核酸降解與核苷酸代謝課件

1、核酸降解與核苷酸代謝課件核酸降解與核苷酸代謝課件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 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/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(gè)水解下核苷酸。第一節(jié) 核酸的酶促降解一、核酸外切酶 核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶稱為核酸酶,按某些核酸外切酶對(duì)RNA、DNA

2、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-核苷酸某些核酸外切酶對(duì)RNA、DNA均有作用：牛脾磷酸二酯酶蛇毒磷 限制性內(nèi)切酶細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)存在的一類能識(shí)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。 限制性內(nèi)切酶二、核酸內(nèi)切酶:從核酸分子內(nèi)部切斷3,5-限制性內(nèi)切酶Restriction endonucleaseEcoRI：5G A A T T C3 5G A A T T C33C T T A A G5 3C T T A A G5HindII：5 G T Py Pu A C 3 5G T Py Pu A

3、 C33 C A Pu Py T G 5 3C A Pu Py T G5限制酶-識(shí)別回文序列-只降解異源DNA限制性內(nèi)切酶EcoRI：HindII：限制酶-識(shí)別回 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(duì)核糖核苷起作用，對(duì)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 核苷 + H2O 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

4、合成DNA/RNA活性中間物如UDPG能量載體如AT嘌呤核苷酸的結(jié)構(gòu)GMPAMP二、嘌呤核苷酸的降解嘌呤核苷酸的結(jié)構(gòu)GMPAMP二、嘌呤核苷酸的降解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嘌呤堿的最終AMPGMPH(I)GX黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶核酸降解與核苷酸代謝課件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腺嘌呤脫氨酶含量極少腺嘌呤脫氨基主要在核苷和核苷酸水平鳥嘌呤嘌呤類在核苷酸、核苷和堿基三個(gè)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

5、、核苷和堿基三個(gè)水平上進(jìn)行。嘌呤類在核苷酸、核苷和堿基三個(gè)水平上的降解某些生物體內(nèi)，嘌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)物痛風(fēng)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痛風(fēng)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、嘧啶核苷酸的分解嘧啶堿1-磷酸核糖嘧啶核苷酸核苷 核苷酸酶PPi核苷磷排泄，進(jìn)入TCA排泄，進(jìn)入TCA因此，核酸不是必要營(yíng)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CO

6、2等簡(jiǎn)單物質(zhì)為原料，經(jīng)過(guò)一系列酶促反應(yīng)，合成核苷酸的途徑。補(bǔ)救合成途徑-利用體內(nèi)游離的堿基或核苷，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的反應(yīng)過(guò)程，合成核苷酸的途徑。因此，核酸不是必要營(yíng)養(yǎng)成分第三節(jié) 核苷酸的生物合成從頭合成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核苷酸的從頭合成概況5-磷酸核糖PRPPAspCO2 + G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(wú)法進(jìn)行此合成途徑。合成部位一、嘌呤核苷酸的合成（一）從頭

7、合成 肝是體內(nèi)從頭合成嘌呤核苷谷氨酰胺（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(lái)源谷氨酰胺CO2天冬氨酸甲?；拾彼峒柞；h(huán)上原子來(lái)源合成過(guò)程1. IMP （inosine monophosphate）的合成2. AMP和GMP的生成合成過(guò)程1. IMP （inosine monophosphR-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R-5-PATPAMPPRPP合成酶

8、PP-1-R-5-P在谷四氫葉酸（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(diǎn)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(gè)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)。四氫葉酸（FH4）是一碳單位的載體嘌呤核苷酸合成特點(diǎn)先形成I1. IMP的合成1. IMP的合成核酸降解與核苷酸代謝課件核酸降解與核苷酸代謝課件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

9、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THFA5-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IMP生成總反應(yīng)過(guò)程IMP生成總反應(yīng)過(guò)程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)2. AMP和GMP的生成 AMP ，則抑制本途徑，激AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGD IMP的合成需5個(gè)ATP，6個(gè)高能磷酸鍵。 AMP或GMP的合成又需1個(gè)ATP。嘌呤核苷酸從頭

10、合成的能量代謝 IMP的合成需5個(gè)ATP，6個(gè)高能磷酸鍵。嘌呤核苷酸從頭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(fèi)。維持ATP與GTP濃度的平衡。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，（二）嘌呤核苷酸的補(bǔ)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(bǔ)救合成的酶（二）嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（APRT）參補(bǔ)救合成過(guò)程補(bǔ)救合成過(guò)程補(bǔ)救合成的生理意義補(bǔ)救合成節(jié)省從頭合成時(shí)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。補(bǔ)救合成的生理意義補(bǔ)救合成節(jié)省從頭合成時(shí)的能量和

11、一些氨基酸的（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（三）嘌呤核苷酸的相互轉(zhuǎn)變IMPAMP腺苷酸代XMPGMPN（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(jìng)爭(zhēng)性抑制干擾或阻斷嘌呤核苷酸的合成代謝，從而進(jìn)一步阻止核酸以及蛋白質(zhì)的生物合成。（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、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) 次黃嘌呤6-巰基嘌呤嘌呤類似物：主要有6-巰基嘌

12、呤 6-MP6-MP核苷酸從頭合成途徑補(bǔ)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 6-MP6-MP核苷酸從頭合成途徑補(bǔ)救合成途徑HGPRTP氨基酸類似物：氮雜絲氨酸 (AS) 是 Gln的類似物-抑制氨基化氨基酸類似物：氮雜絲氨酸 (AS) 是 Gln的類似物-葉酸類似物：氨蝶呤 (AP)和甲氨蝶呤 (MTX)-抑制一碳單位轉(zhuǎn)移葉酸類似物：氨蝶呤 (AP)和甲氨蝶呤 (MTX)-抑制核酸降解與核苷酸代謝課件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

13、-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甲酰甘氨酰PRPP谷氨酰胺=PRA甘氨酰胺=甲酰甘氨5-氨（一）嘧啶核苷酸的從頭合成主要是肝細(xì)胞胞液合成部位二、嘧啶核苷酸的合成代謝（一）嘧啶核苷酸的從頭合成主要是肝細(xì)胞胞液合成部位二、嘧啶核嘧啶合成的元素來(lái)源氨基甲酰磷酸嘧啶合成的元素來(lái)源氨基甲酰磷酸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

14、 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(lái)。嘧啶核苷酸合成特點(diǎn)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）1. 從頭合成途徑（1）尿嘧啶核苷酸的合成1. 從頭合成途徑（1）尿嘧啶核苷酸的合成鳥氨酸循環(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-酮戊 二酸谷氨酸-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 錄鳥氨酸循環(huán)2ADP+PiCO2 + NH3 + H2O氨基CPS CPS 分布 線粒體 (肝) 胞液 (所有細(xì)胞) 氮源

15、 NH3 Gln 變構(gòu)激活劑 AGA 無(wú) 變構(gòu)抑制劑無(wú)UMP功能 尿素合成 嘧啶合成 氨甲酰磷酸合成酶和 的區(qū)別 CPS CPS 分布 線粒體 (肝) 胞液 (所有細(xì)胞) （2）CTP的合成 是在三磷酸水平上進(jìn)行的。（2）CTP的合成 是在三磷酸水平上進(jìn)行的。UTP+谷氨酰胺+ATP+H2OCTP+谷氨酸+ADP+PiCTP合成酶動(dòng)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(xì)菌UTP+谷氨酰胺+ATP+H2OCTP+谷氨酸+ADP+Pi（3） dTMP或TMP的生成FH2還原酶FH4NADP+NADPH+

16、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(jìn)行（3） dTMP或TMP的生成FH2還原酶FH4NADP+N高等動(dòng)物合成部位主要在肝臟核苷酸激酶：專一性（ATP提供磷酸）；限制酶-識(shí)別回文序列腺嘌呤脫氨基主要在核苷和核苷酸水平3 C A Pu Py T G 5 3C A Pu Py T G53C T T A A G5 3C T T A A G5尿酸在不同生物體內(nèi)的繼續(xù)分解在IMP基礎(chǔ)上完成AMP和GMP的合成磷酸泛酰半胱氨酸合成酶嘌呤類在核苷酸、核苷和堿基三個(gè)水平上的降解脫氧核糖核苷酸

17、的生成過(guò)程4-磷酸泛酰半胱氨酸氨基酸類似物抑制氨基化，抑制絲氨酸為FH4提供一碳單位黃素單核苷酸（FMN）和黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）在葉酸類似物-抑制一碳單位轉(zhuǎn)移3C T T A A G5 3C T T A A G5還原型硫氧化還原蛋白-(SH)2從頭合成途徑-利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及CO2等簡(jiǎn)單物質(zhì)為原料，經(jīng)過(guò)一系列酶促反應(yīng)，合成核苷酸的途徑。氮雜絲氨酸 (AS) 是 Gln的類似物-抑制氨基化最先合成的核苷酸是 IMP氨甲酰磷酸合成酶和 的區(qū)別第一節(jié) 核酸的酶促降解（核苷水解酶主要存在于植物和微生物，只對(duì)核糖核苷起作用，對(duì)脫氧核糖核苷不起作用。高等動(dòng)物合成部位主要在肝臟腺嘌呤脫

18、氨基主要在核苷和核苷酸水平-只降解異源DNA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 UMP4-磷酸泛酰半胱氨酸IMP （inosine monophosphate）的合成2.從頭合成的調(diào)節(jié)大腸桿菌高等動(dòng)物合成部位主要在肝臟2.從頭合成的調(diào)節(jié)大腸桿菌（二） 嘧啶核苷酸的補(bǔ)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(xì)胞快速增值過(guò)程中，這些激酶活性很高，如骨髓細(xì)胞（二） 嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成嘧啶 + PRPP嘧啶核苷酸+ （三）嘧啶核苷酸的抗代謝物嘧啶類似物

19、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。（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5-5-FU5-FdUMP5-FUTPdUMPdTMP合成RNA破壞 RNA的結(jié)構(gòu)競(jìng)爭(zhēng)性抑制TMP合酶無(wú)正常的功能5-FU5-FdUMP5-FUTPdUMPdTMP合成RNA 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。 氨基酸類似物抑制氨基化，抑制絲氨酸為FH4提供一碳單位如某些改變了核糖結(jié)構(gòu)的核苷類似物抗癌作用某些改變了核糖結(jié)構(gòu)的核苷類似物抗癌作用UMPUTPCTPCD

20、PdCDPUDPdUDPdUMPdTMP氮雜絲氨酸阿糖胞苷氨甲碟呤氮雜絲氨酸UMPUTPCTPCDPdCDPUDPdUDPdUMPdTM嘌啶核苷酸與嘧啶核苷酸合成的比較相同點(diǎn)1. 原料基本相同嘌啶核苷酸嘧啶核苷酸2. 高等動(dòng)物合成部位主要在肝臟3. 都有2種合成途徑(從頭和補(bǔ)救途徑) 4. 都是先合成一個(gè)與之有關(guān)的核苷酸,然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步合成核苷酸不同點(diǎn)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 嘌啶核苷酸與嘧啶核苷酸合

21、成的比較相同點(diǎn)1. 原料基本相同嘌啶三、 脫氧核糖核苷酸的生成體內(nèi)脫氧核糖核苷酸是通過(guò)相應(yīng)的核糖核苷酸還原生成的。這種還原反應(yīng)是由核糖核苷酸還原酶催化，在二磷酸核苷（NDP）水平上進(jìn)行的。三、 脫氧核糖核苷酸的生成體內(nèi)脫氧核糖核苷酸是通過(guò)相應(yīng)的核糖在核苷二磷酸水平上進(jìn)行（N代表A、G、U、C等堿基）在核苷二磷酸水平上進(jìn)行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dNDP + ATP 激酶dNT

22、P + ADP二磷酸脫氧核苷 脫氧核糖核苷酸的生成過(guò)程 脫氧核糖核苷酸的生成過(guò)程活性部位底物結(jié)合部位 調(diào)節(jié)部位大腸桿菌核苷酸還原酶結(jié)構(gòu)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) 核糖核苷酸還原酶的調(diào)節(jié) 核糖核苷酸還原酶的調(diào)節(jié) 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）。四、核苷酸轉(zhuǎn)化成核苷三磷酸NMPNDPNTPATPADP核苷嘌呤核苷酸合成小結(jié)IMP嘌呤核苷酸合成小結(jié)IMP嘧啶核苷酸合成小結(jié)UMP嘧啶核苷酸合成小結(jié)UMP核苷酸的合成及相互關(guān)系核苷酸的合成及相互關(guān)系總結(jié)5-P-RPRPPIMPdAMPGMPdGMPAMPdADPGDPdGDPADPdATPGTPdGTPATPUMPCMPdUMPUDPCDPdUDPUTPCTPdUTPdTMPdCMPdTDPdCDPdTTPdCTPCO2+GlnH2N-CO-POMP核苷酸的從頭合成過(guò)程總結(jié)dUDPdCMPdUMP總結(jié)5-P-RPRPPIMPdAMPGMPdGMPAMPd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