核苷酸的代謝

關于核苷酸的代謝揚州大學生物科學與技術學院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體利用。核苷酸的生物學功用：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的合成與修復及RNA合成后的剪接等重要基因復制和基因表達過程負責清除多余的、結(jié)構和功能異常的核酸，同時也可以清除侵入細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技術中的重要工具酶生物體內(nèi)的核酸酶負責細胞內(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：在細菌細胞內(nèi)存在的一類能識別并水解外源雙鏈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′

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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具有嚴格的堿基序列專一性EcoRⅠ第一個字母為大腸桿菌E.coli屬名；co為種名的頭兩個字母；第四個字母R表示大腸桿菌的菌株；最后一個羅馬數(shù)字表示該細菌中已分離出的這一類酶的編號。

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。但在某些細菌和藍藻中，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，對脫氧核糖核苷無作用，并且反應不可逆。

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痛風與核酸代謝痛風的形成：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，導致腎臟損傷和輸尿管堵塞。別嘌呤醇的結(jié)構與次黃嘌呤相似，是黃嘌呤氧化酶的競爭抑制劑，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的癥狀。第22頁，課件共90頁，創(chuàng)作于2023年2月23痛風的尿酸鈉晶體第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排出體外或進入有機酸代謝。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，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（甲酸鹽）谷氨酰胺甘氨酸

一碳基團（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，反應可分為兩個階段。第一階段由5-磷酸核糖-1-焦磷酸與谷氨酰胺反應生成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)甲酰基酶來自甲酸（鹽）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關鍵酶IMP合成的特點：IMP是在磷酸核糖分子上逐步合成的，而不是首先單獨合成嘌呤堿，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ATP，6個高能磷酸鍵。

AMP或GMP的合成又需1個ATP。嘌呤核苷酸從頭合成特點第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，合成嘌呤核苷酸的過程，稱為補救合成（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“補救途徑”重新轉(zhuǎn)變成相應的核苷酸。

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致其中的某些酶缺乏，影響細胞生長。“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脫氧核苷核酸類補品原理所在可提高康復速度第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