核苷酸的分解代謝核苷酸酶-華南師范大學課件

核酸怎樣分解成核苷酸核苷酸又怎樣進一步分解生物怎樣合成核苷酸

第十二章核酸的降解和核苷酸代謝

主要內容：主講老師：華南師范大學生命科學學院陳文利核酸怎樣分解成核苷酸第十二章核酸的降解和核苷酸代謝1一、核酸的分解代謝

概況：

核酸核苷酸核苷+Pi堿基+戊糖-1-P一、核酸的分解代謝概況：核酸核苷酸核苷+Pi堿基2（一）核酸的酶解

核酸酶（磷酸二酯酶）

核酸內切酶：DNase、RNase

核酸外切酶：蛇毒磷酸二酯酶、牛脾磷酸二酯酶

（一）核酸的酶解核酸酶（磷酸二酯酶）核酸內切酶：DNas3（二）核苷酸的分解代謝

核苷酸酶（磷酸單酯酶）

專一性的磷酸單酯酶:3ˊ-核苷酸酶,5ˊ-核苷酸酶非專一性磷酸單酯酶

（二）核苷酸的分解代謝核苷酸酶（磷酸單酯酶）專一性的磷4（三）核苷的分解代謝

磷酸解水解

核苷+H2O

核苷水解酶堿基+核糖核苷+Pi核苷磷酸化酶堿基+核糖-1-P（三）核苷的分解代謝磷酸解水解核苷+H2O5（四）嘌呤的分解代謝

不同種類的生物分解嘌呤的能力不同，產物也不同。人、靈長類、鳥類、某些爬蟲類將嘌呤分解成尿酸，其他生物還可將尿酸進一步分解成尿囊素、尿囊酸、尿素、甚至CO2、NH3。

（四）嘌呤的分解代謝不同種類的生物分解嘌呤6核酸中的嘌呤主要是Ade、Gua首先脫氨，分別生成次黃嘌呤和黃嘌呤，再進一步代謝生成尿酸。

核酸中的嘌呤主要是Ade、Gua首先脫氨，分7核苷酸的分解代謝核苷酸酶-華南師范大學課件8核苷酸的分解代謝核苷酸酶-華南師范大學課件9尿酸過多導致痛風（gout）

尿酸過多導致痛風（gout）10結構與次黃嘌呤很相似的別嘌呤醇（allopurinol）對黃嘌呤氧化酶有很強的抑制作用，可用來治療痛風。

結構與次黃嘌呤很相似的別嘌呤醇（allopu11核苷酸的分解代謝核苷酸酶-華南師范大學課件12總結嘌呤的分解代謝。

總結嘌呤的分解代謝。13（五）嘧啶堿的分解代謝

RNA：Cyt、Ura（五）嘧啶堿的分解代謝RNA：Cyt、Ura14DNA：Thy

DNA：Thy15嘧啶分解代謝總結

嘧啶分解代謝總結16二、核苷酸的生物合成

（一）嘌呤核苷酸的生物合成

1．從頭合成途徑（Denovosynthesis）

首先合成IMPAMP

GMPIMP二、核苷酸的生物合成（一）嘌呤核苷酸的生物合成1．從頭17IMP合成概況：

R-5-P→5-氨基咪唑核苷酸，形成了咪唑環(huán)，包括反應（1）～（6）

第一階段:IMP合成概況：R-5-P→5-氨基咪唑核苷酸，形成18ManystepsrequireanactivatedribosesugarManystepsrequireanactivate19Thecommittedstepinthedonovosynthesisofpurinenucleotides

Thecommittedstepinthedon20核苷酸的分解代謝核苷酸酶-華南師范大學課件215-氨基咪唑核苷酸→IMP，在5-氨基咪唑核苷酸分子上形成另一個環(huán)狀結構（嘧啶環(huán)），形成IMP。

第二階段:5-氨基咪唑核苷酸→IMP，在5-氨基咪唑核22核苷酸的分解代謝核苷酸酶-華南師范大學課件23IMP合成總結

IMP合成總結24purine環(huán)各原子的來源

purine環(huán)各原子的來源25Gln是合成嘌呤核的氮原子供體，與Gln結構相似的一些化合物如氮絲氨酸（azaserine）和6-重氮-5-氧代正亮氨酸（6-diazo-5-oxonorleucine,DON）是Gln的拮抗物，阻止生物體利用Gln合成嘌呤核苷酸（即阻止反應5），從而阻止核苷酸的合成。FH4-是一碳單位的載體，葉酸的拮抗物如氨基喋呤（aminoprotein）、氨甲蝶呤（amethopterin）抑制反應4,10，阻止嘌呤核苷酸的合成，研究這些化合物對治療癌腫可提供有益的幫助。

Gln是合成嘌呤核的氮原子供體，與Gln結構相似的26PurineBiosynthesis(denovo)IMPGMPAMPATPGTP(Abunchofstepsyoudon’tneedtoknow)(InosineMonophosphate)FeedbackInhibitionPurineBiosynthesis(denovo)I27ThesynthesisofAMPandGMPfromIMPThesynthesisofAMPandGMPf282．補救途徑（salvagepathway）

(2)phosphoribosyltransferase

(1)Pu

嘌呤核苷嘌呤核苷酸R-1-PPiATPADP2．補救途徑（salvagepathway）(2)ph29(adeninephosohoribosyltransferase)(hypoxanthine-guaninephosohoribosyltransferase)(adeninephosohoribosyltransf30節(jié)約能量和一些氨基酸的消耗。有些組織（如腦、骨髓）不能從頭合成嘌呤核苷酸，只能進行嘌呤核苷酸的補救合成。HGPRT完全缺失的患兒，表現(xiàn)為自毀容貌綜合癥。嘌呤核苷酸補救合成的生理意義節(jié)約能量和一些氨基酸的消耗。嘌呤核苷酸補救合成的生理意義31Lesch-NyhanSyndromeAbsenceofHGPRTaseX-linked(GeneonX)OccursprimarilyinmalesCharacterizedby:IncreaseduricacidSpasticityNeurologicaldefectsAggressivebehaviorSelf-mutilationLesch-NyhanSyndromeAbsenceof32嘌呤核苷酸生物合成的調控

嘌呤核苷酸生物合成的調控33（二）嘧啶核苷酸的生物合成

顯著不同處：先合成嘧啶環(huán)，然后再和PRPP作用形成核苷酸。

相同處：都有從頭合成途徑和補救途徑。

UMP

CMPTMP與嘌呤核苷酸合成的（二）嘧啶核苷酸的生物合成顯著不同處：先合成嘧啶環(huán)，然后再341．尿苷酸（UMP）的合成：

（1）從頭合成途徑（Denovosynthesis）

第一階段：合成氨甲酰磷酸

第二階段:嘧啶核的形成，包括反應2，3，4

第三階段：形成尿苷酸,包括反應5，6

1．尿苷酸（UMP）的合成：（1）從頭合成途徑（Deno35ThepyrimidinebiosyntheticpathwayThepyrimidinebiosyntheticpa36（2）補救途徑（salvagepathway）

尿苷磷酸化酶UraR-1-PPiU（尿苷）尿苷激酶UMPATPADP尿嘧啶磷酸核糖轉移酶

UraPRPPPPi（2）補救途徑（salvagepathway）尿苷磷酸化372.胞苷酸（CMP）的合成UMPCMP

+NH32.胞苷酸（CMP）的合成UMP38CTPsynthesisfromUTPCTPsynthesisfromUTP39補救途徑

Cyt+PRPPCMP+PPi胞苷激酶CMPCATPADP

(胞苷)補救途徑Cyt+PRPPCMP+PPi胞苷40嘧啶核苷酸生物合成的調控

嘧啶核苷酸生物合成的調控41Biosynthesis:PurinevsPyrimidineSynthesizedonPRPPRegulatedbyGTP/ATPGeneratesIMPRequiresEnergySynthesizedthenaddedtoPRPPRegulatedbyUTPGeneratesUMP/CMPRequiresEnergyPurinePyrimidineBothareverycomplicatedmulti-stepprocesswhichyourkindlyprofessordoesnotexpectyoutoknowindetailBiosynthesis:PurinevsPyrimi42（三）脫氧核苷酸的生物合成

1.核苷二磷酸的還原

（三）脫氧核苷酸的生物合成1.核苷二磷酸的還原43核苷酸的分解代謝核苷酸酶-華南師范大學課件44核苷酸的分解代謝核苷酸酶-華南師范大學課件45HydroxyureaSpecificallyinhibitsribonucleotidereductaseNDPdNDPInhibitsDNAsynthesiswithoutaffectingRNAsynthesisorothernucleotidepoolsClearedfromthebodyrapidlysonotusedextensivelyintheclinicHydroxyureaSpecificallyinhibi462.脫氧胸苷酸（dTMP）的合成

UMP→dTMP

要解決二個問題:（1）糖基的脫氧（2）堿基的甲基化，先脫氧后甲基化，高等動物中在DP水平上脫氧，在MP水平上甲基化

UMP→UDPdUDP→dUMPdTMP

-(O)+CH32.脫氧胸苷酸（dTMP）的合成UMP→dTMP要47核苷酸的分解代謝核苷酸酶-華南師范大學課件48胸苷酸合成的抑制劑癌癥治療中的應用

胸苷酸合成的抑制劑癌癥治療中的應用49核苷酸的分解代謝核苷酸酶-華南師范大學課件50核酸怎樣分解成核苷酸核苷酸又怎樣進一步分解生物怎樣合成核苷酸

第十二章核酸的降解和核苷酸代謝

主要內容：主講老師：華南師范大學生命科學學院陳文利核酸怎樣分解成核苷酸第十二章核酸的降解和核苷酸代謝51一、核酸的分解代謝

概況：

核酸核苷酸核苷+Pi堿基+戊糖-1-P一、核酸的分解代謝概況：核酸核苷酸核苷+Pi堿基52（一）核酸的酶解

核酸酶（磷酸二酯酶）

核酸內切酶：DNase、RNase

核酸外切酶：蛇毒磷酸二酯酶、牛脾磷酸二酯酶

（一）核酸的酶解核酸酶（磷酸二酯酶）核酸內切酶：DNas53（二）核苷酸的分解代謝

核苷酸酶（磷酸單酯酶）

專一性的磷酸單酯酶:3ˊ-核苷酸酶,5ˊ-核苷酸酶非專一性磷酸單酯酶

（二）核苷酸的分解代謝核苷酸酶（磷酸單酯酶）專一性的磷54（三）核苷的分解代謝

磷酸解水解

核苷+H2O

核苷水解酶堿基+核糖核苷+Pi核苷磷酸化酶堿基+核糖-1-P（三）核苷的分解代謝磷酸解水解核苷+H2O55（四）嘌呤的分解代謝

不同種類的生物分解嘌呤的能力不同，產物也不同。人、靈長類、鳥類、某些爬蟲類將嘌呤分解成尿酸，其他生物還可將尿酸進一步分解成尿囊素、尿囊酸、尿素、甚至CO2、NH3。

（四）嘌呤的分解代謝不同種類的生物分解嘌呤56核酸中的嘌呤主要是Ade、Gua首先脫氨，分別生成次黃嘌呤和黃嘌呤，再進一步代謝生成尿酸。

核酸中的嘌呤主要是Ade、Gua首先脫氨，分57核苷酸的分解代謝核苷酸酶-華南師范大學課件58核苷酸的分解代謝核苷酸酶-華南師范大學課件59尿酸過多導致痛風（gout）

尿酸過多導致痛風（gout）60結構與次黃嘌呤很相似的別嘌呤醇（allopurinol）對黃嘌呤氧化酶有很強的抑制作用，可用來治療痛風。

結構與次黃嘌呤很相似的別嘌呤醇（allopu61核苷酸的分解代謝核苷酸酶-華南師范大學課件62總結嘌呤的分解代謝。

總結嘌呤的分解代謝。63（五）嘧啶堿的分解代謝

RNA：Cyt、Ura（五）嘧啶堿的分解代謝RNA：Cyt、Ura64DNA：Thy

DNA：Thy65嘧啶分解代謝總結

嘧啶分解代謝總結66二、核苷酸的生物合成

（一）嘌呤核苷酸的生物合成

1．從頭合成途徑（Denovosynthesis）

首先合成IMPAMP

GMPIMP二、核苷酸的生物合成（一）嘌呤核苷酸的生物合成1．從頭67IMP合成概況：

R-5-P→5-氨基咪唑核苷酸，形成了咪唑環(huán)，包括反應（1）～（6）

第一階段:IMP合成概況：R-5-P→5-氨基咪唑核苷酸，形成68ManystepsrequireanactivatedribosesugarManystepsrequireanactivate69Thecommittedstepinthedonovosynthesisofpurinenucleotides

Thecommittedstepinthedon70核苷酸的分解代謝核苷酸酶-華南師范大學課件715-氨基咪唑核苷酸→IMP，在5-氨基咪唑核苷酸分子上形成另一個環(huán)狀結構（嘧啶環(huán)），形成IMP。

第二階段:5-氨基咪唑核苷酸→IMP，在5-氨基咪唑核72核苷酸的分解代謝核苷酸酶-華南師范大學課件73IMP合成總結

IMP合成總結74purine環(huán)各原子的來源

purine環(huán)各原子的來源75Gln是合成嘌呤核的氮原子供體，與Gln結構相似的一些化合物如氮絲氨酸（azaserine）和6-重氮-5-氧代正亮氨酸（6-diazo-5-oxonorleucine,DON）是Gln的拮抗物，阻止生物體利用Gln合成嘌呤核苷酸（即阻止反應5），從而阻止核苷酸的合成。FH4-是一碳單位的載體，葉酸的拮抗物如氨基喋呤（aminoprotein）、氨甲蝶呤（amethopterin）抑制反應4,10，阻止嘌呤核苷酸的合成，研究這些化合物對治療癌腫可提供有益的幫助。

Gln是合成嘌呤核的氮原子供體，與Gln結構相似的76PurineBiosynthesis(denovo)IMPGMPAMPATPGTP(Abunchofstepsyoudon’tneedtoknow)(InosineMonophosphate)FeedbackInhibitionPurineBiosynthesis(denovo)I77ThesynthesisofAMPandGMPfromIMPThesynthesisofAMPandGMPf782．補救途徑（salvagepathway）

(2)phosphoribosyltransferase

(1)Pu

嘌呤核苷嘌呤核苷酸R-1-PPiATPADP2．補救途徑（salvagepathway）(2)ph79(adeninephosohoribosyltransferase)(hypoxanthine-guaninephosohoribosyltransferase)(adeninephosohoribosyltransf80節(jié)約能量和一些氨基酸的消耗。有些組織（如腦、骨髓）不能從頭合成嘌呤核苷酸，只能進行嘌呤核苷酸的補救合成。HGPRT完全缺失的患兒，表現(xiàn)為自毀容貌綜合癥。嘌呤核苷酸補救合成的生理意義節(jié)約能量和一些氨基酸的消耗。嘌呤核苷酸補救合成的生理意義81Lesch-NyhanSyndromeAbsenceofHGPRTaseX-linked(GeneonX)OccursprimarilyinmalesCharacterizedby:IncreaseduricacidSpasticityNeurologicaldefectsAggressivebehaviorSelf-mutilationLesch-NyhanSyndromeAbsenceof82嘌呤核苷酸生物合成的調控

嘌呤核苷酸生物合成的調控83（二）嘧啶核苷酸的生物合成

顯著不同處：先合成嘧啶環(huán)，然后再和PRPP作用形成核苷酸。

相同處：都有從頭合成途徑和補救途徑。

UMP

CMPTMP與嘌呤核苷酸合成的（二）嘧啶核苷酸的生物合成顯著不同處：先合成嘧啶環(huán)，然后再841．尿苷酸（UMP）的合成：

（1）從頭合成途徑（Denovosynthesis）

第一階段：合成氨甲酰磷酸

第二階段:嘧啶核的形成，包括反應2，3，4

第三階段：形成尿苷酸,包括反應5，6

1．尿苷酸（UMP）的合成：（1）從頭合成途徑（Deno85ThepyrimidinebiosyntheticpathwayThepyrimidinebiosyntheticpa86（2）補救途徑（salvagepathway）

尿苷磷酸化酶UraR-1-PPiU（尿苷）尿苷激酶UMPATPADP尿嘧啶磷酸核糖轉移酶

UraPRPPPPi（2）補救途徑（salvagepathway）尿苷磷酸化872.胞苷酸（CMP）的合成UMPCMP

+NH32.胞苷酸（CMP）的合成UMP88CTPsynthesisfromUTPCTPsynthesisfromUTP89補救途徑

Cyt+PRPPCMP+PPi胞苷激酶CMPCATPADP

(胞苷)補救途徑Cyt+PRPPCMP+PPi胞苷90嘧啶核苷酸生物合成的調控

嘧啶核苷酸生物合成的調控91Biosynthesis:PurinevsPyrimidineSynthesizedonPRPPRegulatedbyGTP/ATPGenerat