[医学]生物化学 核酸与核苷酸代谢课件.ppt

1、第第十十 二二章章核酸与核苷酸代谢核酸与核苷酸代谢核酸的分子组成核酸的分子组成 碱基碱基(base)(base)：嘌呤碱，嘧啶碱：嘌呤碱，嘧啶碱 戊糖戊糖(ribose)(ribose)：核糖，脱氧核糖：核糖，脱氧核糖 磷酸磷酸(phosphate)(phosphate)嘌呤嘌呤(purine(purine)碱碱 基基HNNCCN NH HCHN NOH2N鸟嘌呤鸟嘌呤NHCNCCN NH HCHN NNH2腺嘌呤腺嘌呤NHCNCCHCN NH HCHN N123456789嘧啶嘧啶(pyrimidine(pyrimidine)NN123456NNHNH2O胞胞嘧嘧啶啶HNNHOO尿尿嘧嘧啶啶

2、HNNHOOCH3胸胸腺腺嘧嘧啶啶戊戊 糖糖（构成（构成RNARNA）1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 OHOCH2OHOHOH核糖核糖(ribose)(ribose)（构成（构成DNADNA）OHOCH2OHOH脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose(deoxyribose)核苷：核苷：AR,GR,UR,CRAR,GR,UR,CR脱氧核苷：脱氧核苷：dAR,dGR,dTR,dCRdAR,dGR,dTR,dCR一、核苷酸的结构一、核苷酸的结构1.1.核苷核苷(ribonucleoside(ribonucleoside)的形成的形成碱基和核糖（脱氧核糖）通过碱基和核糖（脱氧核糖）通过糖苷

3、键糖苷键连接形成核苷（脱氧核苷）。连接形成核苷（脱氧核苷）。OHOCH2OHOHNNNH2O1 1 1 POOOHOHOCH2OHOHNNNH2OOHOCH2OHOHNNNH2O核苷酸核苷酸：AMP,GMP,UMP,CMPAMP,GMP,UMP,CMP脱氧脱氧核苷酸：核苷酸：dAMPdAMP,dGMPdGMP,dTMPdTMP,dCMPdCMP 2.2.核苷酸核苷酸(ribonucleotide(ribonucleotide)的结构与命名的结构与命名核苷核苷（脱氧核苷）和磷酸以脱氧核苷）和磷酸以磷酸酯键磷酸酯键连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。连接形成核苷酸（脱氧核苷酸）。5 端端3 端端3.3.

4、核苷酸的连接核苷酸的连接 核苷酸之间以核苷酸之间以磷酸二酯键磷酸二酯键连接形连接形成多核苷酸链，即成多核苷酸链，即核酸。核酸。CGA核酸的消化与吸收核酸的消化与吸收食物核蛋白食物核蛋白蛋白质蛋白质核酸（核酸（RNARNA及及DNADNA）胃酸胃酸核苷酸核苷酸胰核酸酶胰核酸酶核苷核苷磷酸磷酸胰、肠核苷酸酶胰、肠核苷酸酶碱基碱基戊糖戊糖核苷酶核苷酶第第 二二 节节 核酸的分解代谢核酸的分解代谢核酸的分解酶：核酸的分解酶：核酸酶（磷酸二酯酶，核酸内切酶）核酸酶（磷酸二酯酶，核酸内切酶）核酸外切酶核酸外切酶单核苷酸分解酶：核苷酸酶单核苷酸分解酶：核苷酸酶核苷分解酶：核苷分解酶：核核苷苷H H3 3P

5、PO O4 4核核苷苷磷磷酸酸化化酶酶嘌嘌呤呤碱碱或或嘧嘧啶啶碱碱戊戊糖糖-1-P核核苷苷H H2 2O O核核苷苷水水解解酶酶嘌嘌呤呤碱碱或或嘧嘧啶啶碱碱戊戊糖糖RNA酶DNA酶三三 嘌呤分解代谢嘌呤分解代谢核苷酸核苷酸核苷核苷核苷酸酶核苷酸酶PiPi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶碱基碱基1-1-磷酸核糖磷酸核糖NNN NN NOH核核糖糖NNN NN NOHH HNNN NN NNH2核核糖糖次次黄黄嘌嘌呤呤H H2 20 0N NH H3 3腺腺嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸脱脱氨氨酶酶H3PO41 1-磷磷酸酸核核糖糖核核苷苷磷磷酸酸化化酶酶NNN NN NOHH HNNNNOHHNNNHN NOHO

6、2,H2OH2O2黄黄嘌嘌呤呤氧氧化化酶酶HO黄黄嘌嘌呤呤腺腺嘌嘌呤呤核核苷苷次次黄黄嘌嘌呤呤核核苷苷O2,H2OH2O2黄黄嘌嘌呤呤氧氧化化酶酶HOOHHNNHN NH HN NOH HOOH2N鸟鸟嘌嘌呤呤NNNNOH核核糖糖H2N鸟鸟嘌嘌呤呤核核苷苷H H3 3P PO O4 41 1 磷磷酸酸核核糖糖核核苷苷磷磷酸酸化化酶酶鸟嘌呤脱氨酶尿尿酸酸（烯烯醇醇式式）尿酸（酮式）嘌呤碱的最终嘌呤碱的最终代谢产物代谢产物AMPAMPGMPGMP（次黄嘌呤）（次黄嘌呤）鸟嘌呤鸟嘌呤X X（黄嘌呤）（黄嘌呤）黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤黄嘌呤氧化酶氧化酶痛风症的治疗机制痛风症的治疗机制鸟嘌呤鸟嘌呤

7、次黄嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤黄嘌呤尿酸尿酸黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇别嘌呤醇(7-(7-碳碳-8-8-氮次黄嘌呤氮次黄嘌呤)四、嘧啶的分解四、嘧啶的分解嘧啶碱嘧啶碱1-1-磷酸核糖磷酸核糖嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸核苷核苷 核苷酸酶核苷酸酶PPiPPi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶胞嘧啶胞嘧啶NHNH3 3尿嘧啶尿嘧啶二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶 H H2 2O OCOCO2 2+NH+NH3 3-丙氨酸丙氨酸胸腺嘧啶胸腺嘧啶-氨基异丁酸氨基异丁酸-氨基异丁酸氨基异丁酸H H2 2O O丙二酸单酰丙二酸单酰CoACoA乙酰乙酰CoACoATACTAC肝肝尿素尿素甲基丙二酸单酰甲基丙二酸单酰

8、CoACoA琥珀酰琥珀酰CoACoATACTAC糖异生糖异生 核苷酸的合成代谢核苷酸的合成代谢一、嘌呤核苷酸的合成代谢一、嘌呤核苷酸的合成代谢l从头合成途径从头合成途径(de novo synthesis pathway)(de novo synthesis pathway)l补救合成途径补救合成途径(salvage synthesis pathway)(salvage synthesis pathway)利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。合成嘌呤核苷

9、酸的途径。肝肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小肠和胸腺，而官，其次是小肠和胸腺，而脑、骨髓脑、骨髓则无法进则无法进行此合成途径。行此合成途径。（一）嘌呤核苷酸的从头合成（一）嘌呤核苷酸的从头合成定义定义合成部位合成部位嘌呤碱合成的元素来源嘌呤碱合成的元素来源COCO2 2天冬氨酸天冬氨酸甲酰基甲酰基（一碳单位）（一碳单位）甘氨酸甘氨酸甲酰基甲酰基（一碳单位）（一碳单位）谷氨酰胺谷氨酰胺（酰胺基）（酰胺基）过程过程1.IMP1.IMP的合成的合成2.AMP2.AMP和和GMPGMP的生成的生成R-5-PR-5-P（5-5-磷酸核糖）磷酸核糖）ATPAT

10、PAMPAMP PRPPPRPP激酶激酶PP-1-R-5-PPP-1-R-5-P（1-1-焦磷酸焦磷酸-5-5-磷酸核糖）磷酸核糖）在谷氨酰胺、甘氨酸、在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及一碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下天冬氨酸的逐步参与下IMPIMP AMP AMP GMP GMPH H2 2N-1-R-5N-1-R-5-P-P（1-1-氨基氨基-5-5-磷酸核糖）磷酸核糖）谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸酰胺转移酶酰胺转移酶1.IMP的合成过程的合成过程 磷酸核糖酰胺转移酶磷酸核糖酰胺转移酶 GAR合成酶合成酶 转甲酰基酶转甲酰基酶 FGAM合成酶合成酶 AIR合合成成酶酶1-氨基

11、氨基-5-磷酸核糖磷酸核糖IMP生成总反应过程生成总反应过程PRPP激酶激酶 腺苷酸代琥珀酸合成酶腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMPIMP脱氢酶脱氢酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶 GMPGMP合成酶合成酶2 2、AMPAMP和和GMPGMP的生成的生成AMPADPATPADPATP激酶激酶ADPATP激酶激酶GMPGDPGTPADPATP激酶激酶ADPATP激酶激酶 嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。IMP IMP的合成需的合成需5 5个个ATPATP，6 6个高能磷酸键。个高能磷酸键。AMPAMP或或GMPGMP的合成又需的合成又需1 1个

12、个ATPATP。嘌呤核苷酸从头合成特嘌呤核苷酸从头合成特点点从头合成的调节从头合成的调节R-5-PATPPRPP合成酶合成酶PRPP酰胺转移酶酰胺转移酶PRAIMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸AMP ADPATPXMPGMPGDP GTP+_IMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATPGTP_+调节方式：反馈调节和交叉调节调节方式：反馈调节和交叉调节 利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，称过简单的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成（或重新利用）途径。为补救合成（或重新利用）途径。（二）嘌

13、呤核苷酸的补救合成途径（二）嘌呤核苷酸的补救合成途径定义定义腺嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adenine phosphoribosyl transferase(adenine phosphoribosyl transferase,APRT),APRT)次黄嘌呤次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine-(hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferaseguanine phosphoribosyl transferase,HGPRT),HGPRT)腺苷激酶腺苷激酶(adenosine kinase)(ad

14、enosine kinase)参与补救合成的酶参与补救合成的酶腺嘌呤腺嘌呤 +PRPPPRPPAMP+PPiAMP+PPiAPRTAPRT次黄嘌呤次黄嘌呤 +PRPP+PRPPIMP+PPiIMP+PPiHGPRTHGPRT鸟嘌呤鸟嘌呤 +PRPPPRPPHGPRTHGPRTGMP+PPiGMP+PPi合成过程合成过程腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷腺苷激酶腺苷激酶ATPATPADPADPAMPAMP腺嘌呤腺嘌呤1-1-磷酸核糖磷酸核糖补救合成的生理意义补救合成的生理意义l补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。酸的消耗。l体内某些组织器官，如体内某些组织器官

15、，如脑、骨髓脑、骨髓等只能进行等只能进行补救合成。补救合成。嘌呤核苷酸从头合成和补救合成比较嘌呤核苷酸从头合成和补救合成比较从头合成从头合成补救合成补救合成原原料料天冬氨酸、谷胺酰天冬氨酸、谷胺酰胺、甘氨酸、胺、甘氨酸、CO2、甲酰基甲酰基游离的嘌呤碱游离的嘌呤碱部部位位肝、肠、胸腺肝、肠、胸腺脑、骨髓、脾脏脑、骨髓、脾脏比比例例主要合成途径，占主要合成途径，占90。次要合成途径，占总次要合成途径，占总合成的合成的10。l从头合成途径从头合成途径l补救合成途径补救合成途径二、嘧啶核苷酸的合成代谢二、嘧啶核苷酸的合成代谢（一）嘧啶核苷酸的从头合成（一）嘧啶核苷酸的从头合成主要是肝细胞胞液主要是肝

16、细胞胞液嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途径。核苷酸的途径。定义定义合成部位合成部位嘧啶合成的元素来源嘧啶合成的元素来源氨基甲氨基甲酰磷酸酰磷酸天冬氨酸天冬氨酸1 12 23 34 45 56 合成过程合成过程1.1.尿嘧啶核苷酸的合成尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺谷氨酰胺 +CO+CO2 2氨基甲酰磷氨基甲酰磷酸合成酶酸合成酶IIII2ATP2ATP2ADP+Pi2ADP+Pi谷氨酸谷氨酸 +氨基甲酰磷

17、酸氨基甲酰磷酸CPS-ICPS-II肝细胞线粒体中肝细胞线粒体中氨氨N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸胞液（所有细胞）胞液（所有细胞）谷氨酰胺谷氨酰胺无无分布分布氮源氮源变构激活剂变构激活剂功能功能尿素合成尿素合成嘧啶嘧啶 合成合成CPS-ICPS-II肝细胞线粒体中肝细胞线粒体中氨氨N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸胞液（所有细胞）胞液（所有细胞）谷氨酰胺谷氨酰胺无无分布分布氮源氮源变构激活剂变构激活剂功能功能尿素合成尿素合成嘧啶嘧啶 合成合成氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶 I、II 的区别的区别PRPP2.2.胞嘧啶核苷酸的合成胞嘧啶核苷酸的合成ATPATPADPADP尿苷酸激酶尿苷酸激酶UDPUDP二

18、磷酸核苷激酶二磷酸核苷激酶ATPATPADPADPUTPUTPCTPCTP合成酶合成酶谷氨酰胺谷氨酰胺ATPATP谷氨酸谷氨酸ADP+PiADP+Pi dTMP生成生成TMP合酶合酶N5,N10-甲烯甲烯FH4FH2FH2还原酶还原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMP脱氧胸苷一磷酸脱氧胸苷一磷酸dTMPUDP脱氧核苷酸还原酶脱氧核苷酸还原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMP（二）嘧啶核苷酸的补救合成（二）嘧啶核苷酸的补救合成尿嘧啶尿嘧啶 +PRPPPRPP UMP+PPi UMP+PPiUMPUMP磷酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶尿嘧啶尿嘧啶+1-+1-磷酸核糖磷酸核糖磷酸化酶磷酸化酶尿嘧

19、啶核苷尿嘧啶核苷 +Pi+Pi UMP（四）脱氧核糖核苷酸的生成（四）脱氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上进行在核苷二磷酸水平上进行（N N代表代表A A、G G、U U、C C碱基）碱基）dNDPdNDP+ATPATP 激酶激酶dNTPdNTP+ADP+ADP二磷酸脱氧核苷二磷酸脱氧核苷NDPNDPdNDPdNDP二磷酸核糖核苷二磷酸核糖核苷NADPNADP+NADPH+HNADPH+H+核糖核苷酸还原酶，核糖核苷酸还原酶，MgMg2+2+还原型硫氧化还原型硫氧化还原蛋白还原蛋白-(SH)-(SH)2 2氧化型硫氧氧化型硫氧化还原蛋白化还原蛋白S SS S硫氧化还原蛋白还原酶硫氧化还原蛋白

20、还原酶（FADFAD）脱氧核苷酸的生成脱氧核苷酸的生成2.dTMP2.dTMP或或TMPTMP的生成的生成TMPTMP合酶合酶N N5 5,N,N1010-甲烯甲烯FHFH4 4FHFH2 2FHFH2 2还原酶还原酶FHFH4 4NADPNADP+NADPH+HNADPH+H+dUMPdUMP脱氧胸苷一磷酸脱氧胸苷一磷酸dTMPdTMP嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸合成的区别嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸合成的区别嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶原料原料天冬氨酸、甘氨酸、天冬氨酸、甘氨酸、谷胺酰胺、谷胺酰胺、一碳单位一碳单位天冬氨酸、天冬氨酸、氨基甲酰磷酸、氨基甲酰磷酸、一碳单位一碳单位碱基碱基A A、G GC C、U U、T T从头合成从头合成在嘌呤核糖分子上在嘌呤核糖分子上逐步合成逐步合成先合成嘧啶环，先合成嘧啶环，再与磷酸核糖再与磷酸核糖相连相连部位部位肝、小肠胸腺肝、小肠胸腺肝脏肝脏原料原料天冬氨酸、谷氨酰天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、胺、甘氨酸、CO2CO2、甲酰基甲酰基天冬氨酸、氨天冬氨酸、氨基甲酰磷酸基甲酰磷酸关键酶关键酶PRPPPRPP合成酶、合成酶、PRPPPRPP酰胺转移酶酰胺转移酶氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸合成酶合成酶中间产物中间产物IMPIMPUMPUMP原料原料游离的嘌呤碱、游离的嘌呤碱、嘌呤核苷嘌呤核苷游离的嘧啶碱游离的嘧啶碱部位部位脑、骨髓、脾脏脑、骨髓、脾脏补救合成补救合成