第09章核酸的结构和功能与核苷酸代谢

1、第第 九九 章章核酸的结构和功能核酸的结构和功能Structure and Function of Nucleic Acid主要内容主要内容n核酸的化学组成及其一级结构核酸的化学组成及其一级结构nDNADNA的空间结构与功能的空间结构与功能nRNARNA的结构与功能的结构与功能n核核 酸酸 的的 理理 化化 性性 质质n核核 酸酸 酶酶核核 酸酸(nucleic acid) 是以核苷酸为基本组成单位的生是以核苷酸为基本组成单位的生物大分子，携带和传递遗传信息。物大分子，携带和传递遗传信息。一、核酸的发现和研究工作进展一、核酸的发现和研究工作进展 n1868年年 Fridrich Miesche

2、r从脓细胞中提取从脓细胞中提取“核核素素”n1944年年 Avery等人等人n1953年年 Watson和和Crickn1968年年 Nirenberg发现发现n1975年年 Temin和和Baltimore发现发现n1981年年 Gilbert和和Sanger建立建立n1985年年 Mullis发明发明n1990年年 美国启动美国启动n1994年年 中国人类基因组计划启动中国人类基因组计划启动n2001年年 美、英等国美、英等国二、核酸的分类及分布二、核酸的分类及分布 90%90%以上分布于细胞核，其余分以上分布于细胞核，其余分布于核外如线粒体，叶绿体，质布于核外如线粒体，叶绿体，质粒等。粒

3、等。分布于胞核、胞液分布于胞核、胞液。(deoxyribonucleic acid, DNA)(ribonucleic acid, RNA)脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸 核糖核酸核糖核酸携带遗传信息，决定细胞和个携带遗传信息，决定细胞和个体的基因型体的基因型(genotype)。参与细胞内参与细胞内DNA遗传信息的表遗传信息的表达。某些病毒达。某些病毒RNA也可作为遗也可作为遗传信息的载体。传信息的载体。第一节第一节核酸的化学组成及其一级结构核酸的化学组成及其一级结构The Chemical Component and Primary Structure of Nucleic Acid核酸的化学组

4、成核酸的化学组成 1. 元素组成元素组成C、H、O、N、P（910%）2. 分子组成分子组成 碱基碱基(base)：嘌呤碱，嘧啶碱：嘌呤碱，嘧啶碱 戊糖戊糖(ribose)：核糖，脱氧核糖：核糖，脱氧核糖 磷酸磷酸(phosphate)嘌呤嘌呤(purine) NNNHN123456789NNNHNNH2腺嘌呤腺嘌呤(adenine, A)NNHNHNNH2O鸟嘌呤鸟嘌呤(guanine, G)一、碱基一、碱基NNH132456嘧啶嘧啶(pyrimidine)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

5、)NHNHOOCH3二、戊糖二、戊糖（构成（构成RNA）1 2 3 4 5 OHOCH2OHOHOH核糖核糖(ribose)（构成（构成DNA）OHOCH2OHOH脱氧核糖脱氧核糖(deoxyribose)三、核苷三、核苷 核苷（核苷（ribonucleosideribonucleoside）核苷核苷 = = 碱基碱基 + + 核糖核糖连接方式：连接方式： 糖苷键糖苷键(glycosidic bond)(glycosidic bond) 嘌呤环上的嘌呤环上的N-9N-9或嘧啶环上的或嘧啶环上的N-1N-1与糖的与糖的C-1C-1 以糖苷键相连。以糖苷键相连。NNNNOOHOHNH2HOCH2腺

6、嘌呤核苷腺嘌呤核苷 （腺苷）（腺苷）胞嘧啶脱氧核苷胞嘧啶脱氧核苷（脱氧胞苷）（脱氧胞苷）191 1NNNH2OHOHOHOCH211糖苷键糖苷键l核苷酸核苷酸 = = 核苷核苷 + + 磷酸磷酸l连接方式：连接方式：磷酸酯键磷酸酯键 糖环上所有游离羟基（核糖的糖环上所有游离羟基（核糖的C-2C-2 、 C-3C-3 、C-5C-5 及脱氧核糖的及脱氧核糖的C-3C-3 、C-5C-5 ）均）均能与磷酸发生酯化结合。生物体内多数能与磷酸发生酯化结合。生物体内多数核苷酸是核苷酸是5 5 - -核苷酸核苷酸，即糖环上的即糖环上的C-5C-5 与与磷酸酯化。磷酸酯化。 四、核苷酸四、核苷酸(ribon

7、ucleotide)NNNNOOHOHNH2OCH2OOOPNNNH2OHOHOOCH2POOO腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸 （腺苷酸）（腺苷酸）脱氧胞嘧啶核苷酸脱氧胞嘧啶核苷酸（脱氧胞苷酸）（脱氧胞苷酸）55酯键酯键体内重要的游离核苷酸及其衍生物体内重要的游离核苷酸及其衍生物l含核苷酸的生物活性物质：含核苷酸的生物活性物质： lNAD+、NADP+、CoA-SH、FAD 等都含有等都含有 AMPl 多磷酸核苷酸：多磷酸核苷酸：NMP，NDP，NTPl 环化核苷酸环化核苷酸: cAMP，cGMPNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOHNOCH2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOHNOC

8、H2OOHOHNNNNH2POOHOPOOHOPOOHOHNOCH2OOHONNNNH2POOHcAMPNADP+NAD+五、核酸中核苷酸的五、核酸中核苷酸的 连接方式连接方式 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。5 端端3 端端CGA33，55磷酸二酯键磷酸二酯键A G P5 P T PG PC PT P OH 3 书写方法书写方法5 pApCpTpGpCpT-OH 3 5 A C T G C T 3 第二节第二节DNA的结构与功能的结构与功能 Structure and Function of DNA概念：概念： DNADNA

9、分子中核苷酸的排列顺序，即碱基分子中核苷酸的排列顺序，即碱基的排列顺序。的排列顺序。连接键：连接键：3,5-3,5-磷酸二酯键磷酸二酯键 即第一个核苷酸糖环上原来游离的即第一个核苷酸糖环上原来游离的C-3C-3羟基与第二个核苷酸羟基与第二个核苷酸C-5C-5磷酸组成磷酸组成3,53,5磷酸二酯键。磷酸二酯键。一、一、DNA的一级结构的一级结构55末端的末端的磷酸基团磷酸基团33，55磷磷 酸二酯键酸二酯键33末端的末端的 羟基羟基 DNA的一级结构的一级结构 （一）（一）DNA双螺旋结构的研究背景双螺旋结构的研究背景 碱基组成分析碱基组成分析Chargaff 规则：规则：A = TG C 碱基

10、的理化数据分析碱基的理化数据分析A-T、G-C以氢键配对较合理以氢键配对较合理 DNA纤维的纤维的X-线衍射图谱分析线衍射图谱分析 二、二、DNA的二级结构的二级结构 The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1962for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its significance for information transfer in living material Francis Harry Compton CrickJame

11、s Dewey WatsonMaurice Hugh Frederick Wilkins 1/3 of the prize 1/3 of the prize 1/3 of the prizeMRC Laboratory of Molecular Biology Cambridge, United KingdomHarvard University Cambridge, MA, USALondon University London, United Kingdomb. 1916d. 2004b. 1928b. 1916(in Pongaroa, New Zealand)d. 2004（二）（二）

12、 DNA双螺旋结构模型要双螺旋结构模型要点点 （Watson, Crick, 1953）uDNA分子由两条分子由两条相互平行但相互平行但走向相反走向相反的脱氧多核苷酸链的脱氧多核苷酸链组成，两链以组成，两链以-脱氧核糖脱氧核糖-磷磷酸酸-为骨架，以为骨架，以右手螺旋右手螺旋方方式绕同一公共轴盘。螺旋直式绕同一公共轴盘。螺旋直径为径为2nm，形成大沟，形成大沟(major g ro o v e ) 及 小 沟及 小 沟 ( m i n o r groove)相间。相间。（二）（二） DNA双螺旋结构模型要双螺旋结构模型要点（点（Watson, Crick, 1953）u碱基垂直螺旋轴居双螺旋内碱

13、基垂直螺旋轴居双螺旋内側，与对側碱基形成側，与对側碱基形成氢键配氢键配对对（互补配对形式：（互补配对形式：A=T; G C） 。u相邻碱基平面距离相邻碱基平面距离0.34nm，螺旋一圈螺距螺旋一圈螺距3.4nm，一圈，一圈10对碱基。对碱基。碱基互补配对碱基互补配对 TAGCu氢键氢键维持双链维持双链横向稳定横向稳定性性，碱基堆积力碱基堆积力维持双维持双链链纵向稳定性纵向稳定性。（二）（二） DNA双螺旋结构模型要双螺旋结构模型要点（点（Watson, Crick, 1953）（三）（三）DNA双螺旋结构的多样性双螺旋结构的多样性二、二、DNA的超螺旋结构及其在染色质的超螺旋结构及其在染色质中

14、的组装中的组装（一）（一）DNA的超螺旋结构的超螺旋结构超螺旋结构超螺旋结构(superhelix 或或supercoil)DNA双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。双螺旋链再盘绕即形成超螺旋结构。 正超螺旋正超螺旋(positive supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNADNA双螺旋方同相同双螺旋方同相同 负超螺旋负超螺旋(negative supercoil)盘绕方向与盘绕方向与DNADNA双螺旋方向相反双螺旋方向相反 意义意义DNA超螺旋结构整体或局部的拓扑学超螺旋结构整体或局部的拓扑学变化及其调控对于变化及其调控对于DNA复制和复制和RNA转录过转录过程具有关键作用。程具有关键作用

15、。 （二）原核生物（二）原核生物DNA的高级结构的高级结构（三）（三）DNA在真核生物细胞核内的组装在真核生物细胞核内的组装真核生物染色体由真核生物染色体由DNA和蛋白质构成，和蛋白质构成，其基本单位是其基本单位是 核小体核小体(nucleosome)。核小体的组成核小体的组成DNA：约约200bp 组蛋白：组蛋白：H1H2A，H2BH3H4DNA的基本功能是以的基本功能是以基因基因的形式荷载遗的形式荷载遗传信息，并作为基因复制和转录的模板。它传信息，并作为基因复制和转录的模板。它是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动是生命遗传的物质基础，也是个体生命活动的信息基础。的信息基础。基因从结构上定

16、义，基因从结构上定义，是指是指DNA分子中的分子中的特定区段，其中的核苷酸排列顺序决定了基特定区段，其中的核苷酸排列顺序决定了基因的功能。因的功能。 Structure and Function of RNARNA的种类、分布、功能的种类、分布、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

17、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h

18、nRNA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一一 、信使、信使RNA的结构与功能的结构与功能hnRNA 内含子内含子( (intron) )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1. 大多数真核大多数真核mRNA的的5 末端均在转录后加上末端均在转录后加上一个一个7-甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的甲基鸟苷，同时第一个核苷酸的C 2也也是甲基化，形成帽子结构：是甲基化，形成帽子结构：m7GpppNm-。2. 大多数真核大多数真核

19、mRNA的的3 末端有一个多聚腺苷酸末端有一个多聚腺苷酸(polyA)结构，称为多聚结构，称为多聚A尾。尾。NN+NNOOCH3CH2O P O P OP O CH2BOOOPCH3OO CH2CH3OOOBOOOOOO(m6A.A.G.C.U)(m6A.A.G.C.U)mRNAmRNA的的5 5 帽子结帽子结构构m m7 7GpppNGpppNm m5 5 5 ，5- -三磷酸二脂键三磷酸二脂键帽子结构帽子结构mRNA核内向胞质的转位核内向胞质的转位mRNA的稳定性维系的稳定性维系翻译起始的调控翻译起始的调控 帽子结构和多聚帽子结构和多聚A尾的功能尾的功能* mRNA的功能的功能 把把DNA

20、所携带的遗传信息，按碱基互所携带的遗传信息，按碱基互补配对原则，抄录并传送至核糖体，用以补配对原则，抄录并传送至核糖体，用以决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。决定其合成蛋白质的氨基酸排列顺序。DNAmRNA蛋白蛋白转转录录翻翻译译原核细胞原核细胞 细胞质细胞质细胞核细胞核DNA内含子内含子外显子外显子转录转录转录后剪接转录后剪接转运转运mRNAhnRNA翻译翻译蛋白蛋白真核细胞真核细胞 含含 1020% 稀有碱基，如稀有碱基，如 DHU3 末端为末端为5 末端大多数为末端大多数为G 具有具有 T C二、转运二、转运RNA的结构与功能的结构与功能NNOOOHOHHOCH2NNNHNOOHOHOH

21、OCH2NNNNOOHOHOHNH2HOCH2CH351 1 1 99假尿嘧啶核苷假尿嘧啶核苷 次黄嘌呤核苷次黄嘌呤核苷 双氢尿嘧啶核苷双氢尿嘧啶核苷 7甲基鸟嘌呤甲基鸟嘌呤 ( pseudouridine, ) ( inosine, I ) ( dihydrouridine,DHU ) ( 7-methylguanosine,mG )1 1HNNOOHOHOHHHOCH222* tRNA的二级结构的二级结构三叶草形三叶草形 氨基酸臂氨基酸臂 DHU环环 反密码环反密码环 额外环额外环 TC环环氨基酸氨基酸臂臂额外环额外环* 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

22、、搬运氨基活化、搬运氨基酸到核糖体，参与蛋酸到核糖体，参与蛋白质的翻译。白质的翻译。* rRNA的结构的结构三、核蛋白体三、核蛋白体RNA的结构与功能的结构与功能* rRNA的功能的功能参与组成核蛋白参与组成核蛋白体，作为蛋白质生物体，作为蛋白质生物合成的场所。合成的场所。* rRNA的种类（根据沉降系数）的种类（根据沉降系数）真核生物真核生物5S rRNA5S rRNA28S rRNA28S rRNA5.8S rRNA5.8S rRNA18S rRNA18S rRNA原核生物原核生物5S rRNA5S rRNA23S rRNA23S rRNA16S rRNA16S rRNA核蛋白体的组成核蛋

23、白体的组成原核生物（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）小亚小亚基基30S40SrRNA16S1542个核苷酸个核苷酸18S1874个核苷酸个核苷酸蛋白蛋白质质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%大亚大亚基基50S60SrRNA23S5S2940个核苷酸个核苷酸120个核苷酸个核苷酸28S5.85S5S4718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蛋白质质31种种占总重量的占总重量的30%49种种占总重量的占总重量的35%四四 、小分子核内、小分子核内RNA 除了上述三种除了上述三种

24、RNA外，细胞的不同外，细胞的不同部位存在的一类碱基数小于部位存在的一类碱基数小于300的小分子的小分子RNA，称为，称为小分子核内小分子核内RNA。 snRNA (small nuclear RNA)snRNA的种类的种类核内小核内小RNARNA核仁小核仁小RNARNA胞质小胞质小RNARNA，等等，等等snRNA的功能的功能参与参与hnRNA和和rRNA的加工和转运。的加工和转运。五、核酶五、核酶某些某些RNARNA分子本身具有自我催化能力，可以完成分子本身具有自我催化能力，可以完成rRNArRNA的剪接。这种有催化作用的的剪接。这种有催化作用的RNARNA被称为核被称为核酶酶(Riboz

25、yme)1989(Ribozyme)1989年，美国科学家年，美国科学家AltmanAltman和和CechCech由由于发现核酶而获于发现核酶而获Nobel Nobel 化学奖。化学奖。是对传统观念的一种挑战。是对传统观念的一种挑战。在医学上有特殊的用途。在医学上有特殊的用途。u 催化性催化性DNA DNA (deoxyribozyme)(deoxyribozyme) 人工合成的寡聚人工合成的寡聚脱氧核苷酸片段，也能序列特异性降解脱氧核苷酸片段，也能序列特异性降解RNARNA。 The Nobel Prize in Chemistry 1989for their discovery of c

26、atalytic properties of RNA Sidney AltmanThomas R. Cech 1/2 of the prize 1/2 of the prizeCanada and USAUSAYale University New Haven, CT, USAUniversity of Colorado Boulder, CO, USAb. 1939b. 1947核酶的发现核酶的发现第四节第四节核核 酸酸 的的 理理 化化 性性 质质The Physical and Chemical Characters of Nucleic Acid一、核酸一般的理化性质一、核酸一般的理化

27、性质u多元酸，较强的酸性。多元酸，较强的酸性。u260nm260nm特征性吸收峰特征性吸收峰u核酸的高分子特性核酸的高分子特性 DNADNA为线性高分子，粘度极大，而为线性高分子，粘度极大，而RNARNA分子远小于分子远小于DNADNA，粘度也小得多，粘度也小得多1. DNA或或RNA的定量的定量OD260=1.0相当于相当于50 g/ml双链双链DNA40g/ml单链单链DNA（或（或RNA）20g/ml寡核苷酸寡核苷酸2.判断核酸样品的纯度判断核酸样品的纯度DNA纯品纯品: OD260/OD280 = 1.8RNA纯品纯品: OD260/OD280 = 2.0OD260的应用的应用二、二、

28、DNA的变性的变性(denaturation)定义：定义：在某些理化因素作用下，在某些理化因素作用下，DNA双链解开双链解开成两条单链的过程。成两条单链的过程。方法：方法：过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、过量酸，碱，加热，变性试剂如尿素、 酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。酰胺以及某些有机溶剂如乙醇、丙酮等。变性后其它理化性质变化：变性后其它理化性质变化：OD260增高增高粘度下降粘度下降比旋度下降比旋度下降浮力密度升高浮力密度升高酸碱滴定曲线改变酸碱滴定曲线改变生物活性丧失生物活性丧失DNADNA变性的本质是双链间氢键的断裂变性的本质是双链间氢键的断裂例：变性引起紫外吸收值的改变例：变性

29、引起紫外吸收值的改变DNA的紫外吸收光谱的紫外吸收光谱增色效应：增色效应：DNA变性时其溶液变性时其溶液OD260增高的现象增高的现象。热变性热变性解链曲线：解链曲线：如果在连续加热如果在连续加热DNA的过程中以的过程中以温度对温度对A260（absorbance，A，A260代表溶液代表溶液在在260nm处的吸光率）值作图，所得的曲线称为处的吸光率）值作图，所得的曲线称为解链曲线。解链曲线。 Tm：变性是在一个相当窄的温度范围内完成，变性是在一个相当窄的温度范围内完成，在这一范围内，紫外光吸收值达到最大值的在这一范围内，紫外光吸收值达到最大值的50%时的温度称为时的温度称为DNA的解链温度，

30、又称融解的解链温度，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。三、三、DNA的复性与分子杂交的复性与分子杂交 DNA复性复性(renaturation)的定义的定义在适当条件下，变性在适当条件下，变性DNA的两条互补链可的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为恢复天然的双螺旋构象，这一现象称为复性复性。减色效应减色效应DNA复性时，其溶液复性时，其溶液OD260降低。降低。热变性的热变性的DNA经缓慢冷却后即可复性，经缓慢冷却后即可复性，这一过程称为这一过程称为退火退火(annealing) 。在在DNA变性后的

31、复性过程中，如果将不变性后的复性过程中，如果将不同种类的同种类的DNA单链分子或单链分子或RNA分子放在同一分子放在同一溶液中，只要两种单链分子之间存在着一定溶液中，只要两种单链分子之间存在着一定程度的碱基配对关系，在适宜的条件（温度程度的碱基配对关系，在适宜的条件（温度及离子强度）下，就可以在不同的分子间形及离子强度）下，就可以在不同的分子间形成成杂化双链杂化双链(heteroduplex)。这种杂化双链可以在不同的这种杂化双链可以在不同的DNA与与DNA之间形成，也可以在之间形成，也可以在DNA和和RNA分子间或者分子间或者RNA与与RNA分子间形成。这种现象称为核酸分子间形成。这种现象称

32、为核酸分子杂交。分子杂交。核酸分子杂交核酸分子杂交(hybridization) DNA-DNA杂交双链分子杂交双链分子变性变性 复性复性 不同来源的不同来源的DNA分子分子核酸分子杂交的应用核酸分子杂交的应用研究研究DNA分子中某一种基因的位置分子中某一种基因的位置定两种核酸分子间的序列相似性定两种核酸分子间的序列相似性检测某些专一序列在待检样品中存在与检测某些专一序列在待检样品中存在与否是基因芯片技术的基础否是基因芯片技术的基础 两种最重要的生物大分子比较两种最重要的生物大分子比较 组成单位组成单位 氨基酸氨基酸 核苷核苷 酸酸种种 类类 20种种 四种四种 dNMP (DNA) 四种四种

33、 NMP (RNA)连接方式连接方式 肽键肽键 磷酸二酯键磷酸二酯键一级结构一级结构 AA排列顺序排列顺序 碱基序列碱基序列空间结构空间结构 二、三、四二、三、四 螺旋、超螺旋、蛋白螺旋、超螺旋、蛋白 级结构级结构 -核酸非共价结合核酸非共价结合 功功 能能 生命活动生命活动 遗传信息贮存、传递、遗传信息贮存、传递、 直接执行者直接执行者 表达表达,决定蛋白结构决定蛋白结构蛋白质蛋白质 核酸核酸第第 五五 节节核核 苷苷 酸酸 的的 代代 谢谢Metabolism of Nucleotides l核酸的消化与吸收核酸的消化与吸收概概 述述食物核蛋白食物核蛋白蛋白质蛋白质核酸（核酸（RNA及及D

34、NA）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一、嘌呤核苷酸的代谢一、嘌呤核苷酸的代谢Metabolism of Purine Nucleotidesl嘌呤核苷酸的结构嘌呤核苷酸的结构GMPAMP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) )l补救合成途径补救合成途径( (salvage synthesis pathway) ) 嘌呤核苷酸的从头合成途径是指利嘌呤核苷酸的从头合成途径是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧用磷酸核糖、氨基

35、酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶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。促反应，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核苷酸的主要器官，其次是要器官，其次是小肠小肠和和胸腺胸腺，而，而脑、骨脑、骨髓髓则无法进行此合成途径。则无法进行此合成途径。（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）过程过程1. IM

36、P的合成的合成2. AMP和和GMP的生成的生成R-5-P（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、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合合成成酶酶目目 录录IMP生成总反应过

37、程生成总反应过程目目 录录腺苷酸代琥珀酸合成酶腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMP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 GMP合成酶合成酶2、AMP和和GMP的生成的生成目目 录录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的合成需的合成需5个个ATP，6个高能磷酸键。个高能磷酸键。 AMP或或GMP的合成又需的合成又需1个个ATP。 嘌呤核苷酸从头合成嘌呤核苷酸从头合成特点特点 利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经利用体内游离的

38、嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，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。称为补救合成（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腺嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶( (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- guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT) )腺苷激酶腺苷激酶( (adenosine kinase)参与补

39、救合成的酶参与补救合成的酶腺嘌呤腺嘌呤 + + 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补救合成途径的生理意义补救合成途径的生理意义: :1. 1.节约从头合成时需要的能量和一些氨基酸节约从头合成时需要的能量和一些氨基酸2. 2.脑、骨髓等脑、骨髓等( (由于缺乏有关酶由于缺乏有关酶) )不能进行从不能进行从头合成头合成, ,只能进行嘌呤核苷酸的补救合成只能进行嘌呤核苷酸的补救合成. . 基因缺陷导致基因缺陷导致

40、HGPRTHGPRT完全缺乏的患儿完全缺乏的患儿, ,表现为自毁容貌征或称表现为自毁容貌征或称Lesh-NyhanLesh-Nyhan综合征综合征 （三）（三） 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是一些嘌呤、氨基嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、氨基酸或叶酸等的类似物。酸或叶酸等的类似物。嘌呤类似物嘌呤类似物氨基酸类似物氨基酸类似物 叶酸类似物叶酸类似物6- 6-巯基嘌呤巯基嘌呤6- 6-巯基鸟嘌呤巯基鸟嘌呤8- 8-氮杂鸟嘌呤氮杂鸟嘌呤等等氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸等等 氨蝶呤氨蝶呤氨甲蝶呤氨甲蝶呤等等次黄嘌呤次黄嘌呤(H)6-巯基嘌呤巯基嘌呤(6-MP)6-巯基嘌呤巯基

41、嘌呤的结构的结构甲酰甘氨酰甲酰甘氨酰胺核苷酸胺核苷酸（FGAR）PRPP 谷氨酰胺谷氨酰胺（Gln）=PRA甘氨酰胺甘氨酰胺核苷酸核苷酸（GAR）=甲酰甘氨甲酰甘氨脒核苷酸脒核苷酸（FGAM）5-氨基异咪唑氨基异咪唑-4-甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸（AICAR）=5-甲酰胺基咪唑甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸（FAICAR）IMP次黄嘌呤次黄嘌呤（H）PRPPPPi=AMP=PRPPPPi=腺嘌呤（腺嘌呤（A）GMP=PRPPPPi鸟嘌呤鸟嘌呤(G)6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸MTXMTX 二、嘧啶核苷酸

42、的代谢二、嘧啶核苷酸的代谢Metabolism of Pyrimidine Nucleotidesl嘧啶核苷酸的结构嘧啶核苷酸的结构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、嘧啶核苷酸的合成代谢一、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合成过程合成过程1. 尿嘧啶核苷酸的合成尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰