第十二章核苷酸代謝核苷酸的生物功能合成核酸是多種 ppt課件

1、第十二章第十二章 核苷酸代謝核苷酸代謝核苷酸的生物功能核苷酸的生物功能合成核酸合成核酸是多種生物合成的活性中間物是多種生物合成的活性中間物 糖原合成，糖原合成，UDP-Glc。磷脂合成，。磷脂合成，CDP-乙醇胺，乙醇胺，CDP-二脂酰甘油。二脂酰甘油。生物能量的載體生物能量的載體ATP、GTP腺苷酸是三種重要輔酶的組分腺苷酸是三種重要輔酶的組分NADNAD、FADFAD、CoACoA信號分子信號分子cAMP、cGMP 食物中的核酸，經(jīng)腸道酶系降解成各種核苷酸，分解產(chǎn)生嘌呤、嘧啶、核糖、脫氧核糖和磷酸，然后被吸收。 吸收到體內(nèi)的嘌呤和嘧啶，大部分被分解，少部分可再利用，合成核苷酸。 人和動物所

2、需的核酸無須直接依賴于食物，只需食物中有足夠的磷酸鹽、糖和蛋白質(zhì)，核酸就能在體內(nèi)正常合成。 核酸的分解代謝： 核酸核酸酶核苷酸核苷酸酶核苷 + 磷酸核苷磷酸化酶堿基 + 戊糖-1-磷酸第一節(jié)第一節(jié)核酸和核苷酸的分解代謝核酸和核苷酸的分解代謝一、一、核酸的酶促降解核酸的酶促降解核酸是核苷酸以核酸是核苷酸以3、5-磷酸二酯磷酸二酯鍵連成的高聚物，核酸分解代謝的第鍵連成的高聚物，核酸分解代謝的第一步就是分解為核苷酸，作用于磷酸一步就是分解為核苷酸，作用于磷酸二酯鍵的酶稱核酸酶本質(zhì)是磷酸二二酯鍵的酶稱核酸酶本質(zhì)是磷酸二脂酶。脂酶。根據(jù)對底物的專注性可分為：核根據(jù)對底物的專注性可分為：核糖核酸酶、脫氧核

3、糖核酸酶、非特異糖核酸酶、脫氧核糖核酸酶、非特異性核酸酶。性核酸酶。根據(jù)酶的作用方式分：內(nèi)切酶、根據(jù)酶的作用方式分：內(nèi)切酶、外切酶。外切酶。 1、 核糖核酸酶核糖核酸酶 只 水 解只 水 解 RN A 磷 酸 二 酯 鍵 的 酶磷 酸 二 酯 鍵 的 酶RNase，不同的，不同的RNase專注性不專注性不同。同。 牛胰核糖核酸酶牛胰核糖核酸酶RNaseI，作，作用位點是嘧啶核苷用位點是嘧啶核苷-3-磷酸與其它核苷磷酸與其它核苷酸間的銜接鍵。酸間的銜接鍵。 核糖核酸酶核糖核酸酶T1RNaseT1，作，作用位點是用位點是3 -鳥苷酸與其它核苷酸的鳥苷酸與其它核苷酸的5-OH間的鍵。間的鍵。 2、

4、脫氧核糖核酸酶脫氧核糖核酸酶 只能水解只能水解DNA磷酸二酯鍵的酶。磷酸二酯鍵的酶。D N a s e 牛 胰 脫 氧 核 糖 核 酸 酶牛 胰 脫 氧 核 糖 核 酸 酶DNaseI可切割雙鏈和單鏈可切割雙鏈和單鏈DNA。產(chǎn)物是以產(chǎn)物是以5-磷酸為末端的寡核苷酸。磷酸為末端的寡核苷酸。 牛胰脫氧核糖核酸酶牛胰脫氧核糖核酸酶DNase，降解產(chǎn)物為降解產(chǎn)物為3-磷酸為末端的寡核苷酸。磷酸為末端的寡核苷酸。 限制性核酸內(nèi)切酶：細(xì)菌體內(nèi)能識限制性核酸內(nèi)切酶：細(xì)菌體內(nèi)能識別并水解外源雙源別并水解外源雙源DNA的核酸內(nèi)切酶，的核酸內(nèi)切酶，產(chǎn)生產(chǎn)生3-OH和和5-P。 3、 非特異性核酸酶非特異性核酸酶

5、既可水解既可水解RNA，又可水解，又可水解DNA磷酸二酯磷酸二酯鍵的核酸酶。鍵的核酸酶。 小球菌核酸酶是內(nèi)切酶，可作用于小球菌核酸酶是內(nèi)切酶，可作用于RNA或或變性的變性的DNA，產(chǎn)生，產(chǎn)生3-核苷酸或寡核苷酸。核苷酸或寡核苷酸。 蛇毒磷酸二酯酶能從蛇毒磷酸二酯酶能從RNA或或DNA鏈的游鏈的游離的離的3-OH逐個水解，生成逐個水解，生成5-核苷酸。核苷酸。 牛脾磷酸二脂酶從游離的牛脾磷酸二脂酶從游離的5-OH開場逐個水開場逐個水解，生成解，生成3核苷酸。核苷酸。 二、二、 核苷酸的降解核苷酸的降解1、 核苷酸酶核苷酸酶 磷酸單脂酶磷酸單脂酶2、 核苷酶核苷酶 核苷磷酸化酶：廣泛存在，反響可核

6、苷磷酸化酶：廣泛存在，反響可逆。逆。核苷 + 磷酸核苷磷酸化酶堿基 + 戊糖-1-磷酸 核苷水解酶：主要存在于植物、微生物中，核苷水解酶：主要存在于植物、微生物中，只水解核糖核苷，不可逆只水解核糖核苷，不可逆核 糖 核 苷 + H2O核苷水解酶堿基 + 核糖三、三、 嘌呤堿的分解嘌呤堿的分解 首先在各自的脫氨酶的作用下水解首先在各自的脫氨酶的作用下水解脫氨，脫氨反響可發(fā)生在嘌呤堿、核苷脫氨，脫氨反響可發(fā)生在嘌呤堿、核苷及核苷酸程度上。及核苷酸程度上。 不同種類的生物分解嘌呤堿的才干不同尿酸：靈長類、鳥類、昆蟲、排尿酸爬蟲類尿囊素：哺乳動物靈長類除外、腹足類尿囊酸：硬骨魚類尿素：大多數(shù)魚類、兩棲

7、類NH3:低等動物植物與動物類似-產(chǎn)生尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3。微生物-產(chǎn)生NH3、CO2及有機酸 四、四、 嘧啶堿的分解嘧啶堿的分解 人和某些動物體內(nèi)脫氨基過程有的發(fā)生在人和某些動物體內(nèi)脫氨基過程有的發(fā)生在核苷或核苷酸上。脫下的核苷或核苷酸上。脫下的NH3可進一步轉(zhuǎn)化可進一步轉(zhuǎn)化成尿素排出。成尿素排出。 第二節(jié)第二節(jié)嘌呤核苷酸的合成嘌呤核苷酸的合成一、一、從頭合成從頭合成由由5-磷酸核糖磷酸核糖-1-焦磷酸焦磷酸5-PRPP開場，先合成次黃嘌呤核苷酸，開場，先合成次黃嘌呤核苷酸，然后由次黃嘌呤核苷酸然后由次黃嘌呤核苷酸IMP轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為腺嘌呤核苷酸和鳥嘌呤核苷酸。腺嘌呤核苷酸和鳥嘌呤核苷

8、酸。嘌呤環(huán)合成的前體：嘌呤環(huán)合成的前體：CO2、甲酸鹽、甲酸鹽、Gln、Asp、Gly1、 次黃嘌呤核苷酸的合成次黃嘌呤核苷酸的合成IMP5-磷酸核糖 + ATP磷酸核糖焦磷酸激酶5-PRPP + AMP1、 磷酸核糖焦磷酸轉(zhuǎn)酰胺酶轉(zhuǎn)氨磷酸核糖焦磷酸轉(zhuǎn)酰胺酶轉(zhuǎn)氨5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸 + Gln 5-磷酸核糖胺磷酸核糖胺 + Glu + ppi使原來使原來-構(gòu)型的核糖轉(zhuǎn)化成構(gòu)型的核糖轉(zhuǎn)化成構(gòu)型構(gòu)型2、 甘氨酰胺核苷酸合成酶甘氨酰胺核苷酸合成酶5-磷酸核糖胺磷酸核糖胺+Gly+ATP 甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸+ADP+Pi3、 甘氨酰胺核苷酸轉(zhuǎn)甲?；父拾滨０泛塑账徂D(zhuǎn)甲?；父拾滨?/p>

9、胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸 + N 5 N 10-甲川甲川FH4 + H2O 甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸 + FH4甲川基可由甲酸或氨基酸供應(yīng)。甲川基可由甲酸或氨基酸供應(yīng)。4、 甲酰甘氨脒核苷酸合成酶甲酰甘氨脒核苷酸合成酶 甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸 + Gln + ATP + H2O 甲酰甘氨脒核苷酸甲酰甘氨脒核苷酸 + Glu + ADP + pi 受重氮絲氨酸和受重氮絲氨酸和6-重氮重氮-5-氧氧-正亮氨酸不可逆抑制，正亮氨酸不可逆抑制，這兩種抗菌素與這兩種抗菌素與Gln有類似構(gòu)造。有類似構(gòu)造。5、 氨基咪唑核苷酸合成酶氨基咪唑核苷酸合成酶 甲酰甘氨脒核苷酸甲酰甘氨脒核苷

10、酸 + ATP 5-氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸 + ADP + Pi6、 氨基咪唑核苷酸羧化酶氨基咪唑核苷酸羧化酶 5-氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸+CO2 5-氨基咪唑氨基咪唑-4羧酸核苷酸羧酸核苷酸7、 氨基咪唑琥珀基氨甲酰核苷酸合成酶氨基咪唑琥珀基氨甲酰核苷酸合成酶 5-氨基咪唑氨基咪唑-4-羧酸核苷酸羧酸核苷酸+Asp+ATP 5-氨基咪唑氨基咪唑4-N-琥珀基氨甲酰核苷酸琥珀基氨甲酰核苷酸8、 腺苷酸琥珀酸裂解酶腺苷酸琥珀酸裂解酶 5-氨基咪唑氨基咪唑-4-N-琥珀基氨甲酰核苷酸琥珀基氨甲酰核苷酸 5-氨基咪唑氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸+延胡索延胡索酸酸9、 氨基咪唑氨

11、甲酰核苷酸轉(zhuǎn)甲?；赴被溥虬奔柞：塑账徂D(zhuǎn)甲?；?5-氨基咪唑氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸+N10-甲酰甲酰FH4 5-甲酰胺基咪唑甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸+FH410、次黃嘌呤核苷酸環(huán)水解酶、次黃嘌呤核苷酸環(huán)水解酶 5-甲酰胺基咪唑甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸 次黃嘌呤次黃嘌呤核苷酸核苷酸+H2O總反響式：總反響式：5-磷酸核糖磷酸核糖 + CO2 + 甲川甲川THFA + 甲酰甲酰THFA + 2Gln + Gly + Asp + 5ATP IMP + 2THFA + 2Glu + 延胡索酸延胡索酸 + 4ADP + 1AMP + 4Pi + P

12、Pi2、 腺嘌呤核苷酸的合成腺嘌呤核苷酸的合成AMPIMP + Asp + GTPAMP + 延胡索酸腺苷酸琥珀酸合成酶腺苷酸琥珀酸 +GDP + Pi腺苷酸琥珀酸裂解酶從頭合成：CO2 、2個甲酸鹽、2個Gln、1個Gly、1+1個Asp、6+1個ATP，產(chǎn)生2個Glu、1+1個延胡索酸。 Asp的構(gòu)造類似物羽田殺菌素，可劇烈抑制腺苷酸琥珀酸合成酶的活性，阻止AMP生成。羽田殺菌素： N-羥基-N-甲酰-Gly3、 IMP + NAD + +H2OIMP脫氫酶脫氫酶黃嘌呤核苷酸黃嘌呤核苷酸 + NADH + H+鳥嘌呤核苷酸的合成鳥嘌呤核苷酸的合成I M P + N A D + +H2OIM

13、P脫氫酶黃嘌呤核苷酸 + NADH + H+黃嘌呤核苷酸 + Gln或NH4+ + ATP + H2OGMP合成酶GMP + Glu + AMP + PPi4、 AMP、GMP生物合成的調(diào)理生物合成的調(diào)理 5-磷酸核糖焦磷酸轉(zhuǎn)酰胺酶是關(guān)鍵酶，可磷酸核糖焦磷酸轉(zhuǎn)酰胺酶是關(guān)鍵酶，可被終產(chǎn)物被終產(chǎn)物AMP、GMP反響抑制。反響抑制。 AMP過量可反響抑制本身的合成。過量可反響抑制本身的合成。 GMP過量可反響抑制本身的合成。過量可反響抑制本身的合成。5、 藥物對嘌呤核苷酸合成的影響藥物對嘌呤核苷酸合成的影響 羽田殺菌素羽田殺菌素與與Asp競爭腺苷酸琥珀酸合成酶，阻止次黃嘌呤核競爭腺苷酸琥珀酸合成酶，

14、阻止次黃嘌呤核苷酸轉(zhuǎn)化成苷酸轉(zhuǎn)化成AMP。重氮乙酰絲氨酸、重氮乙酰絲氨酸、6-重氮重氮-5-氧正亮氨酸，是氧正亮氨酸，是Gln的構(gòu)造類似物，抑制的構(gòu)造類似物，抑制Gln參與的反響。參與的反響。氨基蝶呤、氨甲蝶呤氨基蝶呤、氨甲蝶呤 葉酸的構(gòu)造類似物，能與二氫葉酸復(fù)原酶葉酸的構(gòu)造類似物，能與二氫葉酸復(fù)原酶發(fā)生不可逆結(jié)合，阻止發(fā)生不可逆結(jié)合，阻止FH4的生成，從而抑制的生成，從而抑制FH4參與的各種一碳單位轉(zhuǎn)移反響。參與的各種一碳單位轉(zhuǎn)移反響。 二、二、 補救途徑補救途徑1、 磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶途徑重要途徑磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶途徑重要途徑 嘌呤堿和嘌呤堿和5-PRPP在特異的磷酸核糖在特異的磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶的作

15、用下生成嘌呤核苷酸轉(zhuǎn)移酶的作用下生成嘌呤核苷酸 嘌呤核苷 + 磷酸核苷磷酸化酶嘌呤堿 + 戊糖-1-磷酸腺嘌呤 + 5-PRPP腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶AMP + PPi次黃嘌呤鳥嘌呤 + 5-PRPP次黃嘌呤：鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶IMPGMP + PPi2、核苷激酶途徑、核苷激酶途徑 腺嘌呤在核苷磷酸化酶作用下轉(zhuǎn)化為腺嘌呤腺嘌呤在核苷磷酸化酶作用下轉(zhuǎn)化為腺嘌呤核苷，后者在核苷磷酸激酶的作用下與核苷，后者在核苷磷酸激酶的作用下與ATP反反響，生成腺嘌呤核苷酸。響，生成腺嘌呤核苷酸。 堿基 + 核糖-1-磷酸核苷磷酸化酶核苷 + Pi腺苷 + ATP腺苷激酶腺苷酸 + ADP嘌呤核苷酸的從頭合成與補

16、救途徑之間存在平衡。Lesch-Nyan綜合癥就是由于次黃嘌呤：鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶缺陷，AMP合成添加，大量積累尿酸，腎結(jié)石和痛風(fēng)。 第三節(jié)第三節(jié)嘧啶核苷酸的合成嘧啶核苷酸的合成一、一、從頭合成從頭合成與嘌呤核苷酸合成不同，在合成嘧啶核苷酸與嘌呤核苷酸合成不同，在合成嘧啶核苷酸時，首先合成嘧啶環(huán)，再與磷酸核糖結(jié)合，生時，首先合成嘧啶環(huán)，再與磷酸核糖結(jié)合，生成尿嘧啶核苷酸，最后由尿嘧啶核苷酸轉(zhuǎn)化為成尿嘧啶核苷酸，最后由尿嘧啶核苷酸轉(zhuǎn)化為胞嘧啶核苷酸和胸腺嘧啶脫氧核苷酸。胞嘧啶核苷酸和胸腺嘧啶脫氧核苷酸。合成前體：氨甲酰磷酸、合成前體：氨甲酰磷酸、Asp1、 尿嘧啶核苷酸的合成尿嘧啶核苷酸的合成

17、氨甲酰磷酸的合成： G l n + H C O 3 - + 2ATP氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸 +Glu + 2ADP + Pi天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶氨甲酰磷酸 + Asp氨甲酰天冬氨酸 + Pi二氫乳清酸酶氨甲酰天冬氨酸二氫乳清酸 + H2O二氫乳清酸脫氫酶FAD、FMN二 氫 乳 清 酸 + NAD+乳清酸 + NADH + H+乳清苷酸焦磷酸化酶Mg2+乳清酸 + PRPP乳清苷酸 + PPi乳清苷酸脫羧酶乳清苷酸UMP + CO22、 胞嘧啶核苷酸的合成胞嘧啶核苷酸的合成尿嘧啶核苷三磷酸可直接與尿嘧啶核苷三磷酸可直接與NH3細(xì)菌或細(xì)菌或Gln植物反響，生成胞嘧啶核苷三磷酸。植物反響，生成胞

18、嘧啶核苷三磷酸。UMP + ATP尿 嘧 啶 核 苷 酸 激 酶 Mg2+UDP + ADPUDP + ATP核苷二磷酸激酶Mg2+UTP + ADPCTP合成酶UTP + GlnNH4+ ATP + H2OCTP + Glu +ADP+ Pi3、嘧啶核苷酸生物合成的調(diào)理大腸桿菌、嘧啶核苷酸生物合成的調(diào)理大腸桿菌 氨甲酰磷酸合成酶：氨甲酰磷酸合成酶： 受受UMP反響抑制反響抑制天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶：天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶： 受受CTP反響抑制反響抑制CTP合成酶：合成酶： 受受CTP反響抑制反響抑制4、 藥物對嘧啶核苷酸合成的影響藥物對嘧啶核苷酸合成的影響 5-氟尿嘧啶抑制胸腺嘧啶脫氧核苷氟尿嘧啶抑

19、制胸腺嘧啶脫氧核苷酸的合成。酸的合成。 5-氟尿嘧啶在人體內(nèi)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的氟尿嘧啶在人體內(nèi)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的核苷酸，再轉(zhuǎn)變成脫氧核苷酸，可抑制核苷酸，再轉(zhuǎn)變成脫氧核苷酸，可抑制脫氧胸腺嘧啶核酸合成酶，干擾尿嘧啶脫氧胸腺嘧啶核酸合成酶，干擾尿嘧啶脫氧核苷酸經(jīng)甲基化生成脫氧胸苷的過脫氧核苷酸經(jīng)甲基化生成脫氧胸苷的過程，程，DNA合成受阻。合成受阻。 二、二、 補救途徑補救途徑1 嘧啶核苷激酶途徑重要途徑嘧啶核苷激酶途徑重要途徑嘧啶堿與嘧啶堿與1-磷酸核糖生成嘧啶核苷，然后由尿苷激磷酸核糖生成嘧啶核苷，然后由尿苷激酶催化尿苷和胞苷構(gòu)成酶催化尿苷和胞苷構(gòu)成UMP和和CMP。 嘧啶堿 + 1-磷酸核糖核苷磷酸化

20、酶嘧啶核苷 + Pi尿苷胞苷 + ATP尿 苷 激 酶 Mg2+UMPCMP + ADP 2磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶途徑胞嘧啶不行尿嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶尿嘧啶 + 5-PRPPUMP + PPi第四節(jié)第四節(jié)脫氧核苷酸的合成脫氧核苷酸的合成脫氧核糖核苷酸是由相應(yīng)的核糖核苷酸衍生脫氧核糖核苷酸是由相應(yīng)的核糖核苷酸衍生而來的。而來的。1腺嘌呤、鳥嘌呤和胞嘧啶核糖核苷酸經(jīng)復(fù)原，腺嘌呤、鳥嘌呤和胞嘧啶核糖核苷酸經(jīng)復(fù)原，將核糖第二位碳原子的氧脫去，即成為相應(yīng)的將核糖第二位碳原子的氧脫去，即成為相應(yīng)的脫氧核糖核苷酸。脫氧核糖核苷酸。2胸腺嘧啶脫氧核糖核苷酸：先由尿嘧啶核糖胸腺嘧啶脫氧核糖核苷酸：先由尿嘧啶核糖核苷酸復(fù)原

21、構(gòu)成尿嘧啶脫氧核糖核苷酸，然后核苷酸復(fù)原構(gòu)成尿嘧啶脫氧核糖核苷酸，然后尿嘧啶再經(jīng)甲基化轉(zhuǎn)變成胸腺嘧啶。尿嘧啶再經(jīng)甲基化轉(zhuǎn)變成胸腺嘧啶。一、一、 核糖核苷酸的復(fù)原核糖核苷酸的復(fù)原 ADP、GDP、CDP、UDP均可均可分別被復(fù)原成相應(yīng)的脫氧核糖核苷酸：分別被復(fù)原成相應(yīng)的脫氧核糖核苷酸：dADP、dGDP、dCDP、dUDP等，等，其中其中dUDP甲基化，生成甲基化，生成dTDP。 復(fù)原反響普通在核苷二磷酸復(fù)原反響普通在核苷二磷酸NDP程度上進展，程度上進展，ATP、dATP、dTTP、dGTP是復(fù)原酶的變構(gòu)效應(yīng)物，個別微是復(fù)原酶的變構(gòu)效應(yīng)物，個別微生物賴氏乳菌桿菌在核苷三磷酸程生物賴氏乳菌桿菌在

22、核苷三磷酸程度上復(fù)原度上復(fù)原NTP。1、 核苷酸復(fù)原酶系核苷酸復(fù)原酶系 由硫氧還蛋白、硫氧還蛋白復(fù)原酶和核苷由硫氧還蛋白、硫氧還蛋白復(fù)原酶和核苷酸復(fù)原酶酸復(fù)原酶B1、B2三部分組成。三部分組成。 B1、B2亞基結(jié)合后，才具有催化活性。亞基結(jié)合后，才具有催化活性。 B1上的巰基和上的巰基和B2上的酪氨酸殘基是活性上的酪氨酸殘基是活性中心的催化基因。中心的催化基因。 另外核苷酸復(fù)原酶所需的復(fù)原當(dāng)量還可來另外核苷酸復(fù)原酶所需的復(fù)原當(dāng)量還可來自谷胱甘肽。自谷胱甘肽。2、 核苷酸復(fù)原酶構(gòu)造模型及催化機理核苷酸復(fù)原酶構(gòu)造模型及催化機理 B1亞基上有兩個調(diào)理部位，一個影響整亞基上有兩個調(diào)理部位，一個影響整個酶的活性一級調(diào)理部位，另一個調(diào)理對個酶的活性一級調(diào)理部位，另一個調(diào)理對底物的專注性底物結(jié)合部位底物的專注性底物結(jié)合部位 一級調(diào)理部位：一級調(diào)理部位：ATP是生物合成的信號是生物合成的信號分子，而分子，而dATP是核苷酸被復(fù)