核苷酸的合成、分解
核苷酸代谢
2个短反馈调节:由AMP反馈抑制ASS，由GMP反馈 抑制IMPD的活性所进行的反馈抑制来调节嘌呤 核苷酸的从头合成。
嘌呤从头合成
合成原料：Asp Gly Gln CO2 一碳单位 重要中间产物：PRPP 关键酶： PRPP合成/激酶 酰胺转移酶 阻断剂：氨基酸或一碳单位结构类似物 过程：在磷酸核糖的分子上逐步合成
药物名称 正常代谢物 治疗的疾病 主要作用的酶 作用的代谢途
别嘌呤醇(APO) 黄嘌呤、乌嘌呤、次黄嘌呤 黄嘌呤氧化酶 痛风 黄嘌呤氧化酶 嘌呤核苷酸分解
药物名称
正常代谢物 治疗的疾病 主要作用的酶 作用的代谢途径
利巴韦林（病毒唑），5-氮基咪唑4-羧酸核苷酸 5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸 广谱抗病毒药①呼吸道合胞病毒②流感 病毒③甲肝病毒④腺病毒等 5-磷酸核糖-5-氨基咪唑-4-N-琥珀基甲 酰胺合成酶（ SAICARS） 嘌呤核苷酸合成
氮杂硫嘌呤（azathiopurine，AZTP）
别嘌呤醇（allopurinol，APO）等
嘌呤核苷酸的代谢类似物
3.嘧啶核苷酸代谢类似物
5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-FU） 5-碘-2-脱氧尿嘧啶 5-iodo-2-deoxyuridine，5-IDU 6-氮杂尿嘧啶（6-azauridine，6-AU）
2．嘧啶核苷酸代谢障碍 先天性乳清 乳清酸磷酸 酸尿症 核糖转移酶 乳清酸核苷酸 脱羧酶
遗传缺陷 遗传缺陷
一些抗代谢药物的功能
药物名称 正常代谢物 治疗的疾病
6-巯基嘌呤(6MP) 嘌呤核苷酸 ①白血病②自身免疫性病③妊娠滋养 细胞肿瘤等 主要作用的酶 ①IMP脱氢酶②腺苷酸代琥珀酸合成酶 作用的代谢途径 嘌呤核核苷酸合成
嘧啶核苷酸 从头合成的调节
核苷酸代谢—核苷酸的合成代谢(生物化学课件)
项目一 、二 核苷酸的合成与分解代谢 3、从头合成过程
（ 1 ） IMP的合成 （ 2 ） AMP和GMP的生成 （ 3 ） ATP和GTP的生成
项目一 、二 核苷酸的合成与分解代谢
PP-1-R-5-P
尿苷酸激酶
UDP
ATP ADP
二磷酸核苷激酶
ATP
ADP
UTP
CTP合成酶
谷氨酰胺 ATP
谷氨酸 ADP+Pi
项目一 核苷酸的合成代谢 （ 3）dTMP或TMP的生成
脱氧核苷酸还原酶
UDP
dUDP
CTP CDP dCDP dCMP
TMP合酶
N5, N10-甲烯FH4
FH2
dUMP
FH2还原酶 FH4 NADP+ NADPH+H+
项目一 、二 核苷酸的合成与分解代谢 （ 2 ）胞嘧啶核苷酸的合成
尿苷酸激酶
UDP
ATP ADP
二磷酸核苷激酶
ATP
ADP
UTP
CTP合成酶
谷氨酰胺 ATP
谷氨酸 ADP+Pi
项目一 、二 核苷酸的合成与分解代谢 （ 3）dTMP或TMP的生成
脱氧核苷酸还原酶
UDP
dUDP
CTP CDP dCDP dCMP
腺苷激酶
激酶
AMP
ADP
ATP ADP
ATP ADP鸟苷激酶来自激酶GMPGDP
ATP ADP
ATP ADP
ATP GTP
项目一 、二 核苷酸的合成与分解代谢
头顶二氧碳； 2、
生物化学第十一章
氨甲酰磷酸
嘧啶核苷酸合成途径
2.胞苷酸的合成：
3.脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成：
嘧啶核苷酸的补救合成途径：
补救合成途径： 由分解代谢产生的嘧啶/ 嘧啶核苷转变为嘧啶核苷酸的过程称为补 救合成途径(salvage pathway)。以 嘧啶核苷的补救合成途径较重要。
嘧啶核苷酸补救合成途径
尿嘧啶+PRPP UMP+PPi
二、嘌呤类似物和嘧啶类似物
1、嘌呤类似物主要有6-巯基嘌呤（6-MP）、2， 6-二氨基嘌呤、8-氮鸟嘌呤等。 2、嘧啶类似物主要有5-氟尿嘧啶（5-FU）和6氮尿嘧啶（6-AU）等。
6-巯基嘌呤（6-MP）的作用机理是什么？
6-MP其结构与次黄嘌呤类似（C6上巯基取代了羟 基），它可进入体内竞争性地抑制次黄嘌呤-鸟 嘌呤磷酸核糖转移酶，抑制了IMP 和GMP 的补 救合成。 6-MP还可经磷酸核糖化而转变为6-巯基嘌呤核苷 酸，从而抑制IMP 转变成AMP 和GMP。 6-巯基嘌呤核苷酸还可反馈抑制嘌呤核苷酸从头 合成的调节酶（磷酸核糖酰胺转移酶），使 PRA合成受阻，从而干扰IMP、AMP 和GMP 的合成。
限制性核酸内切酶：分为3种类型
（1）Ⅰ类：由3种不同亚基构成，兼具修饰酶活 性和依赖于ATP 的限制性内切酶活性，需要 Mg2+、S-腺苷甲硫氨酸及ATP的参与。复杂的 多功能酶，在基因工程上的应用价值不大。 （2）Ⅱ类：相对分子量较小，能识别双链DNA 上特异的核苷酸序列，底物作用的专一性强， 且识别序列与切断序列相一致，在分子生物学 中应用最广。 （3）Ⅲ类：只由一条肽链构成，仅需Mg2+，切 割DNA 特异性最强。
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11第十章 核苷酸代谢
第十章核苷酸代谢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。
食物中的核酸多以核蛋白的形式存在。
核蛋白在胃中受胃酸的作用，分解成核酸与蛋白质。
核酸进人小肠后，受胰液和肠液中各种水解酶的作用逐步水解（图10-1）。
核苷酸及其水解产物均可被细胞吸收，其他绝大部分在肠粘膜细胞中被进一步分解。
分解产生的戊糖被吸收而参加体内的戊糖代谢；嘌呤和嘧啶碱则主要被分解而排出体外。
因此，食物来源的嘌呤和嘧啶碱很少被机体利用。
核苷酸在体内分布广泛。
细胞中主要以5'-核苷酸形式存在，其中又以5'-ATP含量最多。
一般说来，细胞中核苷酸的浓度远远超过脱氧核苷酸，前者约在mmol范围，而后者只在μmol水平。
在细胞分裂周期中，细胞内脱氧核苷酸含量波动范围较大，核苷酸浓度则相对稳定。
不同类型细胞中各种核苷酸含量差异很大。
而在同一种细胞中，各种核苷酸含量虽也有差异，但核苷酸总含量变化不大。
核苷酸具有多种生物学功用：①作为核酸合成的原料，这是核苷酸最主要的功能。
②体内能量的利用形式。
ATP是细胞的主要能量形式。
此外GTP等也可以提供能量。
③参与代谢和生理调节。
某些核苷酸或其衍生物是重要的调节分子。
例如cAMP是多种细胞膜受体激素作用的第二信使；cGMP也与代谢调节有关。
④组成辅酶。
例如腺苷酸可作为多种辅酶（NAD、FAD、CoA等）的组成成分。
⑤活化中间代谢物。
核苷酸可以作为多种活化中间代谢物的载体。
例如UDP葡萄糖是合成糖原、糖蛋白的活性原料，CDP二酰基甘油是合成磷脂的活性原料，S-腺苷甲硫氨酸是活性甲基的载体等。
ATP还可作为蛋白激酶反应中磷酸基团的供体。
第一节嘌呤核苷酸的合成与分解代谢一、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，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，称为从头合成途径（de novo synthesis）。
核苷的合成和代谢途径
核苷的合成和代谢途径核苷是由一个五碳糖和一个嘌呤碱基或嘧啶碱基组成的化合物，广泛存在于生物体内。
它们在维持DNA和RNA的结构以及能量传递中起着重要的作用。
核苷的合成和代谢途径是细胞内分子生物学中的重要课题之一。
本文将详细介绍核苷的合成和代谢途径。
核苷的合成主要包括两个重要的生物化学途径：de novo合成和再利用途径。
de novo合成是从简单的原料出发，逐步合成核苷酸。
再利用途径则是将已有的核苷酸分解为嘌呤或嘧啶碱基，再与五碳糖重新结合合成核苷。
这两条途径共同负责核苷的合成和代谢。
首先，我们先来了解一下de novo合成途径。
这个途径主要发生在细胞的细胞质中。
嘌呤核苷酸的合成始于核苷酸酸的核苷酸，通过一系列的酶催化反应，逐渐合成腺苷酸。
首先，磷酸和核糖通过多个酶的作用，形成IMP（肌醇单磷酸）的中间产物。
然后，IMP可以通过一系列的转化反应，如甲基化、脱水、氧化和羧化，逐渐合成腺苷酸。
嘌呤核苷酸的合成途径相对复杂，需要多个酶的参与调控。
嘧啶核苷酸的合成也是通过de novo合成途径进行的。
嘧啶核苷酸合成的起点是尿苷酸（UMP），通过多个化学反应逐步合成细胞色素c（CTP），脱氮后，转化为胸腺苷酸（TTP）。
这个过程中同样需要多个酶的催化作用。
再利用途径则是通过嘌呤和嘧啶核酸的分解代谢来合成核苷。
这个过程涉及到核苷酸酸酶和核苷水解酶两个重要的酶。
核苷酸酸酶催化核苷酸的脱磷酸反应，生成对应的核苷。
然后，核苷水解酶催化核苷的水解反应，将嘌呤或嘧啶碱基与五碳糖重新结合产生新的核苷酸。
核苷的合成和代谢途径在细胞内经受多种调控机制。
酶的活性受到基因表达的调节，如转录因子的作用。
代谢物的浓度也对途径的活性起重要调控作用。
当细胞内的核苷酸浓度较高时，合成途径的活性会下降；而当核苷酸浓度较低时，合成途径的活性会上升。
这种负反馈调控机制可以维持细胞内核苷酸的平衡。
细胞内核苷的合成和代谢途径在疾病治疗中有着重要的应用。
生物化学核苷酸代谢
生物化学核苷酸代谢核苷酸代谢是生物体内重要的生化过程，涉及到核酸合成、降解、修复、信号传递等多个方面。
核苷酸由碱基、糖和磷酸组成，其代谢在细胞中是高度调控和平衡的。
核苷酸合成主要通过转氨基树酸循环和核苷酸分子的合成反应进行。
在转氨基树酸循环中，核苷酸前体物质首先被转化为碱基，然后与多磷酸核糖（PRPP）反应生成核苷酸。
在核苷酸分子的合成过程中，磷酸化反应是关键步骤。
首先，核苷酸前体物质通过化学反应与其他辅助分子发生磷酸化，生成亲核试剂；然后亲核试剂与其他原子或分子发生进一步反应，最终形成核苷酸分子。
核苷酸降解是核酸的代谢终点。
核苷酸降解主要通过核苷酸酶和核酸酶的作用进行。
核苷酸首先被分解为核苷和糖酸，然后再被分解为碱基、磷酸和其他代谢产物。
核苷酸的降解产物在细胞中可以被重新利用，参与核酸合成或其他代谢途径。
核苷酸修复是为了纠正核苷酸中的损伤或错误。
核酸在细胞中会受到化学、物理和生物性的损伤。
这些损伤可能导致突变和疾病的发生。
核苷酸修复过程中的多个酶参与到检测和修复核酸中的损伤。
例如，碱基切割酶可以识别含有损伤碱基的DNA链，然后切割并去除这些损伤碱基。
然后，DNA聚合酶、连接酶和重排序酶等修复酶可以填补被切割的DNA链，并确保修复后的DNA链的完整性。
核苷酸在细胞中还扮演着重要的信号传递和调控作用。
一些核苷酸可以作为二级信使，传递细胞内外的信号，调控细胞的生理和代谢过程。
例如，环磷酸腺苷（cAMP）和磷腺苷酸（cGMP）是细胞内常见的二级信使，它们通过激活蛋白激酶A、蛋白激酶G等酶的信号通路，参与细胞的增殖、分化、凋亡等生理过程。
总结起来，核苷酸代谢是生物体内重要的生化过程，它涉及核酸的合成、降解、修复以及信号传递等多个方面。
核苷酸代谢的平衡和调控对细胞活动的正常进行至关重要，异常的核苷酸代谢可能导致疾病的发生。
因此，对核苷酸代谢的深入研究，有助于揭示生命活动的机制和疾病发生的原因，也为药物研发和治疗提供了理论基础。
第十二章 核酸代谢
点
IMP 3. 在IMP基础上完成
AMP和GMP的合成
3. 以UMP为基础, 完 成CTP, dTMP的合成
5'-P-R PRPP
IMP
CO2+Gln H2N-CO-P
OMP
总结
AMP dAMP dGMP GMPUMP dUMP CMP dCMP dTMP
ADP dADP dGDP GDP UDP dUDP CDP dCDP dTDP
腺苷+Pi
腺苷+ATP
腺苷激酶
腺苷酸+ADP
生理意义
●节省: 减少从头合成时能量和原料的消耗 ● 作为某些器官(脑,骨髓和脾)合成核苷酸的途径
二、嘧啶核苷酸的合成代谢
(一)、从头合成途径
先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖连接生
成嘧啶核苷酸.
谷氨酰胺
C
N
C
天冬氨酸
CO2 C
C
N
(一) 从头合成途径的反应过程
CDP 核糖核苷酸还原酶
dNDP dADP dGDP dUDP dCDP
TDP
dTDP
dNDP+ATP dADP+ATP dGDP+ATP dUDP+ATP
dCDP+ATP
激酶 激酶 激酶 激酶 激酶
dNTP+ADP dATP +ADP dGTP+ADP dUTP+ADP
dCTP+ADP
dUDP O
(1) 嘌呤碱与PRPP直接合成嘌呤核苷酸
次黄嘌呤
次黄嘌呤核苷酸
90%
次黄嘌呤-鸟嘌呤
嘌呤碱 PRPP磷酸(H核G糖P转R移T酶) PPi
核苷酸代谢
核苷酸代谢
核苷酸代谢是生物体内一系列生化反应的过程，用于合成和分解核苷酸分子，包括腺嘌呤核苷酸和胞嘌呤核苷酸。
这些核苷酸是DNA 和RNA 的构建单元，同时还在细胞内参与能量转化和信号传递等生物过程。
核苷酸代谢在维持细胞生存和功能中起着重要作用。
核苷酸代谢包括以下主要过程：
1.核苷酸合成：细胞需要合成新的核苷酸来满足DNA 和RNA
的合成需求。
这包括腺嘌呤核苷酸和胞嘌呤核苷酸的合成。
合成的过程需要多个中间产物，如核糖核苷酸、二磷酸核糖核苷酸等。
2.核苷酸降解：细胞需要分解核苷酸来回收核苷酸单体或能量。
核苷酸降解包括核苷酸的酶解和分解成较小的分子，如核苷、碱基、糖和磷酸。
3.核苷酸储存：一些细胞会储存核苷酸以供以后使用，以应对细
胞周期或环境变化。
4.调控：核苷酸代谢受到多种调控机制的调节，包括反馈抑制、
激活、废物排除和信号传递。
这有助于维持核苷酸浓度在细胞内的平衡。
核苷酸代谢与细胞的生长、分裂、DNA 修复、RNA 合成以及能量代谢等过程密切相关。
失调的核苷酸代谢可能会导致遗传疾病，如类风湿性关节炎、DNA损伤修复缺陷疾病、免疫系统疾病等。
因此，核苷酸代谢的研究对于理解生物体内的基本生物学过程和开发相关药
物非常重要。
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路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
5-FU和氨基喋呤的抑制作用
5-FU dUMP
5-FdUMP
(-)
dTMP合成酶
dTMP
N5, N10-CH2-FH4
FH2
FH2还原酶
-( )
氨基喋呤
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核苷类似物
阿糖胞苷(Ara-C)
Ara-C
-( )
核苷酸的合成、分解
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
2020年4月15日星期三
膳食核蛋白
蛋白质
核酸的消化吸收
核酸 DNA、RNA
单核苷酸
磷酸
核苷
戊糖
碱基
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核糖 （R）
脱氧核糖 嘌呤碱 嘧啶碱 （dR） (A、G) (C、U、T)
核苷酸的功能
1. d NTP是合成DNA的原料 2. NTP是合成RNA的原料 3. UTP、CTP 、 GTP分别参与Gn、磷脂和Pr合成 4. ATP直接供能者 5. AMP参与合成多种辅酶： CoA、FAD、NAD+、NADP+ 6. cAMP、cGMP作为激素的第二信使
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第一节 核苷酸的合成代谢
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两条合成途径
1.从头合成途径（肝、胸腺）：
R-5-P
aa “-C”CO2
（一系列酶促反应）
核苷酸
2 .补救合成途径（脑、骨髓）：
嘌呤或嘧啶碱 + R-5-P
核苷酸
磷酸核糖焦磷酸(PRPP)
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还原
UDP
UMP
dUMP
N5，N10-甲烯基 FH4
FH2
dTMP
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三、核苷酸的补救合成
嘌呤磷酸 核糖转移酶
A / G / I + PRPP
AMP / GMP / IMP
嘧啶磷酸
核糖转移酶
嘧啶碱 + PRPP
嘧啶核苷酸
嘧啶核苷
嘧啶核苷 + ATP
激酶
嘧啶核苷酸 + ADP
CDP
dCDP
dCTP
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《核苷酸代谢》课堂练习
1. 补救合成途径主要在下列组织中进行
Ａ. 肝组织
Ｂ. 胸腺
Ｃ．脑组织
D．骨髓组织
E. 小肠
２.下列原料在嘌呤碱和嘧啶碱合成中均需要
Ａ．C02 C. Gln
B. Asp D. “ ~C ”
E. Gly
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NDP
NADPH+H+
NADP+ H2O
DNA合成原料
dNTP
dNDP
（A、G、C）
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第二节 核苷酸的分解代谢
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一、嘌呤核苷酸的分解代谢
GMP
Pi
NH3
鸟嘌呤
黄嘌呤
黄嘌呤 氧化酶
痛风症
尿酸
AMP
Pi
NH3
次黄嘌呤
（-）
别 嘌
呤
醇
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② CTP
嘧啶环
UMP
①
③ dTMP
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UMP——尿苷酸（一磷酸尿苷）
CTP——三磷酸胞苷
dTMP——脱氧胸苷酸（一磷酸脱氧胸苷 ）
1、UMP的合成
（氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ）
CPS-Ⅱ
谷氨酰胺 + CO2
氨基甲酰磷酸 + 谷氨酸
2ATP 2ADP+Pi
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3. 需要PRPP提供R-5-P的途径是
A. 嘌呤核苷酸的从头合成
B. 嘌呤核苷酸的补救合成
C. 嘧啶核苷酸的从头合成
D. 嘧啶核苷酸的补救合成
E. 以上途径都需要
4. 核苷酸的脱氧还原是发生在下列水平上
A. 一磷酸核苷
B. 二磷酸核苷
C. 三磷酸核苷
, 吾将上下而求索
*正常肝组织胸苷激酶活性很低
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四、三磷酸核苷的生成
NM P ATP NDP
ATP
NTP
N： 代表 A、 G、C、U
作为合成RNA的原料
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五、脱氧核苷酸的合成
脱氧核糖核苷酸由核糖核 苷酸的二磷酸核苷水平上 还原生成
dTTP dTMP dUMP
CO2+谷氨酰胺
氨基甲酰磷酸 天冬氨酸
乳清酸核苷酸 OMP
Pi
PRPP 乳清酸
氨甲酰天冬氨酸
H2O 二氢乳清酸
CO2 尿嘧啶核苷酸（UMP）
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2、CTP的合成
ATP
UMP
ATP
UDP
UTP
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CTP
谷氨酸
谷氨酰胺
3、dTMP的合成
dUDP
二、嘧啶核苷酸的从头合成
合成特点：
天冬氨酸 谷氨酰胺 CO2
PRPP
嘧啶环
UMP
先合成嘧啶环，再与PRPP作用生成UMP
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嘧啶环合成的原料
谷氨酰胺
天
氨基甲酰磷酸
冬
CO2
氨 酸
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嘧啶核苷酸合成的基本过程
天冬氨酸 谷氨酰胺 CO2
PRPP
抗代谢物作用原理
抗代谢物
竞争性抑制
正常代谢物
酶
阻断核酸、蛋白质合成
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一、嘌呤核苷酸的抗代谢物
1. 嘌呤类似物 6-巯基嘌呤(6MP)、6-巯基鸟嘌呤、 8-氮杂鸟嘌呤等 其中6MP结构类似于次黄嘌呤
2. 氨基酸类似物 氮杂丝氨酸（Azas）、6-重氮-5-氧正亮氨酸等 其中Azas结构类似于谷氨酰胺
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*6-MP和Azas的抑制作用
（补救合成途径）
（从头合成途径）
AMP PRPP A
（-）
R-5-P
PRPP
IMP
（-）
6-MP
（-）
Gln
XMP
GMP
G
（-）
PRPP
Azas
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二、嘧啶核苷酸抗代谢物
1. 嘧啶类似物 5-氟尿嘧啶（5-FU）
一、嘌呤核苷酸的从头合成
合成特点：
一碳单位、 CO2、谷氨酰 胺、甘氨酸、天冬氨酸
R-5-P → PRPP
嘌呤环 的原料
IMP
在PRPP的基础上各原料逐步合成嘌呤核苷酸
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嘌呤核苷酸合成的基本过程
R-5-P
各种嘌呤环原料*
PRPP
IMP
AMP GMP
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次黄嘌呤和别嘌呤醇
别嘌呤醇通过竞 争性抑制黄嘌呤 氧化酶而抑制尿 酸的生成
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别嘌呤醇 次黄嘌呤
二、嘧啶核苷酸的分解代谢
NH3 尿嘧啶←胞嘧啶
胸腺嘧啶
β-脲基丙酸
β-脲基异丁酸
β-丙氨酸
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β-氨基异丁酸
第三节 核苷酸的抗代谢物
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