核苷酸的代謝

關(guān)于核苷酸的代謝揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1第1頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月2核苷酸：核酸的基本結(jié)構(gòu)單位。體內(nèi)核苷酸不屬營養(yǎng)必需物質(zhì)。而且食物來源的嘌呤和嘧啶堿很少被機(jī)體利用。核苷酸的生物學(xué)功用：⒈作為核酸合成的原料（主要功能）⒉體內(nèi)能量的利用形式（ATPGTPUTPCTP）⒊參與代謝和生理調(diào)節(jié)（cAMPcGMP）⒋組成輔酶（NADFADNAD+NADP+HSCoA）⒌活化中間代謝物（UDPGCDP-膽堿SAM等）第2頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月3食物蛋白蛋白質(zhì)核酸（RNA及DNA）胃酸核苷酸核酸酶核苷磷酸核苷酸酶堿基戊糖核苷酶一、核酸和核苷酸的分解代謝（一）核酸的酶促降解

第3頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月4核酸的降解：①核酸在酶的作用下先水解成多核苷酸或單核苷酸。②核苷酸在核苷酸酶的催化下可繼續(xù)水解成核苷和磷酸。③核苷在酶的催化下分解，得到堿基。第4頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月5核酸磷酸核苷酸核苷水解核酸酶核苷酸酶第5頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月6參與DNA的合成與修復(fù)及RNA合成后的剪接等重要基因復(fù)制和基因表達(dá)過程負(fù)責(zé)清除多余的、結(jié)構(gòu)和功能異常的核酸，同時(shí)也可以清除侵入細(xì)胞的外源性核酸在消化液中降解食物中的核酸以利吸收體外重組DNA技術(shù)中的重要工具酶生物體內(nèi)的核酸酶負(fù)責(zé)細(xì)胞內(nèi)外催化核酸的降解核酸酶的功能第6頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月7核酸酶的定義及分類核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶稱為核酸酶。依據(jù)底物不同分類DNA酶(deoxyribonuclease,DNase)：專一降解DNA。RNA酶(ribonuclease,RNase)：專一降解RNA。依據(jù)切割部位不同核酸內(nèi)切酶核酸外切酶第7頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月8核酸外切酶：作用于核酸鏈的末端（3’端或5’端），逐個(gè)水解下核苷酸。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核酸內(nèi)切酶:從核酸分子內(nèi)部切斷3’，5’-磷酸二酯鍵。分為限制性核酸內(nèi)切酶和非特異性限制性核酸內(nèi)切酶。限制性內(nèi)切酶：在細(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。第8頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月95′

p

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pOHB

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p3′BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶5′端外切得：3’核苷酸蛇毒磷酸二酯酶3′端外切得：5’核苷酸外切酶：如蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶，蛇毒磷酸二酯酶從多核苷酸鏈的3′端開始逐個(gè)水解核苷酸鏈，產(chǎn)物為5′-核苷酸。牛脾磷酸二酯酶從多核苷酸鏈的5′端開始逐個(gè)水解核苷酸鏈，產(chǎn)物為3′-核苷酸第9頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月10DNARNA外切酶內(nèi)切酶特定部位的—限制性內(nèi)切酶第10頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月11限制性內(nèi)切酶：主要降解外源DNA具有嚴(yán)格的堿基序列專一性EcoRⅠ第一個(gè)字母為大腸桿菌E.coli屬名；co為種名的頭兩個(gè)字母；第四個(gè)字母R表示大腸桿菌的菌株；最后一個(gè)羅馬數(shù)字表示該細(xì)菌中已分離出的這一類酶的編號(hào)。

第11頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月12核酸內(nèi)切酶：將核酸分解成較小的核苷酸鏈，很多核酸內(nèi)切酶無選擇性。但在某些細(xì)菌和藍(lán)藻中，存在一類特殊的核酸內(nèi)切酶，稱為限制性核酸內(nèi)切酶。這類酶在雙鏈DNA上能識(shí)別特殊的核苷酸序列。第12頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月13磷酸-戊糖堿基核苷核苷酶分解合成？進(jìn)入磷酸戊糖途徑或重新合成核酸第13頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月14催化核苷分解的酶核苷磷酸化酶存在廣泛，它所催化的反應(yīng)是可逆的。核苷水解酶主要存在于植物和微生物中，它只催化核糖核苷水解，對(duì)脫氧核糖核苷無作用，并且反應(yīng)不可逆。

第14頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月15第15頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月16核酸的消化吸收

核酸的分解產(chǎn)物堿基和戊糖可被直接吸收，未被分解的核苷也可以直接吸收。核酸的消化產(chǎn)物吸收后，由門靜脈進(jìn)入肝臟。戊糖可以被分解或合成體內(nèi)的核酸腸道吸收的堿基只有很少量可以用于合成體內(nèi)的核酸，絕大部分堿基被分解排除體外。雖然食物來源的堿基幾乎不能摻入到組織的核酸中，但非腸道輸入的化合物卻可能摻入組織的核酸中。例如注射的脫氧胸苷可以摻入新合成的DNA中。第16頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月17（二）嘌呤的分解嘌呤堿包括：A-腺嘌呤、G-鳥嘌呤嘌呤的分解代謝終產(chǎn)物人、猿以及鳥類、爬蟲類和大多數(shù)昆蟲：尿酸其他哺乳動(dòng)物、雙翅目昆蟲：尿囊素硬骨魚類：尿囊酸大多數(shù)魚類、兩棲類：尿素尿酸酶尿囊素酶人、猿以及鳥類、爬蟲類和大多數(shù)昆蟲：尿酸其他哺乳動(dòng)物、雙翅目昆蟲：尿囊素硬骨魚類：尿囊酸大多數(shù)魚類、兩棲類：尿素尿囊酸酶第17頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月18嘌

呤

的

分

解第18頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月19脫氨可發(fā)生在核苷/核苷酸水平第19頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月20第20頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月21第21頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月22痛風(fēng)與核酸代謝痛風(fēng)的形成：由于體內(nèi)過多的尿酸形成尿酸鈉結(jié)晶造成的。尿酸鈉或尿酸也可以在腎臟和輸尿管中沉淀為結(jié)石，導(dǎo)致腎臟損傷和輸尿管堵塞。別嘌呤醇的結(jié)構(gòu)與次黃嘌呤相似，是黃嘌呤氧化酶的競(jìng)爭(zhēng)抑制劑，可以抑制黃嘌呤的氧化，減少尿酸的生成，所以別嘌呤醇用于緩解痛風(fēng)的癥狀。第22頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月23痛風(fēng)的尿酸鈉晶體第23頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月24第24頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月25第25頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月26核糖脫氨基酶A-腺嘌呤腺苷次黃苷核苷磷酸化酶核糖-1-磷酸次黃嘌呤黃嘌呤氧化酶H2OO2黃嘌呤氧化酶H2OO2黃嘌呤尿酸第26頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月27（三）嘧啶的分解

動(dòng)物體內(nèi)的嘧啶分解與嘌呤不同，嘧啶環(huán)可以被打開生成易溶于水的二氧化碳、氨、β-丙氨酸和β-氨基異丁酸。在分解中胞嘧啶先脫去氨基生成尿嘧啶，尿嘧啶還原成二氫尿嘧啶，再水解開環(huán)，最終水解生成二氧化碳、氨和β-丙氨酸。胸腺嘧啶的水解過程與尿嘧啶相似，還原成二氫胸腺嘧啶后，水解生成二氧化碳、氨和β-氨基異丁酸。第27頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月28嘧啶的分解第28頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月29第29頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月30第30頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月31比較分解產(chǎn)物共同產(chǎn)物：二氧化碳和氨氣不同產(chǎn)物：β-丙氨酸（T）

β-氨基異丁酸（C和U）第31頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月32第32頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月33胞嘧啶NH3NH3尿嘧啶NADPH+H+NADPH+2CO2β-丙氨酸

NH3

CH3

CO2

乙酸乙酸+3NH3+2CO2胸腺嘧啶NADPH+H+NADPCO2+NH3β-氨基異丁酸β-氨基異丁酸+CO2+NH3排出體外或進(jìn)入有機(jī)酸代謝。CO223第33頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月34胞嘧啶NH3尿嘧啶二氫尿嘧啶H2OCO2+NH3β-丙氨酸胸腺嘧啶β-脲基異丁酸β-氨基異丁酸H2O丙二酸單酰CoA乙酰CoATCA肝尿素甲基丙二酸單酰CoA琥珀酰CoATCA糖異生第34頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月35二、核苷酸生物合成（一）嘌呤核苷酸的合成途徑生物體都能合成核苷酸，研究表明生物體合成核苷酸有兩種途徑，即“從頭合成”途徑和“補(bǔ)救”合成途徑。第35頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月36嘌呤核苷酸的從頭合成途徑是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及二氧化碳等簡單物質(zhì)為原料，經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的途徑。

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(jìn)行此合成途徑。1、嘌呤核苷酸的從頭合成定義合成部位第36頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月37天冬氨酸

一碳基團(tuán)（甲酸鹽）谷氨酰胺甘氨酸

一碳基團(tuán)（甲酸鹽）嘌呤環(huán)各原子的來源第37頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月38第38頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月39第39頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月40合成次黃嘌呤核苷酸（IMP圖11-5）由5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP)開始合成次黃嘌呤核苷酸，也稱肌苷酸（IMP），經(jīng)過10步反應(yīng)，反應(yīng)可分為兩個(gè)階段。第一階段由5-磷酸核糖-1-焦磷酸與谷氨酰胺反應(yīng)生成1-氨基-5-磷酸核糖，再與甘氨酸結(jié)合，經(jīng)甲?；娃D(zhuǎn)移谷氨酰胺的氮原子，然后閉合成環(huán)生成5-氨基咪唑核苷酸。第二階段由5-氨基咪唑核苷酸羧化，進(jìn)一步獲得天冬氨酸的氨基，再甲?；?，最后脫水閉合成環(huán)生成次黃嘌呤核苷酸。上述十步反應(yīng)中有四步消耗ATP。第40頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月41磷酸核糖焦磷酸激酶第41頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月42轉(zhuǎn)酰胺酶5-磷酸核糖胺第42頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月435-磷酸核糖胺甘氨酰胺核苷酸合成酶第43頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月44甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸轉(zhuǎn)甲?；竵碜约姿幔}）第44頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月45甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨脒核苷酸合成酶第45頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月46第46頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月47甲酰甘氨脒核苷酸5-氨基-咪唑核苷酸合成酶第47頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月48第一階段第48頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月49N5-羧基氨基咪唑核苷酸5-氨基-咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸羧化酶第49頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月505-氨基-咪唑-4-羧酸核苷酸N5-羧基氨基咪唑核苷酸第50頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月515-氨基-咪唑-4-羧酸核苷酸N-琥珀-5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸第51頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月525-氨基咪唑-4（N-琥珀基）甲酰胺核苷酸5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸延胡索酸第52頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月535-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸5-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸第53頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月545-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸次黃嘌呤核苷酸第54頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月55第二階段第55頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月56關(guān)鍵酶IMP合成的特點(diǎn)：IMP是在磷酸核糖分子上逐步合成的，而不是首先單獨(dú)合成嘌呤堿，再與磷酸核糖結(jié)合的。第56頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月57①腺苷酸代琥珀酸合成酶③IMP脫氫酶②腺苷酸代琥珀酸裂解酶④GMP合成酶AMP和GMP的生成第57頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月58第58頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月59?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(gè)ATP，6個(gè)高能磷酸鍵。

AMP或GMP的合成又需1個(gè)ATP。嘌呤核苷酸從頭合成特點(diǎn)第59頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月60第60頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月61第61頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月622、嘌呤核苷酸合成補(bǔ)救途徑

利用體內(nèi)游離的嘌呤或嘌呤核苷，經(jīng)過簡單的反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的過程，稱為補(bǔ)救合成（或重新利用）途徑。第62頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月63在大多數(shù)細(xì)胞核酸的轉(zhuǎn)化中，特別是某些RNA的轉(zhuǎn)化釋放出腺嘌呤、鳥嘌呤和次黃嘌呤。這些嘌呤堿基通過“補(bǔ)救途徑”重新轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的核苷酸。

第63頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月64主要發(fā)生在肝臟，常因各種抑制物甚至生理緊張導(dǎo)致其中的某些酶缺乏，影響細(xì)胞生長。“從頭合成”途徑（通常情況下占95%）核糖、氨基酸、CO2、NH3、Pi核糖核苷酸輔酶RNA脫氧核糖核苷酸DNA“補(bǔ)救”途徑(腦和骨髓)內(nèi)外源核酸分解核苷堿基、Pi脫氧核苷核酸類補(bǔ)品原理所在可提高康復(fù)速度第64頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月65第65頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月66第66頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月67第67頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月68（二）嘧啶核苷酸的合成途徑1、尿嘧啶核苷酸(UMP)的從頭合成第68頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月69嘧啶堿天冬氨酸NH3CO2嘧啶環(huán)合成后+磷酸核糖C(U)MP第69頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月70第70頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月71第71頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月72第72頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月732、胞嘧啶核苷的合成細(xì)菌直接與氨作用第73頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月743、補(bǔ)救途徑第74頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月754、嘧啶核苷酸生物合成的調(diào)節(jié)第75頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月76第76頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月77(三）脫氧核糖核苷酸的合成1、在核糖核苷二磷酸水平被還原第77頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月78第78頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月79第79頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月802、胸腺嘧啶核苷的合成第80頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月81脫氧胸腺嘧啶核苷酸的合成

胸腺嘧啶核苷酸合成酶NADPH+H++SerNADP++Gly

N5、N10亞甲基FH4