生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝課件

作者:王大勇王曦迪:第九章

核苷酸代謝MetabolismofNucleotides生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝第一節(jié)核苷酸代謝概述第二節(jié)嘌呤核苷酸的合成與分解代謝第三節(jié)嘧啶核苷酸的合成與分解代謝生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝重點(diǎn)難點(diǎn)熟悉了解掌握1.核苷酸的生物學(xué)功能2.嘌呤核苷酸從頭合成的概念、部位、主要階段及元素來源3.嘌呤核苷酸分解代謝產(chǎn)物4.補(bǔ)救合成意義5.嘧啶核苷酸從頭合成的概念、部位及元素來源1.嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成及嘧啶核苷酸分解代謝產(chǎn)物2.嘌呤核苷酸從頭合成調(diào)節(jié)及嘧啶核苷酸從頭合成調(diào)節(jié)3.嘌呤核苷酸的抗代謝物及嘧啶核苷酸的抗代謝物1.核酸酶及分類2.嘌呤核苷酸的相互轉(zhuǎn)變生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝核苷酸代謝概述OverviewofNucleotideMetabolism第一節(jié)生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝作為核酸合成的原料體內(nèi)能量利用形式參與代謝和生理調(diào)節(jié)組成輔酶活化中間代謝一、核苷酸的生物學(xué)功能尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝核酸酶：是指所有可以水解核酸的酶。（一）核酸酶二、核苷酸可由核酸酶水解核酸生成依據(jù)底物不同分類DNA酶(deoxyribonuclease,DNase)：專一降解DNA的酶。RNA酶(ribonuclease,RNase)：專一降解RNA的酶。依據(jù)對底物作用方式不同核酸內(nèi)切酶：在DNA或RNA分子內(nèi)部切斷磷酸二酯鍵。核酸外切酶：水解核酸分子鏈末端的磷酸二酯鍵，有5′→3′或3′→5′核酸外切酶。生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝核酸外切酶分類核酸內(nèi)切酶及外切酶作用位點(diǎn)示意圖5′→3′核酸外切酶：從5′端切除核苷酸的稱為5′→3′核酸外切酶3′→5′核酸外切酶：從3′端切除核苷酸的稱為3′→5′核酸外切酶生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝

核酸酶的功能參與DNA的合成、修復(fù)以及RNA的剪接清除多余的、結(jié)構(gòu)和功能異常的核酸，以及外源性核酸降解食物中的核酸體外重組DNA技術(shù)中的重要工具酶生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝(二)核酸的消化吸收食物核蛋白蛋白質(zhì)核酸（RNA及DNA）核苷酸核苷磷酸堿基戊糖胃酸胰核酸酶胰、腸核苷酸酶核苷酶生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝三、核苷酸的代謝包括合成和分解代謝核苷酸的合成代謝核苷酸的分解代謝生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝嘌呤核苷酸的合成與分解代謝第二節(jié)SynthesisandDegradationofPurineNucleotides生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝嘌呤核苷酸的結(jié)構(gòu)GMPAMP生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝

從頭合成途徑（Denovosynthesis）

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(yīng)，合成嘌呤核苷酸，稱為從頭合成途徑。一、嘌呤核苷酸的合成存在從頭合成和補(bǔ)救合成兩條途徑

補(bǔ)救合成途徑（salvagepathway）利用體內(nèi)游離的嘌呤或嘌呤核苷，經(jīng)過簡單的反應(yīng)過程，合成嘌呤核苷酸，稱為補(bǔ)救合成途徑。生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝1.從頭合成途徑（一）嘌呤核苷酸的從頭合成除某些細(xì)菌外，幾乎所有生物體都能合成嘌呤堿

哺乳動物從頭合成部位：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、骨髓則只能進(jìn)行補(bǔ)救合成生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝CO2天冬氨酸甲酰基（一碳單位）甘氨酸甲?；ㄒ惶紗挝唬┕劝滨０罚０坊┼堰蕢A合成的元素來源生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝嘌呤核苷酸合成過程第一階段：IMP的合成第二階段：AMP和GMP的生成R-5′-P（5′-磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5′-P（磷酸核糖焦磷酸）IMPAMPGMPH2N-1-R-5′-P（5′-磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酸酰胺轉(zhuǎn)移酶生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝R-5'-PPP-1'-R-5'-PPRPP合成酶H2N-1-R-5'-P酰胺轉(zhuǎn)移酶ATPAMPGlnGlu核糖-5'-磷酸

磷酸核糖焦磷酸，PRPP5'-磷酸核糖胺,PRAH2C-NH2O=C-OHGAR合成酶ATPMg2+甘氨酰胺核苷酸，GAR轉(zhuǎn)甲?；窷10-甲酰FH4FH4甲酰甘氨酰胺核苷酸，F(xiàn)GARGlnGluATP,Mg2+R-5'-PNH甲酰甘氨脒核苷酸，F(xiàn)GAM12345第一階段：IMP的生成

H2C

NHCHOHN=CR-5'-PNHH2CNHCHOO=CR-5'-PNHH2C--NH2O=C生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝NHCHO甲酰甘氨脒核苷酸，F(xiàn)GAMAIR合成酶ATP,Mg2+,K+H2O5-氨基咪唑核苷酸，AIR羧化酶5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸，CAIR合成酶N-琥珀酰-5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸，SAICARCO2Asp,ATP,Mg2+延胡索酸5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸，AICARR-5'-PNCCCHH2NNCOH2N5-甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸，F(xiàn)AICARIMP合酶R-5'-PNCCCHH2NNCOHOR-5'-PNCCCHH2NNCONHHOOCH2CHCHOOCR-5'-PNCCCHNHNCOHNHCR-5'-PNCCCHNHNCOH2NO=CH6R-5'-PNHCCCHH2NN789N10-甲酰FH4FH4轉(zhuǎn)甲酰基酶K+10H2O11次黃嘌呤核苷酸,IMPR-5'-PNHH2CHN=C生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝第二階段：由IMP生成AMP和GMP生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝嘌呤核苷酸從頭合成特點(diǎn)

嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的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。生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝2.從頭合成的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)方式：反饋調(diào)節(jié)和交叉調(diào)節(jié)R-5'-PATPPRPP合成酶PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶PRAIMP腺苷酸代琥珀酸AMPADPATPXMPGMPGDPGTP++_____IMP腺苷酸代琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATPGTP__++生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝（二）嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成有兩種方式參與補(bǔ)救合成的酶腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(adeninephosphoribosyltransferase,APRT)次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(hypoxanthine-guaninephosphoribosyltransferase,HGPRT)腺苷激酶(adenosinekinase)生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝補(bǔ)救合成過程腺嘌呤+

PRPPAMP+PPiAPRT次黃嘌呤+PRPPIMP+PPiHGPRT鳥嘌呤+

PRPPHGPRTGMP+PPi腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝補(bǔ)救合成的生理意義補(bǔ)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(jìn)行補(bǔ)救合成。12生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝（三）體內(nèi)嘌呤核苷酸可以相互轉(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生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝（四）脫氧核苷酸的生成在二磷酸核苷水平進(jìn)行N代表A、G、U、C等堿基HO-P-O-P-O-CH2OOOOOHOHH堿基核糖核酸還原酶NADPH+H+NADP++H2OHO-P-O-P-O-CH2OOOOOHOHOHH堿基HNDPdNDP生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝脫氧核苷二磷酸的生成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)脫氧核苷三磷酸的生成生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝（五）嘌呤核苷酸的抗代謝物是一些嘌呤、氨基酸或葉酸類似物嘌呤類似物氨基酸類物葉酸類似物6-巰基嘌呤6-巰基鳥嘌呤8-氮雜鳥嘌呤等氮雜絲氨酸等氨蝶呤氨甲蝶呤等6-巰基嘌呤的結(jié)構(gòu)嘌呤核苷酸抗代謝物常見的嘌呤核苷酸抗代謝物生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）次黃嘌呤(H)6-巰基嘌呤(6-MP)生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝嘌呤核苷酸抗代謝物的作用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生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝二、嘌呤核苷酸的分解代謝終產(chǎn)物是尿酸核苷酸核苷核苷酸酶Pi核苷磷酸化酶堿基1-磷酸核糖核苷酸的分解生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝嘌呤核苷酸的分解代謝AMPGMPH（次黃嘌呤）GX（黃嘌呤）黃嘌呤氧化酶尿酸黃嘌呤氧化酶生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝痛風(fēng)癥的治療機(jī)制NCCCHNNCOHNHCNCCNNCHCOHNHC次黃嘌呤別嘌呤醇鳥嘌呤次黃嘌呤黃嘌呤黃嘌呤氧化酶尿酸黃嘌呤氧化酶別嘌呤醇次黃嘌呤及別嘌呤醇分子式別嘌呤醇抑制尿酸生成表示抑制生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝嘧啶核苷酸的合成與分解代謝第三節(jié)SynthesisandDegradationofPyrimidineNucleotides生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝嘧啶核苷酸的結(jié)構(gòu)生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）UMPCMPdTMP生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝、嘧啶核苷酸的合成也有從頭合成與補(bǔ)救合成兩條途徑(一)嘧啶核苷酸的從頭合成比嘌呤核苷酸簡單合成部位主要是肝細(xì)胞胞液合成原料谷氨酰胺、CO2和天冬氨酸生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝嘧啶合成的元素來源天冬氨酸谷氨酰胺CO2生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝氨基甲酰磷酸的合成谷氨酰胺+

HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶II2ATP2ADP+Pi谷氨酸+氨基甲酰磷酸生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝兩種氨基甲酰磷酸合成酶（CPS）的區(qū)別內(nèi)容CPS-ⅠCPS-Ⅱ分布肝細(xì)胞線粒體胞液（所有細(xì)胞）氮源氨谷氨酰胺變構(gòu)激活劑N-乙酰谷氨酸無功能合成尿素嘧啶合成CPS-I和CPS-II區(qū)別生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝尿嘧啶核苷酸的合成過程CO2+谷氨酰胺2ATPGlu2ADP+PiNH2O=COP+CH2CHHOOCH2NCOOH氨基甲酰磷酸天冬氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶PiCH2CHHO-CNHCOOHONH2O=C氨甲酰天冬氨酸二氫乳清酸酶H2OCH2CHCNHCOOHOHNO=C二氫乳清酸脫氫酶NAD+NADH+H+CCNHCOOHOHNO=C乳清酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶PRPPPPiCCNCOOHOHNO=CR-5’-P乳清酸核苷酸OMP脫羧酶CCNOHNO=CR-5’-P生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶谷氨酰胺ATP谷氨酸ADP+PiUMPCTP生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝dTMP或TMP的生成TMP合酶N5,N10-甲烯FH4FH2FH2還原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMPdTMPUDP脫氧核苷酸還原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMPdUMP脫氧胸苷一磷酸生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝2.從頭合成的調(diào)節(jié)ATP+CO2+谷氨酰胺氨基甲酰磷酸UMP氨基甲酸天冬氨酸UTPCTP天冬氨酸嘌呤核苷酸ATP+5-磷酸核糖嘧啶核苷酸PRPP表示抑制生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝（二）嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成途徑與嘌呤核苷酸類似嘧啶+

PRPP磷酸嘧啶核苷+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生物化學(xué)與分子生物學(xué)（第9版）生物化學(xué)及分子生物學(xué)(人衛(wèi)第九版)-09核苷酸代謝（三）嘧啶核苷酸的抗代謝物也是嘧啶、氨基酸或葉酸等的類似物嘧啶類似物胸腺嘧啶(