第九章
核苷酸代谢
Nucleic acid metabolism
核酸的消化
膳
食
核
蛋
白
蛋白质 蛋白代谢
核酸
DNA,RNA
胃
酸 单核苷酸
磷酸 核苷
嘧啶核苷 嘌呤核苷
核糖或
脱氧核糖
嘧啶碱 核糖或
脱氧核糖
嘌呤碱
胰核酸酶
胰、肠核苷酸磷酸化酶
嘌呤核苷酶 嘧啶核苷酶
核 苷 酸 的 功 能
?作为核酸合成的原料,
dATP, dGTP, dCTP, dTTP
—— DNA的合成原料；
ATP,GTP,CTP,UTP
—— RNA的合成原料。
?体内能量的利用形式,
ATP,GTP（蛋白质合成）,UTP
（糖原合成）,CTP（磷脂合成）
? ? ? ? ?
? ? ? ? ? 5’ A C T G T 3’
3’ T G A C A 5’
DNA合成原料,
dATP /dGTP / dTTP / dCTP
RNA合成原料,
ATP/ GTP / UTP/CTP
? ? ? ? ? 5’ A C U G U 3’
? 参与代谢和生理调节,
如 cAMP是第二信使，也作为效应剂参与调节。
AMP,ADP,ATP均可作为效应剂。
? 构成辅酶,
腺苷酸可参与组成 NAD＋, FAD、辅酶 A等。
? 组成活化中间代谢物,
如 UDPG,CDP－胆碱等,SAM,PAPS等 。
O
H H
O H H O
H H
C H
2
O
O
O HO H
HH
H
C H
2
H
OP
O H
O
N
N
N
N
N H
2
N
C O N H
2
+
O P
O H
O
A M P
N A D
+
核苷酸代谢概况
? 合成代谢
从头合成途径
(de novo synthesis pathway)
补救合成途径
(salvage synthesis pathway)
? 分解代谢
从头合成途径,★
利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位和 CO2 等
简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成
核苷酸的途径。这是主要合成途径。
主要在肝脏进行。
补救合成途径,★
利用体内游离的碱基或核苷，经过简单的反
应过程，合成核苷酸的途径。
脑、骨髓
第一节
嘌呤核苷酸代谢
核苷酸合成代谢的特点,
B,先合成 一磷酸核苷酸（ NMP）,
再磷酸化生成 NDP,NTP。
C,先合成 核糖核苷酸,
再脱氧生成脱氧核糖核苷酸 。
D,碱基不同，合成途径不同。
A,合成过程有两条途径,
定义,利用磷酸核糖, 氨基酸, 一碳单位
及二氧化碳等简单物质为原料, 经
过一系列酶促反应, 合成嘌呤 (嘧
啶 ） 核苷酸的途径 。
部位：肝脏, 小肠, 胸腺
从头合成途径 (de novo synthesis)
定义,利用体内游离的嘌呤 （ 嘧啶 ） 或嘌
呤核苷 （ 嘧啶核苷 ）, 经过简单的反
应过程, 合成嘌呤 (嘧啶 ） 核苷酸的
途径 。
部位：脑, 骨髓
补救合成途径 (salvage pathway)
嘌呤核苷酸的结构
N
N
N
HN
O
H2
N R 5′ P
GMP
N
N
N
N
NH
2
R 5′ P
AMP
一、嘌呤核苷酸的合成代谢
1.1 从头合成途径 （ de novo synthesis）
1.2 补救合成途径 （ salvage pathway）
1.3 嘌呤核苷酸的相互转变
1.4 脱氧（核糖）核苷酸的生成
1.5 嘌呤核苷酸的抗代谢物
1.1 嘌呤核苷酸的从头合成
1.1.1 原料,
1.1.2 过程,
1.1.3 调节,
1.1.1 嘌呤核苷酸从头合成的原料,
氨基酸,Gly,Asp,Gln
一碳单位,N10-CHO-FH4
N5,N10=CH-FH4
CO2
5-磷酸核糖 ( R-5-P )
嘌呤碱合成的元素来源
N
C
N
C
C
C
N
C
N
一 碳 单 位
C O
2
一 碳 单 位
G l n
G l y
A s p
1
2
3
4
5 7
8
9
6
N10-甲酰 - FH4
N10-甲酰 - FH4
炔
A,IMP的合成
B,AMP和 GMP的生成
1.1.2 嘌呤核苷酸从头合成的过程,
R-5-P
ATP ADP
PRPP合成酶 PP-1-R-5-P
在谷氨酰胺，甘氨酸，
一碳单位，二氧化碳及
天冬氨酸的逐步参与下
IMP
AMP
GMP
H2N-1-R-5’-P
谷氨酰胺
谷氨酸
酰胺转移酶
IMP的合成过程
AMP和 GMP的生成
AMP ADP ATP
ADP ATP
激酶
ADP ATP
激酶
GMP GDP GTP
ADP ATP
激酶
ADP ATP
激酶
+
+
R-5-P
ATP
PRPP合成酶
PRPP 酰胺转移酶 PRA IMP
腺苷酸代
琥珀酸 AMP ADP ATP
XMP GMP GDP GTP
_ _ _
_
_
IMP
腺苷酸代
琥珀酸
XMP
AMP ADP ATP
GMP GDP GTP ATP
GTP
_
_
+
+
从头合成途径的调节,反馈调节 和 交叉调节
1.1.3 嘌呤核苷酸从头合成的调节,
1.2 嘌呤核苷酸的补救合成
1.2.1 嘌呤核苷酸补救合成的原料,
Purine ( A,G,I )
R-5-P ( PRPP )
1.2.2 嘌呤核苷酸补救合成的过程,
参与补救合成的酶,
腺嘌呤磷酸核糖转移酶
(adenine phosphoribosyl transferase,APRT)
次黄嘌呤 -鸟嘌呤磷酸核糖转移酶
(hypoxanthine-guanine phosphoribosyl
transferase,HGPRT)
腺嘌呤 + PRPP AMP + PPi APRT
腺嘌呤核苷 腺苷激酶
ATP ADP
AMP
鸟嘌呤 + PRPP HGPRT GMP + PPi
次黄嘌呤 + PRPP IMP + PPi HGPRT
? 节省从头合成时的能量和一些氨
基酸的消耗。
? 体内某些组织器官，如脑、骨髓
等只能进行补救合成。
1.2.3 嘌呤核苷酸补救合成的意义,
IMP
AMP
腺苷酸代
琥珀酸 XMP
GMP
NH3
1.3 嘌呤核苷酸的相互转变
1.4 脱氧（核糖）核苷酸的生成
特点,
A、在核糖核苷酸基础上直接脱氧生成
B、二磷酸核苷（ NDP）水平脱氧
C、由核糖核苷酸还原酶催化
dNDP + ATP 激酶 dNTP + ADP
嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、
氨基酸或叶酸等的类似物。
嘌呤类似物 氨基酸类似物 叶酸类似物
6-巯基嘌呤 (6MP)
6-巯基鸟嘌呤
8-氮杂鸟嘌呤等
氮杂丝氨酸等 氨蝶呤
甲氨蝶呤 (MTX)
1.5 嘌呤核苷酸的抗代谢物
N
N
N
N
OH
H N
N
N
N
H
SH
次黄嘌呤
(H)
6-巯基嘌呤
(6MP)
?6-巯基嘌呤的结构
甲酰甘氨酰
胺核苷酸
（ FGAR）
PRPP
谷氨酰胺
（ Gln）
=
PRA
甘氨酰胺
核苷酸
（ GAR）
= = 甲酰甘氨 脒核苷酸
（ FGAM）
5-氨基异咪唑 -
4-甲酰胺核苷酸
（ AICAR）
= 5-甲酰胺基咪唑 - 4-甲酰胺核苷酸
（ FAICAR） IMP
次黄嘌呤
（ H）
PRPP PPi =
AMP
PRPP
PPi =
腺嘌呤（ A）
GMP
= PRPP PPi 鸟嘌呤 (G)
6-MP
6-MP
6-MP
6-MP
6-MP
6-MP
氮杂丝氨酸
氮杂丝氨酸
氮杂丝氨酸
MTX
MTX
核苷酸 核苷 核苷酸酶
Pi
核苷磷酸化酶 碱基
1-磷酸核糖
二、嘌呤核苷酸的分解代谢
嘌呤碱的最终
代谢产物
AMP
GMP
H
（次黄嘌呤）
G
X
（黄嘌呤）
N
N
N
N
OH
H HO
OH
尿酸
黄嘌呤氧化酶
痛风症
当患者血尿酸含量超过 8mg%时，尿酸
盐结晶即可沉积于关节、软组织、软骨及
肾等处，导致关节炎、尿路结石及肾疾病。
临床常用别嘌呤醇 (allopurinol)治疗痛风症。
HN
= O
O N
R 5′ P
N
NH2
N
R P
CMP
O
HN
= O
O N
dR 5′ P
CH3
UMP dTMP
5′
嘧啶核苷酸的结构
第二节
嘧啶核苷酸代谢
一、嘧啶核苷酸的合成代谢
1.1 从头合成途径 （ de novo synthesis）
1.2 补救合成途径 （ salvage pathway）
1.3 嘧啶核苷酸的抗代谢物
1.1 嘧啶核苷酸的从头合成
1.1.1 原料,
1.1.2 过程,
1.1.3 调节,
1.1.1 嘧啶核苷酸从头合成的原料,
氨基酸,Asp,Gln
CO2
5-磷酸核糖 ( R-5-P )
嘧啶碱合成的元素来源,
C
C
C
N
C
N
氨基甲
酰磷酸 天冬氨酸
A,UMP(UTP)的合成
B,CTP的合成
1.1.2 嘧啶核苷酸从头合成的过程,
C,dTMP(TMP)的合成
谷氨酰氨 + HCO3-
氨基甲酰磷酸合成酶 II
2ATP 2ADP+Pi
H2N-C-O-P-OH
= O O =
O-
+ 谷氨酸
氨基甲酰磷酸
A,UMP(UTP)的合成
CPS-I CPS-II
肝细胞线粒体中
氨
N-乙酰谷氨酸
胞液（所有细胞）
谷氨酰氨
无
分布
氮源
变构激活剂
功能 尿素合成 嘧啶 合成
氨基甲酰磷酸合成酶 I,II 的区别
ATP ADP
尿苷酸激酶 UDP 二磷酸核苷激酶
ATP ADP
UTP CTP合成酶
谷氨酰氨
ATP 谷氨酸 ADP+Pi
N
NH2
O N
R 5′ PPP
CTP
R 5′ P
HN
= O
O N
UMP
B,CTP的合成
UDP 脱氧核苷酸还原酶 dUDP
O
O
HN
=
N
dR 5′ P
HN
= O
O N
dR 5′ P
CH3 TMP合成酶
N5,N10-甲烯 FH4 FH
2 FH2还原酶
FH4
NADP+ NADPH+H+
dUMP 脱氧胸苷一磷酸
dTMP
CTP CDP dCDP dCMP
C,dTMP(TMP)的合成
Pi
NH3
- -
-
-
-
1.1.3 嘧啶核苷酸从头合成的调节,
嘧啶 + PRPP
磷酸嘧啶核苷 + PPi
嘧啶磷酸核糖转移酶
1.2 嘧啶核苷酸的补救合成
可利用尿嘧啶、胸腺嘧啶及乳清
酸作为底物，但对胞嘧啶不起作用。
尿嘧啶核苷 + ATP 尿苷激酶 UMP + ADP
脱氧胸苷 + ATP 胸苷激酶 dTMP + ADP
嘧啶类似物
HN
= O CH3
O N
HN
=
O N
O
F
胸腺嘧啶 5-氟尿嘧啶 (5-FU)
1.3 嘧啶核苷酸的抗代谢物
某些改变了核糖结构的核苷类似物
嘧啶碱
核
苷
磷
酸
化
酶
1-磷酸核糖
嘧啶核苷酸
核苷 核苷酸酶
Pi
二、嘧啶核苷酸的分解代谢
胞嘧啶
NH3
尿嘧啶
二氢尿嘧啶
H2O
CO2+NH3 H2N-CH2-CH2-COOH
β -丙氨酸
胸腺嘧啶
β -脲基异丁酸
H2N-CH2-CH-COOH
CH3
β -氨基异丁酸
H2O
End of Chapter 9
第九章 结束
核苷酸代谢
Nucleic acid metabolism
核酸的消化
膳
食
核
蛋
白
蛋白质 蛋白代谢
核酸
DNA,RNA
胃
酸 单核苷酸
磷酸 核苷
嘧啶核苷 嘌呤核苷
核糖或
脱氧核糖
嘧啶碱 核糖或
脱氧核糖
嘌呤碱
胰核酸酶
胰、肠核苷酸磷酸化酶
嘌呤核苷酶 嘧啶核苷酶
核 苷 酸 的 功 能
?作为核酸合成的原料,
dATP, dGTP, dCTP, dTTP
—— DNA的合成原料；
ATP,GTP,CTP,UTP
—— RNA的合成原料。
?体内能量的利用形式,
ATP,GTP（蛋白质合成）,UTP
（糖原合成）,CTP（磷脂合成）
? ? ? ? ?
? ? ? ? ? 5’ A C T G T 3’
3’ T G A C A 5’
DNA合成原料,
dATP /dGTP / dTTP / dCTP
RNA合成原料,
ATP/ GTP / UTP/CTP
? ? ? ? ? 5’ A C U G U 3’
? 参与代谢和生理调节,
如 cAMP是第二信使，也作为效应剂参与调节。
AMP,ADP,ATP均可作为效应剂。
? 构成辅酶,
腺苷酸可参与组成 NAD＋, FAD、辅酶 A等。
? 组成活化中间代谢物,
如 UDPG,CDP－胆碱等,SAM,PAPS等 。
O
H H
O H H O
H H
C H
2
O
O
O HO H
HH
H
C H
2
H
OP
O H
O
N
N
N
N
N H
2
N
C O N H
2
+
O P
O H
O
A M P
N A D
+
核苷酸代谢概况
? 合成代谢
从头合成途径
(de novo synthesis pathway)
补救合成途径
(salvage synthesis pathway)
? 分解代谢
从头合成途径,★
利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位和 CO2 等
简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成
核苷酸的途径。这是主要合成途径。
主要在肝脏进行。
补救合成途径,★
利用体内游离的碱基或核苷，经过简单的反
应过程，合成核苷酸的途径。
脑、骨髓
第一节
嘌呤核苷酸代谢
核苷酸合成代谢的特点,
B,先合成 一磷酸核苷酸（ NMP）,
再磷酸化生成 NDP,NTP。
C,先合成 核糖核苷酸,
再脱氧生成脱氧核糖核苷酸 。
D,碱基不同，合成途径不同。
A,合成过程有两条途径,
定义,利用磷酸核糖, 氨基酸, 一碳单位
及二氧化碳等简单物质为原料, 经
过一系列酶促反应, 合成嘌呤 (嘧
啶 ） 核苷酸的途径 。
部位：肝脏, 小肠, 胸腺
从头合成途径 (de novo synthesis)
定义,利用体内游离的嘌呤 （ 嘧啶 ） 或嘌
呤核苷 （ 嘧啶核苷 ）, 经过简单的反
应过程, 合成嘌呤 (嘧啶 ） 核苷酸的
途径 。
部位：脑, 骨髓
补救合成途径 (salvage pathway)
嘌呤核苷酸的结构
N
N
N
HN
O
H2
N R 5′ P
GMP
N
N
N
N
NH
2
R 5′ P
AMP
一、嘌呤核苷酸的合成代谢
1.1 从头合成途径 （ de novo synthesis）
1.2 补救合成途径 （ salvage pathway）
1.3 嘌呤核苷酸的相互转变
1.4 脱氧（核糖）核苷酸的生成
1.5 嘌呤核苷酸的抗代谢物
1.1 嘌呤核苷酸的从头合成
1.1.1 原料,
1.1.2 过程,
1.1.3 调节,
1.1.1 嘌呤核苷酸从头合成的原料,
氨基酸,Gly,Asp,Gln
一碳单位,N10-CHO-FH4
N5,N10=CH-FH4
CO2
5-磷酸核糖 ( R-5-P )
嘌呤碱合成的元素来源
N
C
N
C
C
C
N
C
N
一 碳 单 位
C O
2
一 碳 单 位
G l n
G l y
A s p
1
2
3
4
5 7
8
9
6
N10-甲酰 - FH4
N10-甲酰 - FH4
炔
A,IMP的合成
B,AMP和 GMP的生成
1.1.2 嘌呤核苷酸从头合成的过程,
R-5-P
ATP ADP
PRPP合成酶 PP-1-R-5-P
在谷氨酰胺，甘氨酸，
一碳单位，二氧化碳及
天冬氨酸的逐步参与下
IMP
AMP
GMP
H2N-1-R-5’-P
谷氨酰胺
谷氨酸
酰胺转移酶
IMP的合成过程
AMP和 GMP的生成
AMP ADP ATP
ADP ATP
激酶
ADP ATP
激酶
GMP GDP GTP
ADP ATP
激酶
ADP ATP
激酶
+
+
R-5-P
ATP
PRPP合成酶
PRPP 酰胺转移酶 PRA IMP
腺苷酸代
琥珀酸 AMP ADP ATP
XMP GMP GDP GTP
_ _ _
_
_
IMP
腺苷酸代
琥珀酸
XMP
AMP ADP ATP
GMP GDP GTP ATP
GTP
_
_
+
+
从头合成途径的调节,反馈调节 和 交叉调节
1.1.3 嘌呤核苷酸从头合成的调节,
1.2 嘌呤核苷酸的补救合成
1.2.1 嘌呤核苷酸补救合成的原料,
Purine ( A,G,I )
R-5-P ( PRPP )
1.2.2 嘌呤核苷酸补救合成的过程,
参与补救合成的酶,
腺嘌呤磷酸核糖转移酶
(adenine phosphoribosyl transferase,APRT)
次黄嘌呤 -鸟嘌呤磷酸核糖转移酶
(hypoxanthine-guanine phosphoribosyl
transferase,HGPRT)
腺嘌呤 + PRPP AMP + PPi APRT
腺嘌呤核苷 腺苷激酶
ATP ADP
AMP
鸟嘌呤 + PRPP HGPRT GMP + PPi
次黄嘌呤 + PRPP IMP + PPi HGPRT
? 节省从头合成时的能量和一些氨
基酸的消耗。
? 体内某些组织器官，如脑、骨髓
等只能进行补救合成。
1.2.3 嘌呤核苷酸补救合成的意义,
IMP
AMP
腺苷酸代
琥珀酸 XMP
GMP
NH3
1.3 嘌呤核苷酸的相互转变
1.4 脱氧（核糖）核苷酸的生成
特点,
A、在核糖核苷酸基础上直接脱氧生成
B、二磷酸核苷（ NDP）水平脱氧
C、由核糖核苷酸还原酶催化
dNDP + ATP 激酶 dNTP + ADP
嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、
氨基酸或叶酸等的类似物。
嘌呤类似物 氨基酸类似物 叶酸类似物
6-巯基嘌呤 (6MP)
6-巯基鸟嘌呤
8-氮杂鸟嘌呤等
氮杂丝氨酸等 氨蝶呤
甲氨蝶呤 (MTX)
1.5 嘌呤核苷酸的抗代谢物
N
N
N
N
OH
H N
N
N
N
H
SH
次黄嘌呤
(H)
6-巯基嘌呤
(6MP)
?6-巯基嘌呤的结构
甲酰甘氨酰
胺核苷酸
（ FGAR）
PRPP
谷氨酰胺
（ Gln）
=
PRA
甘氨酰胺
核苷酸
（ GAR）
= = 甲酰甘氨 脒核苷酸
（ FGAM）
5-氨基异咪唑 -
4-甲酰胺核苷酸
（ AICAR）
= 5-甲酰胺基咪唑 - 4-甲酰胺核苷酸
（ FAICAR） IMP
次黄嘌呤
（ H）
PRPP PPi =
AMP
PRPP
PPi =
腺嘌呤（ A）
GMP
= PRPP PPi 鸟嘌呤 (G)
6-MP
6-MP
6-MP
6-MP
6-MP
6-MP
氮杂丝氨酸
氮杂丝氨酸
氮杂丝氨酸
MTX
MTX
核苷酸 核苷 核苷酸酶
Pi
核苷磷酸化酶 碱基
1-磷酸核糖
二、嘌呤核苷酸的分解代谢
嘌呤碱的最终
代谢产物
AMP
GMP
H
（次黄嘌呤）
G
X
（黄嘌呤）
N
N
N
N
OH
H HO
OH
尿酸
黄嘌呤氧化酶
痛风症
当患者血尿酸含量超过 8mg%时，尿酸
盐结晶即可沉积于关节、软组织、软骨及
肾等处，导致关节炎、尿路结石及肾疾病。
临床常用别嘌呤醇 (allopurinol)治疗痛风症。
HN
= O
O N
R 5′ P
N
NH2
N
R P
CMP
O
HN
= O
O N
dR 5′ P
CH3
UMP dTMP
5′
嘧啶核苷酸的结构
第二节
嘧啶核苷酸代谢
一、嘧啶核苷酸的合成代谢
1.1 从头合成途径 （ de novo synthesis）
1.2 补救合成途径 （ salvage pathway）
1.3 嘧啶核苷酸的抗代谢物
1.1 嘧啶核苷酸的从头合成
1.1.1 原料,
1.1.2 过程,
1.1.3 调节,
1.1.1 嘧啶核苷酸从头合成的原料,
氨基酸,Asp,Gln
CO2
5-磷酸核糖 ( R-5-P )
嘧啶碱合成的元素来源,
C
C
C
N
C
N
氨基甲
酰磷酸 天冬氨酸
A,UMP(UTP)的合成
B,CTP的合成
1.1.2 嘧啶核苷酸从头合成的过程,
C,dTMP(TMP)的合成
谷氨酰氨 + HCO3-
氨基甲酰磷酸合成酶 II
2ATP 2ADP+Pi
H2N-C-O-P-OH
= O O =
O-
+ 谷氨酸
氨基甲酰磷酸
A,UMP(UTP)的合成
CPS-I CPS-II
肝细胞线粒体中
氨
N-乙酰谷氨酸
胞液（所有细胞）
谷氨酰氨
无
分布
氮源
变构激活剂
功能 尿素合成 嘧啶 合成
氨基甲酰磷酸合成酶 I,II 的区别
ATP ADP
尿苷酸激酶 UDP 二磷酸核苷激酶
ATP ADP
UTP CTP合成酶
谷氨酰氨
ATP 谷氨酸 ADP+Pi
N
NH2
O N
R 5′ PPP
CTP
R 5′ P
HN
= O
O N
UMP
B,CTP的合成
UDP 脱氧核苷酸还原酶 dUDP
O
O
HN
=
N
dR 5′ P
HN
= O
O N
dR 5′ P
CH3 TMP合成酶
N5,N10-甲烯 FH4 FH
2 FH2还原酶
FH4
NADP+ NADPH+H+
dUMP 脱氧胸苷一磷酸
dTMP
CTP CDP dCDP dCMP
C,dTMP(TMP)的合成
Pi
NH3
- -
-
-
-
1.1.3 嘧啶核苷酸从头合成的调节,
嘧啶 + PRPP
磷酸嘧啶核苷 + PPi
嘧啶磷酸核糖转移酶
1.2 嘧啶核苷酸的补救合成
可利用尿嘧啶、胸腺嘧啶及乳清
酸作为底物，但对胞嘧啶不起作用。
尿嘧啶核苷 + ATP 尿苷激酶 UMP + ADP
脱氧胸苷 + ATP 胸苷激酶 dTMP + ADP
嘧啶类似物
HN
= O CH3
O N
HN
=
O N
O
F
胸腺嘧啶 5-氟尿嘧啶 (5-FU)
1.3 嘧啶核苷酸的抗代谢物
某些改变了核糖结构的核苷类似物
嘧啶碱
核
苷
磷
酸
化
酶
1-磷酸核糖
嘧啶核苷酸
核苷 核苷酸酶
Pi
二、嘧啶核苷酸的分解代谢
胞嘧啶
NH3
尿嘧啶
二氢尿嘧啶
H2O
CO2+NH3 H2N-CH2-CH2-COOH
β -丙氨酸
胸腺嘧啶
β -脲基异丁酸
H2N-CH2-CH-COOH
CH3
β -氨基异丁酸
H2O
End of Chapter 9
第九章 结束
