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1、第六章第六章 核酸类物质的积累机制核酸类物质的积累机制l 核酸发酵是在氨基酸发酵基础上的进一步深化和发展的代谢控制发酵，即以代谢控制理论为依据，设法造就（选育）从遗传角度解除了正常代谢控制机制的突变株。l 核苷酸缩水核酸核 杂环 磷糖 碱基 酸CHOHHCH2OHCH2OHOHOHOCH2OHBOHH(OH)O胸腺嘧啶CH2OHOHONNHOOH3C 2脱 氧核糖 2脱氧胸苷 核苷CHOCH2OHCH2OHOHOHOHO腺嘌呤嘧啶CH2OHOHOHONNNNNH2CH2OHOHOHONNHOOD核糖腺苷尿苷杂环碱基嘌呤嘧啶腺嘌呤鸟嘌呤胞嘧啶鸟嘧啶胸腺嘧啶NNHNNHONNNNHNH2NH2NH
2、NONH2NHHNOONHHNOOH3CRNA尿NNNNNH2CH2OHOHOOPOOHOH3腺嘌呤核苷酸 （3腺苷酸）CH2OHOHOOP OHOHONNHOO5-尿嘧啶核苷酸（5尿苷酸）l第一节第一节 核苷酸的生物合成途径核苷酸的生物合成途径l核苷酸的生物合成有两条不同途径：核苷酸的生物合成有两条不同途径：l全合成途径：从磷酸核糖开始，逐步加上必要的成分，最后闭合成环（嘌呤或嘧啶环）。l补救途径：从培养基中吸取嘌呤或嘧啶碱基、戊糖、磷酸，通过一系列酶的作用合成核苷酸。l一、嘌呤核苷酸的合成途径一、嘌呤核苷酸的合成途径（一）从头合成途径：（一）从头合成途径：l 通过利用一些简单的前体物，如通
3、过利用一些简单的前体物，如5-5-磷酸核磷酸核糖，氨基酸，一碳单位及糖，氨基酸，一碳单位及COCO2 2等，逐步合成嘌等，逐步合成嘌呤核苷酸的过程称为从头合成途径。这一途径呤核苷酸的过程称为从头合成途径。这一途径主要见于肝脏，其次为小肠和胸腺。主要见于肝脏，其次为小肠和胸腺。 合成步骤：可分为三个阶段：合成步骤：可分为三个阶段： 1、次黄嘌呤核苷酸的合成：、次黄嘌呤核苷酸的合成： 首先在磷酸核糖焦磷酸合成酶的催化下，消耗首先在磷酸核糖焦磷酸合成酶的催化下，消耗ATP，由，由5-磷酸核糖合成磷酸核糖合成PRPP(1-焦磷酸焦磷酸-5-磷酸核糖磷酸核糖)。然后再经过大约。然后再经过大约10步反应，
4、合成步反应，合成 第一个嘌呤核苷酸第一个嘌呤核苷酸次黄苷酸（次黄苷酸（IMP）。）。 磷酸核糖焦磷酸合成酶磷酸核糖焦磷酸合成酶5-磷酸核糖磷酸核糖 PRPPIMP ATP 2、 腺苷酸及鸟苷酸的合成：腺苷酸及鸟苷酸的合成： IMP在腺苷酸代琥珀酸合成酶的催化下，由天在腺苷酸代琥珀酸合成酶的催化下，由天冬氨酸提供氨基合成腺苷酸代琥珀酸（冬氨酸提供氨基合成腺苷酸代琥珀酸（AMP-S），然后裂解产生），然后裂解产生AMP；IMP也可在也可在IMP脱脱氢酶的催化下，以氢酶的催化下，以NAD+为受氢体，脱氢氧化为受氢体，脱氢氧化为黄苷酸（为黄苷酸（XMP），后者再在鸟苷酸合成酶催），后者再在鸟苷酸合成酶
5、催化下，由谷氨酰胺提供氨基合成鸟苷酸化下，由谷氨酰胺提供氨基合成鸟苷酸（GMP）。）。 AMP-S AMPIMP XMP GMP 激激酶酶 激激酶酶 A AM MP P/ /G GM MP P A AD DP P/ /G GD DP P A AT TP P/ /G GT TP P A AT TP P A AD DP P A AT TP P A AD DP P N NA AD DP PH H+ +H H+ + 核核糖糖核核苷苷酸酸还还原原酶酶 N NA AD DP P+ + +H H2 2O O 激激酶酶 d dA AD DP P/ /d dG GD DP P d dA AT TP P/ /d
6、dG GT TP P A AT TP P A AD DP P 嘌呤核苷酸生物合成过程的特点：嘌呤核苷酸生物合成过程的特点：l合成过程是在合成过程是在55磷酸核糖基础磷酸核糖基础上进行的；上进行的；l组成嘌呤环的各元素是逐个垒加组成嘌呤环的各元素是逐个垒加到核糖的到核糖的C1C1上去的，先合成咪唑环，上去的，先合成咪唑环，随着嘌呤环的生成，随着嘌呤环的生成， 5-5-核苷酸应核苷酸应运而生。第一个被合成的核苷酸是运而生。第一个被合成的核苷酸是IMPIMP。lAMPAMP、GMPGMP是由是由IMPIMP转化而生成的。转化而生成的。来自谷氨酰胺的酰胺氮来自谷氨酰胺的酰胺氮来自来自“甲酸盐甲酸盐”来
7、自天冬氨酸来自天冬氨酸来自甘氨酸来自甘氨酸来自来自CO2来自来自“甲酸盐甲酸盐”（二）补救合成途径：（二）补救合成途径： 又称再利用合成途径。指利用分解代谢产生的又称再利用合成途径。指利用分解代谢产生的自由嘌呤碱合成嘌呤核苷酸的过程。这一途径自由嘌呤碱合成嘌呤核苷酸的过程。这一途径可在大多数组织细胞中进行。其反应为：可在大多数组织细胞中进行。其反应为： 腺嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶 A + PRPP AMP + PPi 次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶 I/G+PRPP IMP/GMP+PPil二、二、嘧啶嘧啶嘌呤核苷酸的合成途径嘌呤核苷酸的合成途径l 嘧啶
8、核苷酸的生物合成过程同样有两条途嘧啶核苷酸的生物合成过程同样有两条途径：一条是在尚未完成的嘧啶环上接上磷酸核径：一条是在尚未完成的嘧啶环上接上磷酸核糖（主要途径），然后再转变为嘧啶核苷酸；糖（主要途径），然后再转变为嘧啶核苷酸；另一条是由已经完成的嘧啶来合成核苷酸（补另一条是由已经完成的嘧啶来合成核苷酸（补救途径）。救途径）。l 全合成途径：首先以全合成途径：首先以CO2CO2和谷氨酰胺为原和谷氨酰胺为原料合成氨基甲酰磷酸；料合成氨基甲酰磷酸；氨甲酰磷酸与天冬氨氨甲酰磷酸与天冬氨酸缩合生成氨甲酰天冬氨酸，再脱水、脱氨生酸缩合生成氨甲酰天冬氨酸，再脱水、脱氨生成乳清酸；成乳清酸；乳清酸接受乳清酸
9、接受PRPPPRPP的的5-5-磷酸核糖磷酸核糖生成乳清酸核苷酸，再进一步脱羧生成尿嘧啶生成乳清酸核苷酸，再进一步脱羧生成尿嘧啶核苷酸（核苷酸（UMPUMP），可由激酶催化和），可由激酶催化和ATPATP提供高能提供高能键而生成键而生成UDPUDP和和UTPUTP；UMPUMP可经由氨基化生成胞嘧可经由氨基化生成胞嘧啶核苷酸（啶核苷酸（CMPCMP）。）。嘧啶核苷酸的主要合成步骤为：嘧啶核苷酸的主要合成步骤为： 1、尿苷酸的合成：尿苷酸的合成： 在氨基甲酰磷酸合成酶在氨基甲酰磷酸合成酶的催化下，以的催化下，以Gln，CO2，ATP为原料合成氨基甲酰磷酸。为原料合成氨基甲酰磷酸。后者在天冬氨酸转
10、氨甲酰酶的催化下，转移一后者在天冬氨酸转氨甲酰酶的催化下，转移一分子天冬氨酸，从而合成氨甲酰天冬氨酸，然分子天冬氨酸，从而合成氨甲酰天冬氨酸，然后再经脱氢、脱羧、环化等反应，合成第一个后再经脱氢、脱羧、环化等反应，合成第一个嘧啶核苷酸，即嘧啶核苷酸，即UMP。Gln+CO2+2ATP 氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸氨甲酰天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸 乳清酸乳清酸 UMP嘧啶核苷酸的嘧啶环是由氨甲酰磷酸嘧啶核苷酸的嘧啶环是由氨甲酰磷酸 和天冬氨酸合成的。和天冬氨酸合成的。氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸天冬氨酸天冬氨酸 激激酶酶 激激酶酶 C CT TP P 合合成成酶酶 U UM MP P U UD DP P U U
11、T TP P C CT TP P A AT TP P A AD DP P A AT TP P A AD DP P G Gl ln n+ +A AT TP P G Gl lu u+ +A AD DP P+ +P Pi i 核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶 激酶激酶 CTP CDP dCDP dCTP CTP CDP dCDP dCTP H H2 2O Pi NADPH+HO Pi NADPH+H+ + NADP NADP+ +H+H2 2O ATP ADPO ATP ADP H H2 2O O Pi Pi dCMP dCMP H H2 2O O 脱氨酶脱氨酶 NH NH3 3 dUMP dUMP
12、 N N5 5,N,N1010- -CHCH2 2- -FHFH4 4 胸苷酸合成酶胸苷酸合成酶 FH FH4 4 dTMP dTMP dTDP dTTP dTDP dTTP （二）补救合成途径：（二）补救合成途径：l由分解代谢产生的嘧啶由分解代谢产生的嘧啶/嘧啶核苷转变为嘧啶核苷转变为嘧啶核苷酸的过程称为补救合成途径嘧啶核苷酸的过程称为补救合成途径(salvage pathway)。以嘧啶核苷的补救合。以嘧啶核苷的补救合成途径较重要。成途径较重要。 尿苷胞苷激酶尿苷胞苷激酶 UR/CR UMP/CMP UR/CR UMP/CMP ATP ADP ATP ADP 脱氧胸苷激酶脱氧胸苷激酶 TdR dTMP TdR dTMP ATP ADP ATP ADP 第二节 嘌呤核苷酸合成的调节机制（自学） 第三节 嘧啶核苷酸合成的调节机制（自学）