第九章 核苷酸代谢

天津师范大学教案

第九章 核苷酸代谢（4h ）

第一节 核酸的酶促降解

核酸酶(也叫核酸内切酶)：水解核酸链内部P 二酯键的酶C —O —P —O —C 包括RNA 酶与DNA 酶，有些专一性较低对DNA 、RNA 都起作用。形成寡核苷酸片段！ A-G-C-T-T-G-C-A-…… 核酸外切酶：从链的一端逐个水解下单核苷酸（也作用P 二酯键），如牛（5）脾、蛇毒P 二酯酶从RNA 或DNA 的5′(或3′) 端水解下3′(或5′) 核苷酸。

A-G-C-T-T-G-C-A-……

P 单酯酶（核苷酸酶）：水解单核苷酸 核苷 + Pi 核苷 戊糖 + 碱基

Pi 解

+ 1－Ｐ－戊糖

P-核糖 PPP ５－Ｐ－戊糖 P-脱氧核糖

TCA 乙酰CoA 乙醛+ GAP 糖代谢

5－p 核糖的链式结构：

CHO

COH COH COH 2O-P

第二节 碱基:嘌呤与嘧啶的分解

一、嘌呤的分解：不同生物不同，爬行类、鸟类、灵长类 尿酸：

OH

醛缩酶 +H 2O –NH 3+ O 2

H

H

H

除灵长类的哺乳类动物和腹足类，进一步氧化脱羧：

－CO2

+O2

O

NH2C—N H2O(水解) O COOH O

O=C—NH C—N NH2—C—NH—CH—NH—C—NH2 (硬骨鱼)

2，4二氧—5—尿基咪唑(尿囊素) 尿囊酸H2O

多数鱼和两栖类

NH3 + CO2NH2—C—NH2 + 乙醛酸

O

过程：A主要在核苷（酸）水平上脱氨

G：主要在碱基水平上脱氨

NH2

核糖

腺苷次黄苷次黄嘌呤

腺苷也可在碱基水平上水解脱氨。总结：

AMP 核苷酸酶 A核苷 Pi化酶 A

+H2O H2O Pi +H2O 1-P - 核糖 +H2O

-NH3 -NH3 -NH3

IMP 次黄苷 P次黄嘌呤（）

尿酸：

路中，形成痛风症。治疗：用与I相似的别嘌呤醇抑制黄嘌呤氧化酶，使患者排泄次黄嘌呤与黄嘌呤。

别嘌呤醇别黄嘌呤，别黄嘌呤与黄嘌呤氧化酶活性中心牢固结合，抑制黄嘌呤氧化酶的活性，这种底物经酶作用后成为酶的灭活物，称为自杀性底物。

别嘌呤醇与次黄嘌呤只是7、9位N变成了8、9位N。

尿囊素：

腺苷酸

脱氨酶

黄嘌呤氧化酶

脱氨、加水

甲壳类

别嘌呤醇 别黄嘌呤

二、嘧啶的分解 二氢尿嘧啶

COOH CH 2

2 CH 2

β-脲基丙酸

NH 2 C=O 2O NH 2

COOH NH 3 + CO 2 + β- 丙aa ：H 2NCH 2CH 2COOH* T ： HC-CH 3 CH 2 2HT NH CH 3–COOH C = O NH 2 β- 尿基异丁酸 NH 3 + CO 2 +β- 氨基异丁酸*

过程：C 水解脱氨（胞嘧啶脱氨酶催化形成U ）、还原（二氢尿嘧啶脱氢酶催化）、酰氨水解（二氢嘧啶酶催化）及脲基丙酸酶催化 CO 2 + NH 3及β- 丙aa 等。

β-丙aa 、β-氨基异丁酸 有机酸 CO 2

+ H 2O 或直接排除体外。 脱氨基作用亦可在核苷或核苷酸水平上进行。

第三节 核苷酸的生物合成

一、基本途径

从头合成途径：以CO 2、NH 3、aa 和P-核糖为原料，进行合成。

补救合成途径：以碱基、核苷为原料 核苷酸。

不同组织中二途径各不相同，肝主要从头合成，脑、骨髓只能补救合成（原

料来源于核酸的分解或食物的消化产物中）。

二、嘌呤核苷酸的从头合成（所有酶均已分离、提纯）：A 与G 以5-P-核糖为起始物。先合成IMP.

O +O 2 O PRPP 合成酶 +H 2O +H 2O +H 2O 脱氨 氧化 脱

5-P-核糖 5-P-核糖焦P(PRPP) 5-P-核糖胺

5-P-核糖胺 甘氨酰胺核苷酸

N

5,N 10－次甲基四氢叶酸

甲酰甘氨酰胺核苷酸

P-R-NHCO-CH 2-NH-CHO

+ATP +Gln -ADP -Glu

甲酰甘氨脒核苷酸

脒：含-NH-C- 原子团

NH NH

环化 +ATP 双键移位 -ADP+Pi

H 25-氨基-咪唑核苷酸 5-氨基-4-羧基咪唑核苷酸

COOH CH-NH CH 2 COOH

5-氨基

来自 +Asp +ATP 甲酰基转移成酶 合成酶

合成酶

合成酶

延胡索酸 ASP GTP

②合成的调节：前二步反应PRPP与5-P-核糖胺的合成，受产物IMP、AMP、GMP等产物抑制；AMP合成（转氨）需GTP GDP + Pi ，GMP合成需ATP（GMP 可抑制IMP脱氢酶，AMP抑制AMP琥珀酸合成酶）。AMP合成需GTP，而GMP合成需ATP，使二者平衡。

③类似底物（抗代谢物抑制）：Gln、Asp、叶酸类似物:

重氮(乙酰)丝氨酸：N-=N+=CH-CO-O-CH

2-CHNH

2

-COOH(Gln) 羽田杀菌素：

HCO-N(OH)-CH

2-COOH(N-羟-N-甲酰甘氨酸 Asp)，氨基蝶呤，氨甲蝶呤(FH

4

)均可

抑制嘌呤核苷酸的合成。

氨基蝶呤：R

1=NH2,R

2

=H

氨甲蝶呤：R

1=NH

2

,R

2

=CH

3

四氢叶酸：R

1=OH,R

2

=H

N N 腺苷酸琥珀酸合成酶N N

N

N

H 2O H 2N

5 OH(R1)

PRPP Gln 5-P-核糖胺 Gly 甘氨酰胺核苷酸 N 5，N 10

、FH 4 甲酰甘氨酰胺核苷酸 Gln 5-氨基-4-羧基咪唑核苷酸 +CO 2 5-氨基-咪唑核苷酸 -H 2O 甲酰苷氨脒核苷酸 +ASP

5--4-氨甲酰基咪唑核苷酸 N 10、FH 4 5-甲酰氨基-4-氨甲酰咪唑核苷酸 环水解酶 IMP

NH 甲酰苷氨脒核苷酸：O=CH-NH-CH 2-C-NH-R-P

复习：IMP 、AMP 、XMP 、GMP 的合成过程。 三、嘧啶核苷酸的从头合成：合成RNA 的CTP 、UTP 先合成嘧啶环，再与PRPP 反应合成 COOH Gln （NH 3）+ CO 2 ATP H 2N-C-O-P +ASP NH 2-C-NH-CH 2 O Pi O CH 2COOH

脱氢酶

+

(d)AMP + ATP (d)ADP + ADP (d)NDP + ATP (d)NTP + ADP + 1P 核苷激酶只对碱基有选择性（4种），A 、G 、C 、U ， ATP 2P 核苷激酶对碱基与戊糖无要求，所以只有一种。

(d)ATP 五、脱氧核苷酸的合成：由相应的（A 、G 、C ）核苷酸还原形成（加H 脱H 2O ），

通常是在核苷2P 的水平上还原的。还原剂：还原型硫氧还蛋白，后者在硫氧环蛋白还原酶的作用下被NADPH 还原，也有许多原核生物则以核苷3P 为底物，还原酶也不同（含VB 12）。

NDP dNDP

(脱氧)腺苷酸激酶 核苷二磷酸激酶 NDP 还原酶 N N

六、胸苷酸的合成

胸苷酸也叫脱氧胸苷酸，dTMP （因为没有核糖胸苷酸，所以如此叫也不会混

淆）由胸苷酸合成酶催化。由脱氧尿苷酸甲基化生成。

dUMP + N 5,N 10-亚甲基FH 4 dTMP + FH 2

H 2O NADPH

Gly FH 4

Ser dUMP 的来源：①UDP dUDP dUMP Pi ②dCMP + H 2O dUMP + NH 3

dUMP + ATP dUDP dUTP

dTMP + ATP dTDP dTTP

七、核苷酸从头合成的调节：

嘌呤核苷酸：合成的起始二步的酶，被产物IMP 、GMP 和AMP 所抑制，

IMP AMP 需GTP ，XMP GMP 需ATP ，所以可保证ATP 与GTP 的平

衡，氨甲酰P 合成酶为UMP （产物）所抑制，CTP 抑制Asp 转氨甲酰酶。

八、抗代谢物：结构与底物类似，可阻碍底物的正常代谢，使之不能被生物体所利用，如抗菌索和抗癌药物。 阻止核苷酸、核酸、蛋白质的合成。

与次黄嘌呤相似，抑制黄嘌呤氧化酶， （可被黄嘌呤氧化酶氧化成别黄嘌呤） 与酶结合牢固，而不能作用于正常底 物，这种底物类似物经酶作用后成为

酶的灭活物，称为自杀性底物（别嘌 呤醇 别黄嘌呤）别黄嘌呤与酶

的结合物，反馈抑制嘌呤的合成。 O

GlnASP （羽田杀菌素：HC-N-CH 2COOH ）嘧啶、氨甲蝶呤等都可抑制嘌呤与嘧啶核苷酸 OH

(T)的合成：叶酸类似物氨基蝶呤、氨甲蝶呤通过抑制二氢叶酸还原酶，使细胞的DNA 、RNA 和蛋白质合成受阻，对增殖旺盛的肿瘤细胞作用更强，是一种抗NADP + NADPH+H + Asp ATP ATP P 酯酶 还原型硫氧还蛋白 核苷二P 还原酶 硫氧还蛋白－2SH

硫氧还蛋白－2S 硫氧还蛋白还原酶 丝aa 羟甲基转移酶 激酶 激酶 水解脱氨

肿瘤药物，对各种急性白血病都有很好的疗效。对肝癌、肺癌、乳腺癌、骨肉瘤也有一定的疗效。也可抑制丝氨酸、蛋氨酸的合成（需转一碳单位的均可抑制）。

九、核苷酸的补救合成：由分解产生的碱基或核苷合成（充分利用，节省能量，减少有害物质的生成）

1.嘌呤核苷酸的补救合成：主要由碱基与PRPP 直接生成

①核苷激酶途径：核苷P 化酶与核苷激酶催化（次要途径）

碱基(A) + 1-P-戊(核）糖 核苷 + Pi

ATP 只有A 激酶（生物体内只有腺苷激酶所以次要）

核苷酸

ADP ATP

②嘌呤碱与PRPP 在P-核糖转移酶的作用下形成嘌呤核苷酸，已分离两种酶：腺嘌呤P-核糖转移酶（APRT ），次黄嘌呤-鸟嘌呤P-核糖转移酶（HGPRT ）。由嘌呤碱直接合成为主。

腺嘌呤＋PRPP AMP ＋PPi

P-R 转移酶催化：次黄嘌呤（或鸟嘌呤） + PRPP IMP （或GMP ） + ppi 补救途径的意义：节约合成碱基的能量，同时可消除核酸分解产生的碱基等，如脑和骨髓因为缺乏有关酶，而不能从头合成嘌呤核苷酸，只能利用补救途径，消耗核酸分解的碱基与核苷合成核苷酸，有一种遗传代谢病（Lesch-Nyhan 综合症）：就是缺乏次黄嘌呤—鸟嘌呤P-核糖转移酶，体内嘌呤积累导致分解产物尿酸增多，可导致肾结实和痛风，严重的可导致自残肢体，为何缺少补救合成途径会导致如此的神经病症状，还不知道。

2.嘧啶核苷酸的补救合成：嘧啶P 核糖转移酶催化。

嘧啶碱 + PRPP 嘧啶核苷酸 + ppi

嘧啶P-核糖转移酶催化，对胞嘧啶不起作用，但CMP 可由胞苷P 化合成。

UMP 还可这样合成：尿嘧啶+1-P-核糖 尿苷 UMP 胞苷 + ATP CMP + ADP

尿苷 + ATP UMP + ADP

胸苷 + ATP TMP + ADP （恶性肿瘤中活性高）

所以说通过嘧啶核苷激酶催化，以嘧啶核苷为原料的嘧啶核苷酸的补救合成起着主要的作用。

尿苷磷酸化酶 -Pi 尿苷激酶 +ATP 尿苷激酶 尿苷激酶 胸苷激酶