11十一核苷酸的代謝

第十一章核苷酸代謝一

核酸的酶促降解二嘌呤和嘧啶的分解三核苷酸的生物合成核酸核酸酶單核苷酸核酸酶核酸內切酶核酸外切酶磷酸單脂酶核苷嘧啶（嘌呤）核糖（脫氧核糖）核苷酶核苷磷酸化酶嘧啶（嘌呤）核糖-1-磷酸脫氧核糖-1-磷酸核糖-5-磷酸磷酸戊糖途徑醛縮酶乙醛甘油醛-3-磷酸第一節(jié)核酸的酶促降解★根據酶的作用方式分：內切酶、外切酶。1、核糖核酸酶2、脫氧核糖核酸酶3、非特異性核酸酶★核酸是核苷酸以3’、5’-磷酸二酯鍵連成的高聚物，核酸分解代謝的第一步就是分解為核苷酸，作用于磷酸二酯鍵的酶稱核酸酶（實質是磷酸二脂酶）。

★根據對底物的專一性可分為：核糖核酸酶、脫氧核糖核酸酶、非特異性核酸酶。

1、核糖核酸酶★核糖核酸酶T1（RNaseT1）:作用位點是3’-鳥苷酸與其它核苷酸的5’-OH間的鍵。

★只水解RNA磷酸二酯鍵的酶（RNase），不同的RNase專一性不同?！锱Ｒ群颂呛怂崦福≧NaseI）:作用位點是嘧啶核苷-3’-磷酸與其它核苷酸間的連接鍵。GAUUGCAGPPPPPPP5`3`POH牛胰核糖核酸酶GAUUGCAGPPPPPPP5`3`HOP核糖核酸酶Ｔ12、脫氧核糖核酸酶★EcoRⅠ切割后，形成5ˊ-P單鏈粘性末端?！镏荒芩釪NA磷酸二酯鍵的酶。DNase牛胰脫氧核糖核酸酶（DNaseI）可切割雙鏈和單鏈DNA。產物是以5’-磷酸為末端的寡核苷酸?！锲⒚撗鹾颂呛怂崦福到猱a物為3’-磷酸為末端的寡核苷酸?！锵拗菩院怂醿惹忻福杭毦w內能識別并水解外源雙鏈DNA的核酸內切酶，產生3ˊ-OH和5ˊ-P?！颬stⅠ切割后，形成3ˊ-OH單鏈粘性末端。3、非特異性核酸酶★牛脾磷酸二脂酶從游離的5’-OH開始逐個水解，生成3’核苷酸?！锛瓤伤釸NA，又可水解DNA磷酸二酯鍵的核酸酶?！镄∏蚓怂崦甘莾惹忻?，可作用于RNA或變性的DNA，產生3’-核苷酸或寡核苷酸。

★蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二脂酶屬于外切酶。

★蛇毒磷酸二酯酶能從RNA或DNA鏈的游離的3’-OH逐個水解，生成5’-核苷酸。

GAUUGCAGPPPPPPP5`3`OHP蛇毒磷酸二酯酶核苷酸參與細胞所有的生化過程1、核酸合成的前體。2、核苷酸（衍生物）許多生物活性物質合成的中間代謝物。3、ATP是生物體內共同的能量載體。4、許多輔酶都含有AMP。幾種輔酶的合成也與核苷酸代謝有關。5、一些核苷酸是重要的代謝調節(jié)劑。第二節(jié)嘌呤和嘧啶的分解（一）嘌呤的分解（二）嘧啶的分解嘌呤的分解首先是在各種脫氨酶作用下水解脫去氨基，使腺嘌呤轉化成次黃嘌呤，鳥嘌呤裝化成黃嘌呤。與嘌呤分解類似，嘧啶分解是，有氨基的首先水解脫氨基。一嘌呤的分解●某些低等動物能將尿素進一步分解成NH3和CO2排出。

●植物分解嘌呤的途徑與動物相似，產生各種中間產物（尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）。

●微生物分解嘌呤類物質，生成NH3、CO2及有機酸（甲酸、乙酸、乳酸、等）。★P232圖11-1、圖11-2嘌呤的分解★不同種類的生物分解嘌呤的能力不同，因此，終產物也不同。排尿酸動物：靈長類、鳥類、昆蟲、排尿酸爬蟲類

排尿囊素動物：哺乳動物（靈長類除外）、腹足類

排尿囊酸動物：硬骨魚類

排尿素動物：大多數魚類、兩棲類

脫氨基作用主要在核糖、核苷酸和堿基的水平進行。二

嘧啶的分解★人和某些動物體內脫氨基過程有的發(fā)生在核苷或核苷酸上。脫下的NH3可進一步轉化成尿素排出?！颬234圖11-3嘧啶的分解代謝胞嘧啶脫氨基即轉化為尿嘧啶，尿嘧啶和胸腺嘧啶經還原打破環(huán)內雙鍵后，水解開環(huán)化合物，繼續(xù)水解成CO2NH3丙氨基異丁酸，后者脫氨基后進入有機酸代謝或直接排出體外。尿嘧啶二氫尿嘧啶β-尿基丙酸β-丙氨酸胞嘧啶胸腺嘧啶二氫胸腺嘧啶β-尿基異丁醇β-氨基異丁醇第三節(jié)

核苷酸的生物合成

1、核苷酸酶（磷酸單脂酶）2、核苷酶★兩種：②核苷水解酶：主要存在于植物、微生物中，只水解核糖核苷，不可逆①核苷磷酸化酶：廣泛存在，反應可逆?！锾禺愋粤姿釂熙ッ福褐荒芩?’核苷酸或5’核苷酸（3’核苷酸酶、5’核苷酸酶）★水解核苷酸，產生核苷和磷酸?！锓翘禺愋粤姿釂熙ッ福翰徽摿姿峄谖焯堑?’、3’、5’，都能水解下來。核苷酸的生物合成有兩條基本途徑：★一種是利用核糖磷酸，經一系列酶促反應合成核苷酸，不經過堿基、核苷的中間階段，稱從“頭合成”途徑或“從無到有”途徑?！锲涠抢皿w內游離的堿基或核苷合成核苷酸，稱補救途徑。（一）核苷酸生物合成的基本途徑

核糖酸生物合成途徑概括補救途徑從頭合成核苷輔酶堿基核糖核苷酸核糖、氨基酸、CO2、NH3脫氧核苷脫氧核苷酸RNADNA（二）嘌呤核苷酸的從頭合成

嘌呤環(huán)的元素來源及摻入順序

A.谷氨酰胺提供-NH2：N9

B.甘氨酸：C4、C5、N7

C.甲酸：C8

D.谷氨酰胺提供-NH2：N3

閉環(huán)

E.CO2：C6

F.天冬氨酸提供-NH2：N1

G.甲酸：C2嘌呤環(huán)中的不同原子有著各自的來源。三、核苷酸的生物合成1.嘌呤核苷酸的生物合成：303頁

★由5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸（5’-PRPP）開始，先合成次黃嘌呤核苷酸，然后由次黃嘌呤核苷酸（IMP）轉化為腺嘌呤核苷酸（AMP）和鳥嘌呤核苷酸（GMP）。1、IMP的合成★嘌呤環(huán)合成的前體：天冬氨酸（Asp）CO2

、甲酸鹽、谷氨酰胺（Gln）甘氨酸（Gly）

（1）、5-磷酸核糖焦磷酸的生成★5-磷酸核糖焦磷酸（5,-

PRPP）是由ATP和核糖-5-磷酸生成的。★核糖-5-磷酸+ATP

5-磷酸核糖焦磷酸+AMP★催化這個反應的酶是磷酸核糖焦磷酸合成酶，在反應中ATP的焦磷酸基是作為一個單位轉移到核糖-5-磷酸的第一為碳的羥基上的。（2）、

磷酸核糖焦磷酸轉酰胺酶（轉氨）

★5-磷酸核糖焦磷酸+Gln→5-磷酸核糖胺+Glu+ppi

使原來α-構型的核糖轉化成β構型（催化這一反應的酶是磷酸核糖焦磷酸酰胺基轉移酶）。（3）、

五員環(huán)合成的開始和酰胺的生成★5-磷酸核糖胺+Gly+ATP甘氨酰胺核苷酸+ADP+Pi（此反應由甘氨酰胺核苷酸合成酶催化）（4）、

一碳單元的轉移和甲?；０返纳伞锔拾滨０泛塑账?N5,N10-次甲基四氫葉酸+H2O→甲酰甘氨酰胺核苷酸+四氫葉酸(FH4)+H+

★催化這一反應的酶是甘氨酰胺核苷酸甲?；D移酶。★經過這一步反應，嘌呤環(huán)骨架的4，5，7，8，9位的順序已經形成。（5）、

閉環(huán)以前在第3位加上氮原子★甲酰甘氨酰胺核苷酸+Gln+ATP+H2O→甲酰甘氨脒核苷酸+谷氨酸(Glu)+ADP+pi+H+

★氮來自Gln的酰胺基。

★催化此反應的酶是甲酰甘氨脒核苷酸合成酶。（6）、

閉環(huán)★甲酰甘氨脒核苷酸+ATP→5-氨基咪唑核苷酸+ADP+Pi★（1）~（5）第一階段，合成第一個環(huán)，此時嘌呤骨架上尚沒有嘧啶環(huán)（這個反應是由氨基咪唑核苷酸合成酶催化的。（7）、

六員環(huán)的合成開始★反應后第6位碳已固定。此反應是氨基咪唑核苷酸羧化酶催化的。★5-氨基咪唑核苷酸+CO25-氨基咪唑-4羧酸核苷酸（8）、

嘌呤環(huán)的第1位氮的固定★5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸+Asp+ATP5-氨基咪唑4-（N-琥珀基）氨甲酰核苷酸+ADP+Pi★反應由氨基咪唑琥珀酸氨甲酰核苷酸合成酶催化。

（9）、

脫掉延胡索酸★5-氨基咪唑-4-（N-琥珀基）氨甲酰核苷酸5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+延胡索酸★反應由腺苷酸裂解酶催化。（10）、

嘌呤環(huán)上最后的C由甲?；┙o★催化此反應的酶是氨基咪唑甲酰胺核苷酸甲?；D移酶?！?-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+N10-甲酰-FH45-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+FH4

（11）、

脫水環(huán)化★5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸→次黃嘌呤核苷酸+H2O

此反應是在次黃苷酸環(huán)水解酶的催化下進行的?！锟偡磻剑?/p>

5-磷酸核糖+CO2+次甲基-四氫葉酸+甲酰-四氫葉酸+2Gln+Gly+Asp+5ATP→IMP+2四氫葉酸+2Glu+延胡索酸+4ADP+1AMP+4Pi+PPiIMP的合成過程總結★上述反應中（1）是磷酸基轉移反應,（2）,（5）是氨基化反應,（3）,（4）,（8）,（10）是合成酰胺鍵的反應,（6）和（11）是脫水反應,（7）是?；磻?（9）為裂解反應?！颕MP的合成總過程參見P238圖11-62、AMP和GMP的合成◆IMP在GTP存在下與Asp合成腺苷酸琥珀酸，反應由腺苷酸琥珀酸合成酶催化。腺苷酸琥珀酸隨即裂解為腺苷酸和延胡索酸。

IMP在IMP脫氫酶催化下氧化成XMP，后者在GMP合成酶催化氨基化即生成GMP，由下圖我們可以看出AMP與GMP的合成和IMP合成途徑中的有關反應十分類似。PRPP5-磷酸核糖胺IMPAMPGMP

ATPAMP5-磷酸核糖PRPP焦磷酸激酶，鎂離子。從頭合成途徑（三）

嘧啶核苷酸的合成

★與嘌呤核苷酸合成不同，在合成嘧啶核苷酸時，首先合成嘧啶環(huán)，再與磷酸核糖結合，生成尿嘧啶核苷酸，最后由尿嘧啶核苷酸轉化為胞嘧啶核苷酸和胸腺嘧啶脫氧核苷酸。關鍵的中間化合物是乳清酸?！锖铣汕绑w：氨甲酰磷酸（或CO2,NH3）、Asp1.乳清酸的生物合成途徑(1)氨甲酰磷酸的合成CO2+ATP+Gln氨甲酰磷酸合成酶P-O-OO-OCONH2氨甲酰磷酸(2)氨甲酰天冬氨酸的生成P-O-OO-OCONH2+O-OC+H3NCH2COO-CHL-天冬氨酸轉氨甲酰酶PiHO-OCNCH2COO-CCONH3+H氨甲酰天冬氨酸(3)二氫乳清酸的生成HO-OCNCH2COO-CCONH3+H二氫乳清酸酶H2OHOCCH2COO-CCOHNNH二氫乳清酸(4)

乳清酸合成HOCCH2COO-CCOHNNH二氫乳清酸脫氫酶O2H2OOCCHCOO-CCOHNNH乳清酸2.胞嘧啶、尿嘧啶核苷酸的合成▲UTP和CTP的合成與IMP的合成過程相同，起始物同樣是PRPP?！磻^程為：PRPP+乳清酸乳清苷酸UMPUDPUTPCTPGluGlnH2O+ATPPi+ADP⑤PPi①CO2②ATPADP③ATPADP④①乳清苷酸焦磷酸化酶②乳清苷酸脫羧酶注:③尿苷酸激酶④核苷二磷酸激酶⑤CTP合成酶（四）核苷酸轉化成核苷三磷酸※核苷酸不直接參加核酸的生物合成而是先轉化成相應的核苷三磷酸后再參如RNA或DNA。※從核苷酸轉化為核苷二磷酸的反應是由相應的激酶催化的。這些激酶對堿基專一，對其底物含核糖或脫氧核糖無特殊要求。※核苷二酸進一步轉化為核苷三磷酸是由另一種激酶催化的。此酶對堿基和戊糖都沒有特殊的要求，磷酸供體為ATP。（d）NMP+ATP→（d）NDP+ADP（d）NDP+ATP→（d）NTP+ADP（五）脫氧核苷酸的合成

●（1）腺嘌呤、鳥嘌呤和胞嘧啶核糖核苷酸經還原，將核糖第二位碳原子的氧脫去，即成為相應的脫氧核糖核苷酸。

●（2）胸腺嘧啶脫氧核糖核苷酸：先由尿嘧啶核糖核苷酸還原形成尿嘧啶脫氧核糖核苷酸，然后尿嘧啶再經甲基化轉變成胸腺嘧啶。

★DNA的合成需要脫氧核苷三磷酸為原料。生物體中的脫氧核糖核苷酸是由相應的核糖核苷酸還原生成的。UDP（d）UDP還原型硫氧還蛋白氧化型硫氧還蛋白NDP還原酶NADPH+H+NADP+★動物組織、腫瘤細胞和高等植物的還原反應一般在核苷二磷酸（NDP）水平上進行，以硫氧環(huán)蛋白為還原劑，ATP、dATP、dTTP、dGTP是還原酶的變構效應物；個別微生物（枯草桿菌、賴氏乳菌桿菌）在核苷三磷酸水平上還原（NTP），還原劑是含維生素B12的一種輔酶。

2、

胸腺嘧啶脫氧核苷酸的合成

由尿嘧啶脫氧核苷酸（dUMP）經甲基化生成。

Ser提供甲基，NADPH提供還原當量?！顰DP、GDP、CDP、UDP均可分別被還原成相應的脫氧核糖核苷酸：dADP、dGDP、dCDP、dUDP等，其中dUDP甲基化，生成dTDP。

1、

核糖核苷酸的還原（六）胸苷酸的合成胸苷酸脫氧尿苷酸甲基化生成的。這個反應是由胸苷酸合成酶催化的。N5,N10-亞甲基-四氫葉酸是甲基的供體，產物為脫氧胸苷酸（dTMP）和二氫葉酸。四氫葉酸可以從二氫葉酸再生。還原反應經二氫葉酸還原酶催化，由NADPH供給氫。下一步反應由絲氨酸羥甲基轉移酶催化。具體反應過程見P242圖11-12（七）核苷酸從頭合成的調節(jié)氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ:受UMP反饋抑制(哺乳動物中)

天冬氨酸轉氨甲酰酶:受CTP反饋抑制(細菌中)

CTP合成酶:受CTP反饋抑制

PRPP合成酶:受嘧啶核苷酸反饋抑制

★GMP過量可反饋抑制次黃嘌呤脫氫酶。

★5-PRPP合成酶和5-PRPP轉移酶是關鍵酶，可被終產物IMP、AMP、GMP反饋抑制?！顰MP過量可反饋抑制腺苷酸琥珀酸合成酶。1、AMP、GMP生物合成的調節(jié)2、

嘧啶核苷酸生物合成的調節(jié)從頭合成途徑PRPPCO2+ATP+Gln氨甲酰磷酸Asp氨甲酰天冬氨酸UMPUTPCTP在三個位點受終產物的反饋抑制，催化這三個反應的酶都是別構酶。氨甲酰磷酸合成酶天冬氨酸轉氨甲酰酶CTP合成酶（八）核苷酸從頭合成的抗代謝物★核苷酸從頭合成的抗代謝物可以抑制核苷酸的合成,從而控制快速生長的腫瘤細胞,其主要類型幼有:嘌呤類似物葉酸類似物嘧啶類似物Gln和Asp類似物1、嘌呤類似物

◆6-巰基嘌呤、6-巰基鳥嘌呤8-氮雜鳥嘌呤等可抑制嘌呤核苷酸合成,其中6-巰基嘌呤在臨床上使用更多。2、

嘧啶類似物

◆有多種嘧啶類似物可抑制嘧啶核苷酸的合成。5-氟尿嘧啶在人體內轉變成相應的核苷酸，再轉變成脫氧核苷酸，可抑制脫氧胸腺嘧啶核酸合成酶，干擾尿嘧啶脫氧核苷酸經甲基化生成脫氧胸苷的過程，DNA合成受阻。◆5-氟尿嘧啶抑制胸腺嘧啶脫氧核苷酸的合成?！舸送?某些改變了核糖結構的核苷酸類似物,如阿糖胞苷、環(huán)胞苷等也是重要的抗癌藥?！舭被堰省奔椎适侨~酸的類似物，能與二氫葉酸還原酶不可逆結合，阻止FH4的生成，從而抑制FH4參與的一碳單位的轉移?？捎糜诳鼓[瘤。3、葉酸類似物4、Gln和Asp類似物◆重氮乙酰絲氨酸、6-重氮-5-氧正亮氨酸，是Gln的結構類似物，抑制Gln參與的反應。與Asp競爭腺苷酸琥珀酸合成酶，可強烈抑制腺苷酸琥珀酸合成酶的活性，阻止次黃嘌呤核苷酸轉化成AMP?！鬉sp的結構類似物羽田殺菌素（-N-羥基-N-甲酰-Gly），◆四氫葉酸是一碳的載體，參與嘌呤核苷酸和胸腺嘧啶脫氧核苷酸的合成。（九）核苷酸的補救合成嘧啶核苷酸合成的補救途徑嘌呤核苷酸合成的補救途徑脫氧核苷酸合成的補救途徑補救途徑：

利用現有的嘌呤和核苷合成嘌呤核苷酸。嘌呤核苷酸生物合成的調節(jié)：

反饋抑制：抑制部位的酶均為變構酶。

磷酸核糖焦磷酸轉酰胺酶腺苷酸轉琥珀酸合成酶次黃嘌呤核苷酸脫氫酶1、嘌呤核苷酸合成的補救途徑嘌呤堿和5-PRPP在特異的磷酸核糖轉移酶的作用下生成嘌呤核苷酸

⑵核苷激酶途徑（但只發(fā)現有腺苷激酶）

腺嘌呤在核苷磷酸化酶作用下轉化為腺嘌呤核苷，后者在核苷