生物化學(xué) 第十四章核酸降解與核苷酸代謝ppt課件

1、第十四章核酸降解 與核苷酸代謝 n核酸的基本結(jié)構(gòu)單位是核苷酸，核酸代謝與核苷酸代謝密切相關(guān)，細(xì)胞內(nèi)存在多種游離的核苷酸，是代謝中極為重要的物質(zhì)，幾乎參加細(xì)胞內(nèi)所有的生化過(guò)程：n1、核苷酸是核酸生物合成的前體。n2、核苷酸衍生物是許多生物合成的中間物。n 如：UDP-葡萄糖是糖原合成的中間物。n CDP-二脂酰甘油是磷酸甘油酯合成的中間物。n3、ATP是生物能量代謝中通用的高能化合物。n4、腺苷酸是三種重要輔酶：煙酰胺核苷酸NAD NADP)、黃素嘌呤二核苷酸FAD)和輔酶ACoA的組分。n5、某些核苷酸是代謝的調(diào)節(jié)物質(zhì)。ncAMP,cGMP是許多激素引起的胞內(nèi)信使n核酸降解為核苷酸，核苷酸還能

2、進(jìn)一步分解，在生物體內(nèi)核苷酸可由其他化合物合成，某些輔酶的合成與核酸的代謝亦有關(guān)。n講授內(nèi)容：n第一節(jié) 核酸的降解n第二節(jié) 核苷酸分解代謝n第三節(jié) 核苷酸的合成代謝n第四節(jié) 核苷酸代謝調(diào)控第一節(jié) 核酸的降解n一、 核酸的消化吸收n二、 核酸降解中的酶類(lèi)一、核酸的消化吸收一、核酸的消化吸收n食物中的核酸多與蛋白質(zhì)結(jié)合成核蛋白。在胃食物中的核酸多與蛋白質(zhì)結(jié)合成核蛋白。在胃中，受胃酸的作用核蛋白可分解成核酸和蛋白中，受胃酸的作用核蛋白可分解成核酸和蛋白質(zhì)。然后，核酸進(jìn)入小腸被逐步分解。核酸是質(zhì)。然后，核酸進(jìn)入小腸被逐步分解。核酸是由許多核苷酸以由許多核苷酸以3,5-磷酸二酯鍵連接而成的磷酸二酯鍵連接

3、而成的生物大分子。核酸分解代謝的第一步反應(yīng)是水生物大分子。核酸分解代謝的第一步反應(yīng)是水解連接核苷酸之間的磷酸二酯鍵，生成低聚多解連接核苷酸之間的磷酸二酯鍵，生成低聚多核苷酸或單核苷酸。來(lái)自胰液的核酸酶和小腸核苷酸或單核苷酸。來(lái)自胰液的核酸酶和小腸粘膜細(xì)胞分泌的核酸酶，屬于磷酸二酯酶類(lèi)，粘膜細(xì)胞分泌的核酸酶，屬于磷酸二酯酶類(lèi)，兩者協(xié)同作用，使進(jìn)入小腸的核酸水解成單核兩者協(xié)同作用，使進(jìn)入小腸的核酸水解成單核苷酸。單核苷酸及其水解產(chǎn)物均可被細(xì)胞吸收苷酸。單核苷酸及其水解產(chǎn)物均可被細(xì)胞吸收利用。利用。二、 核酸降解中的酶類(lèi)n核酸外切酶: n 非特異性的磷酸二酯酶，對(duì)DNA和RNA都起作用，催化核酸從3

4、端或5端解聚,形成 5-核苷酸和3-核苷酸。n核酸內(nèi)切酶: n 水解核酸分子內(nèi)的磷酸二酯鍵。n限制性?xún)?nèi)切酶: n 專(zhuān)一識(shí)別并水解外源雙鏈DNA上特定位點(diǎn)的核酸內(nèi)切酶。專(zhuān)一性強(qiáng)，有的切口是齊頭的而產(chǎn)生平頭末端；有的切口是交錯(cuò)的而產(chǎn)生彼此配對(duì)的粘性末端。限制性?xún)?nèi)切酶是測(cè)定DNA堿基順序和制定基因圖所必須的工具酶。某些限制性?xún)?nèi)切酶的專(zhuān)一性n牛胰牛胰RNA酶酶專(zhuān)一水解專(zhuān)一水解RNA分子內(nèi)部的嘧啶分子內(nèi)部的嘧啶核苷酸鍵，產(chǎn)物為：核苷酸鍵，產(chǎn)物為：3-嘧啶核苷酸和以嘧啶核苷酸和以3-嘧嘧啶核苷酸結(jié)尾的寡核苷酸。啶核苷酸結(jié)尾的寡核苷酸。nRNA酶酶T1存在于霉菌作用于存在于霉菌作用于RNA分子內(nèi)分子內(nèi)部的部

5、的5-連接，要求其連接，要求其3-連接與鳥(niǎo)苷酸相連，連接與鳥(niǎo)苷酸相連，產(chǎn)物為：產(chǎn)物為： 3-GMP和以和以3-GMP為末端的寡核為末端的寡核苷酸。苷酸。nRNA酶酶T2作用于作用于RNA分子內(nèi)部的分子內(nèi)部的5-連接，產(chǎn)連接，產(chǎn)物為：物為： 3-AMP為為3末端的核苷酸片段。末端的核苷酸片段。nRNA酶酶H內(nèi)切酶作用于內(nèi)切酶作用于RNA-DNA雜交分雜交分子中的子中的RNA，產(chǎn)生，產(chǎn)生5末端帶磷酸基的單核苷酸末端帶磷酸基的單核苷酸或寡核苷酸?；蚬押塑账帷：怂崦复偎獾淖饔貌课缓怂崦复偎獾淖饔貌课籲通過(guò)上述核酸外切酶和核酸內(nèi)切酶的作用，核酸可降解為各種單核苷酸，單核苷酸則可進(jìn)一步分解代謝。第二節(jié)

6、第二節(jié) 核苷酸的分解代謝核苷酸的分解代謝n一、核苷酸的酶水解一、核苷酸的酶水解n二、嘌呤堿的分解代謝二、嘌呤堿的分解代謝n三、嘧啶堿的分解代謝三、嘧啶堿的分解代謝n核苷酸降解酶：n核苷酸酶:核苷酸水解為核苷和磷酸。n核苷酸 + H2O 核苷+Pin核苷磷酸化酶: 水解核苷為堿基和戊糖-1-磷酸。n 核苷 + 磷酸 核苷磷酸化酶 堿基 + 戊糖-1-磷酸一、核苷酸的酶水解n核苷水解酶: 水解核苷為堿基和戊糖。n 存在于植物和微生物中。n核糖核苷 + H2O 核苷水解酶 堿基 + 戊糖n n只對(duì)核糖核苷作用，反應(yīng)不可逆。核酸核酸核酸酶核苷酸核苷酸磷酸二酯酶核苷核苷堿基堿基+戊糖戊糖-1-磷酸磷酸核

7、苷酸酶磷酸單酯酶核苷磷酸化酶小腸粘膜細(xì)胞小腸粘膜細(xì)胞用于核酸合成用于核酸合成少量大量核糖+堿基核苷水解酶戊糖-1-磷酸分解分解二.嘌呤堿的分解n1. 脫氨n 動(dòng)物組織腺嘌呤脫氨酶含量極少，人體中不含腺嘌呤酶，而腺嘌呤核苷酸脫氨酶和腺嘌呤核苷脫氨酶的活性高，腺嘌呤的脫氨可在其核苷和核苷酸水平上進(jìn)行。黃嘌呤黃嘌呤 尿酸n鳥(niǎo)嘌呤脫氨在鳥(niǎo)嘌呤水平上。鳥(niǎo)嘌呤脫氨酶存在于動(dòng)物肝、胰、腎組織中，豬肝和豬脾中沒(méi)有，但其它組織有。n鳥(niǎo)嘌呤核苷 鳥(niǎo)嘌呤 黃嘌呤n鳥(niǎo)嘌呤 + H2O 鳥(niǎo)嘌呤脫氨酶 黃嘌呤 + NH3n 轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩醤次黃嘌呤+ O2 +H2O 黃嘌呤氧化酶黃嘌呤 + H2O2n黃嘌呤 + O2 + H

8、2 O 黃嘌呤氧化酶 尿酸 + H2O2 嘌呤的分解代謝途徑嘌呤的分解代謝途徑 痛風(fēng)：嘌呤代謝障礙有關(guān), 正常血液：2-6mg /100ml, 大于8mg/100ml, （男平均：5.7mg、女平均：4.3mg%）尿酸鉀鹽或鈉鹽沉積于軟組織、軟骨及關(guān)節(jié)等處,形成尿酸結(jié)石及關(guān)節(jié)炎,沉積于腎臟為腎結(jié)石,基本特征為高尿酸血癥。引起血尿酸升高的原因: 疾病引起體內(nèi)嘌呤類(lèi)物質(zhì)大量分解;腎臟疾病使尿酸排出受阻;長(zhǎng)期攝入富含核酸的食物,甜面包,肝,酵母,沙丁魚(yú)等。藥物：別嘌呤醇 別嘌呤醇結(jié)構(gòu)與次黃嘌呤相似，對(duì)黃嘌呤氧化酶有很強(qiáng)的抑制作用，與酶活性中心Mo(IV)牢固結(jié)合，自殺底物，成為酶的滅活物，經(jīng)別嘌呤醇

9、治療的患者排泄黃嘌呤和次黃嘌呤以代替尿酸。另：使用排尿藥物：水楊酸、辛可芬、丙磺舒等),減少腎小管對(duì)尿酸的重吸收）。 黃嘌呤氧化酶嘌呤與其核苷及核苷酸的相互轉(zhuǎn)變 尿酸降解途徑因物種存在差異n靈長(zhǎng)類(lèi),鳥(niǎo)類(lèi),爬行類(lèi)動(dòng)物 尿酸n哺乳類(lèi)(除靈長(zhǎng)類(lèi)),腹足類(lèi) 尿囊素n硬骨魚(yú) 尿囊酸n大多數(shù)魚(yú)類(lèi),兩棲類(lèi) 尿素n甲殼類(lèi),咸水瓣鰓類(lèi) 氨n植物 多種產(chǎn)物 不同物種的尿酸降解途徑差異尿囊酸三. 嘧啶堿的分解n核苷酸分解產(chǎn)物嘧啶堿可以在生物體內(nèi)進(jìn)一步被分解，不同種類(lèi)生物對(duì)嘧啶分解過(guò)程也不完全相同，一般具有氨基的嘧啶需先水解脫氨。n胞嘧啶 脫氨酶 尿嘧啶 二氫尿嘧啶脫氫酶 n二氫尿嘧啶 開(kāi)環(huán) -脲基丙氨酸 n NH3

10、+ CO2 +-丙氨酸胸腺嘧啶分解與尿嘧啶相似 胸腺嘧啶 二氫胸腺嘧啶 -尿基異丁酸 NH3 + CO2 + - 氨基異丁酸胞嘧啶和尿嘧啶的分解途徑加水開(kāi)環(huán)位置5-甲基胞嘧啶和胸腺嘧啶的分解途徑加水開(kāi)環(huán)位置n某些微生物體內(nèi)可通過(guò)氧化作用將嘧啶分解為尿素書(shū)上P383巴比妥酸分子式有錯(cuò)誤（Barbituric acid）第三節(jié) 核苷酸的合成代謝n一. 嘌呤核糖核苷酸的合成n二. 嘧啶核糖核苷酸的合成n三. 脫氧核糖核苷酸的生成一. 嘌呤核糖核苷酸的合成 5-磷酸核糖焦磷酸開(kāi)始逐步合成次黃嘌呤核苷酸轉(zhuǎn)變?yōu)橄汆堰屎颂呛塑账岷网B(niǎo)嘌呤核糖核苷酸。5-P-核糖-PP次黃嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸鳥(niǎo)嘌呤核苷酸1.

11、 次黃嘌呤核苷酸的生成.n次黃嘌呤核苷酸的酶促合成過(guò)程，主要是以鴿肝的酶系統(tǒng)為材料研究清楚的。以后在其他動(dòng)物、植物、微生物中也找到類(lèi)似的酶和中間產(chǎn)物，由此可以推測(cè)它們的合成過(guò)程也大致相同。n.次黃嘌呤核苷酸的合成首先需要由 5-磷酸核糖焦磷酸供給核苷酸的磷酸核糖部分，在其上再完成嘌呤環(huán)的裝配。n核糖-5-P + ATP 磷酸核糖焦磷酸激酶n 5-P-核糖焦磷酸 + AMPn 次黃嘌呤核苷酸的合成過(guò)程共有十步反應(yīng)，分成二個(gè)階段。第一階段:5-氨基咪唑核苷酸的合成GlnGlu+PPi轉(zhuǎn)酰胺酶轉(zhuǎn)酰胺酶（15-磷酸核糖焦磷酸+ 谷氨酰胺 轉(zhuǎn)酰胺酶 5-磷酸核糖胺+谷氨酸+PPi甘氨酸ATPADPPi合

12、成酶合成酶(2) 5-磷酸核糖胺 + 甘氨酸 + ATP甘氨酰胺核苷酸 +ADP +Pi合成酶N5,N10-甲川FH4 THFA轉(zhuǎn)甲?；皋D(zhuǎn)甲?；?3) 甘氨酰胺核苷酸+N5,N10-甲川FH4+水 轉(zhuǎn)甲酰基酶 甲 酰甘氨酰胺核苷酸+ FH4ATPGlnH2OADPGluPi合成酶合成酶(4)甲酰甘氨酰胺核苷酸 +谷氨酰胺+ATP+ 水甲酰甘氨脒核苷酸 + 谷氨酸 + ADP + Pi合成酶合成酶ATPADPPi合成酶合成酶(5)甲酰甘氨脒核苷酸 + ATP 5-氨基咪唑核苷酸+ ADP + Pi合成酶合成酶CO2羧化酶羧化酶第二階段：形成次黃嘌呤核苷酸(6) 5-氨基咪唑核苷酸+ CO2

13、5-氨基-4-羧酸咪唑核苷酸羧化酶ATPAspADPPi合成酶合成酶(7) 5-氨基-4-羧酸咪唑核苷酸+天冬氨酸+ATP 5-氨基-4-(N-琥珀酸氨甲酰咪唑核苷酸合成酶延胡索酸裂解酶裂解酶n(8) 5-氨基-4 -(N-琥珀酸氨甲酰咪唑核苷酸n5-氨基-4-氨甲酰咪唑核苷酸 + 延胡索酸裂解酶N10-甲酰FH4THFA轉(zhuǎn)甲?；皋D(zhuǎn)甲酰基酶(9) 5-氨基-4-氨甲酰咪唑核苷酸 + N10 -甲酰FH4 5-甲酰氨基-4-氨甲酰咪唑核苷酸 + FH4轉(zhuǎn)甲?；窰2O環(huán)水解酶環(huán)水解酶(10) 5-甲酰氨基-4-氨甲酰咪唑核苷酸 次黃嘌呤核苷酸+水 環(huán)水解酶環(huán)水解酶（脫水環(huán)化)掌握嘌呤環(huán)元素的來(lái)

14、源67239415、10步環(huán)合，8步脫延胡索酸2. 腺嘌呤和鳥(niǎo)嘌呤核糖核苷酸的合成合成酶裂解酶脫氫酶合成酶3. 嘌呤堿和核苷合成核糖核苷酸n生物體內(nèi)除以簡(jiǎn)單前體物質(zhì)“從頭合成核苷酸外，可由堿基和核苷合成核苷酸，“補(bǔ)救途徑”。主要的補(bǔ)救途徑：n嘌呤堿與5-磷酸核糖焦磷酸在磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶催化作用下形成嘌呤核苷酸n腺嘌呤+5-磷酸核糖焦磷酸 n 腺嘌呤核苷酸+PPin次黃嘌呤+5-磷酸核糖焦磷酸 n 次黃嘌呤核苷酸+PPin鳥(niǎo)嘌呤+5-磷酸核糖焦磷酸 n 鳥(niǎo)嘌呤核苷酸+PPi腺苷酸焦磷酸化酶鳥(niǎo)苷酸焦磷酸化酶次黃苷酸焦磷酸化酶腺嘌呤腺嘌呤5-磷酸核糖焦磷酸PRPP）人類(lèi)該途徑具重要的作用，大腦中腺嘌呤

15、和次黃嘌呤核苷酸合成主要依賴(lài)該途徑。n嘌呤還可在核苷磷酸化酶作用下，與1-磷酸核糖生成嘌呤腺苷，然后再在核苷磷酸激酶作用下，與ATP生成嘌呤核苷酸：二. 嘧啶核糖核苷酸的合成n嘧啶核苷酸與嘌呤核苷酸合成不同。嘧啶核苷酸與嘌呤核苷酸合成不同。n先合成嘧啶環(huán)。先合成嘧啶環(huán)。n嘧啶環(huán)嘧啶環(huán) + 磷酸核糖磷酸核糖 乳氫苷酸乳氫苷酸n尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸 尿嘧啶核苷酸的生物合成n（1氨甲酰磷酸的形成nGln + 2ATP + HCO3- 合成酶n 氨甲酰磷酸 + 2ADP + Pi + Glun（2氨甲酰磷酸+Asp轉(zhuǎn)氨甲酰酶n 氨甲酰天冬氨酸 + Pin（3氨甲酰天冬氨酸二氫乳清酸酶n 二氫乳清酸

16、 + H2O n（4二氫乳清酸+NAD+ 二氫乳清酸脫氫酶n 乳清酸 + NADH + H+ n（5乳清酸+ 5-磷酸核糖焦磷酸焦磷酸化酶n乳清苷酸 尿嘧啶核苷酸-co2CO2和谷氨酰胺合成氨基甲酰磷酸C轉(zhuǎn)氨轉(zhuǎn)氨甲酰甲酰酶酶二氫二氫乳清乳清酸酶酸酶由氨基甲酰磷酸開(kāi)始合成尿嘧啶核苷酸由氨基甲酰磷酸開(kāi)始合成尿嘧啶核苷酸脫氫酶脫氫酶焦磷酸焦磷酸化酶化酶脫羧酶脫羧酶嘧啶環(huán)的元素來(lái)源n 胞嘧啶核糖核苷酸的合成n尿嘧啶核苷酸轉(zhuǎn)變?yōu)榘奏ず塑账嵩谀蜞奏ず塑杖姿崴缴线M(jìn)行.nUMP+ATP 尿嘧啶核苷酸激酶 UDP+ADPnUDP+ATP 核苷二磷酸激酶 UTP+ADPnUTP+ 谷氨酰胺+ ATP +H2

17、O CTP合成酶 n CTP+谷氨酸+ ADP+ Pin細(xì)菌直接利用氨合成胞嘧啶核苷三磷酸 ,動(dòng)物組織由Glu供給氨基。3、嘧啶堿和核苷合成核糖核苷酸 補(bǔ)救途徑n生物體利用外源或分解代謝中產(chǎn)生的嘧啶堿、核苷或嘧啶核苷合成嘧啶核苷酸。 尿嘧啶核苷酸：尿嘧啶核苷酸：（UMPUMP磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶催化生成尿嘧磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶催化生成尿嘧啶核苷酸啶核苷酸nU+5-U+5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸 磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶n 尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸 + + PPiPPin(2)(2)尿苷磷酸化酶和尿苷激酶催化形成尿嘧啶核苷尿苷磷酸化酶和尿苷激酶催化形成尿嘧啶核苷酸酸nU + 1-U + 1-磷酸核

18、糖磷酸核糖 尿苷磷酸化酶尿苷磷酸化酶 尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷 + + PiPin尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷 + ATP + ATP 尿苷激酶尿苷激酶 n 尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸 + ADP+ ADPn胞嘧啶核苷酸n胞嘧啶不能直接與5-磷酸核糖焦磷酸生成胞嘧啶核苷酸n胞嘧啶核苷 + ATP 尿苷激酶 n 胞嘧啶核苷酸 + ADP核糖核苷酸還原酶三三. 脫氧核糖核苷酸的合成脫氧核糖核苷酸的合成 核糖核苷酸還原酶核糖核苷酸還原酶n核糖核苷酸還原為脫氧核糖核苷酸，多在二核糖核苷酸還原為脫氧核糖核苷酸，多在二磷酸核糖核苷酸水平上進(jìn)行。磷酸核糖核苷酸水平上進(jìn)行。ADPdADPGDPdGDPCDPdCDPUDPdUDPnUDP dUDP dUMP2. 胸腺嘧啶脫氧核苷酸的合成胸腺嘧啶脫氧核苷酸的合成 利用已有堿基和戊糖合成(1)堿基+脫氧核糖-1-P 核苷磷酸化酶 脫氧核糖核苷(2)脫氧核糖核苷+ATP 脫氧核糖核苷激酶 脫