核酸降解與核苷酸代謝

掌握核酸的酶促降解了解核苷酸的生物合成熟悉核苷酸的分解【目的與要求】當前第1頁\共有87頁\編于星期五\10點 食物中的核酸，經(jīng)腸道酶系降解成各種核苷酸，再在相關(guān)酶作用下，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。 人和動物所需核酸無須直接依賴于食物，只要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。當前第2頁\共有87頁\編于星期五\10點核酸核酸酶單核苷酸磷酸單脂酶（核苷酸酶）核苷嘧啶/嘌呤核糖/脫氧核糖核苷酶核苷磷酸化酶嘧啶/嘌呤核糖-1-磷酸脫氧核糖-1-磷酸核糖-5-磷酸磷酸戊糖途徑醛縮酶乙醛甘油醛-3-磷酸當前第3頁\共有87頁\編于星期五\10點一、核酸外切酶核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶稱為核酸酶,按其作用位置分為:脫氧核糖核酸外切酶：只作用于DNA

核糖核酸外切酶:只作用于RNA作用于核酸鏈的末端（3’端或5’端），逐個水解下核苷酸。第一節(jié)核酸的酶促降解當前第4頁\共有87頁\編于星期五\10點某些核酸外切酶對RNA、DNA均有作用：牛脾磷酸二酯酶產(chǎn)生3-核苷酸蛇毒磷酸二酯酶產(chǎn)生5-核苷酸當前第5頁\共有87頁\編于星期五\10點

限制性內(nèi)切酶 細菌細胞內(nèi)存在的一類能識別并水解外源雙鏈DNA的核酸內(nèi)切酶，可用于特異切割DNA，常作為工具酶。二、核酸內(nèi)切酶:從核酸分子內(nèi)部切斷3’,5’-磷酸二酯鍵。當前第6頁\共有87頁\編于星期五\10點限制性內(nèi)切酶RestrictionendonucleaseEcoRI：5‘——GAATTC——3’5’——GAATTC——3’3‘——CTTAAG——5‘3‘——CTTAAG——5‘HindII：5‘——GTPyPuAC——3’5‘——GTPyPuAC——3‘3‘——CAPuPyTG——5’3’——CAPuPyTG——5’限制酶-----識別回文序列

----只降解異源DNA當前第7頁\共有87頁\編于星期五\10點

核苷+H2O嘌呤（或嘧啶）+戊糖

核苷酸+H2O核苷+Pi一、核苷酸的分解核苷+H3PO4

嘌呤（或嘧啶）+1-磷酸戊糖核苷酸酶核苷水解酶核苷磷酸解酶（核苷水解酶主要存在于植物和微生物，只對核糖核苷起作用，對脫氧核糖核苷不起作用。）（核苷磷酸化酶存在廣泛）第二節(jié)核苷酸的分解降解當前第8頁\共有87頁\編于星期五\10點核苷酸合成→→DNA/RNA→活性中間物如UDPG→能量載體如ATP等→輔酶/基如FAD、NAD、CoA等→調(diào)節(jié)物質(zhì)如cAMP等→降解當前第9頁\共有87頁\編于星期五\10點嘌呤核苷酸的結(jié)構(gòu)GMPAMP二、嘌呤核苷酸的降解當前第10頁\共有87頁\編于星期五\10點嘌呤堿的最終代謝產(chǎn)物AMPGMPH(I)（次黃嘌呤）GX（黃嘌呤）黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶當前第11頁\共有87頁\編于星期五\10點當前第12頁\共有87頁\編于星期五\10點腺嘌呤脫氨酶含量極少腺苷脫氨酶和腺苷酸脫氨酶活性較高腺嘌呤脫氨基主要在核苷和核苷酸水平鳥嘌呤脫氨酶分布廣鳥嘌呤脫氨基主要在堿基水平當前第13頁\共有87頁\編于星期五\10點嘌呤類在核苷酸、核苷和堿基三個水平上的降解某些生物體內(nèi)，嘌呤的脫氨基和氧化作用可在核苷酸、核苷和堿基三個水平上進行。當前第14頁\共有87頁\編于星期五\10點尿酸在不同生物體內(nèi)的繼續(xù)分解嘌呤代謝的最終產(chǎn)物當前第15頁\共有87頁\編于星期五\10點痛風癥別嘌呤醇尿酸鳥嘌呤次黃嘌呤黃嘌呤黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶------尿酸沉積別嘌呤醇化療藥物次黃嘌呤當前第16頁\共有87頁\編于星期五\10點嘧啶堿1-磷酸核糖嘧啶核苷酸核苷核苷酸酶PPi核苷磷酸化酶三、嘧啶核苷酸的分解當前第17頁\共有87頁\編于星期五\10點排泄，進入TCA當前第18頁\共有87頁\編于星期五\10點因此，核酸不是必要營養(yǎng)成分第三節(jié)核苷酸的生物合成從頭合成途徑----利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及CO2等簡單物質(zhì)為原料，經(jīng)過一系列酶促反應，合成核苷酸的途徑。補救合成途徑----利用體內(nèi)游離的堿基或核苷，經(jīng)過簡單的反應過程，合成核苷酸的途徑。當前第19頁\共有87頁\編于星期五\10點核苷酸的從頭合成概況5-磷酸核糖PRPPAspCO2+Gln氨基甲酰磷酸乳清酸UMPdTMPUTPCTPGTPATPAMPGMPIMPGlnGlyGln一碳單位一碳單位CO2Asp當前第20頁\共有87頁\編于星期五\10點一、嘌呤核苷酸的合成（一）從頭合成肝是體內(nèi)從頭合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小腸和胸腺，而腦、骨髓則無法進行此合成途徑。合成部位當前第21頁\共有87頁\編于星期五\10點谷氨酰胺（酰胺基）CO2天冬氨酸甲?；ㄒ惶紗挝唬└拾彼峒柞；ㄒ惶紗挝唬┉h(huán)上原子來源當前第22頁\共有87頁\編于星期五\10點合成過程1.IMP（inosinemonophosphate）的合成2.AMP和GMP的生成當前第23頁\共有87頁\編于星期五\10點R-5-P（5-磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P（磷酸核糖焦磷酸）在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳單位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步參與下IMP

AMP

GMPH2N-1-R-5′-P（5′-磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酸酰胺轉(zhuǎn)移酶當前第24頁\共有87頁\編于星期五\10點四氫葉酸（FH4）是一碳單位的載體PRPP是5-磷酸核糖的活性供體嘌呤核苷酸合成特點先形成IMP，然后在單磷酸的水平上轉(zhuǎn)變成AMP、GMP。IMP合成從5-P-核糖開始的，在ATP參與下先形成PRPP各個原子在PRPP的C1上逐漸加上去的。先形成右環(huán)，再形成左環(huán)。當前第25頁\共有87頁\編于星期五\10點1.IMP的合成當前第26頁\共有87頁\編于星期五\10點當前第27頁\共有87頁\編于星期五\10點當前第28頁\共有87頁\編于星期五\10點5-磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖胺甘氨酸甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸5-氨基咪唑核苷酸5-氨基咪唑-4-羧核苷酸IMP生物

合成5-氨基咪唑-4-琥珀基-甲酰胺核苷酸5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸5-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸次黃嘌呤核苷酸（IMP）甲酰THFA當前第29頁\共有87頁\編于星期五\10點IMP生成總反應過程當前第30頁\共有87頁\編于星期五\10點2.AMP和GMP的生成

AMP↑

，則抑制本途徑，激活另一途徑------交叉調(diào)節(jié)當前第31頁\共有87頁\編于星期五\10點AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶當前第32頁\共有87頁\編于星期五\10點?IMP的合成需5個ATP，6個高能磷酸鍵。

AMP或GMP的合成又需1個ATP。嘌呤核苷酸從頭合成的能量代謝當前第33頁\共有87頁\編于星期五\10點3.從頭合成的調(diào)節(jié)----反饋調(diào)節(jié)和交叉調(diào)節(jié)既滿足需要，又不致于浪費。維持ATP與GTP濃度的平衡。當前第34頁\共有87頁\編于星期五\10點（二）嘌呤核苷酸的補救合成腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（APRT）次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（HGPRT）腺苷激酶（TK）參與補救合成的酶當前第35頁\共有87頁\編于星期五\10點補救合成過程當前第36頁\共有87頁\編于星期五\10點補救合成的生理意義補救合成節(jié)省從頭合成時的能量和一些氨基酸的消耗。體內(nèi)某些組織器官，如腦、骨髓等只能進行補救合成。當前第37頁\共有87頁\編于星期五\10點（三）嘌呤核苷酸的相互轉(zhuǎn)變IMPAMP腺苷酸代琥珀酸XMPGMPNH3腺苷酸脫氨酶鳥苷酸還原酶NADPH+H+NADP+NH3當前第38頁\共有87頁\編于星期五\10點（四）嘌呤核苷酸的抗代謝物嘌呤核苷酸的抗代謝物是一些嘌呤、氨基酸或葉酸等的類似物。主要以競爭性抑制干擾或阻斷嘌呤核苷酸的合成代謝，從而進一步阻止核酸以及蛋白質(zhì)的生物合成。當前第39頁\共有87頁\編于星期五\10點次黃嘌呤(H)6-巰基嘌呤(6-MP)嘌呤類似物：主要有6-巰基嘌呤

(

6-Mercaptopurine，6-MP)當前第40頁\共有87頁\編于星期五\10點

6-MP6-MP核苷酸從頭合成途徑補救合成途徑HGPRTPRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶IMPAMP和GMP-----6-MP核苷酸是IMP的類似物當前第41頁\共有87頁\編于星期五\10點氨基酸類似物：氮雜絲氨酸(AS)是Gln的類似物---抑制氨基化當前第42頁\共有87頁\編于星期五\10點葉酸類似物：氨蝶呤

(AP)和甲氨蝶呤(MTX)---抑制一碳單位轉(zhuǎn)移當前第43頁\共有87頁\編于星期五\10點當前第44頁\共有87頁\編于星期五\10點甲酰甘氨酰胺核苷酸（FGAR）PRPP谷氨酰胺（Gln）=PRA甘氨酰胺核苷酸（GAR）==甲酰甘氨脒核苷酸（FGAM）5-氨基異咪唑-4-甲酰胺核苷酸（AICAR）=5-甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸（FAICAR）IMP次黃嘌呤（H）PRPPPPi=AMP=PRPPPPi=腺嘌呤（A）GMP==PRPPPPi鳥嘌呤(G)6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP氮雜絲氨酸氮雜絲氨酸氮雜絲氨酸MTXMTX當前第45頁\共有87頁\編于星期五\10點（一）嘧啶核苷酸的從頭合成主要是肝細胞胞液合成部位二、嘧啶核苷酸的合成代謝當前第46頁\共有87頁\編于星期五\10點嘧啶合成的元素來源氨基甲酰磷酸當前第47頁\共有87頁\編于星期五\10點先由氨甲酰磷酸與天冬氨酸形成嘧啶環(huán)，再與核糖磷酸（PRPP）結(jié)合形成

UMP其關(guān)鍵中間產(chǎn)物是乳清酸。胞苷酸則由尿苷酸在三磷酸的水平上轉(zhuǎn)變而來。嘧啶核苷酸合成特點當前第48頁\共有87頁\編于星期五\10點1.從頭合成途徑（1）尿嘧啶核苷酸的合成當前第49頁\共有87頁\編于星期五\10點鳥氨酸循環(huán)2ADP+PiCO2+NH3

+H2O氨基甲酰磷酸2ATPN-乙酰谷氨酸Pi鳥氨酸瓜氨酸精氨酸延胡索酸氨基酸草酰乙酸蘋果酸α-酮戊二酸谷氨酸α-酮酸精氨酸代琥珀酸瓜氨酸天冬氨酸ATPAMP+PPi鳥氨酸尿素線粒體胞液目錄當前第50頁\共有87頁\編于星期五\10點CPSⅠ

CPSⅡ

分布

線粒體(肝)

胞液(所有細胞)

氮源

NH3

Gln

變構(gòu)激活劑

AGA

無

變構(gòu)抑制劑無UMP功能

尿素合成

嘧啶合成

氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ和Ⅱ的區(qū)別當前第51頁\共有87頁\編于星期五\10點

當前第52頁\共有87頁\編于星期五\10點（2）CTP的合成

是在三磷酸水平上進行的。當前第53頁\共有87頁\編于星期五\10點UTP+谷氨酰胺+ATP+H2OCTP+谷氨酸+ADP+PiCTP合成酶動物體UMPUDPUTPATPADPATPADP尿苷酸激酶尿苷二磷酸激酶CTP合成酶UTP+NH3+ATPCTP+ADP+PiMg2+細菌當前第54頁\共有87頁\編于星期五\10點（3）dTMP或TMP的生成FH2還原酶FH4NADP+NADPH+H+UDP脫氧核苷酸還原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMPTMP合酶N5,N10-甲烯FH4FH2脫氧胸苷一磷酸dTMPdUMP脫水脫氨在一磷酸水平進行當前第55頁\共有87頁\編于星期五\10點2.從頭合成的調(diào)節(jié)大腸桿菌當前第56頁\共有87頁\編于星期五\10點（二）嘧啶核苷酸的補救合成嘧啶+

PRPP嘧啶核苷酸+PPi嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶尿嘧啶核苷+ATP尿苷激酶UMP+ADP胸腺嘧啶核苷+ATP胸苷激酶TMP+ADP細胞快速增值過程中，這些激酶活性很高，如骨髓細胞當前第57頁\共有87頁\編于星期五\10點（三）嘧啶核苷酸的抗代謝物嘧啶類似物胸腺嘧啶5-氟尿嘧啶5-氟尿嘧啶(5-FU)是胸腺嘧啶的類似物。當前第58頁\共有87頁\編于星期五\10點5-FU5-FdUMP5-FUTPdUMPdTMP合成RNA破壞RNA的結(jié)構(gòu)競爭性抑制TMP合酶無正常的功能當前第59頁\共有87頁\編于星期五\10點氨基酸類似物—抑制氨基化，抑制絲氨酸為FH4提供一碳單位如氮雜絲氨酸抑制CTP的合成。葉酸類似物---抑制一碳單位轉(zhuǎn)移如甲氨喋呤抑制dTMP的合成。當前第60頁\共有87頁\編于星期五\10點某些改變了核糖結(jié)構(gòu)的核苷類似物－抗癌作用當前第61頁\共有87頁\編于星期五\10點UMPUTPCTPCDPdCDPUDPdUDPdUMPdTMP氮雜絲氨酸阿糖胞苷氨甲碟呤氮雜絲氨酸當前第62頁\共有87頁\編于星期五\10點嘌啶核苷酸與嘧啶核苷酸合成的比較相同點1.

原料基本相同嘌啶核苷酸嘧啶核苷酸2.

高等動物合成部位主要在肝臟3.

都有2種合成途徑(從頭和補救途徑)

4.

都是先合成一個與之有關(guān)的核苷酸,然后在此基礎(chǔ)上進一步合成核苷酸不同點1.

在5'-P-R基礎(chǔ)上合成嘌呤環(huán)2.

最先合成的核苷酸是IMP

3.

在IMP基礎(chǔ)上完成AMP和GMP的合成1.

合成嘧啶環(huán)再與5'-P-R結(jié)合2.

先合成UM3.

以UMP為基礎(chǔ),完成CTP,TMP的合成

當前第63頁\共有87頁\編于星期五\10點三、脫氧核糖核苷酸的生成體內(nèi)脫氧核糖核苷酸是通過相應的核糖核苷酸還原生成的。這種還原反應是由核糖核苷酸還原酶催化，在二磷酸核苷（NDP）水平上進行的。當前第64頁\共有87頁\編于星期五\10點在核苷二磷酸水平上進行（N代表A、G、U、C等堿基）當前第65頁\共有87頁\編于星期五\10點dNDP

+

ATP激酶dNTP+ADP二磷酸脫氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷NADP+NADPH+H+核糖核苷酸還原酶，Mg2+還原型硫氧化還原蛋白-(SH)2氧化型硫氧化還原蛋白SS硫氧化還原蛋白還原酶（FAD）脫氧核苷酸的生成當前第66頁\共有87頁\編于星期五\10點

脫氧核糖核苷酸的生成過程當前第67頁\共有87頁\編于星期五\10點活性部位底物結(jié)合部位調(diào)節(jié)部位大腸桿菌核苷酸還原酶結(jié)構(gòu)當前第68頁\共有87頁\編于星期五\10點

核糖核苷酸還原酶的調(diào)節(jié)

當前第69頁\共有87頁\編于星期五\10點四、核苷酸轉(zhuǎn)化成核苷三磷酸NMPNDPNTPATPADP核苷二磷酸激酶ATPADP核苷酸激酶核苷酸激酶：專一性（ATP提供磷酸）；核苷二磷酸激酶：專一性低（NTP提供磷酸）。當前第70頁\共有87頁\編于星期五\10點嘌呤核苷酸合成小結(jié)

IMP當前第71頁\共有87頁\編于星期五\10點嘧啶核苷酸合成小結(jié)

UMP當前第72頁\共有87頁\編于星期五\10點核苷酸的合成及相互關(guān)系當前第73頁\共有87頁\編于星期五\10點總結(jié)5'-P-RPRPPIMPdAMPGMPdGMPAMPdADPGDPdGDPADPdATPGTPdGTPATPUMPCMPdUMPUDPCDPdUDPUTPCTPdUTPdTMPdCMPdTDPdCDPdTTPdCTPCO2+GlnH2N-CO-POMP核苷酸的從頭合成過程總結(jié)dUDPdCMPdUMP當前第74頁\共有87頁\編于星期五\10點五、輔酶核苷酸的生物合成1、煙酰胺核苷酸的生物合成煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP）在生物氧化中起氫傳遞體的作用。由煙酸合成煙酰胺腺嘌呤二核苷酸需要三步反應。NAD+ATPNADP+ADPNAD激酶當前第75頁\共有87頁\編于星期五\10點當前第76頁\共有87頁\編于星期五\10點當前第77頁\共有87頁\編于星期五\10點2、黃素核苷酸的生物合成黃素單核苷酸（FMN）和黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）在生物氧化中起氫和電子傳遞體的作用。核黃素+ATPFMN+ADP黃素激酶Mg2+FMN+ATPFAD+PPiFAD焦磷酸化酶當前第78頁\共有87頁\編于星期五\10點當前第79頁\共有87頁\編于星期五\10點3、輔酶A的生物合成CoA四個組成部分：-巰基乙胺泛酸磷酸腺苷酸當前第80頁\共有87頁\編于星期五\10點合