第25章核苷酸生物合成(刘建华)资料

必修2 遗传与进化一、遗传的基本规律考前记忆1．几个重要概念(1)性状——生物体一切可以鉴别的_____________特征。

形态和生理(2)相对性状——同种生物的________的不同表现类型。

同一性状(3)在具有相对性状的两纯合亲本的杂交实验中，杂种一代(F1)表现出来的性状是________，未表现出来的性状是________。

显性性状隐性性状(4)在杂种后代中，同时显现出显性性状和隐性性状的现象叫作________。

性状分离(5)等位基因——位于一对同源染色体的相同位置，控制________的基因。

相对性状(6)非等位基因——包括________上的基因及同源染色体的不同位置的基因。

非同源染色体(7)纯合子——由基因组成________的配子结合成合子发育来的个体，不含有等位基因，如AA或aa，相同纯合子自交后代不发生性状分离，能稳定遗传。

(8)杂合子——由基因组成________的配子结合成合子发育来的个体，至少含有一对等位基因，如Aa，杂合子自交后代发生性状分离，既有纯合子，也有杂合子，不能稳定遗传。

不同(9)基因型——与表现型有关的________。

基因组成(10)表现型——生物个体表现出来的性状，是__________共同作用的结果。

基因型与环境2．豌豆作为实验材料(1)优点：①豌豆是________、闭花受粉植物，一般是纯种。

自花传粉②豌豆花大，便于人工异花传粉操作。

③相对性状明显，易于区分且__________。

稳定遗传(2)操作步骤：__________→套袋→__________→套袋去雄传粉3．分离定律：在杂合子细胞中，位于一对同源染色体上的________，具有一定的________；在________形成配子的过程中，________会随________的分开而分离，分别进入________配子中，________随配子遗传给后代。

等位基因独立性减数分裂等位基因同源染色体两个独立地4．基因分离定律适用范围及条件(1)范围：①真核生物有性生殖的。

8-1核苷酸的合成代谢体内核苷酸的合成有两个途径：1.从头合成途径，即利用一些简单物质为原料，经过多步酶促反应，合成核苷酸。

2．补救合成（又称重新利用）途径，即利用已有碱基或核苷，经过简单的反应过程，合成核苷酸。

从量来看，从头合成是主要的途径，但补救合成也有重要的意义。

一、嘌呤核苷酸的从头合成途径肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小肠粘膜和胸腺。

嘌呤核苷酸合成部位在胞液。

嘌呤核苷酸从头合成的原料是：磷酸核糖焦磷酸(PRPP)，由磷酸戊糖代谢而来，甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺、CO2和一碳单位(由四氢叶酸携带)。

如图所示。

嘌呤核苷酸从头合成的特点是：嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子基础上逐步合成的，不是首先单独合成嘌呤碱然后再与磷酸核糖结合的。

反应过程中的关键酶包括PRPP酰胺转移酶和PRPP合成酶。

合成过程首先合成次黄嘌呤核苷酸(IMP)，然后再转变成腺苷酸（AMP）和鸟苷酸（GMP）。

从5-磷酸核糖（Ribose-5-phosphate,R-5-P）开始，经过12步反应生成IMP，如图所示。

在此过程中，碱基的成环在磷酸核糖分子上逐步缩合成IMP。

1．IMP的生成IMP图IMP的从头合成过程5-磷酸核糖经过磷酸核糖焦磷酸合成酶活化生成5-磷酸核糖焦磷酸，由谷氨酰胺提供酰胺基形成5-磷酸核糖胺，然后5-磷酸核糖胺与甘氨酸缩合并接受N10-甲酰基四氢叶酸提供的甲酰基转变成甲酰甘氨酰胺核苷酸，再次接受谷氨酰胺的酰胺氮并脱水环化形成5-氨基咪唑核苷酸，至此合成了嘌呤环中的咪唑部分。

5-氨基咪唑核苷酸被CO2羧化后与天冬氨酸缩合，然后进一步由N10-甲酰基四氢叶酸提供甲酰基生成5-甲酰胺咪唑-4-氨甲酰核苷酸，再脱水环化生成第一个阶段产物IMP。

2．AMP和GMP的生成IMP是嘌呤核苷酸合成的重要中间产物，是AMP和GMP的前体。

IMP由天冬氨酸提供氨基取代IMP上的酮基后进一步转变成AMP；如果IMP氧化成黄嘌呤核苷酸（XMP，简称黄苷酸），再由谷氨酰胺提供氨基，使嘌呤环C-2氨基化，则生成GMP，如图所示。

从头合成：生物体内用简单的前体物质合成生物分子的途径。

包括脂肪酸的从头合成和核苷酸的从头合成。

嘌呤核苷酸的从头合成早在1948年，Buchanan等采用同位素标记不同化合物喂养鸽子，并测定排出的尿酸中标记原子的位置的同位素示踪技术，证实合成嘌呤的前身物为：氨基酸(甘氨酸、天门冬氨酸（天冬氨酸）、和谷氨酰胺)、CO2和一碳单位(N10甲酰FH4，N、N10－甲炔FH4）。

随后，由Buchanan和Greenberg等进一步搞清了嘌呤核苷酸的合成过程。

出人意料的是，体内嘌呤核苷酸的合成并非先合成嘌呤碱基，然后再与核糖及磷酸结合，而是在磷酸核糖的基础上逐步合成嘌呤核苷酸。

嘌呤核苷酸的从头合成主要在胞液中进行，可分为两个阶段：首先合成次黄嘌呤核苷酸(inosine monophosphate IMP)；然后通过不同途径分别生成AMP和GMP。

下面分步介绍嘌呤核苷酸的合成过程。

1.IMP的合成：IMP的合成包括11步反应：(1)5－磷酸核糖的活化：嘌呤核苷酸合成的起始物为α－D－核糖－5－磷酸，是磷酸戊糖途径代谢产物。

嘌呤核苷酸生物合成的第一步是由磷酸戊糖焦磷酸激酶(ribose phosphate pyrophosphohinase)催化，与ATP反应生成5－磷酸核糖－α－焦磷酸(5-phosphorlbosyl?α-pyrophosphate PRPP)。

此反应中ATP 的焦磷酸根直接转移到5-磷酸核糖C1位上。

PRPP同时也是嘧啶核苷酸及组氨酸、色氨酸合成的前体。

因此，磷酸戊糖焦磷酸激酶是多种生物合成过程的重要酶，此酶为一变构酶，受多种代谢产物的变构调节。

如PPi和2，3-DPG为其变构激活剂。

ADP和GDP为变构抑制剂。

(2)获得嘌呤的N9原子：由磷酸核糖酰胺转移酶(amidophosphoribosyl transterase)催化，谷氨酰胺提供酰胺基取代PRPP的焦磷酸基团，形成β-5-磷酸核糖胺(β-5-phosphoribasylamine PRA)。

第25章核苷酸生物合成细胞生长和复制需要核苷酸。

合成核苷酸的关键酶之一是二氢叶酸还原酶（右边）。

Methotrexate是二氢叶酸还原酶的抑制剂。

有methotrexate存在时，细胞的二氢叶酸还原酶基因的拷贝数增加。

在methotrxate存在时，染色体的荧光显微镜图谱显示有三个染色体区域出现亮黄色（左边）。

这些亮黄色区域含有数百拷贝的二氢叶酸还原酶基因。

很多生物过程需要有充足的核苷酸。

首先核酸生物合成的活化前体是核苷酸。

例如基因组复制和遗传信息转录成RNA需要核苷酸。

其次，腺嘌呤核苷酸，如ATP，是生物体的通用能量。

而鸟嘌呤核苷酸GTP是一些特定生物过程的能量。

第三，一些核苷酸衍生物如UDP-葡萄糖参与一些生物合成（如糖原的生物合成）。

第四，核苷酸是信号传导途径的必需组分。

环化核苷酸如cAMP和cGMP是第二信使，参与细胞内合细胞间的信号传导。

ATP是蛋白激酶转移的供体磷酸。

本章，我们接着24章的内容介绍。

在24章，我们介绍了无机物如氮气的N原子整合到氨基酸的生物过程。

甘氨酸和天冬氨酸能够组装成核苷碱基环骨架。

而且，天冬氨酸和谷氨酰胺为核苷酸提供-NH2。

核苷酸生物合成途径是治疗试剂干预的极为重要的位点。

很多广泛使用的癌症治疗药物封锁核苷酸生物合成途径，尤其是DNA前体的生物合成。

1图25.1 挽救途径和从头合成途径。

在挽救途径，碱基与5-磷酸核糖-1-焦磷酸(核糖的活化形式，PRPP)的核糖重新连接。

在从头合成途径，碱基是利用简单的起始物质合成的。

这些简单的起始物质包括氨基酸。

从头合成需要ATP的水解。

核苷酸可以从头合成，也可以用挽救途径合成核苷酸生物合成途径分为两类：从头合成和挽救途径合成（图25.1）。

在从头合成途径，利用更为简单的化合物组装核苷的碱基。

先组装嘧啶碱基的骨架，然后与核糖结合。

与此不同，嘌呤碱基的骨架式直接在核糖上组装的。

这些合成途径的基本反应数量不多，反复使用，产生不同的核苷酸。

全面介绍核苷酸定义一类由嘌呤碱或嘧啶碱基、核糖或脱氧核糖以及磷酸三种物质组核苷酸成的化合物。

又称核苷酸。

五碳糖与有机碱合成核苷，核苷与磷酸合成核苷酸，4种核苷酸组成核酸。

核苷酸主要参与构成核酸，许多单核苷酸也具有多种重要的生物学功能，如与能量代谢有关的三磷酸腺苷（A TP）、脱氢辅酶等。

某些核苷酸的类似物能干扰核苷酸代谢，可作为抗癌药物。

根据糖的不同，核苷酸有核糖核苷酸及脱氧核苷酸两类。

根据碱基的不同，又有腺嘌呤核苷酸（腺苷酸，AMP）、鸟嘌呤核苷酸（鸟苷酸，GMP）、胞嘧啶核苷酸（胞苷酸，CMP）、尿嘧啶核苷酸（尿苷酸，UMP）、胸腺嘧啶核苷酸（胸苷酸，TMP）及次黄嘌呤核苷酸（肌苷酸，IMP）等。

核苷酸中的磷酸又有一分子、两分子及三分子几种形式。

此外，核苷酸分子内部还可脱水缩合成为环核苷酸。

编辑本段合成核苷酸核苷酸是核糖核酸及脱氧核糖核酸的基本组成单位，是体内合成核酸的前身物。

核苷酸随着核酸分布于生物体内各器官、组织、细胞的核及胞质中，并作为核酸的组成成分参与生物的遗传、发育、生长等基本生命活动。

生物体内还有相当数量以游离形式存在的核苷酸。

三磷酸腺苷在细胞能量代谢中起着主要的作用。

体内的能量释放及吸收主要是以产生及消耗三磷酸腺苷来体现的。

此外，三磷酸尿苷、三磷酸胞苷及三磷酸鸟苷也是有些物质合成代谢中能量的来源。

腺苷酸还是某些辅酶，如辅酶Ⅰ、Ⅱ及辅酶A等的组成成分。

在生物体内，核苷酸可由一些简单的化合物合成。

这些合成原料有天门冬氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、一碳单位及CO2等。

嘌呤核苷酸在体内分解代谢可产生尿酸，嘧啶核苷酸分解生成CO2、β－丙氨酸及β-氨基异丁酸等。

嘌呤核苷酸及嘧啶核苷酸的代谢紊乱可引起临床症状（见嘌呤代谢紊乱、嘧啶代谢紊乱）。

核苷酸类化合物也有作为药物用于临床治疗者，例如肿瘤化学治疗中常用的5-氟尿嘧啶及6-巯基嘌呤等。

有些核苷酸分子中只有一个磷酸基，所以可称为一磷酸核苷（NMP）。

2 核酸化学2.1 核苷酸的结构
☐几乎不溶于水，这与其芳香族
的杂环结构有关。

☐
互变异构、酸碱解离、紫外吸
收。

碱基的性质
U G A
' ' ' ' ' '
' ' ' '
核苷是由戊糖和碱基通过β-N 糖苷键形成的糖苷。

核苷中的戊糖有D-核糖和2-脱氧-D-核糖两种，它们都以呋喃型环状结构存在。

前者形成核糖核苷，后者形成脱氧核苷。

核苷中的糖
苷键由戊糖的异头体C 原子（1'）与嘧
啶碱基的N1或嘌呤碱基N9形成。

为了
避免碱基环上原子的编号与呋喃糖环
上原子编号混淆，在呋喃环上各原子
编号的阿拉伯数字后需加“′”。

核苷酸
核苷酸是核苷的戊糖羟基的磷酸酯。

核糖核苷的磷酸酯为核糖核苷酸，脱氧核苷的磷酸酯为脱氧核苷酸。

理论上，核苷的5′-OH、3′-OH和2′-OH均可以被磷酸化而分别形成核苷-5′-磷酸、核苷-3′-磷酸和核苷-2′-磷酸。

但是，自然界的核苷酸多为核苷-5′-磷酸。

AMP、ADP和ATP 核苷单磷酸（NMP）是指核苷的
单磷酸酯。

核苷单磷酸可以通过一
次成酐反应形成核苷二磷酸
（NDP）。

核苷二磷酸再通过一
次成酐反应生成核苷三磷酸（NTP，
能量货币，别构效应物）。

味嗅觉产生
视觉产生
环核苷酸的化学结构。