1、第十一章 核酸的降解和核甘酸代谢第1页，共45页。学习要求学习要求第2页，共45页。核酸的酶促降解和核苷酸代谢核酸的酶促降解和核苷酸代谢第三节第三节 核苷酸的合成代谢核苷酸的合成代谢第3页，共45页。核酸的酶促降解核酸的酶促降解核酸酶（磷酸二酯酶）核酸酶（磷酸二酯酶）核苷酸酶（磷酸单酯酶）核苷酸酶（磷酸单酯酶）核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶核酸核酸核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸嘌呤或嘧啶嘌呤或嘧啶戊糖戊糖-1-1-磷酸磷酸第4页，共45页。一、核酸酶：一、核酸酶：二、二、限制性内切酶限制性内切酶：在细菌细胞内存在的：在细菌细胞内存在的一类能一类能识别识别并并水解水解外源双链外源双链DNADNA的的核酸
2、内核酸内切酶切酶，可用于特异切割，可用于特异切割DNA,DNA,常作为工具常作为工具酶。酶。第5页，共45页。一、核酸酶一、核酸酶1 1、核酸酶的分类、核酸酶的分类（1 1）根据对底物的）根据对底物的 专一性分为专一性分为根据切割位点分为根据切割位点分为核糖核酸酶核糖核酸酶(RNaseRNase)非特异性核酸酶非特异性核酸酶核酸内切酶核酸内切酶第6页，共45页。第7页，共45页。外切核酸酶对核酸的水解位点外切核酸酶对核酸的水解位点5 p p p pOHA p p p p3CGTATGC牛脾磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶（5 5 端外切）端外切）蛇毒磷酸二酯酶蛇毒磷酸二酯酶（3 3 端外切）端外切）第
3、8页，共45页。内切核酸酶对内切核酸酶对RNARNA的水解位点示意图的水解位点示意图5 p p p pOHPyPuPyPy1 p p pGACU p p pGA3RNAase IRNAase T1Pu：嘌呤嘌呤 Py：嘧啶嘧啶 牛胰核糖核酸酶牛胰核糖核酸酶I(RNaseI)I(RNaseI)核糖核酸酶核糖核酸酶T1T1（RNaseT1RNaseT1）第9页，共45页。二、二、限制性内切酶限制性内切酶1常用的DNA限制性内切酶第10页，共45页。限制性内切酶的命名和意义限制性内切酶的命名和意义属名属名限制性内切酶是限制性内切酶是分析染色体结构、制作分析染色体结构、制作DNADNA限制图谱、限制图
4、谱、进行进行DNADNA序列测定和基因分离、基因体外重组等研究中不序列测定和基因分离、基因体外重组等研究中不可缺少的工具可缺少的工具，是一把天赐的神刀，用来解剖纤细的，是一把天赐的神刀，用来解剖纤细的DNADNA分子。分子。第11页，共45页。第二节第二节一、核苷酸的降解一、核苷酸的降解核苷酸核苷酸 +H+H2 2O O 核苷核苷+Pi+Pi 核苷核苷 +H+H2 2O O 嘌呤（或嘧啶）嘌呤（或嘧啶）+戊糖戊糖 核苷核苷+H+H3 3POPO4 4 嘌呤（或嘧啶）嘌呤（或嘧啶）+1-+1-磷酸戊糖磷酸戊糖 核苷酸酶核苷酸酶核苷水解酶核苷水解酶核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶第12页，共45页。：第1
5、3页，共45页。腺嘌呤腺嘌呤 鸟嘌呤鸟嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤尿囊素尿囊素（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）（植物）（鱼类、两栖类）（鱼类、两栖类）（海洋无脊椎动物）（海洋无脊椎动物）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(硬骨鱼硬骨鱼)脱氨脱氨 氧化氧化 水解水解第14页，共45页。痛风症的治疗机制痛风症的治疗机制鸟嘌呤鸟嘌呤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
6、酶黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇别嘌呤醇第15页，共45页。三、嘧啶的降解三、嘧啶的降解：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+NADPH+H+-哺乳动物哺乳动物NADH+H+-细细 菌菌脱氨脱氨 还原还原 水解水解第16页，共45页。第三节第三节 核苷酸的合成代谢核苷酸的合成代谢一、嘌呤核苷酸的生物合成一、嘌呤核苷酸的生物合成从头合成途径从头合成途径补救途径补救途径二、嘧啶核苷酸的生物合成二、嘧啶核苷酸的生物合成从头合成途径从头合成途径补救合
7、成途径补救合成途径三、脱氧核苷酸的合成三、脱氧核苷酸的合成第17页，共45页。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一、嘌呤核苷酸的生物合成一、嘌呤核苷酸的生物合成第18页，共45页。是指利用是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳碳等简单物质为原料，经过一系列复杂的酶促反应，等简单物质为原料，经过一系列复杂的酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。合成嘌呤核苷酸的途径。肝肝是体内是体内从头合成嘌呤从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，其核苷酸的主要器官，其次是次是小肠小肠和和胸腺胸腺，而，而脑、骨髓脑、骨髓则无法进行此合成则无法进行此合成途径。途径。（一）
8、嘌呤核苷酸的（一）嘌呤核苷酸的从头合成从头合成定义定义合成部位合成部位第19页，共45页。嘌呤碱合成的元素来源嘌呤碱合成的元素来源CO2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）第20页，共45页。过程过程1.IMP1.IMP的合成的合成2.AMP2.AMP和和GMPGMP的生成的生成第21页，共45页。R-5-P（5-5-磷酸核糖）磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶合成酶PP-1-R-5-P（磷酸核糖焦磷酸）（磷酸核糖焦磷酸）在谷氨酰胺、甘氨酸、一在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及天冬碳单位
9、、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下氨酸的逐步参与下IMP AMP GMPH2N-1-R-5-P（5-磷酸核糖胺磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸酰胺转移酶酰胺转移酶拮抗物拮抗物:重氮丝氨酸重氮丝氨酸第22页，共45页。1.IMP1.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 GAR合成酶合成酶 转甲酰基酶转甲酰基酶 FGAM FGAM合成酶合成酶 AIR AIR合成酶合成酶第23页，共45页。第24页，共45页。IMPIMP生成总反应过程生成总反应过程叶酸拮抗物叶酸拮抗物:氨基蝶呤氨基蝶呤,氨甲氨甲蝶呤蝶呤第25页，共45页。腺苷酸代琥珀酸合成酶腺苷酸代琥珀酸
10、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合成酶合成酶第26页，共45页。AMPADPATPADPATP激酶激酶ADPATP激酶激酶GMPGDPGTPADPATP激酶激酶ADPATP激酶激酶第27页，共45页。嘌呤核苷酸从头合成嘌呤核苷酸从头合成特点特点第28页，共45页。利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过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，称为补简单的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成（或重新利用）途径。救合成（或重新利用）途径。（二）嘌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第29页，共4
11、5页。腺嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adenine phosphoribosyl transferase,APRT)(adenine phosphoribosyl transferase,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 transferase,HGPRT)guanine phosphoribosyl transferase,HGPRT)腺苷激酶腺苷激酶(adenosine kinase)(adenosine kinase)参与补救合成的酶参与补救
12、合成的酶第30页，共45页。腺嘌呤腺嘌呤 +PRPPAMP+PPiAPRT次黄嘌呤次黄嘌呤 +PRPPIMP+PPiHGPRT鸟嘌呤鸟嘌呤 +PRPPHGPRTGMP+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ATPADPAMP第31页，共45页。补救合成的生理意义补救合成的生理意义第32页，共45页。嘌呤核苷酸的抗代谢物嘌呤核苷酸的抗代谢物嘌呤核苷酸的抗代谢物主要有嘌呤核苷酸的抗代谢物主要有嘌呤嘌呤类似物类似物、谷氨酰胺谷氨酰胺类似物类似物、叶酸叶酸类似物三类。类似物三类。嘌呤嘌呤类似物：类似物：6-巯基嘌呤巯基嘌呤谷氨酰胺谷氨酰胺类似物：类似物：重氮丝氨酸、重氮丝氨酸、6-
13、重氮重氮-5-氧代正亮氨酸氧代正亮氨酸叶酸叶酸类似物类似物：氨基蝶呤、氨甲蝶呤：氨基蝶呤、氨甲蝶呤 第33页，共45页。二、嘧啶核苷酸的生物合成二、嘧啶核苷酸的生物合成从头合成途径从头合成途径补救合成途径补救合成途径第34页，共45页。（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细胞胞液是指利用是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及COCO2 2等等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途径。成嘧啶核苷酸的途径。定义定义合成部位合成部位第35页，共45页。嘧啶合成的元素来源嘧啶合成的元
14、素来源(谷氨酰胺、天冬谷氨酰胺、天冬氨酸、氨酸、COCO2 2)。氨基氨基甲酰磷酸甲酰磷酸天冬氨酸天冬氨酸第36页，共45页。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 +HCO3-氨基甲酰磷氨基甲酰磷酸合成酶酸合成酶IIII2ATP2ADP+Pi谷氨酸谷氨酸 +氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸第37页，共45页。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
15、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 的区别的区别第38页，共45页。第39页，共45页。2.2.胞嘧啶核苷酸的合成胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶尿苷酸激酶 UDP二磷酸核苷激酶二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶合成酶谷氨酰胺谷氨酰胺ATP谷氨酸谷氨酸ADP+Pi第40页，共45页。-ATP+CO2+谷氨酰胺谷氨酰胺氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸UMP氨基甲酰天冬氨酸氨基甲酰天冬氨酸UTPCTP天冬氨酸天冬氨酸嘌呤
16、核苷酸嘌呤核苷酸ATP+5-磷酸核糖磷酸核糖嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸PRPP-第41页，共45页。（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 +PRPPPRPP嘧啶核苷嘧啶核苷 +PPi嘧啶磷酸核糖转移酶嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷 +ATP尿苷激酶尿苷激酶UMP+ADP 胸腺嘧啶核苷胸腺嘧啶核苷 +ATP胸苷激酶胸苷激酶TMP+ADP第42页，共45页。NADP+NADPH+H+硫氧还蛋白还硫氧还蛋白还原酶原酶FAD核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶（B1和和B2）ATP、Mg2+硫氧还蛋白硫氧还蛋白（还原型）（还原型）SHSH硫氧还蛋白硫氧还蛋白（氧化型）（氧化型）S
17、SOP-P-CH2NOHOH核糖核苷二磷酸核糖核苷二磷酸OP-P-CH2NOHH+H2O脱氧核糖核苷二磷酸脱氧核糖核苷二磷酸ADP、GDP、CDP、UDP腺嘌呤、鸟嘌呤和胞腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶核糖核苷酸经还嘧啶核糖核苷酸经还原，将核糖第二位碳原，将核糖第二位碳原子的氧脱去，即成原子的氧脱去，即成为相应的脱氧核糖核为相应的脱氧核糖核苷酸。苷酸。还原反应一般在核还原反应一般在核苷二磷酸（苷二磷酸（NDPNDP）水平上进行水平上进行三、脱氧核苷酸的生物合成三、脱氧核苷酸的生物合成（大肠杆菌、动物、植物）（大肠杆菌、动物、植物）第43页，共45页。（2 2）胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成）胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成H第44页，共45页。酯酶酯酶脱氨酶脱氨酶甲基化甲基化氨基蝶呤、氨甲蝶呤是叶酸的类似物，能与二氢叶酸还氨基蝶呤、氨甲蝶呤是叶酸的类似物，能与二氢叶酸还原酶不可逆结合，阻止原酶不可逆结合，阻止FH4FH4的生成，从而抑制的生成，从而抑制FH4FH4参与的一参与的一碳单位的转移。可用于抗肿瘤。碳单位的转移。可用于抗肿瘤。Ser第45页，共45页。
