第八章機普酸代谢 第二节核苷酸的生物合成 、嘌呤核苷酸的合成 体内嘌呤核苷酸的合成有两条途径: ①从头合成途径 利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2等简单物质为原料合成嘌呤核 苷酸的过程,称为从头合成途径( denovo synthesis),是体内的主要合成途径。 ②补救合成途径 利用体内游离嘌呤或嘌呤核苷,经简单反应过程生成嘌呤核苷酸的过程, 称重新利用(或补救合成)途径( salvage pathway)。在部分组织如脑、骨髓中只能 通过此途径合成核苷酸。 (一)嘌呤核苷酸的从头合成 早在1948年, Buchanan等证实合成嘌呤的前身物为:氨基酸(甘氨酸 天门冬氨酸、和谷氨酰胺)、CO2和一碳单位(N0-甲酰FH4,N,N0甲炔FH4) 随后,由 Buchanan和 Greenberg等进一步搞清了嘌呤核苷酸的合成过程 出人意料的是,体内嘌呤核苷酸的合成并非先合成嘌呤碱基,然后再与 核糖及磷酸结合,而是在磷酸核糖的基础上逐步合成嘌呤核苷酸 嘌呤核苷酸的从头合成主要在胞液中进行,可分为两个阶段: 首先合成次黄嘌呤核苷酸( inosine monophosphate IMP) 然后通过不同途径分别生成AMP和GMP。 下面分步介绍嘌呤核苷酸的合成过程 1.IMP的合成(P392、P394图) IMP的合成包括11步反应: 首先是5-磷酸核糖的活化: 嘌呤核苷酸合成的起始物为αD-核糖-5-磷酸,是磷酸戊糖途径代谢产 物。嘌呤核苷酸生物合成的第一步是由磷酸核糖焦磷酸激酶( ribose phosphate pyrophosphokinase)催化,与ATP反应生成5磷酸核糖-焦磷酸(5- phosphoribosyl a- pyrophosphate,PRPP)。此反应中AP的焦磷酸根直接转移 到5-磷酸核糖Cl位上。PRPP同时也是嘧啶核苷酸、组氨酸、色氨酸合成的 前体。因此,磷酸戊糖焦磷酸激酶是多种生物合成过程的重要酶,此酶为 变构酶,受多种代谢产物的变构调节。如PPi和2,3-DPG为其变构激活剂。 ADP和GDP为变构抑制剂 第一阶段的反应: )获得嘌呤的N9原子: 由磷酸核糖酰胺转移酶( amidophosphoribosyl transterase)催化,谷氨酰胺提 供酰胺基取代PRPP的焦磷酸基团,形成5磷酸核糖胺(β
第八章 核苷酸代谢 ·6· 第二节 核苷酸的生物合成 一、嘌呤核苷酸的合成 体内嘌呤核苷酸的合成有两条途径： ①从头合成途径 利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及 CO2 等简单物质为原料合成嘌呤核 苷酸的过程，称为从头合成途径(denovo synthesis)，是体内的主要合成途径。 ②补救合成途径 利用体内游离嘌呤或嘌呤核苷，经简单反应过程生成嘌呤核苷酸的过程， 称重新利用(或补救合成)途径(saluage pathway)。在部分组织如脑、骨髓中只能 通过此途径合成核苷酸。 （一）嘌呤核苷酸的从头合成 早在 1948 年，Buchanan 等证实合成嘌呤的前身物为：氨基酸(甘氨酸、 天门冬氨酸、和谷氨酰胺)、CO2 和一碳单位(N10 -甲酰 FH4，N5 ,N10 -甲炔 FH4)。 随后，由 Buchanan 和 Greenberg 等进一步搞清了嘌呤核苷酸的合成过程。 出人意料的是，体内嘌呤核苷酸的合成并非先合成嘌呤碱基，然后再与 核糖及磷酸结合，而是在磷酸核糖的基础上逐步合成嘌呤核苷酸。 嘌呤核苷酸的从头合成主要在胞液中进行，可分为两个阶段： 首先合成次黄嘌呤核苷酸(inosine monophosphate IMP)； 然后通过不同途径分别生成 AMP 和 GMP。 下面分步介绍嘌呤核苷酸的合成过程。 1. IMP 的合成（P392、P394 图） IMP 的合成包括 11 步反应： 首先是 5-磷酸核糖的活化： 嘌呤核苷酸合成的起始物为α-D-核糖-5-磷酸，是磷酸戊糖途径代谢产 物。嘌呤核苷酸生物合成的第一步是由磷酸核糖焦磷酸激酶(ribose phosphate pyrophosphohinase) 催 化 ， 与 ATP 反 应 生 成 5- 磷 酸 核 糖 - 焦 磷 酸 (5- phosphorlbosyl α-pyrophosphate，PRPP)。此反应中 ATP 的焦磷酸根直接转移 到 5-磷酸核糖 C1 位上。PRPP 同时也是嘧啶核苷酸、组氨酸、色氨酸合成的 前体。因此，磷酸戊糖焦磷酸激酶是多种生物合成过程的重要酶，此酶为一 变构酶，受多种代谢产物的变构调节。如 PPi 和 2,3-DPG 为其变构激活剂。 ADP 和 GDP 为变构抑制剂。 第一阶段的反应： 1）获得嘌呤的 N9 原子： 由磷酸核糖酰胺转移酶(amidophosphoribosyl transterase)催化，谷氨酰胺提 供 酰 胺 基 取 代 PRPP 的 焦 磷 酸 基 团 ， 形 成 5- 磷 酸 核 糖 胺 ( β
第八章機普酸代谢 -5- phosphoribasylamine,PRA)这样α-核糖变成了β-核糖。此步反应由焦磷 酸的水解供能,是嘌呤合成的限速步骤。酰胺转移酶为限速酶,受嘌呤核苷 酸的反馈抑制 2)获得嘌呤C、C5和N原子 由甘氨酰胺核苷酸合成酶( glycinamide ribotide synthetase)催化甘氨酸与5- 磷酸核糖胺(PRA)缩合,生成甘氨酰胺核苷酸( glycinamide ribotide, GAR)。 由ATP水解供能。此步反应为可逆反应,是合成过程中唯一可同时获得多个 原子的反应 3)获得嘌呤C8原子: 甘氨酰胺核苷酸(GAR)的自由α-氨基甲酰化生成甲酰甘氨酰胺核苷酸 ( formylgly cinamide ribotide,FGAR)。由N0·甲酰FH4提供甲酰基。催化此反 应的酶为GAR甲酰转移酶( GAR transformylase)。 4)获得嘌呤的N3原子: 第二个谷氨酰胺的酰胺基转移到正在生成的嘌呤环上,生成甲酰甘氨脒 核苷酸( formylglycinamidine ribotide, FGAM)。此反应为耗能反应,由AIP水解 供能。 5)嘌呤咪唑环的形成 FGAM经过耗能的分子内重排,环化生成5-氨基咪唑核苷酸 (5-aminoimidazole ribotide, AIR) 第二阶段的反应 6)获得嘌呤C6原子: C6原子由CO提供,CO2与5-氨基咪唑核苷酸在氨基咪唑核苷酸羧化酶 ( AIR carboxylase)催化下,生成5氨基咪唑-4-羧基核苷酸( carboxyamino imidazole ribotide, CAIR) 7)、8)获得N1原子 由天门冬氨酸与5-氨基咪唑-4-羧基核苷酸缩合反应,生成5-氨基咪唑 -4-(N-琥珀酰胺)核苷酸(4- aminoimidazole-4-(N- succinylocarboxamide) ribotide, SACAIR)。此反应与(3)步相似,由AP水解供能。反应由氨基咪唑琥 珀酰胺核苷酸合成酶催化 9)去除延胡索酸: 在腺苷酸琥珀酸裂解酶的作用下,5-氨基咪唑-4(N-琥珀酰胺)核苷酸分解 为延胡索酸和5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸。 (8)、(9)两步反应与尿素循环中精氨酸生成鸟氨酸的反应相似 0)获得C2 票呤环的最后一个C原子由N0-甲酰-FH4提供,由5-氨基咪唑4氨甲酰 核苷酸甲酰转移酶催化5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸甲酰化生成5-甲酰胺基咪
第八章 核苷酸代谢 ·7· -5-phosphoribasylamine ，PRA)这样α-核糖变成了β-核糖。此步反应由焦磷 酸的水解供能，是嘌呤合成的限速步骤。酰胺转移酶为限速酶，受嘌呤核苷 酸的反馈抑制。 2）获得嘌呤 C 4、C 5 和 N7 原子： 由甘氨酰胺核苷酸合成酶(glycinamide ribotide synthetase)催化甘氨酸与 5- 磷酸核糖胺（PRA）缩合，生成甘氨酰胺核苷酸(glycinamide ribotide,GAR)。 由 ATP 水解供能。此步反应为可逆反应，是合成过程中唯一可同时获得多个 原子的反应。 3）获得嘌呤 C 8 原子： 甘氨酰胺核苷酸(GAR)的自由α-氨基甲酰化生成甲酰甘氨酰胺核苷酸 (formylgly cinamide ribotide, FGAR)。由 N10 -甲酰-FH4 提供甲酰基。催化此反 应的酶为 GAR 甲酰转移酶(GAR transtormylase)。 4）获得嘌呤的 N3 原子： 第二个谷氨酰胺的酰胺基转移到正在生成的嘌呤环上，生成甲酰甘氨脒 核苷酸(formylglycinamidine ribotide,FGAM)。此反应为耗能反应，由 ATP 水解 供能。 5）嘌呤咪唑环的形成： FGAM 经过耗能的分子内重排，环化生成 5- 氨基咪唑核苷酸 (5-aminoimidazole ribotide,AIR)。 第二阶段的反应： 6）获得嘌呤 C6 原子： C6 原子由 CO2 提供，CO2 与 5-氨基咪唑核苷酸在氨基咪唑核苷酸羧化酶 (AIR carboxylase) 催化下，生成 5- 氨基咪唑-4-羧基核苷酸(carboxyamino imidazole ribotide,CAIR)。 7）、8）获得 N1 原子： 由天门冬氨酸与 5-氨基咪唑-4-羧基核苷酸缩合反应，生成 5-氨基咪唑 -4-(N- 琥珀酰胺 ) 核 苷 酸 (4-aminoimidazole-4-(N-succinylocarboxamide) ribotide,SACAIR)。此反应与(3)步相似，由 ATP 水解供能。反应由氨基咪唑琥 珀酰胺核苷酸合成酶催化。 9）去除延胡索酸： 在腺苷酸琥珀酸裂解酶的作用下，5-氨基咪唑-4-(N-琥珀酰胺)核苷酸分解 为延胡索酸和 5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸。 (8)、(9)两步反应与尿素循环中精氨酸生成鸟氨酸的反应相似。 10）获得 C 2： 嘌呤环的最后一个 C 原子由 N10 -甲酰-FH4 提供，由 5-氨基咪唑-4-氨甲酰 核苷酸甲酰转移酶催化 5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸甲酰化生成 5-甲酰胺基咪