1、核酸化学核酸化学核酸化学核酸化学n目的要求：目的要求：n掌握掌握核酸的化学组成、一级结构、核酸的化学组成、一级结构、DNA的的二级结构二级结构n熟悉熟悉RNA的结构与功能的结构与功能n了解了解核酸的理化性质核酸的理化性质教学内容教学内容n概述概述n第一节第一节核酸的分子组成核酸的分子组成 n第二节第二节核酸的分子结构核酸的分子结构 n第三节第三节核酸的理化性质核酸的理化性质 核酸化学核酸化学-概述概述核酸的发现和研究工作进展核酸的发现和研究工作进展 n1868年年 Fridrich Miescher从脓细胞中提取从脓细胞中提取“核素核素”n1944年年 Avery等人等人证实证实DNA是遗传物
2、质是遗传物质n1953年年 Watson和和Crick发现发现DNA的双螺旋结构的双螺旋结构n1968年年 Nirenberg发现发现遗传密码遗传密码n1975年年 Temin和和Baltimore发发现现逆转录酶逆转录酶n1981年年 Gilbert和和Sanger建建立立DNA 测序方法测序方法n1985年年 Mullis发明发明PCR 技术技术n1990年年 美国启动美国启动人类基因组计划人类基因组计划(HGP)n2001年年 美、英等国美、英等国完成人类基因组计划基本框架完成人类基因组计划基本框架1916-1928-1916-University of London London,Gr
3、eat Britain Harvard University Cambridge,MA,USA Institute of Molecular Biology Cambridge,Great Britain Great Britain USA Great Britain Maurice Hugh Frederick Wilkins James Dewey Watson Francis Harry Compton Crick for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its signi
4、ficance for information transfer in living material The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1962The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1965for their discoveries concerning genetic control of enzyme and virus synthesis 1910-19761902-19941920-Institut Pasteur Paris,France Institut Pasteur Paris,F
5、rance Institut Pasteur Paris,France France France France Jacques Monod Andre Michellwoff Francois Jacob 1927-1922-1922-1993National Institutes of Health Bethesda,MD,USA University of Wisconsin Madison,WI,USA Cornell University Ithaca,NY,USA Marshall W.Nirenberg Har Gobind Khorana Robert W.Holley The
6、 Nobel Prize in Physiology or Medicine 1968 for their interpretation of the genetic code and its function in protein synthesis 核酸的分类及分布核酸的分类及分布 分布于细胞核，分布于细胞核，线粒体，线粒体，叶绿体，叶绿体，质粒等。质粒等。分布于胞核、胞液。分布于胞核、胞液。携带遗传信息，决定细胞和携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型个体的基因型(genotype)。参与细胞内遗传信息表达、参与细胞内遗传信息表达、调控。某些病毒以调控。某些病毒以RNA为为遗传信息载体。遗
7、传信息载体。(deoxyribonucleic acid,DNA)(ribonucleic acid,RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸核酸化学核酸化学第一节第一节-分子组成分子组成核酸的分子组成核酸的分子组成n核酸的基本组成单位是核酸的基本组成单位是核苷酸核苷酸(nucleotide)nDNA的基本组成单位是的基本组成单位是脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸。nRNA的基本组成单位是的基本组成单位是核糖核苷酸核糖核苷酸碱基碱基戊糖戊糖磷酸磷酸核苷酸核苷酸核苷核苷核酸核酸。嘌呤嘌呤 嘧啶嘧啶 碱基碱基腺嘌呤（腺嘌呤（A）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）胞嘧啶（胞嘧啶（C）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T）
8、尿嘧啶（尿嘧啶（U）DNA、RNA均有均有DNARNA核苷酸的结构核苷酸的结构每种核酸都含有四种碱基每种核酸都含有四种碱基碱基碱基n嘌呤（嘌呤（purine）NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌呤(adenine,A)NNHNHNNH2O鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine,G)碱基碱基n嘧啶（嘧啶（pyrimidine）NNH132456胞嘧啶胞嘧啶(cytosine,C)NNHNH2O尿嘧啶尿嘧啶(uracil,U)NHNHOO胸腺嘧啶胸腺嘧啶(thymine,T)NHNHOOCH3碱基碱基n五种碱基都能形成酮式-烯醇式或氨基-亚氨基的互变异构。这两种异构体的平衡关系受介质酸碱环
9、境的影响HNHNCNH2+O+HNNH2NNH2亚亚氨氨基基氨氨基基+H+NCOHNCO-+H+酮酮式式烯烯醇醇式式戊戊 糖糖（构成（构成RNA）核糖核糖(ribose)（构成（构成DNA）脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)12453OOHOHHHHCH2OHHOHOHOHHHHCH2OHHOH12345核苷核苷n碱基和核糖（或脱氧核糖）通过碱基和核糖（或脱氧核糖）通过糖苷键糖苷键连接连接形成形成核苷核苷(nucleoside)（或脱氧核苷）（或脱氧核苷）腺嘌呤核苷NNNN9NH2OOHOHHHHCH2OHH12糖苷键胞嘧啶脱氧核苷1NNONH212OHOHHHHCH2OHH糖苷键核苷
10、酸（脱氧核苷酸）核苷酸（脱氧核苷酸）n核苷（脱氧核苷）和磷酸以核苷（脱氧核苷）和磷酸以磷酯键磷酯键连接形成连接形成核苷酸核苷酸（脱氧核苷酸）（脱氧核苷酸）n核苷酸核苷酸：nAMP,GMP,UMP,CMPn脱氧核苷酸脱氧核苷酸：ndAMP,dGMP,dTMP,dCMP酯键腺苷酸NNNN9NH2OOHOHHHHCH2H12OPO-HOO5糖苷键糖苷键多磷酸核苷酸多磷酸核苷酸nNMP，NDP，NTPNNNN9NH2OOHOHHHHCH2H12OPO-OOPOO-OPO-OO一磷酸腺苷（AMP）二磷酸腺苷（ADP）三磷酸腺苷（ATP）环化核苷酸环化核苷酸ncAMP，cGMPNNNNNH2OOHOHHH
11、CH2HOPHOOcAMPNNNNNH2OOOHOHHHCH2HOPHOOcGMP稀有碱基稀有碱基n嘌呤衍生物嘌呤衍生物次黄嘌呤次黄嘌呤(I)(I)、黄嘌呤、黄嘌呤(X)(X)、1-1-甲基甲基次黄嘌呤、次黄嘌呤、N N2 2、N N2 2-二甲基鸟嘌呤。二甲基鸟嘌呤。n嘧啶衍生物嘧啶衍生物5-5-甲基胞嘧啶、甲基胞嘧啶、5-5-羟甲基胞嘧啶、羟甲基胞嘧啶、二氢尿嘧啶、二氢尿嘧啶、4-4-巯尿嘧啶巯尿嘧啶n都是基本都是基本碱基的化学修饰型碱基的化学修饰型NHNNH2CH3ONNNNHNHCH3NNHNNHONHNHORO5-甲基胞嘧啶 假尿嘧啶 N6-甲基腺嘌呤 次黄嘌呤核苷酸的功能核苷酸的功
12、能n核苷酸是核酸的合成核苷酸是核酸的合成原料原料n核苷酸直接为生命活动核苷酸直接为生命活动提供能量提供能量(ATP)n核苷酸衍生物是生物合成中的核苷酸衍生物是生物合成中的活化中间产物活化中间产物 n腺苷酸构成酶的腺苷酸构成酶的辅助因子辅助因子（FAD,NAD,CoA）n核苷酸参与核苷酸参与信号转导信号转导(cAMP,cGMP)n核苷酸参与代谢调节（核苷酸参与代谢调节（AMP/GMP别构调节）别构调节）核酸化学核酸化学第二节第二节-分子结构分子结构本节内容本节内容n核酸的一级结构核酸的一级结构nDNA的二级结构的二级结构 nDNA的三级结构的三级结构 nRNA的种类和分子结构的种类和分子结构 核
13、酸的一级结构核酸的一级结构n定义：核酸中核苷酸的组成及其排列顺序定义：核酸中核苷酸的组成及其排列顺序n由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称由于核苷酸间的差异主要是碱基不同，所以也称为为碱基序列碱基序列n核苷酸之间以核苷酸之间以3 ,5 -磷酸二酯键磷酸二酯键连接形成多核苷连接形成多核苷酸链，即核酸酸链，即核酸n核酸具有方向性核酸具有方向性 5 -3 3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键OHHOOHHHCH2UOHHOHOHHHCH2GOP OOHOOHHOHHHCH2AOP OOHOP OOHOH53533 端535 端核酸的方向性核酸的方向性OHHOOHHHCH2UOHHOHOHHHCH2GO
14、P OOHOOHHOHHHCH2AOP OOHOP OOHOH53533 端535 端主链与侧链主链与侧链OHHOOHHHCH2UOHHOHOHHHCH2GOP OOHOOHHOHHHCH2AOP OOHOP OOHOH53533 端535 端核酸的书写方法核酸的书写方法PPAPCPCPTPGOHCPTPAPA53pApCpTpGpCpTpApApC-OH 35 ACTGCTAAC35核酸一级结构的不均一性核酸一级结构的不均一性n重复序列重复序列n正向重复（正向重复（repeat)n反向重复（回文序列）反向重复（回文序列）n镜象重复（镜象重复（mirror repeat)n高度重复序列高度重复
15、序列（high repetive sequence,satelite DNA，SSR):n中度重复序列（中度重复序列（middle repetitive sequence):n低拷贝重复：低拷贝重复：gene familyn单拷贝序列（单拷贝序列（single copy sequence):genen富含富含AT的序列的序列回文序列回文序列镜象重复镜象重复回文结构回文结构/镜像重复镜像重复HairpinCruciformTriple helix嘧啶嘧啶-嘌呤嘌呤-嘧啶（嘧啶（YRY）型三螺旋）型三螺旋：TAT和和C+GC，其专一，其专一性体现在性体现在T对对AT，质子化的，质子化的C对对GC的
16、识别，链的识别，链3和链和链2的碱基的碱基以两个以两个Hoogsteen氢键配对，不影响链氢键配对，不影响链1和链和链2间的相互作用。间的相互作用。Triple helixnYRY型三螺旋也包括三链复合物型三螺旋也包括三链复合物GTA、TCG和和XGC（X=A、G、T）。）。n在在GTA三螺旋中，第三条三螺旋中，第三条G链的糖环构象采取链的糖环构象采取N型，型，而其他的两条链上的糖环构象大部分是而其他的两条链上的糖环构象大部分是S型。型。n在在TCG三螺旋中，碱基三螺旋中，碱基T和和C之间仅以之间仅以一个氢链一个氢链相相连。连。n在在YRY型分子内三螺旋型分子内三螺旋XGC（X=A、G、T）中
17、，）中，第二条链和第三条链的碱基之间都是以第二条链和第三条链的碱基之间都是以一条或两条一条或两条氢键氢键相连。相连。n这些三螺旋不同于典型的这些三螺旋不同于典型的TAT和和CGC三螺旋，三螺旋，氢氢键配对没有严格键配对没有严格的限制。的限制。DNA的二级结构的二级结构Franklin,Rosalind ElsieWatsonWatson：主要从事动物学的研究：主要从事动物学的研究CrickCrick：数学和物理学家：数学和物理学家FranklinFranklin：主要从事：主要从事X X射线的射线的DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景n碱基组成分析（碱基组成分析（Chargaff 规
18、则）规则）：nA=T,G=C;A+G=T+CnDNA碱基组成有物种特异性；无组织特异性碱基组成有物种特异性；无组织特异性nDNA碱基组成相当保守，不随年龄、环境等变化碱基组成相当保守，不随年龄、环境等变化n碱基的理化数据分析（碱基的理化数据分析（Watson and Crick）nA-T、G-C以以氢键氢键配对较合理配对较合理nDNA纤维的纤维的X-线衍射图谱分析（线衍射图谱分析（Franklin）DNA双螺旋结构模型要点双螺旋结构模型要点1.两条链反向平行，围绕两条链反向平行，围绕同一中心轴构成同一中心轴构成右手双右手双螺旋螺旋。螺旋。螺旋直径直径2nm，表面有表面有大沟和小沟大沟和小沟。2
19、.磷酸磷酸-脱氧核糖骨架位于脱氧核糖骨架位于螺旋螺旋外侧外侧，碱基垂直于，碱基垂直于螺旋轴而伸入螺旋轴而伸入内侧内侧。每。每圈螺旋含圈螺旋含10个碱基对个碱基对(bp)，螺距为螺距为3.4nm。碱基平面与纵轴碱基平面与纵轴垂直垂直，糖环平面与纵轴，糖环平面与纵轴平行平行3.两条链通过碱基间的两条链通过碱基间的氢氢键相连键相连，A对对T有两个氢有两个氢键，键，C对对G有三个氢键，有三个氢键，这种这种A-T、C-G配对的规配对的规律，称为律，称为碱基互补规则碱基互补规则。4.维持双螺旋稳定的因素：维持双螺旋稳定的因素：横向为横向为氢键氢键，纵向为，纵向为碱碱基间的堆积力基间的堆积力。DNA双螺旋结
20、构模型要点双螺旋结构模型要点碱基互补配对碱基互补配对 DNA双螺旋结构的多样性双螺旋结构的多样性Z型型DNAB型型DNAA型型DNADNA的三级结构的三级结构n环状环状DNA的超螺旋结构（的超螺旋结构（DNA再盘绕）再盘绕）n分类：分类：n正超螺旋：盘绕方向与正超螺旋：盘绕方向与DNA双螺旋方同相同双螺旋方同相同 n负超螺旋：盘绕方向与负超螺旋：盘绕方向与DNA双螺旋方同相反双螺旋方同相反 n意义：意义：DNA超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其及其调控调控对于对于DNA复制和复制和RNA转录过程具有关转录过程具有关键作用键作用n真核生物的核酸真核生物的核酸-蛋
21、白结构蛋白结构 n核小体核小体DNA的三级结构的三级结构n原核生物原核生物DNA的高级结构的高级结构负超螺旋（自然界常见）负超螺旋（自然界常见）环状环状DNA分子分子DNA的三级结构的三级结构n真核生物真核生物DNA的高级结构的高级结构n核小体（核小体（nucleosome）n核小体的组成核小体的组成：nDNA：约：约200bp n组蛋白组蛋白:nH1nH2A，H2BnH3nH4串珠状核小体结构串珠状核小体结构DNA分子结构组装模型分子结构组装模型DNA的功能的功能nDNA是是遗传的物质基础遗传的物质基础n肺炎球菌感染小鼠（肺炎球菌感染小鼠（DNA）n噬菌体侵染细菌（噬菌体侵染细菌（DNA）R
22、NA的种类与功能的种类与功能核蛋白体核蛋白体RNA信使信使RNA转运转运RNA核内不均一核内不均一RNA核内小核内小RNA胞浆小胞浆小RNA 细胞核和胞液细胞核和胞液线粒体线粒体功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白体组分核蛋白体组分蛋白质合成模板蛋白质合成模板转运氨基酸转运氨基酸成熟成熟mRNA的前体的前体参与参与hnRNA的剪接、转运的剪接、转运rRNA的加工、修饰的加工、修饰蛋白质内质网定位合成蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分的信号识别体的组分核仁小核仁小RNA核蛋白体核蛋白体R
23、NA信使信使RNA转运转运RNA核内不均一核内不均一RNA核内小核内小RNA胞浆小胞浆小RNA 细胞核和胞液细胞核和胞液线粒体线粒体功功能能rRNAmRNA mt rRNAtRNAmt mRNAmt tRNAHnRNASnRNASnoRNAscRNA/7SL-RNA 核蛋白体组分核蛋白体组分蛋白质合成模板蛋白质合成模板转运氨基酸转运氨基酸成熟成熟mRNA的前体的前体参与参与hnRNA的剪接、转运的剪接、转运rRNA的加工、修饰的加工、修饰蛋白质内质网定位合成蛋白质内质网定位合成的信号识别体的组分的信号识别体的组分核仁小核仁小RNAmRNA的结构与功能的结构与功能hnRNA 内含子内含子(int
24、ron)mRNA *mRNA成熟过程成熟过程 外显外显子子(exon)mRNA结构特点结构特点n5 末端帽子结构：末端帽子结构：m7GpppNm-n3 末端有一个多聚腺苷酸末端有一个多聚腺苷酸(polyA)结构，称为结构，称为多聚多聚A尾尾帽子结构帽子结构m7GOCH3basemRNA结构与功能结构与功能n帽子结构和多聚帽子结构和多聚A尾的功能尾的功能nmRNA核内向胞质的转移核内向胞质的转移nmRNA的稳定性的稳定性n翻译起始的调控翻译起始的调控nmRNA的功能：的功能：蛋白质合成的模板蛋白质合成的模板转运转运RNA的结构与功能的结构与功能ntRNA的一级结构特点的一级结构特点n 含有较多的
25、含有较多的稀有碱基稀有碱基n 3 末端为末端为 CCA-OHn 5 末端大多数为末端大多数为Gn 由由7090个核苷酸组成个核苷酸组成稀有碱基稀有碱基 HNNHOOR51HNNNNHNCH2CH2NOO7ORIRDHUNNNNOHRmGH2NCH3tRNA二级结构二级结构氨基酸氨基酸臂臂额外环额外环n三叶草形三叶草形5*tRNA的三级结构的三级结构 倒倒L形形*tRNA的功能的功能活化、搬运氨基酸活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋白质到核糖体，参与蛋白质的翻译。的翻译。*rRNA的结构的结构-茎环结构茎环结构rRNA的结构与功能的结构与功能*rRNA的功能的功能参与组成核糖体，参与组成核糖体，作
26、为蛋白质生物合成作为蛋白质生物合成的场所，具有催化功的场所，具有催化功能。能。核糖体的组成核糖体的组成原核生物（以大肠杆菌为例）原核生物（以大肠杆菌为例）真核生物（以小鼠肝为例）真核生物（以小鼠肝为例）小亚基小亚基30S40SrRNA16S1542个核苷酸个核苷酸18S1874个核苷酸个核苷酸蛋白质蛋白质21种种占总重量的占总重量的40%33种种占总重量的占总重量的50%大亚基大亚基50S60SrRNA23S5S2940个核苷酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸28S5.8S5S4718个核苷酸个核苷酸160个核苷酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸蛋白质蛋白质31种种占总重量的占总重量的30%49种
27、种占总重量的占总重量的35%其他小分子其他小分子RNA结构及功能结构及功能。nNoncoding RNAs(ncRNAs)in eukaryotesnSmall RNA(sRNA)in bacterianSmall nuclear RNAs(snRNAs):mRNA剪接剪接 nSmall nucleolar RNAs(snoRNAs):参与参与rRNA成熟加工成熟加工 nMicroRNA(miRNA):knock down 调控功能调控功能 nSmall temporal RNAs(stRNAs):nSmall interfering RNAs(siRNAs):knock down 调控功能调
28、控功能 nRNA interference(RNAi)nGuide RNAs(gRNAs):RNA编辑编辑 ntRNA/mRNA(tmRNA):参与破损参与破损mRNA蛋白质合成的终止蛋白质合成的终止 nRibozyme:催化活性催化活性nRNA病毒病毒:携带遗传信息携带遗传信息nXist:调控调控 X染色体活性染色体活性是研究细胞中是研究细胞中RNome的种类、结构和功的种类、结构和功能的科学。同一生物体内不同种类的细胞、能的科学。同一生物体内不同种类的细胞、同一细胞在不同时间、不同状态下同一细胞在不同时间、不同状态下RNAs的的表达具有时间和空间特异性。表达具有时间和空间特异性。RNA组学
29、组学(RNomics)RNomics核酸化学核酸化学第三节第三节 核酸的理化性质核酸的理化性质核酸的一般理化性质核酸的一般理化性质n核酸为多元酸，具有较强的酸性；核酸为多元酸，具有较强的酸性；nDNA是线性高分子，粘度极大；是线性高分子，粘度极大；n 在在260nm波长有最大吸收峰，是由波长有最大吸收峰，是由碱碱基的共轭双键基的共轭双键决定的。这一特性常用作决定的。这一特性常用作核酸的定性、定量分析。核酸的定性、定量分析。各种碱基的各种碱基的UV吸收光谱吸收光谱（pH7.0）核酸光吸收特性的应用核酸光吸收特性的应用nDNA或或RNA的定量的定量nOD260=1.0相当于相当于n50 g/ml双
30、链双链DNAn40 g/ml单链单链DNA（或（或RNA）n20 g/ml寡核苷酸寡核苷酸n判断核酸样品的纯度判断核酸样品的纯度nDNA纯品纯品:OD260/OD280=1.8nRNA纯品纯品:OD260/OD280=2.0DNA的变性的变性(denaturation)n定义：定义：dsDNA解链成解链成ssDNA过程过程n本质：本质：DNA双链间氢键的断裂双链间氢键的断裂n变性因素：高温、强酸、强碱等变性因素：高温、强酸、强碱等n变性后理化性质的主要改变：变性后理化性质的主要改变：nOD260增高（增色效益）增高（增色效益）n粘度下降粘度下降DNA变性变性DNA的紫外吸收光谱的紫外吸收光谱增
31、色效应增色效应nDNA变性时其溶液变性时其溶液OD260增高的现象增高的现象 Tm：紫外光吸紫外光吸收值达到最大值收值达到最大值的的50%时的温度时的温度称为称为DNA的的解链解链温度温度，又称融解，又称融解温度温度(melting temperature,Tm)。其大小与。其大小与G+C含量成正比。含量成正比。解链温度（解链温度（Tm）DNA复性复性(renaturation)-退火退火(annealing)n定义定义:ssDNA通过碱基互补形成通过碱基互补形成 dsDNA过程过程n本质：本质：DNA双链间氢键的重新形成双链间氢键的重新形成n复性因素：除去引起变性的因素（缓慢）复性因素：除去
32、引起变性的因素（缓慢）n变性后理化性质的主要改变：变性后理化性质的主要改变：nOD260降低（减色效益）降低（减色效益）n粘度上升粘度上升核酸分子杂交核酸分子杂交(hybridization)n定义：异源互补的核苷酸序列通过定义：异源互补的核苷酸序列通过碱基配对碱基配对形成稳形成稳定的杂合双链分子定的杂合双链分子DNA分子的过程称为杂交分子的过程称为杂交 n本质：本质：碱基配对碱基配对n种类：种类：nSouthern blot(DNA)nNorthern blot(RNA)nWestern blot (Pr Pr)nISH(RNA)变性变性复性复性复性复性核酸分子杂交的应用核酸分子杂交的应用n
33、分子生物学中广泛应用于基因表达、突变及分子生物学中广泛应用于基因表达、突变及SNP等研究等研究n如：基因如：基因copy数分析、基因表达分析、突变数分析、基因表达分析、突变sscp分析等分析等n临床诊断临床诊断n细菌、病毒、寄生虫检测，诊断细菌、病毒、寄生虫检测，诊断n人类基因组工程人类基因组工程n遗传图谱的构建，遗传图谱的构建，DNA测序，表达图谱测序，表达图谱n法医学及亲子鉴定中的应用法医学及亲子鉴定中的应用n疑犯的鉴定、亲子鉴定等疑犯的鉴定、亲子鉴定等n肿瘤肿瘤n各种肿瘤检测各种肿瘤检测n其他其他核酸分子杂交的应用核酸分子杂交的应用nSouthern blot 应用应用nDNA指纹分析指
34、纹分析血迹中的血迹中的DNA核酸分子杂交的应用核酸分子杂交的应用nFISH 分析基因原位表达分析基因原位表达 第十二章第十二章 核苷酸代谢核苷酸代谢本章大纲要求本章大纲要求 n掌握：核苷酸从头合成的掌握：核苷酸从头合成的成环原料成环原料、基、基本阶段及本阶段及特点特点，嘌呤核苷酸，嘌呤核苷酸分解代谢分解代谢终产物终产物及其临床意义及其临床意义n熟悉：临床常见核苷酸抗代谢物及其作熟悉：临床常见核苷酸抗代谢物及其作用机理。用机理。n了解：核苷酸的合成代谢和分解代谢过了解：核苷酸的合成代谢和分解代谢过程，核酸的消化与吸收。程，核酸的消化与吸收。核苷酸代谢核苷酸代谢核苷酸抗代谢物核苷酸抗代谢物抗肿瘤药
35、物筛选抗肿瘤药物筛选核苷酸分解核苷酸分解戊糖戊糖碱基碱基磷酸磷酸嘌呤（嘌呤（A G X I）分解）分解嘧啶（嘧啶（T U C）分解）分解核苷酸合成核苷酸合成从头合成途径从头合成途径补救途径补救途径嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸核苷酸的消化与吸收（小肠）食物食物核蛋白核蛋白 核酸核酸PrBaseBase核苷酸的分解代谢核苷酸的分解代谢n嘌呤碱基的分解嘌呤碱基的分解n部位：肝、小肠、肾部位：肝、小肠、肾n分解简单过程及终产物（分解简单过程及终产物（尿酸尿酸）特点：嘌呤环不被打破；产物不易溶于水。特点：嘌呤环不被打破；产物不易溶于水。正常人血浆尿酸含量正常人血浆尿酸含量 0.120.36
36、mmol/L（26mg%)。由于嘌呤代谢异常，使尿酸生成增多，血尿酸增加由于嘌呤代谢异常，使尿酸生成增多，血尿酸增加（0.48mmol/L），），难溶的尿酸盐晶体沉积于关节、软骨、肾难溶的尿酸盐晶体沉积于关节、软骨、肾等处，导致关节炎、尿路结石及肾疾病等。等处，导致关节炎、尿路结石及肾疾病等。临床用临床用别嘌呤醇别嘌呤醇（结构与次黄嘌呤相似）抑制（结构与次黄嘌呤相似）抑制(黄嘌呤氧黄嘌呤氧化酶化酶)尿酸生成治疗痛风症。尿酸生成治疗痛风症。NHNNNOHNHNNNOH次 黄 嘌 呤别 嘌 呤 醇痛风症（痛风症（gout）核苷酸的分解代谢核苷酸的分解代谢n嘧啶核苷酸的分解嘧啶核苷酸的分解n部位：主
37、要在肝脏部位：主要在肝脏n终产物：终产物：nCU -丙氨酸、丙氨酸、NH3、CO2nT -氨基异丁酸、氨基异丁酸、NH3、CO2n特点：特点：嘧啶环被彻底打破，产物易溶于水嘧啶环被彻底打破，产物易溶于水 丙氨酸丙氨酸-氨基异丁酸氨基异丁酸CO2CO2NH3NH3胞嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶核苷酸的合成代谢核苷酸的合成代谢n从头合成途径（从头合成途径（de novo pathway）n定义：利用定义：利用5-磷酸核糖、氨基酸、一碳单磷酸核糖、氨基酸、一碳单位和位和CO2，通过连续酶促反应合成核苷酸，通过连续酶促反应合成核苷酸n器官：器官：肝脏肝脏、小肠、胸腺、小肠、胸腺n补救途径（补救途径（sa
38、lvage pathway）n定义：直接利用体内的碱基和定义：直接利用体内的碱基和5-磷酸核糖磷酸核糖焦磷酸（焦磷酸（PRPP）通过简单反应合成核苷）通过简单反应合成核苷酸酸n器官：脑、骨髓器官：脑、骨髓嘌呤核苷酸的生物合成嘌呤核苷酸的生物合成n从头合成途径从头合成途径n特点特点n嘌呤环上的原子分别来自嘌呤环上的原子分别来自Gln、Asp、Gly、CO2和一碳单位和一碳单位n嘌呤环是在嘌呤环是在5-磷酸核糖焦磷酸上逐步形成磷酸核糖焦磷酸上逐步形成n过程过程n先合成先合成IMP，再由，再由IMP转变成转变成AMP或或GMP嘌呤环的原子来源嘌呤环的原子来源N12N3456N78N9图12-2 嘌呤
39、环的原子来源天冬氨酸甘氨酸谷氨酰胺CO2一碳单位一碳单位腺嘌呤腺嘌呤 +PRPP+PRPPAMPAMP腺嘌呤磷酸腺嘌呤磷酸核糖转移酶核糖转移酶+PPi+PPi核糖转移酶核糖转移酶 鸟嘌呤鸟嘌呤 +PRPP+PRPP（次黄嘌呤或黄嘌呤）（次黄嘌呤或黄嘌呤）(IMP.XMP)+PPi(IMP.XMP)+PPi次黄嘌呤或黄嘌呤次黄嘌呤或黄嘌呤GMPGMP嘌呤核苷酸的合成嘌呤核苷酸的合成n补救途径补救途径嘧啶核苷酸的合成代谢嘧啶核苷酸的合成代谢n从头合成从头合成n特点特点n嘧啶环上原子来自嘧啶环上原子来自 Gln、Asp 和和 CO2n先合成嘧啶环再与先合成嘧啶环再与PRPP缩合成缩合成UMPn过程过
40、程n先合成先合成UMP 再转化为再转化为 CTP和和dTMP嘧啶环的原子来源嘧啶环的原子来源N32N1654图12-5 嘧啶环原子的来源CO2天冬氨酸谷氨酰胺CTPCH2=FH4Gln-NH2CTPPRPPPRPPUMPUMP UMPUMP尿嘧尿嘧啶啶尿苷尿苷尿苷磷酸化酶尿苷磷酸化酶UMPUMP磷酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶核糖核糖-1-P-1-PPi Pi尿苷激酶尿苷激酶ATPATP ADPADP+PPi+PPi嘧啶核苷酸的合成代谢嘧啶核苷酸的合成代谢n补救途径补救途径NTP的合成的合成nNTP是合成是合成RNA的原料的原料NMPNDPATPADPNTPATPADP一磷酸核苷激酶一磷酸核苷激酶
41、二磷酸核苷激酶二磷酸核苷激酶脱氧核苷酸（脱氧核苷酸（dNTP）的合成）的合成ndNTP是合成是合成DNA的原料，脱氧核苷酸的原料，脱氧核苷酸由由NADPH2+供氢，在供氢，在NDP水平上由水平上由核糖核糖核苷酸还原酶（核苷酸还原酶（变构酶变构酶）催化进行催化进行核苷酸抗代谢物（核苷酸抗代谢物（antimetabolite）n抗代谢物：是指在化学结构上与正常代谢物抗代谢物：是指在化学结构上与正常代谢物结构相似，具有竞争性阻抑其正常代谢过程结构相似，具有竞争性阻抑其正常代谢过程的物质，大多属于竞争性抑制剂的物质，大多属于竞争性抑制剂n嘌呤核苷酸的抗代谢物：叶酸、氨基酸、嘌呤碱嘌呤核苷酸的抗代谢物：
42、叶酸、氨基酸、嘌呤碱基类似物基类似物n叶酸：氨基蝶呤、氨甲蝶呤叶酸：氨基蝶呤、氨甲蝶呤nGln：杂环丝氨酸和：杂环丝氨酸和6-重氮重氮-5-氧正亮氨酸氧正亮氨酸n嘌呤碱基：嘌呤碱基：6-巯基嘌呤（巯基嘌呤（6-MP）与次黄嘌呤相似从而）与次黄嘌呤相似从而抑制抑制 IMP 合成合成 核苷酸抗代谢物（核苷酸抗代谢物（antimetabolite）n嘧啶核苷酸的抗代谢物：叶酸、氨基酸、嘧啶碱嘧啶核苷酸的抗代谢物：叶酸、氨基酸、嘧啶碱基类似物，作用机制与嘌呤相似基类似物，作用机制与嘌呤相似n嘌呤碱基：嘌呤碱基：5-氟脲嘧啶（氟脲嘧啶（5-FU）体内经磷酸化（）体内经磷酸化（5-FdUMP/5-FdUTP）后抑制）后抑制dNTP的合成的合成n核糖类似物（如阿糖胞苷）可抑制核糖类似物（如阿糖胞苷）可抑制CDP脱氧脱氧n其他的核苷酸类似物（如临床上抗其他的核苷酸类似物（如临床上抗HIV药物如药物如DDI、DDC、AZT可作为假底物参与核酸合成）可作为假底物参与核酸合成）1NNONH212OHOOHHHHCH2OHH阿糖胞苷阿糖胞苷Ara-C1NNONH212OOHOHHHHCH2OHH胞嘧啶核苷胞嘧啶核苷C1NNONH212OHHHHHCH2OHH双脱氧胞嘧啶双脱氧胞嘧啶DDC
