第八章核苷酸代谢 学习目标 通过本章的学习，你应该能够： 掌握核苷酸从头合成、补教合成的概念，两类核苷酸从头合成的原料 熟悉核苷酸的生物学功能，熟悉嘌吟核苷酸补救合成的生理意义，嘌呤核苷酸 分解代谢终产物 一尿酸的生成、尿酸与痛风的关系及别嘌呤醇治疗痛 风的作用机理，脱氧核苷酸的合成。 了解核酸的消化吸收，两类核苷酸从头合成的基本过程与调节，两类核苷酸补 救合成的主要方式，吟核苷酸分解代谢的基本过程，嘧啶核苷酸分解代 谢的基本过程与产物，核苷三磷酸的合成，抗代谢物的概念，核苷酸抗代 射物的类型与作用。 核苷酸代谢包括核苷酸的合成代谢与核苷酸的分解代谢。在合成代谢方面，机体通过从头合成途 径或者补救合成途径合成核糖核苷酸。然后，在二磷酸核糖核苷酸的基础上进行脱氧反应，生成相应的 脱氧核糖核苷酸。本章重点讨论核苷酸的合成代谢。 第一节概述 一、核苷酸的生物学功能 核苷酸(nucleotide)广泛分布于体内，包括嘌吟核苷酸(purine nucleotide)和嘧啶核苷酸(pyrimidin ucleotide),且有多种生物学功能：①作为合成核酸的主要原料，参与DNA和RNA的合成：②作为体内 的能量利用方式。如ATP作为机体能量生成和利用的中心，为机体的活动及各种化学反应提供能量 除了ATP之外，其他形式的核苷酸也可以供能，如蛋白质合成过程中需要GTP供能：③参与酶活性的周 节。例如AMP、ADP、ATP等是多种代谢途径的关键酶的变构效应剂。ATP还可以为酶的共价修饰提供 磷酸基团：④核苷酸的衍生物是多种合成代谢的活性中间产物。例如合成糖原时，葡萄糖的供体就是 UDP葡萄糖。合成磷脂的活性原料是CDP.二脂酰甘油。在这两种原料的活化过程中都需要核苷酸： ⑤参与酶的组成。如辅酶NAD'、FAD,CoA等的分子结构中都包含有腺苷酸的成分：⑥GTP/GDP,cAMP 和cGMP作为重要信号分子参与细胞信号的转导过程。 二、核苷酸的降解 食物中的核酸多以核蛋白(nucleoprotein)形式存在，经消化道丰富酶系的作用水解为核酸和蛋白 212
质。核酸进而在胰脱氧核糖核酸酶或核糖核酸酶作 用下水解为寡核苷酸和部分单核苷酸。寡核苷酸再 经磷酸二酯酶作用水解成单核苷酸。单核苷酸进 步经核苷酸酶水解为核苷(nucleoside)和磷酸。核苷 即H条件下降解DNA和RN 再由核苷酶催化分解为戊糖和含氮碱基，即核糖或 脱氧核糖，嘌呤碱或嘧啶碱。分解核苷的酶有两类 降解的核酸 一类是核苷水解酶，主要存在于微生物和植物体内 只分解核糖核苷，产物是含氨碱与核糖，反应不可 酸 逆，它对脱氧核糖核苷不起作用。另一类是核苷磷 酸化酶，存在比较广泛，催化的反应是可逆的，反应 的产物是含氮碱和戊糖的磷酸酯，后者再生成含刻 碱和戊糖。这些水解产物可被细胞吸收，极少部分 通过补救合成途径重新利用，但大部分则被彻底分 循环利用小肠 单核苷酸 解。其中戊糖可参加戊糖代谢，而大部分含氮碱基 核苷酸 则分解后随尿液排出（图81）。因此，食物来源的核 酸利用率非常低，机体内的核苷酸主要靠自身细胞 核苷 合成，不依赖食物供给，所以核酸不是营养必需 核许酶 物质。 小肠绒毛细胞 (脱氧)楼糖 三、核苷酸的代谢概况 酸 核苷酸代谢包括核苷酸的合成代谢与核苷酸的 分解代谢。内源性合成是体内核苷酸的主要来源 无论是嘌呤核苷酸还是嘧啶核苷酸，都有两条合成 途径：从头合成途径(de novo synthesis pathway)与补 图81核酸的消化降解过程 救合成涂径(salvage synthesis pathway)。从头合成途 径是利用简单前体分子（如磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及C0,等）为原料，经过一系列的酶促反应最终 合成核苷酸的过程。从头合成途径主要存在于肝，其次是小肠黏膜及胸腺，是机体合成核苷酸的主要途 径。补救合成途径则是利用体内现成的游离嘌呤/嘧啶碱基或核苷，经过简单的反应生成核苷酸的过 程。补教合成途径主要存在于脑、骨髓等少数组织中。在二磷酸核糖核苷酸的基础上进行脱氧反应，生 成相应的脱氧核糖核苷酸。核苷酸在体内的分解代谢类似于食物中的核酸在消化道的消化过程。主要 是在核苷酸酶及核苷酶的作用，逐级水解成戊糖、磷酸和碱基。磷酸和戊糖可再被利用或进一步分解 碱基除小部分可再被利用外，大部分均可被分解而排出体外。本章重点讨论核苷酸的合成代谢。 第二节嘌呤核苷酸的代谢 一、嘌吟核苷酸的合成 (一)嘌呤核苷酸的从头合成途径 原呤核苷酸从头合成途径是在5'磷酸核糖基础上，逐步合成原吟环。同位素掺入实验表明合成嘌 昤环的前体分子包括氨基酸C0,和一碳单位等。现已阐明：嘌吟环中的N1来自于天冬氨酸；C-4,C5 和N7来自于甘氨酸：N3、N9来自于谷氨酰胺；C-2来自于N0.甲酰四氢叶酸（一碳单位）：C8来自于 N,N甲炔四氢叶酸（一碳单位）；C-6来自于C0,(图8-2)。这些物质通过多步反应连接在一起，构成 213
第二篇物质代谢及其调节 了原呤环的基本结构。 c0, 在嘌吟核苷酸的从头合成过程中，来自于 磷酸戊糖途径的5磷酸核糖在磷酸核糖焦磷酸 天冬氨酸N 激随的催化下，由ATP提供磷酸，反应生成5-磷 甘氨酸 酸核糖-1-焦磷酸(5-phosphoribosyl-1-pyrophos 碳单位→C 一碳单位 phate,PRPP)(图8-3)。以PRPP为基础，上述 3 简单的原料逐步连接在一起而最终形成嘌呤 环。这也是噤吟核苷酸合成的特点。PRPP除 谷氨酰胶 了在题吟核苷酸从头合成涂径和补救合成途径 中可以提供磷酸与核糖外，也可以为嘧啶核苷 图82嘌哈环各原子的来河 酸的合成提供磷酸与核糖。 0-A -0-CH20 ATP AMP 0-CH0 OH 5-磷酸核糖 图83PRPP的合成 吟核苷酸从头合成途径的所有反应都在胞质中完成，分为两个阶段：首先合成嘌吟核苷酸的共同 前体次黄嘌呤核苷酸(IMP),然后由MP转化为AMP和GMP。 1.次黄嘌吟核苷酸(IMP)的合成这个阶段共包含10步反应（图8-4）： ①谷氨酰胺与PRPP反应，形成5-磷酸核糖胺(5-phosphoribosylamine,PRA)。该反应由谷氨酰胺磷 酸核精焦融酸酰胺转移臨催化是原吟核苷酸从头合成的限陳步骤，酰胺转移酶是限速酶，受到票吟核 苷酸的反馈抑制。 ②甘氨酸与PRA缩合，生成甘氨酰胺核苷酸(glycinamide ribonucleotide,GAR),该反应由甘氨酰胺 核苷酸合成酶催化。由ATP水解供能。 ③GAR的氨基发生甲酰化生成甲酰甘氨酰胺核苷酸(formylglycinamide ribonucleotide,FGAR),甲酰 基团由N.甲酰四氢叶酸提供，催化该反应的酶是GAR甲酰转移酶。 ④谷氨酰胺提供酰胺基，在甲酰甘氨脒核苷酸合成酶的催化下，由ATP水解供能，生成甲酰甘氨眯 核苷酸(formylglycinamidine ribonucleotide,FGAM)。 ⑤FGAM经过耗能的分子内重排，生成5-氨基咪唑核苷酸(5-aminoimidazoe ribonucleotide,AIR)。 该反应在AIR合成酶的催化下，由ATP水解供能。 ⑥CO,提供第六位的C原子，由AIR羧化酶催化生成羧基氨基咪唑核苷酸(carboxyaminoimidazol ribonucleotide,CAIR),该反应需要生物素和ATP的参与。 ⑦天冬氨酸和AR缩合，生成5-氨基咪唑-4-(N-琥珀)甲酰胺核苷酸(5-aminoimidazole-4-N-succinyl arboxamide ribonucleotide,SAICAR)。该反应在SAICAR合成的催化下，由ATP水解供能。 ⑧在SAICAR裂解酶催化下，SAICAR脱去延胡索酸生成5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸(5-aminoimi~ dazole-4-carboxamide ribonucleotide,AICAR)。⑦、⑧两步反应与鸟氨酸循环中的瓜氨酸生成精氨酸的反 应类似。 ⑨AICAR甲酰化生成5-甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸(5-4-carboxyamide ribo nucleotide,FAICAR),甲酰化的甲酰基团来自No.甲酰四氢叶酸，反应由AICAR甲酰转移酶催化。 214
第八章核代谢 ATP AMP HO-P- O-CH-0 谷胺酰胺⊙谷氢酸 OHOH 5磷酸核糖 5酸核精焦磷酸PRPP NH, H CH=0 0=P-CH0、NH2甘氨酸0 N甲升入a=o酸H GAR合成酶 转甲酸基酶】 0 R-5-P NH FGAM合成南HnNN OHOH R-5'P 了-磷酸核糖胺PRA) 甘氨酰胺核苷酸(GAR) 甲酰甘氨酰胺核苷酸FGAR) 甲能甘氨味核苷酸(FGAM HOOC -NH HO-C H.C SAICAR合成酶 H,N AR骏化酶H,N R-5-P R-5-P 5 小镜胺付甲限 子餐普洗大进恩 S氨基味唑核苷酸(AR】 摩苷酸代莫电酸裂解得 延胡索酸 HN H.N C-N ARCAR转甲酰基酶 MP合酶 R-5-p R-S-P R.5 5甲酸落来之男酰胺 次黄隐技苷酸 图84MP的从头合成过程 OFAICAR在次黄原吟核苷酸合酶催化下脱水环化，生成原呤核苷酸从头合成途径的第一个中间 产物一次黄嘌吟核苷酸(MP)。 2.IMP转变为AMP和GMP第一阶段生成的IMP迅速地转变为ANMP和GMP(图85)。 从IMP转变为AMP需要两步反应：①在腺苷酸代號珀酸合成酶(adenylosuccinate synthetase)的催 化下，天冬氨酸与MP反应生成腺苷酸代號珀酸(adenylosuccinate),此反应由GTP水解供能；②在腺苷 酸代琥珀酸裂解酶(adenylosuccinate lyase)的作用下脱去延胡索酸生成AMP。 从IMP转变为GMP同样有两步反应：①IMP由MP脱氢酶(MP dehydrogenase)催化，氧化生成黄 215
人第二篇物质代谢及其调节 HOOCCHCH,COOH 天冬氨酸，Mg GTP GDP+P. 腺苷酸代球珀酸合成酶(ASS) 腺苷酸代琥珀酸裂解酶 R-5'E 腺苷酸代琥珀酸AS) AMP R.5-p 品NADH+H IMP脱氢酶MPD) 鸟苷酸合成酶HN XMP GMP 图85IMP转变为AMP和GMP 嘌吟核苷酸(XMP),脱下的氢由NAD接受；②谷氨酰胺提供酰胺基团，取代XMP中2位C上的氧生成 GMP,该反应由GMP合成酶(guanylate synthetase)催化，由ATP分解供能 从头合成的AMP和GMP都是一磷酸的形式，因此AMP和GMP必须转变为ATP和GTP的形式，才 能作为核酸的合成原料。这种转变是在相应的激酶催化下完成的。一磷酸核苷酸(AMP和GMP)在碱 基特异的核苷一磷酸激酶(nucleoside monophosphate kinase)催化下，生成二磷酸核苷酸(ADP和GDP) 然后再由核苷二磷酸激酶催化，生成相应的三磷酸核苷酸(ATP和GTP)。(详见核苷二磷酸及核苷三 磷酸的产生) 3.嘌呤核苷酸从头合成的调节嘌呤核苷酸的从头合成是机体获得嘌吟核苷酸的主要来源。这 个过程需要消耗大量的ATP和氨基酸等原料，精 5磷酸核糖 密的调控体系对合成过程十分必需，且实现了营 养和能量的节约。这种精密的调节主要是通过反 酸核精焦磷酸激聘一 馈机制完成的。通过调节IMP、ATP和GTP对酶 的抑制，不仅调节嘌呤核苷酸的总量，而且使ATP 和GTP的水平保持相对平衡，从而既满足了机体 对核苷酸的需要，也避免了物质和能量的多余消 5磷酸核糖 耗（图8-6）。 且体而言，在从头合成的第一个阶段中核糖 磷酸焦磷酸激酶受ADP和GDP的反馈抑制。磷 酸代 酸核糖酰胺转移酶受到ATP、ADP、AMP及GTP GDP、GMP的反馈抑制。ATP、ADP和AMP结合 酶的一个抑制位点，而GTP、GDP和GMP结合酶 的另一个抑制位点。因此，MP的生成谏率受腺 嘌和鸟嘌吟核苷酸的独立且协同的调节。此 外，PRPP可变构激活磷酸核糖酰胺转移酶。 在第二个阶段中，从IMP向AMP和GMP的 转变过程也受到反馈抑制调节。GMP反馈抑制 →抑制线路 一一一激活线路 MP向XMP转变的环节，这样可以比避免GMP 图8-6骠呤核苷酸从头合成途径的调节 216
第八章核苷酸代谢 的生成过多；而AMP反馈抑制IMP转变为腺苷酸代琥珀酸的环节，从而防止生成过多的AMP。 此外，AMP和GMP的合成也要保持平衡，因为二者都由MP转变而来。因此二者有交叉促进作 用，即GTP可以加速MP向AMP转变，而ATP则可促进MP向GMP的转变。 (二)嘌呤核苷酸的补救合成途径 细胞或组织利用游离的嘌岭碱基或嘌吟核苷重新合成嘌呤核苷酸的过程称为补救合成。补救合成 的过程比从头合成简单得多，消耗ATP少，且可节省一些氨基酸的消耗。补救合成的核苷酸占体内合 成核苷酸总量的10%左右。 1.嘌呤碱基补救合成嘌吟核苷酸补救合成使用的嘌吟碱基有腺嘌吟、鸟嘌吟及次黄嘌呤。在有 嘌吟碱基的情况下，只需要磷酸与核糖，就可以合成嘌吟核苷酸。正如从头合成一样，PPP提供磷酸与 核糖。因此腺嘌吟与PRPP反应，由腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adenine phosphoribosyl transferase,APRT)催 化，生成腺嘌吟核苷酸(AMP)。鸟骠昤或者次黄瞟呤与PRPP反应，由次黄原呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移 酶(hypoxanthine-guanine,HGPRT)催化，生成相应的鸟嘌呤核苷酸(GMP)和次 黄嘌吟核苷酸(IMP)。反应式如下： 腺原吟+PRPP PAMP+P, 鸟原玲+RPP HCPT,CNP+P 次黄骠玲+PRPP_HCPRT,P+P吧 嘌吟核苷酸的补救合成途径是脑和骨髓合成核苷酸的唯一来源，这使得HGPRT成为补救合成途径 的调节酶。 2。嘌吟核苷补救合成嘌呤核苷酸腺苷在腺苷激酶的催化下，与ATP反应生成相应的腺嘌吟核 苷酸。 腺苷+ATP摩行族新AMP4ADP 尽管通过补教合成途径合成的核苷酸总量比较少，但是这种方式具有重要的生理意义：①可以 节省能量及减少氨基酸的消耗：②尤其对某些缺乏从头合成途径的组织而言，补救合成更为重要。 例如人的白细胞、血小板、脑、骨精，脾等，如果这些组织中缺乏补数合成的酶，则会导致疾病的发生 例如，Lesch-Nyhan综合征就是由HGPRT的遗传缺陷导致的。HGPRT基因位于Xq26.1,故Lesch-N han综合征是一种特殊的伴X染色体连锁隐性遗传的代谢性疾病。因为HGPRT是嘌呤核苷酸补救 合成途径的重要酶，该酶的缺陷使得鸟骠吟和次黄嘌呤不能通过补救合成途径合成核苷酸，从而导 致脑合成嘌吟核苷酸能力低下，造成中枢神经系统发育不良。并且还会致使嘌吟核苷酸从头合成增 强，继而引发嘌吟核苷酸分解增多，产生大量的代谢产物—尿酸。尿酸累积在患者体液中，产生了 种种脑和肾脏的损害。患者表现脑发育不全，智力低下和严重痛风症状。重症病例中还常表现出攻 击和破坏行为，如患者常常咬伤自己的嘴唇、手和足趾，所以本病又称为“自毁容貌征”。患者一般寿 命不超过20岁。目前科学家正研究通过基因工程的方法把HGPRT的基因转移到患者的细胞中，达 到治疗该病的目的。 二、嘌岭核苷酸的分解代谢 体内核苷酸的分解代谢类似于食物中核苷酸的消化过程。首先嘌吟核苷酸在核苷酸酶的催化下， 聪慎陵酸.生成票吟核苷。票吟核苷在要吟核苷碳酸化题(purine nucleotide phosphorylase的催化下生 成了嘌呤碱基与1-磷酸核糖。1磷酸核糖在磷酸核糖变位酶的催化下转变为5-磷酸核糖，可以重新利 用起来。嘌呤碱基再进一步的代谢中，可以被转变为黄嘌呤，最终在黄嘌吟氧化酶的作用下转变为尿酸 (图8-7) 217
第二篇物质代谢及其调节 AMP脱氨酶 NH. GMP还原酶 AMP IMP H.O HO、 核苷酸酶 核苷酸酶 核苷酸融 p NH, 腺隳吟核苷脱氨酶 N 腺隳吟核苷 次黄缥岭核苷 鸟吟核 P 核苷磷酸化酶 核苷磷酸化酶 入核糖磷酸 OH 次黄嘌岭1 鸟原哈G HO+NAD' -0H02 黄嘌玲脱氢酶 黄嘌吟氧化 鸟限岭脱氨御 NADH+H H:O: OH HO H.O:+0:OH HO、 酸 黄嘌吟 图8-7骠险核苷酸的分解代谢 尿酸是人、猿体内嘌呤碱基的最终代谢产物，也是原呤碱基的最终排泄方式，但并非所有生物都将 嘌吟碱基转变为尿酸排出体外，有些生物可以进一步将尿酸转变为尿囊素、尿囊酸甚至尿素排出体外」 体内嘌吟核苷酸的分解代谢主要在肝、小肠和肾中进行，因为黄嘌吟氧化酶在这些组织中的活性比 较强。 正常情况下，嘌吟核苷酸的合成与分解处于相对平衡状态，所以尿酸的生成与排泄也比较恒定。正 常人血浆中的尿酸含量0.12-0.36mmol/L(2~6mg/d)。男性平均为0.27mmo/L(4.5mg/d),女性平 均为0.21mmo/L(3.5mg/d)。体内核酸大量分解会引起嘌呤核苷酸分解代谢增强，导致血中尿酸水平 增高。当血中尿酸水平超过溶解能力即0.48mmol/L(8mg/d)时就称为高尿酸血症(hyperuricemia),可 218
第八卓丝鞋代 能形成尿酸盐晶体沉积在组织中。痛风(ut)石就是由尿酸盐结晶集中沉积在皮下组织形成，无明显 症 一旦尿酸盐结晶沉积于关节及肾等处，导致关节炎、尿路结石及肾疾病，称为痛风症。该病多见 成年男性，发病机制并不十分明确。 痛风可能是一种多基因病，表现出家族遗传倾向性。它可能涉及的基因主要包括：HGPRT、PRPP 合成酶、GPAT(基因位于4q12)、葡萄糖-6-磷酸酶（基因位于17q21)和黄嘌吟氧化酶（基因位于2p23 p22)。HGPRT的部分缺陷会影响嘌呤核苷酸的补救合成，导致生成的IMP,GMP、GDP减少，削弱对嘌 吟核苷酸从头合成途径中PRPP合成酶和CPAT的抑制作用，致使嘌吟核苷酸从头合成增强。糖原储存 疾病中的Von Gierke病是由葡萄糖-6-磷酸酶缺陷所致。该酶的缺陷导致葡萄糖-6-磷酸转化为葡萄糖 的反应过程受阻，继而转向磷酸戊糖途径生成过多的5-磷酸核糖(PRPP的合成原料)。因而导致嘌吟 核苷酸的合成增多，从而致使尿酸的过量产生。 除外遗传因素，其他疾病也可能导致痛风，如白血病和肿瘤中核苷酸的过量降解，或由于肾病引发 的尿酸排泄障碍等。此外，从膳食中摄人过量富含嘌吟的食物也可能是痛风的成因。 临床上常用别嘌吟醇(allopurinol)治疗痛风症。其机理 在于别嘌昤醇与次黄嘌吟结构类似（图88），故可以竞争性 抑制黄嘌呤氧化酶的活性，从而抑制尿酸的生成。此外，在 补救合成途径中，别嘌呤醇与PRPP结合生成别嘌呤醇核苷 酸，该反应消耗PRPP,导致其含量下降。PRPP浓度的降低 次黄原吟 别吟醇 可以有效地抑制嘌吟核苷酸的从头合成与补救合成途径 图88别嘌险醇和次黄原昤的结构 而日生成的别骠吟醇核苷酸环反精前制PRP叩酰胺转移酶 阻断骠核苷酸的从头合成。这样合成的嘌呤核苷酸诚少，从而诚少了尿酸生成的原料，达到治疗 痛风的目的。 第三节嘧啶核苷酸的代谢 一、嘧啶核苷酸的合成 与骠吟核苷酸的合成相似，密啶核苷酸的合成也有从头合成和补教合成两条途径。 (一】嘧院核苷酸的从头合成涂径 与嘌昤核苷酸相比，密啶核苷酸的从头合成比较简单。但与 嘌呤核苷酸在PRPP的基础上合成嘌呤环不同，嘧啶核苷酸的从 谷氨酰胺→ 天冬氨酸 头合成是先合成嘧啶环，然后再与PRPP的磷酸核糖基结合生成 C0, 嘧啶核苷酸。同位素示踪表明，构成嘧啶环的N-、C-4、C-5及C 6来自于天冬氨酸，C-2来自于于C02,N3来自于谷氨酰胺（图8- 图89嘧啶环各原子的来源 9)。 密啶核苷酸的从头合成首先合成的是尿嘧啶核苷酸UMP,随后UMP通过一系列反应再生成CTP。 L.尿嘧啶核苷酸(UMP)的合成UMP的合成包括6步反应（图8-10）： (1)合成氨基甲酰磷酸(carbamoyl phosphate):CO,与谷氨酰胺在氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ(car bamoyl phosphate synthetaseⅡ，CPS-Ⅱ)的催化下生成氨基甲酰磷酸。正如氨基酸代谢中所讨论的 氨基甲酰磷酸也是尿素合成的起始原料。但尿素合成中所需氨基甲酰磷酸是在肝线粒体中由氨基 甲酰磷酸合成酶I(carbamoyl phosphate synthetase I,CPS-I)催化合成，以NH,为氮源：而密啶合成 中的氨基甲酰磷酸在胞液中由CPS-Ⅱ催化生成，利用谷氨酰胺提供氮源。CPS-I和CPS-Ⅱ的比较见 表8-1。 31g
第二篇物质代谢及其调节 CO,+谷氨酸按 2ATP 冬贺酷赞酸 谷氨酸 2ADP+P NH, CH 天冬甲 氨甲酰 天冬氨酸 氢乳清酸 HN 二氢乳清酸 乳清酸核苷酸 尿嘧啶核苷酸 图810UP的从头合成 表81两种氨基甲碳碳酸合成酶的比较 酶 氨甲酰磷酸合成酶】 氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ 部位 肝脏线粒体 胞液（所有细胞） 氨源 NH 谷氨酰胺 激活剂 N乙酰谷氨酸 不需要 功能 合成尿素 合成嘧啶 (2)合成氨基甲酰天冬氨酸(carbamoyl aspartate):氨基甲酰磷酸与天冬氨酸反应，由天冬氨酸氨 基甲酰转移(aspartate transc arbamoylase,ATCase)催化，生成氨基甲酰天冬氨酸(carbamoyl aspartate) 此反应为密啶核苷酸合成的限速步骤。ATCase是限速酶，受产物的反馈抑制。该反应不消耗ATP,由 氨基甲酰磷酸水解供能。 (3)生成二氢乳清酸(dihydroortate):氨基甲酰天冬氨酸脱水、分子内重排形成具有嘧啶环的二氢 乳清酸，由二氢乳清酸酶(dihydroorotase)催化完成。 (4)二氢乳清酸的氧化：在二氢乳清酸脱氢箭(dihydroorotate dehydrogenase)催化下，二氢乳清酸 220
第八核代 化生成乳清酸(oroate)。此酶需FMN和非血红素Fe2“,位于线粒体内膜的外侧面，由醌类提供氧化能 力，嘧啶核苷酸合成中的其余5种酶均存在于胞液中。 (5)与磷酸核糖连接：乳清酸磷酸核糖转移酶催化乳清酸与PRPP反应，生成乳清酸核苷酸(ooi dine-5'-monophosphate,OMP)。由PRPP水解供能。 (6)乳清酸核苷酸脱羧生成UMP:由OMP脱羧酶(OMP decarboxylase)催化OMP脱羧生成UMP。 Jos等研究表明，在动物体内催化上述嘧啶合成的前三个酶，即CS-Ⅱ，天冬氨酸氨基甲酰转移 和二氢乳清酸酶，位于分子量约为210kDa的同一多肽链上，是一个多功能酶。乳清酸磷酸核糖转移酶 和OMP脱羧酶也位于同一条多肽链上。这些多功能酶作用的中间产物并不释放到介质中，而在连续的 酶间移动，这种机制能加速多步反应的总速度，同时防止细胞中其他酶的干扰。 乳清酸尿症(Orotic aciduria)是由于毫啶 核苷酸合成代谢中OPRT和OMPD的缺陷所 UDP- 致。OPRT和OMPD的基因都位于3q13,是 催化密啶核苷酸从头合成途径最后两步反应 ATP 中的酶。它们的缺陷会影响嘧啶核苷酸合 HN HN 成，导致血中嘧啶合成过程中间产物乳清酸 CTP合成酶 0 堆积，UMP合成减少，CTP和dTP合成受影 R-5'-P-P-P R-5'-P-P-P 响，RNA和DNA合成均不足。患者主要表现 UTP CTP 出尿中排出大量乳清酸、生长迟缓和重度贫 图8CTP的生成 血。上述缺陷为【型乳清酸尿症，是一种常 染色体隐性遗传疾病，临床上可应用尿嘧啶核苷和胞嘧啶核苷，通过自身核苷酸邀酶的催化来补充 UMP的合成，抑制CPS-Ⅱ活性，从而抑制密啶核苷酸的从头 合成，减少乳清酸等中间产物，得到较好的疗效。而Ⅱ型乳 ATP 清酸尿症仅涉及OMPD,症状较轻。 2.CTP的合成UMP合成之后，在尿苷一磷酸激酶的 作用下，生成UDP。UDP在尿苷二磷酸激酶的作用下，生成 氨基甲所醉酸 UTP。最后，UTP在CTP合成酶(CTP synthetase)的催化下 ATCase 加氨生成CTP(图8-11)。在动物体内，氨基由谷氨酰胺提 8 供，在细菌则直接由NH,提供。此反应消耗1分子ATT 氢基甲酰磷酸天冬氨酸 3.密啶核苷酸从头合成的调节嘧啶核苷酸从头合成 的调节主要也是通过反馈抑制的方式。在动物细胞中，嘧 啶核苷酸的合成主要由CPS-Ⅱ调控。产物UMP、UDP和 乳清酸 TP可以抑制其活性，从而成少密啶核苷酸的生成。而 PRPP ATP和PRPP为其激活剂，加强嘧啶核苷酸的生成。在细菌 OMP 中，天冬氨酸氨基甲酰转移酶(ATCase)是嘧啶核苷酸从头 合成的主要调节酶。ATCase受ATP的变构激活，而CTP为 其变构抑制剂（图8-12）。 (二)嘧啶核苷酸的补救合成途径 嘧啶核苷酸的补合成途径与嘌呤核苷酸很相似。嘧 啶核苷酸的补救合成也是利用现成的嘧啶碱基或者嘧啶核 苷来合成相应的嘧啶核苷酸。 一一虚线为澈活 →实线为抑制 细线为细菌的调节，粗线为动物细胞的调节 1.嘧啶碱基补救合成嘧啶核苷酸嘧啶碱基在嘧啶磷 酸核精转移酶的催化下，与PRPP反应，生成相应的嘧啶核 图812嘧啶核苷酸从头合成的调节 酸。 221