生物化学 核苷酸代谢

这是一篇关于生物化学 核苷酸代谢的思维导图，在生物体内，核酸经过一系列酶的作用，最终降解成CO2、水、氨、磷酸等小分子的过程称为核酸的分解代谢，也叫降解代谢。 核酸是由许多核苷酸连接而成的大分子。

核苷酸代谢

• 概述
  • 核苷酸生物学功能
    • 1. 作为核酸合成的原料
      • 最主要功能
    • 2. 体内能量的利用形式
      • ATP、GTP
    • 3. 参与代谢和生理调节
      • 第二信使：cAMP、cGMP
    • 4. 组成辅酶
      • NAD+、NADP+、FMN、FAD、CoA
    • 5. 活化中间代谢物
      • UDP-葡萄糖、CDP-甘油二酯、S-腺苷甲硫氨酸（SAM）、ATP（磷酸基团供体）
  • 核苷酸的吸收
    • 核酸酶
      • 分类
        • 依据底物不同分类
          • DNA酶
            • 专一降解DNA的酶
          • RNA酶
            • 专一降解RNA的酶
        • 依据对底物二级结构专一性分类
          • 单链酶
          • 双链酶
        • 依据对底物作用方式分类
          • 核酸内切酶
            • 在DNA或RNA分子内部切断磷酸二酯键
            • 一般有序列特异性要求
          • 核酸外切酶
            • 水解核酸分子链末端的磷酸二酯键
            • 有5'→3'或3'→5'核酸外切酶
      • 功能
        • 参与DNA合成、修复，RNA合成后的剪接
        • 清除多余的、结构功能异常的核酸，清除侵入细胞的外源性核酸
        • 限制性核酸内切酶——分子生物学重要工具酶
    • 消化吸收
      • • 戊糖主要被吸收而参加体内的戊糖代谢
        • 嘌呤、嘧啶则主要被分解而排出体外
    • 核苷酸代谢
• 嘌呤核苷酸
  • 合成代谢
    • 从头合成（主要）
      • 部位
        • 主要：肝 其次：小肠黏膜、胸腺 （并非所有细胞都具有从头合成嘌呤核苷酸的能力）
        • 胞质
      • 原料
        • 磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2等简单物质
        • 嘌呤碱合成的元素来源
      • 过程
        • 次黄嘌呤核苷酸IMP合成
          • 1||| 核糖-5'-磷酸--->磷酸核糖焦磷酸PRPP
            • PRPP合成酶
            • 需ATP×1，高能磷酸键×2
          • 2||| PRPP--->磷酸核糖胺PRA
            • PRPP酰胺转移酶
            • 关键步骤
          • 3||| ……………………--->IMP
        • IMP--->AMP/GMP
          • 在GTP/ATP作用下反应（相反）
        • AMP/GMP--->ATP/GTP
          • 激酶，两次磷酸化反应
      • 调节
        • PRPP合成酶、PRPP酰胺转移酶活性调节
          • 反馈调节
            • 负反馈调节
              • IMP、AMP、GMP反馈抑制
            • 正反馈调节
              • 磷酸核糖、ATP，使PRPP合成酶活性↑
              • PRPP，使PRPP酰胺转移酶活性↑
            • 意义
              • 满足机体需要，又不至于浪费，节约营养物质和能量
          • 交叉调节
            • GTP促进AMP形成，过量AMP抑制AMP生成，不影响GMP形成
            • ATP促进GMP形成，过量GMP抑制GMP生成，不影响AMP形成
            • 意义
              • 维持ATP与GTP浓度的平衡
      • 特点
        • 在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤环，PRPP是磷酸核糖的活性供体
        • 共同中间代谢产物为IMP
        • 消耗大量ATP
          • IMP的合成需6个ATP（高能磷酸键）
          • AMP的合成额外需要1个GTP，Asp提供氨基
          • GMP的合成额外需要2个ATP，Gln提供氨基
    • 补救合成
      • 部位
        • 脑、骨髓
      • 原料
        • 体内游离的嘌呤或嘌呤核苷
      • 过程
        • 1. 主要：
          • 腺嘌呤磷酸核糖转移酶：APRT
          • 次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶：HGPRT
        • 2.
          • 无其他嘌呤核苷的激酶
      • 调节
        • AMP反馈抑制APRT
        • IMP、GMP反馈抑制HGPRT
      • 意义
        • 节省能量、氨基酸消耗
        • 体内脑、骨髓等缺乏从头合成所需酶系，只能进行补救合成
      • 病理
        • 自毁容貌症/Lesch-Nyhan综合症：HGPRT完全缺陷
    • 体内嘌呤核苷酸相互转变
      • GMP←→IMP←→AMP ↑ ↓ XMP
    • 脱氧核苷酸的生成
      • 过程
        • • 只有dTMP由dUMP转变而来，其他均在NDP水平上进行
      • 调节
        • 核苷酸还原酶Trx活性调节
          • DNA合成旺盛、分裂速度较快的细胞中，核苷酸还原酶体系活性较强
          • 两个亚基结合并有Mg2+存在时才有活性
          • 别构调节
            • NTP促进对应NDP被还原成dNDP 其他NTP起抑制作用
              • 使4种脱氧核苷酸控制在适当比例
    • 抗代谢物
      • 嘌呤类似物
        • 6-巯基嘌呤（6-MP）
          • 从头合成
            • 结构类似IMP，反馈抑制PRPP酰胺转移酶，阻断从头合成
            • 抑制IMP转变为GMP/AMP
          • 补救合成
            • 竞争性抑制HGPRT，使PRPP种磷酸核糖不能向鸟嘌呤及次黄嘌呤转移，阻止补救途径
        • 6-巯基鸟嘌呤
        • 8-氮杂鸟嘌呤
      • 氨基酸类似物
        • 氮杂丝氨酸
        • 6-重氮-5氧正亮氨酸
        • 结构类似谷氨酰胺，干扰Gln在嘌呤核苷酸合成中的作用，抑制鸟嘌呤合成
      • 叶酸类似物
        • 氨喋呤/氨甲喋呤MTX
          • 竞争性抑制二氢叶酸还原酶，阻止FH4生成
          • 临床上用于白血病治疗
      • 对肿瘤细胞乏特异性，对增殖速度较旺盛的某些正常组织也有杀伤性，有较大毒副作用
  • 分解代谢
    • 过程
      • • 嘌呤碱基可进入补救合成途径，也可进一步水解
    • 病理
      • 痛风
        • 若进食过多嘌呤食物或体内核酸大量分解（恶性肿瘤等患者）或肾排泄功能障碍，血中尿酸过高，其钠盐则会形成结晶，沉积于关节、软组织、软骨及肾等处，出现痛风症
          • 治疗：别嘌呤醇，结构类似IMP，抑制黄嘌呤氧化酶
• 嘧啶核苷酸
  • 合成代谢
    • 从头合成
      • 部位
        • 肝 细胞质、线粒体
      • 原料
        • Gln、CO2、Asp
      • 过程
        • 1||| 谷氨酰胺 + HCO3-（CO2）--->氨基甲酰磷酸
          • 氨基甲酰磷酸合成酶II
            • 分布
              • 肝细胞胞质
            • 关键酶
        • 2||| ……………………
        • 3||| 乳清酸--->乳清酸核苷酸OMP--->UMP--->UDP
          • dUDP--->dUMP--TMP合酶-->TMP
            • 胸苷酸合酶催化，N5-CH2-FH4提供亚甲基
            • dUMP来源
              • dCMP脱氨基
              • dUDP水解脱磷酸
          • UTP--->CTP
            • CTP合成酶催化，消耗ATP×1，Gln提供氨基
      • 调节
        • 反馈调节
          • • UMP抑制氨基甲酰磷酸合成酶II
    • 补救合成
      • • 胸苷激酶在正常肝中活性很低，再生肝中活性升高，恶性肿瘤中明显升高，并与恶性程度有关
    • 抗代谢物
      • 嘧啶类似物
        • 5-氟尿嘧啶（5-FU）
          • TMP合酶抑制剂，阻断dTMP合成
      • 氨基酸类似物
        • 氮杂丝氨酸
      • 叶酸类似物
        • 甲氨蝶呤
          • 抑制dUMP转变为dTMP
      • 核苷类似物
        • 阿糖胞苷
          • 抑制CDP还原成dCDP
        • 环胞苷
  • 分解代谢
    • C、U
      • β-丙氨酸+NH3+CO2
    • T
      • β-氨基异丁酸+NH3+CO2
• 抑制剂
  • 别嘌呤醇
    • IMP
    • 黄嘌呤氧化酶
  • 6-MP
    • IMP
    • PRPP转酰胺酶，HGPRT
    • 嘌呤核苷酸从头合成，嘌呤补救合成GMP
  • 5-FU
    • dUMP（转化为FdUMP后）
    • 胸苷酸合酶
    • dTMP
  • 氨甲喋呤
    • 叶酸类似物
    • 二氢叶酸还原酶
    • 四氢叶酸，IMP
  • 氮杂丝氨酸
    • Gln
    • GMP
  • 阿糖胞苷
    • 核苷酸还原酶
    • dCDP
• 嘧啶、嘌呤合成协调控制，两者速度通常平行
• 嘧啶核苷酸的从头合成比嘌呤核苷酸简单