生物化学之核苷酸代谢

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核苷酸代谢

• 核苷酸的合成
  • 从头合成：利用核糖磷酸，某些氨基酸，CO₂和NH₃等简单物质为原料，经一系列酶促反应合成核苷酸。此途径不经过碱基，核苷的中间阶段，称为从头合成
  • 补救合成：利用生物体内游离的碱基或核苷合成核苷酸称为补救合成
  • 嘌呤核苷酸的从头合成
    • 过程：从5-磷酸核糖焦磷酸开始，先形成IMP，在转变为其他嘌呤核苷酸（IMP氨基化→AMP，XMP氨基化→GMP）
    • IMP的合成［PRPP(5-磷酸核糖焦磷酸，核酸生物合成中作为戊糖的供体)］
    • IMP（次黄嘌呤核苷酸，嘌呤核苷酸生物合成的中间产物），XMP（嘌呤核苷酸生物合成与分解的中间产物）
    • 嘌呤环：第一位N→Asp的氨基，第三位和第九位N→Gln的酰胺基，第二位和第八位C→一碳单位（甲酰基团），第六位C→CO₂，第四，第五位，第七位N→Gly
  • 嘧啶核苷酸的合成
    • 嘧啶核苷酸的从头合成
      • 过程：先形成嘧啶环，再与磷酸核糖结合成为乳清苷酸，然后生成尿嘧啶核苷酸。其他嘧啶核苷酸则由尿嘧啶核苷酸转变而成
      • 嘧啶环：第二位C→CO₂，第三位N→Gln，第一位N和第四，五，六位C→Asp
      • CPS-Π（氨甲酰磷酸合成酶Π，分布：胞液（所有细胞）），嘧啶核苷酸从头合成中催化氨甲酰磷酸合成★同工酶
    • 嘧啶核苷酸的补救合成
      • 磷酸核糖转移酶催化嘧啶碱基与PRPP反应生成嘧啶核苷酸。 尿嘧啶与乳清酸在磷酸核糖转移酶催化下生成UMP与OMP
      • 核苷磷酸化酶催化嘧啶碱基与核糖-1-磷酸形成嘧啶核苷，然后 在特异性激酶的作用下将嘧啶核苷转变为对应的嘧啶核苷酸
  • 脱氧核糖核苷酸的生成
    • 脱氧胸腺嘧啶核苷酸的生成（dUMP甲基化→dTMP）
    • 脱氧核苷酸是由核糖核苷酸氧化生成的
  • 抗代谢物
    • 一些人工合成的嘌呤嘧啶及其核苷或核苷酸的结构类似物或核苷酸合成过程中的某些氨基酸或叶酸的结构类似物
• 核苷酸的分解代谢
  • 核酸解聚
    • 酶：核酸内切酶，核酸外切酶
  • 嘌呤核苷酸的分解代谢
    • 过程：先脱氨基（腺嘌呤→IMP，鸟嘌呤→XMP）
    • 嘌呤碱脱氨基作用和氧化作用可在（碱基，核苷，核苷酸）三个水平上进行，最终产物是尿酸
    • 嘌呤代谢障碍疾病
      • 痛风
        • 病因：体内尿酸浓度过高，由于尿酸的溶解度很低，尿酸以钠盐或钾盐的形式沉积于软组织，软骨及关节处，形成尿酸结石及关节炎（尿酸盐结晶沉积于关节腔内引起的关节炎为痛风性关节炎）；尿酸盐也可沉积于肾脏称为肾结石。
        • 治疗：别嘌呤醇,别嘌呤醇是次黄嘌呤的类似物，可与次黄嘌呤竞争与黄嘌呤氧化酶的结合，别嘌呤醇氧化产物是别黄嘌呤，后者结构与黄嘌呤相似，可牢固地与黄嘌呤氧化酶活性中心结合，从而抑制酶的活性，使尿酸的量减少，从而达到治疗的目的
  • 嘧啶核苷酸的分解代谢
    • 过程：①胞嘧啶先脱氨基转化为尿嘧啶②尿嘧啶和胸腺嘧啶先开环再脱氨基
• 核苷酸生物学功能
  • ①作为构成核酸的基本结构单位
  • ②参与能量代谢，是体内高能化合物形式，GTP是重要的能量供体
  • ③活化中间代谢产物（UDP-葡萄糖和CDP-二酰甘油分别是糖原和磷酸甘油酯合成的中间物）
  • ④参与辅酶形成（腺苷酸是烟酰胺核苷酸，FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）和辅酶A的组分）
  • ⑤参与代谢调节（可作为信号分子调节细胞功能和基因表达。例如cAMP,cGMP作为第二信使。腺苷酰基，尿苷酰基是酶共价修饰基团，用以调节酶活性。ATP在蛋白质激酶作用下给出磷酸基团以调节蛋白质活性）
• 简述嘌呤核苷酸与嘧啶核苷酸从头合成的不同点
  • ①原料不同，嘌呤核苷酸从头合成以Gly，甲酸盐，Asp，Gln,CO₂作为嘌呤环合成的原料；嘧啶核苷酸从头合成以Gly，Asp，CO₂作为嘧啶环合成的原料。②合成过程不同，嘌呤核苷酸从头合成PRPP提供戊糖磷酸基团的基础上进行嘌呤环的合成，先合成IMP，再转变生成其他嘌呤核苷酸；嘧啶核苷酸从头合成是先利用小分子化合物合成嘧啶环，再与PRPP提供的戊糖磷酸基团结合，产生乳清酸核苷酸，接着由其转变生成其他嘧啶核苷酸。③合成参与的酶不同
• 从头合成与补救合成的关系
  • 利用核糖磷酸，某些氨基酸，CO₂和NH₃等简单物质为原料，经一系列酶促反应合成核苷酸。此途径不经过碱基，核苷的中间阶段，称为从头合成；利用生物体内游离的碱基或核苷合成核苷酸称为补救合成。二者在不同组织的重要性各不相同，如，肝组织主要进行从头合成，而脑，骨髓等只能进行补救合成，此外，遗传，疾病，药物，毒物甚至生理紧张等都能造成从头合成途径中某些酶的缺乏，致使合成核苷酸的速度不能满足细胞生长的需要。此时，补救途径对正常生命活动的维持来说，是必不可少的