第四節(jié) 核苷酸的代謝

第四節(jié)核苷酸的代謝TheNucleotideMetabolism（一）食物核酸在消化道被消化成核苷酸及更小分子一、核酸和核苷酸均可被分解為更小分子在細(xì)胞中絕大多數(shù)核酸都以核蛋白的形式存在；食物中的核蛋白在消化道中受到胃、胰和腸分泌的消化酶作用，分解為蛋白質(zhì)和核酸。核酸進(jìn)一步分解為磷酸、堿基和戊糖。食物核蛋白胃酸蛋白質(zhì)核酸（RNA及DNA）單核苷酸水解3’，5’-磷酸二酯鍵H2O胰核酸酶（磷酸二酯酶）核糖核酸酶（RNase）脫氧核糖核酸酶(DNase)核酸的消化胰、腸核苷酸酶（nucleotidase）（磷酸單酯酶）H2O磷酸核苷堿基戊糖（或戊糖-1’-磷酸）核苷磷酸化酶（nucleosidephosphorylase）核苷酶(nucleosidase)（水解或磷酸解）核苷水解酶（nucleosidehydrolase）H2OH3PO4單核苷酸（二）細(xì)胞核酸/核苷酸的降解產(chǎn)物可繼續(xù)分解或參與合成代謝核酸的分解代謝產(chǎn)物核苷酸、核苷、堿基、戊糖和磷酸既可以參加合成代謝，也可以進(jìn)一步分解。二、核苷酸具有多種生理、生化功能（一）核苷酸參與核酸的組成（二）核苷酸衍生物是許多生物合成過程中的活潑中間物質(zhì)（三）參與能量代謝并且是最直接的供能物質(zhì)（四）腺嘌呤核苷酸是很多輔酶的組成成分（六）核苷酸和核苷以介質(zhì)形式參與生理功能調(diào)節(jié)（五）GTP參與核酸的特殊結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)變成四氫生物蝶呤（七）cAMP、cGMP和GTP參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（八）核苷酸參與酶活性的快速調(diào)節(jié)嘌呤核苷酸代謝包括合成代謝和分解代謝一.合成代謝從頭合成途徑(denovosynthesispathway)：利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位等簡單物質(zhì)為原料，經(jīng)一系列酶促反應(yīng)合成核苷酸。補(bǔ)救合成途徑(salvagesynthesispathway)：利用體內(nèi)游離的堿基或核苷，經(jīng)過簡單的反應(yīng)合成核苷酸。核苷酸分解產(chǎn)生戊糖、堿基和磷酸。戊糖可徹底氧化生成H2O和CO2；磷酸可再利用或排出體外；靈長類動物體內(nèi)的嘌呤分解終產(chǎn)物是尿酸。戊糖、堿基、核苷也可重新利用合成核苷酸。二．分解代謝 細(xì)胞內(nèi)嘌呤核苷酸合成存在從頭合成和補(bǔ)救合成兩種途徑

（一）嘌呤核苷酸從頭合成從5’-磷酸核糖開始嘌呤核苷酸的從頭合成途徑是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及二氧化碳等簡單物質(zhì)為原料，經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的途徑。定義1．嘌呤環(huán)的C、N原子來自谷氨酰胺、天冬氨酸、一碳單位和CO2天冬氨酸的氨基甲?；ㄒ惶紗挝唬〤O2甘氨酸甲酰基（一碳單位）谷胺酰胺的酰胺基谷胺酰胺的酰胺基主要器官是肝，其次是小腸和胸腺。合成部位2．嘌呤核苷酸從頭合成途徑有3個主要特點從IMP再合成AMP和GMP。合成過程合成終產(chǎn)物細(xì)胞并不是先合成嘌呤堿再與核糖和磷酸結(jié)合生成核苷酸，而是在5’-磷酸核糖的C-1’上逐步合成嘌呤堿，產(chǎn)物是次黃嘌呤核苷酸(IMP)。3．IMP合成途徑可分為二階段11步反應(yīng)第一階段生成5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸（PRPP）5’-磷酸核糖與ATP，經(jīng)PRPP激酶(PRPPK；或稱PRPP合成酶，PRPPsynthetase)催化，生成PRPP。第二個階段生成IMPR-5-P（5-磷酸核糖）PP-1-R-5-P（PRPP)（磷酸核糖焦磷酸）谷氨酰胺——酰胺基NN10——甲酰四氫葉酸天冬氨酸——α-氨基N甘氨酸二氧化碳IMPH2N-1-R-5′-P（PRA)（5′-磷酸核糖胺）ATPAMPPRPP合成酶（PRPPK）①谷氨酰胺谷氨酸酰胺轉(zhuǎn)移酶(GPAT)

②③～11IMP生成總反應(yīng)過程目錄4．由IMP生成AMP和GMP嘌呤核苷酸的結(jié)構(gòu)GMPAMPIMP—5?—P①腺苷酸代琥珀酸合成酶③IMP脫氫酶②腺苷酸代琥珀酸裂解酶④GMP合成酶AMP和GMP的生成目錄AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶?

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個ATP，6個高能磷酸鍵。AMP或GMP的合成又需1個ATP。嘌呤核苷酸從頭合成特點:利用體內(nèi)游離的嘌呤或嘌呤核苷，經(jīng)過簡單的反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的過程，稱為補(bǔ)救合成（或重新利用）途徑。（二）嘌呤核苷酸補(bǔ)救合成有兩種方式補(bǔ)救合成途徑定義腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(adeninephosphoribosyltransferase,APRT)次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(hypoxanthine-guaninephosphoribosyltransferase,HGPRT)參與合成的酶1.嘌呤與PRPP經(jīng)磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶催化生成核苷酸腺嘌呤+

PRPPAMP+PPiAPRT次黃嘌呤+PRPPIMP+PPiHGPRT合成過程鳥嘌呤+

PRPPHGPRTGMP+PPi腺苷激酶(adenosinekinase)腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP2.腺嘌呤核苷經(jīng)腺苷激酶催化生成AMP參與合成的酶補(bǔ)救合成的生理意義補(bǔ)救合成節(jié)省從頭合成時的能量和一些氨基酸的消耗。體內(nèi)某些組織器官，如腦、骨髓等只能進(jìn)行補(bǔ)救合成。三、體內(nèi)嘌呤核苷酸可以相互轉(zhuǎn)變IMPAMP腺苷酸代琥珀酸XMPGMPNH3腺苷酸脫氨酶鳥苷酸還原酶NADPH+H+NADP+NH3AMPIMPGMPH2ONH3AMP脫氫酶AMPdeaminaseNADP+NADPH+H+NH3GMP還原酶GMPreductaseH2OPi核苷酸酶nucleotidaseH2OPi核苷酸酶nucleotidaseH2OPi核苷酸酶nucleotidase腺嘌呤核苷adenosine次黃嘌呤核苷inosine鳥嘌呤核苷guanosineH2ONH3腺嘌呤核苷脫氨酶adenosinedeaminasePi核糖1’磷酸核苷磷酸化酶nucleosidephosphorylasePi核糖1’磷酸核苷磷酸化酶nucleosidephosphorylase次黃嘌呤鳥嘌呤目錄體內(nèi)嘌呤核苷酸的分解代謝主要在肝、小腸及腎中進(jìn)行。次黃嘌呤鳥嘌呤H20+NAD+NADH+H+黃嘌呤脫氫酶xanthinedehydrogenase黃嘌呤氧化酶xanthineoxidaseO2+H2OH2O鳥嘌呤脫氨酶guanosinedeaminaseH2ONH3黃嘌呤xanthine黃嘌呤氧化酶xanthineoxidaseO2+H2OH2O尿酸uricacid（二）尿酸在其他動物體內(nèi)能繼續(xù)分解AnabolismandCatabolismofPyrimidineNucleotides第三節(jié)

嘧啶核苷酸的合成與分解代謝嘧啶核苷酸的結(jié)構(gòu)一、嘧啶核苷酸同樣有從頭合成與補(bǔ)救合成兩條途徑嘧啶核苷酸的從頭合成主要是肝細(xì)胞胞液。嘧啶核苷酸的從頭合成是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及二氧化碳等簡單物質(zhì)為原料，經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)，合成嘧啶核苷酸的途徑。定義合成部位（一）嘧啶核苷酸的從頭合成比嘌呤核苷酸從頭合成簡單1．嘧啶環(huán)的C、N原子來自谷氨酰胺、CO2和天冬氨酸

嘧啶合成的元素來源氨基甲酰磷酸天冬氨酸2．嘧啶核苷酸合成途徑首先生成乳清酸核苷酸與嘌呤核苷酸的從頭合成途徑不同，嘧啶核苷酸的合成是先合成含嘧啶環(huán)的乳清酸(OA)；OA再與PRPP結(jié)合成為乳清酸核苷酸（orotidine-5’-phoshate，OMP），然后再生成UMP。胞嘧啶核苷酸、胸腺嘧啶核苷酸由UMP轉(zhuǎn)變而成。肝是合成嘧啶核苷酸的主要器官。反應(yīng)過程在胞液、線粒體和胞液中進(jìn)行。3．UMP的從頭合成可分3階段6步反應(yīng)第一階段是二氫乳清酸（DHOA）的生成第二階段是乳清酸的合成第三階段是UMP的合成

谷氨酰胺+

HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶II，CPSII2ATP2ADP+PicarbamoylphosphatesynthetaseII①谷氨酸氨基甲酰磷酸carbamoylphosphate,CP天冬氨酸轉(zhuǎn)氨基甲酰酶ATCaseaspartatetranscarbamoylase②二清乳清酸酶dihydroorotase③asparticacidcarbamoylphosphate,CPcarbamoylaspartatedihydrooroticacid（DHOA）DHOA脫氫酶(DHOAdehydrogenase)④oroticacid

(OA)乳清酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶OrotatephosphoribosylTransferase(OPRT)⑤orotidine5’-monophosphateOMP脫羧酶(OMPD)decarboxylaseuridine5’-monophosphate①目錄*在細(xì)菌細(xì)胞中只有一種氨基甲酰磷酸合成酶，生成的CP用于精氨酸和嘧啶的合成。4．CTP來源于UTP的氨基化ATPADP尿苷酸激酶(UMPK)UMPkinaseUDP二磷酸核苷激酶(NDPK)nucleosidediphosphatekinaseATPADPCTP合成酶(CTPS)CTPsynthetase谷氨酰胺ATP谷氨酸ADP+PiUTPPP5．dTMP來源于dUMP的甲基化dTMP合酶dTMPsynthaseN5,N10-甲烯FH4FH2FH2還原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMPdTMPUDP脫氧核苷酸還原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMPRibonucleotidereductase脫氧核苷酸還原酶RibonucleotidereductasedCMPdeaminasedCMP脫氨酶H2OPi6．嘧啶核苷酸從頭合成調(diào)節(jié)包括激活和抑制兩種方式哺乳類動物是CPSII；細(xì)菌中，則是ATCase。關(guān)鍵酶底物調(diào)節(jié):產(chǎn)物反饋抑制性調(diào)節(jié):UMP反饋抑制C