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备课素材（知识点）：核苷酸代谢 生物人教版必修1
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这是一份备课素材（知识点）：核苷酸代谢 生物人教版必修1，共6页。
食物中核酸多以核蛋白形式存在，核蛋白经胃酸作用分解为核酸和蛋白质，核酸在肠道中消化酶的作用下分解为戊糖和磷酸被吸收，生成的嘌呤和嘧啶被排出体外。
核苷酸功能：
1. 参与核酸合成（最主要）
2. 体内能量利用形式（ATP等）
3. 第二信使cAMP
4. 组成辅酶（NAD、NADP、辅酶A）
5. 活化中间代谢物（UDP-葡萄糖、CDP-二酰基甘油、S-腺苷甲硫氨酸）
嘌呤核苷酸的代谢
体内嘌呤核苷酸的合成有两条途径。
第一，利用磷酸戊糖、氨基酸、一碳单位和CO2等简单物质从头合成；
第二，是利用体内游离的嘌呤和嘌呤核苷，通过简单组配合成嘌呤核苷酸，称为补救合成。肝组织主要是从头合成，脑和脊髓等只能进行补救合成。
1. 嘌呤的从头合成
利用氨基酸、CO2及甲酰基（FH4）等在胞液中进行。
反应大致可分为两个阶段：首先合成次黄嘌呤核苷酸（IMP），IMP在转化为AMP、GMP。
原料的来源、定位如下：
合成特点：嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤环的，而不是首先单独合成环再与磷酸核糖结合。
合成调节：调节机制是 反馈调节，关键酶是谷氨酰胺- PRPP酰胺转移酶、PRPP合成酶。
从图中可以红圈处可以看出，AMP生成需要GTP，GMP生成需要ATP，交叉调节有利于维持两者浓度。
2. 嘌呤的补救合成
细胞利用现成嘌呤碱或嘌呤核苷酸重新合成嘌呤核苷酸，称补救合成。
有两种酶：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）。由PRPP提供磷酸核糖，分别催化AMP、IMP和GMP和补救合成。
补救合成意义：
（1）节省从头合成时能量和一些氨基酸的消耗
（2）脑、骨髓内缺乏从头合成的酶
3. 嘌呤核苷酸和相互转变
IMP、XMP、AMP、GMP可相互转变
4. 脱氧核苷酸的生成
（1）DNA合成旺盛时，脱氧核苷酸量明显增加，脱氧核苷酸从何而来？体内脱氧核苷酸中所含的脱氧核糖并非先形成再连接碱基和磷酸，而是通过相应的核糖核苷酸的直接还原作用，使核糖C2上的羟基被氢取代。
（2）这种还原作用在二磷酸核酸（NDP上进行，这里N代表A、U、G、C，没有T），核糖核酸还原酶催化。
（3）dNDP形成后，再通过磷酸化变为dNTP。
为什么合成DNA的是三磷酸腺苷酸？因为刚好为DNA合成提供能量嘛，一举两得。
嘌呤核苷酸的抗代谢物
（1）6-巯基嘌呤：结构与IMP相似。抑制IMP向AMP、GMP转化；还可直接竞争性抑制次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶，阻碍补救合成，同时也可以妨碍从头合成。
（2）氮杂丝氨酸：与谷氨酰胺类似。干扰谷氨酰胺在嘌呤合成中作用，抑制合成。
（3）氨蝶呤、甲氨蝶呤：叶酸类似物。竞争性抑制二氢叶酸还原酶，抑制FH4合成。
嘌呤核苷酸的分解代谢
1. 核苷酸由磷酸、戊糖、碱基构成，首先水解掉磷酸形成核苷，核苷再分解成戊糖和嘌呤。
2. 嘌呤经黄嘌呤氧化酶催化生成黄嘌呤，再催化生成尿酸。
3. 尿酸水溶性较差，易形成结石。可利用别嘌呤醇治疗痛风，别嘌呤与黄嘌呤结构相似，抑制黄嘌呤氧化酶，减少尿酸形成，黄嘌呤与次黄嘌呤水溶性大，不会结石。
嘧啶核苷酸代谢
嘧啶核苷酸的从头合成
合成原料：谷氨酰胺、CO2、天冬氨酸
合成特点：与嘌呤核苷酸合成不同，嘧啶核苷酸的合成是先合成嘧啶环，再与磷酸核糖相连而成。
合成过程：
（1）尿嘧啶核苷酸的合成：嘧啶环的合成开始于氨基甲酰磷酸的生成（谷氨酰胺+CO2）。氨基甲酰磷酸也是尿素合成的原料，但催化的酶不一样。合成尿素的氨基甲酰磷酸在肝线粒体由氨基甲酰磷酸合成酶I （CPS-I）催化；合成嘧啶的氨基甲酰磷酸由胞液的氨基甲酰磷酸合成酶II（CPS-II）催化。
（2）氨基甲酰磷酸在天冬氨酸甲酰转移酶催化下，与天冬氨酸合成氨甲酰天冬氨酸。
（3）氨甲酰天冬氨酸在二氢乳清酸酶催化下，形成二氢乳清酸，再脱氢生成乳清酸。
（4）乳清酸与PRPP结合，最后生成UMP。
（5）UMP磷酸化生成UTP，在CTP合酶催化，消耗1分子ATP，接受谷氨酰胺（谷氨酸+NH3）的氨基生成CTP。
（6）dTMP是dUMP甲基化生成，由胸苷酸合酶催化，把FH4的甲基搞上来。
dUMP来源：一是dUDP水解；二是dCMP脱氨基（主要）
从头合成的调节
关键酶：氨基甲酰磷酸合成酶II；UMP负反馈。
嘧啶核苷酸补救合成
（1）嘧啶磷酸核糖转移酶是嘧啶核苷酸补救合成的主要酶，它可以利用尿嘧啶、胸腺嘧啶、乳清酸，但对胞嘧啶不起作用。
嘧啶+PRPP～磷酸嘧啶核苷+ppi
（2）尿苷激酶也是一种补救合成酶
尿嘧啶核苷+ATP～UMP+ADP
嘧啶核苷酸抗代谢物
（1）5-氟尿嘧啶：胸腺嘧啶类似物。其本身无害，但经过转化后生成FdUMP，与dUMP结构相似，抑制胸苷酸合酶，使dTMP合成受阻
（2）其余与嘌呤抗代谢物类似。
嘧啶核苷酸分解（肝）
1. 首先分解为磷酸、戊糖、嘧啶碱。
2. 胞嘧啶脱氨基转变为尿嘧啶，尿嘧啶最终水解生成NH3、CO2和β-丙氨酸。
3. 胸腺嘧啶降解为β-氨基异丁酸随尿排出
4. 与嘌呤碱（尿酸）分解不同，嘧啶碱降解产物均易溶于水。
食物中核酸多以核蛋白形式存在，核蛋白经胃酸作用分解为核酸和蛋白质，核酸在肠道中消化酶的作用下分解为戊糖和磷酸被吸收，生成的嘌呤和嘧啶被排出体外。
核苷酸功能：
1. 参与核酸合成（最主要）
2. 体内能量利用形式（ATP等）
3. 第二信使cAMP
4. 组成辅酶（NAD、NADP、辅酶A）
5. 活化中间代谢物（UDP-葡萄糖、CDP-二酰基甘油、S-腺苷甲硫氨酸）
嘌呤核苷酸的代谢
体内嘌呤核苷酸的合成有两条途径。
第一，利用磷酸戊糖、氨基酸、一碳单位和CO2等简单物质从头合成；
第二，是利用体内游离的嘌呤和嘌呤核苷，通过简单组配合成嘌呤核苷酸，称为补救合成。肝组织主要是从头合成，脑和脊髓等只能进行补救合成。
1. 嘌呤的从头合成
利用氨基酸、CO2及甲酰基（FH4）等在胞液中进行。
反应大致可分为两个阶段：首先合成次黄嘌呤核苷酸（IMP），IMP在转化为AMP、GMP。
原料的来源、定位如下：
合成特点：嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成嘌呤环的，而不是首先单独合成环再与磷酸核糖结合。
合成调节：调节机制是 反馈调节，关键酶是谷氨酰胺- PRPP酰胺转移酶、PRPP合成酶。
从图中可以红圈处可以看出，AMP生成需要GTP，GMP生成需要ATP，交叉调节有利于维持两者浓度。
2. 嘌呤的补救合成
细胞利用现成嘌呤碱或嘌呤核苷酸重新合成嘌呤核苷酸，称补救合成。
有两种酶：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）。由PRPP提供磷酸核糖，分别催化AMP、IMP和GMP和补救合成。
补救合成意义：
（1）节省从头合成时能量和一些氨基酸的消耗
（2）脑、骨髓内缺乏从头合成的酶
3. 嘌呤核苷酸和相互转变
IMP、XMP、AMP、GMP可相互转变
4. 脱氧核苷酸的生成
（1）DNA合成旺盛时，脱氧核苷酸量明显增加，脱氧核苷酸从何而来？体内脱氧核苷酸中所含的脱氧核糖并非先形成再连接碱基和磷酸，而是通过相应的核糖核苷酸的直接还原作用，使核糖C2上的羟基被氢取代。
（2）这种还原作用在二磷酸核酸（NDP上进行，这里N代表A、U、G、C，没有T），核糖核酸还原酶催化。
（3）dNDP形成后，再通过磷酸化变为dNTP。
为什么合成DNA的是三磷酸腺苷酸？因为刚好为DNA合成提供能量嘛，一举两得。
嘌呤核苷酸的抗代谢物
（1）6-巯基嘌呤：结构与IMP相似。抑制IMP向AMP、GMP转化；还可直接竞争性抑制次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶，阻碍补救合成，同时也可以妨碍从头合成。
（2）氮杂丝氨酸：与谷氨酰胺类似。干扰谷氨酰胺在嘌呤合成中作用，抑制合成。
（3）氨蝶呤、甲氨蝶呤：叶酸类似物。竞争性抑制二氢叶酸还原酶，抑制FH4合成。
嘌呤核苷酸的分解代谢
1. 核苷酸由磷酸、戊糖、碱基构成，首先水解掉磷酸形成核苷，核苷再分解成戊糖和嘌呤。
2. 嘌呤经黄嘌呤氧化酶催化生成黄嘌呤，再催化生成尿酸。
3. 尿酸水溶性较差，易形成结石。可利用别嘌呤醇治疗痛风，别嘌呤与黄嘌呤结构相似，抑制黄嘌呤氧化酶，减少尿酸形成，黄嘌呤与次黄嘌呤水溶性大，不会结石。
嘧啶核苷酸代谢
嘧啶核苷酸的从头合成
合成原料：谷氨酰胺、CO2、天冬氨酸
合成特点：与嘌呤核苷酸合成不同，嘧啶核苷酸的合成是先合成嘧啶环，再与磷酸核糖相连而成。
合成过程：
（1）尿嘧啶核苷酸的合成：嘧啶环的合成开始于氨基甲酰磷酸的生成（谷氨酰胺+CO2）。氨基甲酰磷酸也是尿素合成的原料，但催化的酶不一样。合成尿素的氨基甲酰磷酸在肝线粒体由氨基甲酰磷酸合成酶I （CPS-I）催化；合成嘧啶的氨基甲酰磷酸由胞液的氨基甲酰磷酸合成酶II（CPS-II）催化。
（2）氨基甲酰磷酸在天冬氨酸甲酰转移酶催化下，与天冬氨酸合成氨甲酰天冬氨酸。
（3）氨甲酰天冬氨酸在二氢乳清酸酶催化下，形成二氢乳清酸，再脱氢生成乳清酸。
（4）乳清酸与PRPP结合，最后生成UMP。
（5）UMP磷酸化生成UTP，在CTP合酶催化，消耗1分子ATP，接受谷氨酰胺（谷氨酸+NH3）的氨基生成CTP。
（6）dTMP是dUMP甲基化生成，由胸苷酸合酶催化，把FH4的甲基搞上来。
dUMP来源：一是dUDP水解；二是dCMP脱氨基（主要）
从头合成的调节
关键酶：氨基甲酰磷酸合成酶II；UMP负反馈。
嘧啶核苷酸补救合成
（1）嘧啶磷酸核糖转移酶是嘧啶核苷酸补救合成的主要酶，它可以利用尿嘧啶、胸腺嘧啶、乳清酸，但对胞嘧啶不起作用。
嘧啶+PRPP～磷酸嘧啶核苷+ppi
（2）尿苷激酶也是一种补救合成酶
尿嘧啶核苷+ATP～UMP+ADP
嘧啶核苷酸抗代谢物
（1）5-氟尿嘧啶：胸腺嘧啶类似物。其本身无害，但经过转化后生成FdUMP，与dUMP结构相似，抑制胸苷酸合酶，使dTMP合成受阻
（2）其余与嘌呤抗代谢物类似。
嘧啶核苷酸分解（肝）
1. 首先分解为磷酸、戊糖、嘧啶碱。
2. 胞嘧啶脱氨基转变为尿嘧啶，尿嘧啶最终水解生成NH3、CO2和β-丙氨酸。
3. 胸腺嘧啶降解为β-氨基异丁酸随尿排出
4. 与嘌呤碱（尿酸）分解不同，嘧啶碱降解产物均易溶于水。
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