酸（NDPNDP，A A、G G、C C、U U）还原生成。）还原生成。SSH2OMg2+NADPHNADP+SHSH硫氧化还原蛋白核糖核苷酸还原酶 NDP（N=A,G,C,U）dNDPdNTPATPADP激酶O碱基CH2HOHOPPO碱基CH2OHOHOPPFAD硫氧化还原蛋白硫氧化还原蛋白还原酶+H+核糖核酸还
40、原酶系核糖核酸还原酶系硫氧还蛋白还原酶硫氧还蛋白还原酶核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶硫氧还蛋白硫氧还蛋白2、dTMP的生物合成的生物合成 由由dUMP甲基化而成，细胞内生成甲基化而成，细胞内生成dUTP有有2条途径：条途径：dUDP 激酶激酶 dUTP 水解（快）水解（快）dCDP 激酶激酶 dCTP 脱氨酶脱氨酶 dUMP 胸腺嘧啶核苷酸合酶胸腺嘧啶核苷酸合酶 dTMP N5,N10-亚甲基亚甲基THF FH2 氨基蝶呤（氨甲蝶呤）：均为四氢叶酸类似物，不氨基蝶呤（氨甲蝶呤）：均为四氢叶酸类似物，不可逆抑制二氢叶酸还原酶，抑制可逆抑制二氢叶酸还原酶，抑制THF合成，并进一步抑合成，并进一步
41、抑制包括胸苷酸合成在内的一碳单位转移反应，抗肿瘤制包括胸苷酸合成在内的一碳单位转移反应，抗肿瘤dTMPdTMP或或TMPTMP的生成的生成是在是在一磷酸一磷酸水平上进行的水平上进行的dUMPdUDPdCMPdTMPH2OPiH2ONH3NADPHNADP+thymidylate synthaseHNNOOR 5 PdCH3reductaseHNNOOR 5 Pd+H+FH2嘌呤核苷酸从头合成总结dATPdGTPAMPGMPADPGDPdADPdGDPIMPATPGTPCTPUDPUTPCDPdUDPdCDPdUMPdCMPdTMPUMPdTDPdTTPdCTP嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸从头合成从头合成总结总结
