生物化学课件之核酸的降解和核苷酸代谢.ppt

1、核酸的降解和核苷酸代谢核酸的降解和核苷酸代谢核苷酸的生物学功能：核苷酸的生物学功能： 作为核酸合成的原料（主要功能）作为核酸合成的原料（主要功能） 体内能量的利用形式（体内能量的利用形式（ATP GTP UTP CTPATP GTP UTP CTP） 参与代谢和生理调节（参与代谢和生理调节（cAMP cGMPcAMP cGMP） 组成辅酶（组成辅酶（NAD FAD NADNAD FAD NAD+ + NADP NADP+ + HSCoAHSCoA） 活化中间代谢物（活化中间代谢物（UDPG CDP-UDPG CDP-胆碱胆碱 SAMSAM等）等）何处去？何处去？进入磷酸戊糖途径进入磷酸戊糖途径

2、或或重新合成核酸重新合成核酸分解分解合成合成第一节第一节 核酸和核苷酸的分解代谢核酸和核苷酸的分解代谢一、核酸的解聚作用一、核酸的解聚作用核酸酶：核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶称为核酸酶作用于核酸的磷酸二酯酶称为核酸酶. .按其作用位置分为按其作用位置分为: :1.1.核酸外切酶：核酸外切酶：作用于核酸链的末端（作用于核酸链的末端（33端或端或55端），逐端），逐 个水解下核苷酸。个水解下核苷酸。 脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸外切外切酶：只作用于酶：只作用于DNADNA 核糖核酸核糖核酸外切外切酶酶: :只作用于只作用于RNARNA2.2.核酸内切酶核酸内切酶: :从核酸分子内部切断从核酸分子内部

3、切断33，5-5-磷酸二酯键。磷酸二酯键。3.3.限制性内切酶：限制性内切酶：在细菌细胞内存在的一类能识别并水解外在细菌细胞内存在的一类能识别并水解外 源双链源双链DNADNA的核酸内切酶，可用于特异切割的核酸内切酶，可用于特异切割 DNA,DNA,常作为工具酶。常作为工具酶。核酸外切酶对核酸的水解位点核酸外切酶对核酸的水解位点5 p p p pOHB p p p p3 BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶（ 5 5 端外切端外切5 5得得3 3）蛇毒磷酸二酯酶蛇毒磷酸二酯酶（ 3 3 端外切端外切3 3得得5 5）核酸内切酶对核酸内切酶对RNARNA的水解位点示意图的水解位点示意图5

4、p p p pOHPyPuPyPy1 p p pGACU p p pGA3 RNase IRNase IRNase T1RNase T1Pu ：嘌呤：嘌呤 Py：嘧啶：嘧啶 限制性内切酶限制性内切酶原核生物中存在着一类能识别外源原核生物中存在着一类能识别外源DNADNA双螺旋中双螺旋中4-84-8个碱基个碱基对所组成的特异的具有二重旋转对称性的回文序列，并在对所组成的特异的具有二重旋转对称性的回文序列，并在此序列的某位点水解此序列的某位点水解DNADNA双螺旋链，产生粘性末端或平末端，双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这类酶称为限制性内切酶这类酶称为限制性内切酶。常用的常用的DNADNA限制性内

5、切酶的专一性限制性内切酶的专一性酶酶辨认的序列和切口辨认的序列和切口说明说明 A G C T T C G A G G A T C C C C T A G G A G A T C T T C T A G A G A A T T C C T T A A G A A G C T T T T C G A A G T C G A C C A G C T G C C C G G G G G G C C C Bam H IAlu IBgl IEco R IHind Sal ISma I四核苷酸，平端切口四核苷酸，平端切口六核苷酸，平端切口六核苷酸，平端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切

6、口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口二、核苷酸的降解二、核苷酸的降解 核苷酸酶核苷酸酶 核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶核苷酸核苷酸 核苷核苷 碱基碱基+戊糖戊糖-1-P磷酸磷酸核苷水解酶核苷水解酶碱基碱基+核糖核糖（广泛存在）（广泛存在）（主要存在于植物、微生物）（主要存在于植物、微生物） 腺嘌呤 鸟嘌呤 H2O H2O NH3 NH3 次黄嘌呤次黄嘌呤 黄嘌呤 H2O+O2 H2O2 H2O+O2 H2O2 尿囊素 尿酸 H2O CO2+H2O2 2H2O+O2 尿囊酸 尿素 + 乙醛酸 H2O 2H2O

7、4NH3 + 2CO2 （人类和灵长类动物、（人类和灵长类动物、爬虫、鸟类）爬虫、鸟类）（灵长类以外的哺乳动物）（灵长类以外的哺乳动物）(植物、某些植物、某些硬骨鱼硬骨鱼)（鱼类、两栖类）（鱼类、两栖类）（微生物）（微生物）腺嘌呤脱氨酶腺嘌呤脱氨酶鸟嘌呤脱氨酶鸟嘌呤脱氨酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤黄嘌呤氧化酶氧化酶尿酸氧化酶尿酸氧化酶尿囊尿囊素酶素酶尿囊酸酶尿囊酸酶脲酶脲酶1. 1. 嘌呤碱的分解代谢嘌呤碱的分解代谢腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷酸脱氨酶酸脱氨酶 腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸 腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷 腺嘌呤腺嘌呤次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸 次黄嘌呤核苷次黄嘌呤核苷 次黄嘌呤次黄嘌呤腺嘌呤

8、核腺嘌呤核苷脱氨酶苷脱氨酶腺嘌呤腺嘌呤脱氨酶脱氨酶H2O-NH3H2O-NH3H2O-NH3H2O PiH2O Pi核苷酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶核苷酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶H2O PiPi R-1-P尿酸与痛风症的关系尿酸与痛风症的关系 血中尿酸含量升高时，尿酸盐晶体在组织中沉积，血中尿酸含量升高时，尿酸盐晶体在组织中沉积， 形成形成痛风症痛风症。 受累组织器官：关节软骨肾软组织受累组织器官：关节软骨肾软组织 病变：病变： 关节炎肾病尿路结石关节炎肾病尿路结石 病因：病因： 高嘌呤饮食核酸大量分解肾病高嘌呤饮食核酸大量分解肾病 治疗药物：别嘌呤醇治疗药物：别嘌呤醇 别嘌

9、呤醇作用的机理：别别嘌呤醇：嘌呤醇：别黄别黄嘌呤嘌呤底物类似物经酶底物类似物经酶作用后成为酶的作用后成为酶的灭活物，称之为灭活物，称之为自杀作用物。自杀作用物。自杀性底物自杀性底物别别嘌呤醇嘌呤醇别黄别黄嘌呤嘌呤黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶l 胞嘧啶胞嘧啶 尿嘧啶尿嘧啶 二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶 H H2 2O NHO NH3 3 NAD(P)H+H NAD(P)H+H+ + NAD(P) NAD(P)+ + H H2 2O O - -丙氨酸丙氨酸 - -脲基丙酸脲基丙酸 H H2 2O O l 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 二氢胸腺嘧啶二氢胸腺嘧啶 NAD(P)H+HNAD(P)H+H+ + NAD(P) NA

10、D(P)+ + H H2 2O O - -氨基异丁酸氨基异丁酸 - -脲基异丁酸脲基异丁酸 H H2 2O O 胞嘧啶脱氨酶胞嘧啶脱氨酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧二氢嘧啶酶啶酶脲基丙酸酶脲基丙酸酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧啶酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶脲基丙酸酶NH3+CO2+NH3+CO2+2. 嘧啶碱的分解代谢嘧啶碱的分解代谢一嘌呤核苷酸的合成代谢一嘌呤核苷酸的合成代谢两条途径：两条途径：1. 1. 从头合成途径（从头合成途径（de novo synthesisde novo synthesis）: : 不以现成的碱基为原料，而是以磷酸核糖氨基酸不以现成的碱基为原料，而是

11、以磷酸核糖氨基酸 一碳单位一碳单位COCO2 2等简单物质为原料，经过一系列酶等简单物质为原料，经过一系列酶 促反应，合成嘌呤核苷酸的过程。促反应，合成嘌呤核苷酸的过程。 （主要合成途径，肝组织进行此途径）（主要合成途径，肝组织进行此途径）2. 2. 补救合成途径（补救合成途径（salvage pathwaysalvage pathway）: : 利用游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应过程，利用游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应过程， 合成嘌呤核苷酸的过程。合成嘌呤核苷酸的过程。 （脑骨髓等只能进行此途径）（脑骨髓等只能进行此途径）第二节、核苷酸的生物合成第二节、核苷酸的生物合成组织：组织

12、：肝小肠粘膜及胸腺肝小肠粘膜及胸腺细胞内定位：细胞内定位：细胞液细胞液嘌呤环中各嘌呤环中各碳、氮原子的来源：碳、氮原子的来源：（一）嘌呤核苷酸的从头合成（一）嘌呤核苷酸的从头合成甲酸盐甲酸盐甲酸盐甲酸盐 5- 5-磷酸核糖磷酸核糖 次黄嘌呤核苷酸（次黄嘌呤核苷酸（IMPIMP） 合成途径合成途径 两个阶段：两个阶段： 5- 5-磷酸核糖磷酸核糖 次黄嘌呤核苷酸（次黄嘌呤核苷酸（IMPIMP） IMP AMP IMP AMPGMPGMP转酰胺酶转酰胺酶关键酶关键酶合成酶合成酶甲酰甲酰FH4 IMP AMPGMP6622（二）（二） 嘌呤核苷酸的补救合成嘌呤核苷酸的补救合成两个酶：两个酶： 腺嘌呤

13、磷酸核糖转移酶（腺嘌呤磷酸核糖转移酶（APRTAPRT） 次黄嘌呤次黄嘌呤( (鸟嘌呤鸟嘌呤) )磷酸核糖转移酶（磷酸核糖转移酶（HGPRTHGPRT）反应：反应： 腺嘌呤腺嘌呤 PRPP AMP PPi 次黄嘌呤次黄嘌呤 PRPP IMP PPi 鸟嘌呤鸟嘌呤 PRPP GMP PPi人体内还有腺苷激酶，能使腺嘌呤核苷磷酸化，生成人体内还有腺苷激酶，能使腺嘌呤核苷磷酸化，生成AMP 腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷 AMPAPRTHGPRTHGPRT腺苷激酶腺苷激酶ATP ADP补救合成的特点：补救合成的特点：过程简单，耗能少。过程简单，耗能少。补救合成的生理意义：补救合成的生理意义： 减少能量和氨基酸

14、的消耗减少能量和氨基酸的消耗 弥补某些组织（脑、骨髓）不能弥补某些组织（脑、骨髓）不能 从头合成嘌呤核苷酸的不足。从头合成嘌呤核苷酸的不足。（三）（三） 嘌呤核苷酸生物合成（从头合成）的调节嘌呤核苷酸生物合成（从头合成）的调节5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖胺磷酸核糖胺IMPGMPAMP二嘧啶核苷酸的合成二嘧啶核苷酸的合成（一）嘧啶核苷酸的从头合成（一）嘧啶核苷酸的从头合成 嘧啶环由氨甲酰磷酸和嘧啶环由氨甲酰磷酸和 天冬氨酸合成的天冬氨酸合成的 天冬氨酸天冬氨酸CO2NH3NNCCCC654321H2N-CO-P氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸 从头合成途径从头合成途径 尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷

15、酸(UMP)(UMP)的合成的合成尿苷酸激酶二磷酸核苷激酶CTP合成酶乳清酸焦乳清酸焦磷酸化酶磷酸化酶尿嘧啶核苷酸的合成代谢尿嘧啶核苷酸的合成代谢 CTP的合成的合成(dTMP)（二）（二） 嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶核苷酸的补救合成 嘧啶嘧啶(UT)PRPP 嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸PPi 尿嘧啶尿嘧啶 1-磷酸核糖磷酸核糖 尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷 Pi 尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷 ATP UMP ADP 胞嘧啶核苷胞嘧啶核苷 ATP CMP ADP嘧啶嘧啶 磷酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶尿苷尿苷 磷酸化酶磷酸化酶尿苷激酶尿苷激酶尿苷激酶尿苷激酶（三）嘧啶核苷酸生物合成（从头合成）的调节（三）嘧啶核苷酸生物

16、合成（从头合成）的调节CPS-天冬氨酸天冬氨酸氨基甲酰氨基甲酰 转移酶转移酶CTP 合合成酶成酶三、脱氧核糖核苷酸的合成三、脱氧核糖核苷酸的合成 核糖核苷酸的还原核糖核苷酸的还原 dADPdGDPdUDPdCDP的生成的生成 核糖核苷酸还原酶示意图核糖核苷酸还原酶示意图底物特异性底物特异性调节位点调节位点酶酶 活活 性性调节位点调节位点活性位点活性位点R1亚基亚基R2亚基亚基（+） （-）UDP，CDPADP，GDP核糖核苷酸的还原反应核糖核苷酸的还原反应FAD核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶ATP 、Mg2+硫氧还蛋白硫氧还蛋白SHSH硫氧还蛋白硫氧还蛋白SS硫氧还蛋白硫氧还蛋白还原酶还原酶

17、核糖核苷二磷酸核糖核苷二磷酸+ H2O脱氧核糖核苷二磷酸脱氧核糖核苷二磷酸FADH2谷氧还蛋白谷氧还蛋白SS谷氧还蛋白谷氧还蛋白SHSHNADP+NADPH+H+谷氧还蛋白谷氧还蛋白还原酶还原酶OP-P-CH2NOH OHOP-P-CH2NOH HGSSG2GSH谷胱甘肽谷胱甘肽还原酶还原酶核苷核苷(脱氧核苷）一磷酸脱氧核苷）一磷酸 到核苷到核苷(脱氧核苷）二（或三）脱氧核苷）二（或三）磷酸的转化，是在激酶的催化下完成的。磷酸的转化，是在激酶的催化下完成的。如：如：2. 脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成 胸腺嘧啶核苷酸合成酶胸腺嘧啶核苷酸合成酶NADPH+H+SerNADP+Gly N5、N10CH2 FH4 FH2二氢叶酸二氢叶酸还原酶还原酶Ser羟甲基羟甲基转移酶转移酶ONHNOdR-PCH3ONHNOdR-PdTMPdUMP核核苷苷酸酸的的合合成成及及相相互互关关系系