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）。

第十章核苷酸代谢1. 核苷酸的分解代谢1)核酸的降解：核酸+H2O+核酸酶→单核苷酸+核苷酸酶→核苷+PPi+核苷酶→戊糖+碱基（嘌呤/嘧啶） +核苷酸酸化酶→戊糖-1-磷酸+碱基※核苷水解酶不对脱氧核糖核苷生效。

2)限制性内切酶：3)嘌呤核苷酸的降解：代谢中间产物——黄嘌呤，终产物尿酸（彻底分解为CO2和NH3）。

嘌呤核苷酸→嘌呤核苷→①腺嘌呤（脱氨→次黄嘌呤+黄嘌呤氧化酶→黄嘌呤）②鸟嘌呤（脱氨→黄嘌呤）黄嘌呤+黄嘌呤氧化酶→尿酸肌肉中的嘌呤核苷酸循环生成氨；AMP+AMP脱氨酶→IMP，肌肉中的IMP→AMP，这一过程为嘌呤核苷酸循环。

4)嘧啶核苷酸的降解：分解成磷酸、核糖和嘧啶碱。

①胞嘧啶+胞嘧啶脱氢酶→尿嘧啶+二氢尿嘧啶脱氢酶（开环）→β-脲基丙酸→β-丙氨酸（脱氨参与有机代谢）+NH3+CO2+H2O②胸腺嘧啶+二氢尿嘧啶脱氢酶→二氢胸腺嘧啶+二氢嘧啶酶→β-脲基异丁酸→β-氨基异丁酸（监测放化疗程度）+NH3+CO2+H2O5)尿酸过高与痛风：尿酸在体内过量积累会导致痛风症，别嘌呤醇可治疗痛风，因与次黄嘌呤相似，可抑制黄嘌呤氧化酶从而抑制尿酸生成。

尿酸中体内彻底分解形成CO2和氨。

2. 核苷酸的合成代谢：分布广、功能强；从头合成：利用核糖磷酸、氨基酸CO2和NH3等简单的前提分子，经过酶促反应合成核苷酸。

补救合成：简单、省能，无需从头合成碱基；利用体内现有的核苷和碱基再循环。

嘌呤核苷酸合成前体：次黄嘌呤核苷酸（IMP/肌苷酸）+5-磷酸核糖（起始物）↓活化形式1)嘌呤核糖核苷酸的从头合成途径：主要调节方式——反馈调节；ATP+5-磷酸核糖+5-磷酸核糖焦磷酸合成酶（PRPP合成酶）→5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）腺嘌呤核苷酸AMP鸟嘌呤核苷酸GMPIMP+Asp+腺苷酸琥珀酸合成酶→腺苷酸琥珀酸+腺苷酸琥珀酸裂合酶→延胡索酸+AMPIMP+IMP脱氢酶→黄嘌呤核苷酸+鸟嘌呤核苷酸合成酶→GMP补救合成途径：脑、骨髓组织缺乏从头合成所需要的酶，依靠嘌呤碱或嘌呤核苷合成嘌呤核苷酸。

第十章核苷酸的代谢兰州科技职业学院课程名称：生物化学授课教师：李妮 No: _11___第十章核苷酸代谢引言核苷酸是组成核酸的基本结构单位，是生物遗传信息的物质基础，它在体内分布广泛，机体内的核苷酸主要以5′-核苷酸的形式存在。

食物核酸的消化第一节核苷酸的合成代谢核苷酸的合成途径●从头合成途径(de novo synthesis pathway)※意义：机体大多数组织核苷酸合成的主要途径●补救合成途径(salvage synthesis pathway)※意义：脑、骨髓等少数组织的核苷酸合成途径一、嘌呤核苷酸的合成（一）嘌呤核苷酸的从头合成1.原料与部位原料：5-磷酸核糖、谷氨酰胺、甘氨酸、天冬氨酸、一碳单位和CO2部位：肝；其次小肠和胸腺嘌呤碱合成的元素来源2.合成过程(1)IMP 生成过程5-磷酸核糖P O-CH 2HO H H HOH OHOHP O-CH 2HOH H HO OHOHP PATP AMPPRPP 合成酶5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP) Gln Glu酰胺转移酶5-磷酸核糖胺P O-CH 2H O HH NH 2OH OH OH Gly Mg 2+ GAR 合成酶ATPADPPiH 2C-NH 2O=C-NHR甘氨酰胺核苷酸(GAR)N 5,N 10-CH=FH 4FH 4转甲酰基酶H 2C-NH-CHO O=C-NHR5/P甲酰甘氨酰胺核苷酸(FGAR)GlnGlu合成酶H 2C-NH-CHO HN=C-NH R5/PMg 2+甲酰甘氨咪核苷酸(FGAM)ATP ADPAIR 合成酶PiMg 2+R5/PNHC CH 2NN CH 5-氨基咪唑核苷酸(AIR)CO 2羧化酶R5/PNCN CH HO-C O5-氨基咪唑-4-羧基核苷酸(CAIR)Asp Mg 2+合成酶ADPPi ATPR5/PNC H 2NN CH HC-HN-C OHOOCCH 2HOOC5-氨基咪唑-4-(N-琥珀酸)甲酰胺核苷酸(SAICAR)裂解酶延胡索酸R5/PNCH 2NN CHH 2N-C O5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸(AICAR)N 10-COH-FH 4FH 4 转甲酰基酶K +R5/PNCOHC-NHNCH H 2N-C O 5-甲酰胺咪唑-4-氨基甲酰核苷酸(FAICAR) P O-CH 2HOH H NHOHOHNN NO次黄嘌呤核苷酸(IMP)环水解酶H 2O（2）AMP和GMP的生成①腺苷酸代琥珀酸合成酶③IMP脱氢酶②腺苷酸代琥珀酸裂解酶④GMP合成酶嘌呤核苷酸从头合成特点：嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。

第十章核苷酸代谢核苷酸是组成核酸的单位，此外尚具有其他功能。

与组成蛋白质的氨基酸不同，无论是核糖核苷酸或脱氧核糖核苷酸主要都是在体内利用一些简单原料从头合成的，所以本章的重点是介绍核苷酸的合成代谢。

核苷酸不是营养必需物质。

食物中的核酸多以核蛋白的形式存在，核蛋白经胃酸作用，分解成蛋白质和核酸（RNA和DNA）。

核酸经核酸酶、核苷酸酶及核苷酶的作用，可逐级水解成核苷酸、核苷、戊糖、磷酸和碱基。

这些产物均可被吸收，磷酸和戊糖可再被利用，碱基除小部分可再被利用外，大部分均可被分解而排出体外。

第一节嘌呤核苷酸的合成代谢体内嘌呤核苷酸的合成有两条途径。

第一，由简单的化合物合成嘌呤环的途径，称从头合成（de novo synthesis）途径。

第二，利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应过程，合成嘌呤核苷酸，称为补救合成（或重新利用）（salvage pathway）途径。

肝细胞及多数细胞以从头合成为主，而脑组织和骨髓则以补救合成为主。

一、嘌呤核苷酸的从头合成（一）原料核素示踪实验证明嘌呤环是由一些简单化合物合成的，如图10-1所示，甘氨酸提供C-4、C-5及N-7；谷氨酰胺提供N-3、N-9; N10-甲酰四氢叶酸提供C-2, N5，N10-甲炔四氢叶酸提供C-8;CO2提供C-6。

磷酸戊糖则来自糖的磷酸戊糖旁路，当活化为5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）后, 可以接受碱基成为核苷酸。

其活化的反应式如下。

（二）过程合成的主要特点是在磷酸核糖的基础上把一些简单的原料逐步接上去而成嘌呤环。

而且首先合成的是次黄嘌呤核苷酸(IMP)，由后者再转变为腺嘌呤核苷酸(AMP)和鸟嘌呤核苷酸(GMP)。

如图10-2及图10-3所示。

1. IMP的合成嘌呤核苷酸的从头合成的起始或定向步骤是谷氨酰胺提供酰胺基取代5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）C-1的焦磷酸基，从而形成5-磷酸核糖胺（PRA），催化此反应的酶为谷氨酰胺磷酸核糖酰胺转移酶（glutamine phosphoribosyl amidotransferase）,此酶是一种别构酶，是调节嘌呤核苷酸合成的重要酶。

第十章 核酸的降解与核苷酸的代谢学习要求：通过本章学习，熟悉核酸的降解过程，掌握核酸酶的分类及其作用方式；了解核苷酸分解过程及不同生物嘌呤核苷酸分解代谢的区别；了解核苷酸从头合成途径的过程，掌握合成原料及嘌呤核苷酸与嘧啶核苷酸的合成特点，重点掌握核苷酸合成途径的调节，熟悉补救合成途径的过程和意义；熟悉核苷酸代谢与氨基酸代谢及糖代谢的相互关系；了解核苷酸代谢的有关理论对医药及生产实践的指导意义。

动物、植物和微生物都能合成各种核苷酸，因此核苷酸与氨基酸不同，不属于营养必需物质。

细胞内存在多种游离的核苷酸，它们具有多种重要的生理作用：①作为合成核酸的原料。

②ATP 在生物体内能量的贮存和利用中处于中心地位，是最重要的高能化合物。

此外，GTP 在能量利用方面也有一定作用。

③参与代谢和代谢调节。

某些核苷酸或其衍生物是重要的信息物质，如 cAMP 是多种激素作用的第二信使；cGMP 也与代谢调节有关。

④组成辅酶。

腺苷酸是辅酶Ⅰ、辅酶Ⅱ、辅酶A 和FAD 四种辅酶的组成成分。

⑤活化中间代谢物。

UTP 和CTP 可使代谢物NDP （核苷二磷酸）化，成为活性代谢物直接用作合成原料，如UDP-葡萄糖称为“活性葡萄糖”，是合成糖原、糖蛋白的活性原料；CDP-甘油二酯是合成磷脂的活性原料。

ATP 使蛋氨酸腺苷化生成的S-腺苷蛋氨酸（SAM ）作为甲基的直接供体，是合成肾上腺素、肌酸等物质的活性原料。

第一节 核酸的酶促降解一、核酸的降解生物组织中的核酸往往以核蛋白的形式存在，动物和异养型微生物可分泌消化酶类分解食物或体外的核蛋白和核酸。

核蛋白可分解成核酸与蛋白质，核酸由各种水解酶催化逐步水解，生成核苷酸、核苷、戊糖和碱基等，这些水解产物均可被吸收，但动物体较少利用这些外源性物质作为核酸合成的原料，进入小肠粘膜细胞的核苷酸、核苷绝大部分进一步被分解。

植物一般不能消化体外的有机物。

所有生物细胞都含有核酸代谢的酶类，能分解细胞内的各种核酸促进其更新。