生物化学下-第33章--核酸的降解与核苷酸代谢-课件

1、一、核酸和核苷酸的分解代谢二、核苷酸的生物合成三、辅酶核苷酸的生物合成第33章 核酸的降解和核苷酸代谢 核酸的降解和核苷酸代谢第一节 核酸和核苷酸的分解代谢第二节 核苷酸的合成代谢（一）核酸的解聚 核酸磷酸核苷酸核苷水解一、核酸和核苷酸的分解代谢糖基碱基1、 降解核酸的酶 按分解底物：核糖核酸酶和脱氧核糖核酸酶 按专一性：非特异性和特异性两种。 按水解方式：内切和外切两种方式。 外切：3 -外切、5 -外切 AGAGTCTCHO35外切酶外切酶内切酶AGAGTCTCHO35AGATHO35GCTC53HO5AGATHO3OHGCTC53内切酶按水解部位有：水解3-OH和磷酸的酯键和5-OH和磷

2、酸的酯键的酶，产物分别为5-磷酸寡聚核苷酸和3-磷酸寡聚核苷酸 水解DNA和RNA 3或5末端的磷酸二酯键如：蛇毒磷酸二酯酶：3-端外切酶，产物：5-核苷酸 牛脾磷酸二酯酶：5-端外切酶，产物：3-核苷酸蛇毒磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶AGAGTCTCHO35HON5-核苷酸OHN3-核苷酸2、核酸外切酶 催化水解多核苷酸链内部的磷酸二酯键 1）非特异性 （1） 核酸酶：以DNA和RNA为底物产物：3-磷酸寡聚核苷酸（小球菌核酸酶）或5-磷酸寡聚核苷酸（链孢霉菌核酸酶）。5AGATHO3OHGCTC533-磷酸寡聚核苷酸AGATHO35GCTC53HO5-磷酸寡聚核苷酸3、核酸内切酶（2）脱氧核糖

3、核酸酶： 以DNA为底物产物：3-磷酸寡聚核苷酸（牛胰脱氧核糖核酸酶）或5-磷酸寡聚核苷酸（牛脾核糖核酸酶）（3）核糖核酸酶：水解RNA的磷酸二酯键，产物为3-磷酸寡核苷酸（牛胰核糖核酸酶）或5-磷酸寡核苷酸（核糖核酸酶T1）。2）特异性酶 限制性内切酶：可识别DNA上的碱基序列专一性位点，其碱基长度是48个碱基，将两条链同时切开形成粘性末端(如EcoRI)和非粘性末端（如 HaeIII ）。N-C-T-T-A-A-G-NN-G-A-A-T-T-C-N5335EcoRI5335N-C-C-G-G-NN-G-G-C-C-NHaeIIIN-C-T-T-A-A G-NN-G A-A-T-T-C-N5

4、335N-C-C G-G-NN-G-G C-C-N5335（二）核苷酸的分解磷酸-戊糖碱基核苷酸分解合成？进入戊糖磷酸途径或重新合成核酸磷酸化酶水解酶存在广泛 存在于植物/微生物催化可逆的反应 反应不可逆作用于核糖或脱氧核糖核苷 作用于核糖核苷再利用一、嘌呤碱的分解代谢GMPAMP（一）嘌呤碱的分解过程1、代谢场所代谢场所：肝脏、小肠及肾脏生物体内嘌呤的分解可分别在碱基、核苷、核苷酸水平上进行，进行的反应有脱氨、氧化等。2、代谢过程嘌呤碱在各种脱氨酶的作用下水解脱去氨基，反应可以在碱基、核苷及核苷酸的水平上进行。腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷腺嘌呤次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷次黄嘌呤核苷酸酶核苷磷酸化酶

5、核苷酸酶核苷磷酸化酶腺嘌呤核苷酸脱氨酶腺嘌呤核苷脱氨酶腺嘌呤脱氨酶鸟嘌呤黄嘌呤鸟嘌呤脱氨酶黄嘌呤和次黄嘌呤可继续被分解，不同生物降解的产物不同。黄嘌呤氧化酶尿酸氧化酶次黄嘌呤黄嘌呤尿酸（排尿酸动物）黄嘌呤氧化酶尿囊素（除人猿外的哺乳动物）尿囊酸（硬骨鱼类）尿囊素酶尿素+乙醛酸（鱼类、两栖类）尿囊酸酶氨+二氧化碳（低等动物）I嘌呤碱的最终代谢产物小结3、代谢产物排尿酸动物：灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类排尿囊素动物：哺乳动物（灵长类除外）、腹足类排尿囊酸动物：硬骨鱼类排尿素动物：大多数鱼类、两栖类某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和CO2排出。植物分解嘌呤的途径与动物相似，产生各种中间产物

6、（尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）。微生物分解嘌呤类物质，生成NH3、CO2及有机酸（甲酸、乙酸、乳酸、等）。 4、与嘌呤分解代谢有关的病症痛风症由于体内嘌呤核苷酸分解代谢异常，可致血中尿酸水平升高，以尿酸钠晶体沉积于软骨、关节、软组织及肾脏，临床上表现为皮下结节、关节疼痛等。 高嘌呤饮食体内核酸大量分解肾疾病嘌呤核苷酸代谢酶缺陷血中尿酸含量升高痛风尿酸盐晶体沉积 血尿酸0.48mmol/L鸟嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤尿酸黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇练习题：1、GMP和AMP分解过程中产生的共同中间产物是（ ）？AXMP B黄嘌呤（X） C腺嘌呤（A） D鸟嘌呤（G） ECO22、痛风症患者血中含量

7、升高的物质是（ ）？ A尿素 BNH3 C胆红素 D尿酸 E肌酸3、动物体内直接催化尿酸生成的酶是（）？A尿酸氧化酶 B腺苷酸脱氨酶 C黄嘌呤氧化酶 D次黄嘌呤氧化酶 E以上均不是4、人体内嘌呤核苷酸分解代谢的主要终产物是 A尿素 B肌酸 C肌酸酐 D尿酸 E-丙氨酸二、嘧啶碱的分解代谢胞嘧啶需要先脱氨生成尿嘧啶后才继续被分解。-脲基丙酸DHU胞嘧啶NH3尿嘧啶二氢尿嘧啶 H2OCO2 + NH3-丙氨酸胸腺嘧啶-脲基异丁酸-氨基异丁酸H2O丙二酸单酰CoA乙酰CoATCA肝尿素甲基丙二酸单酰CoA琥珀酰CoATCA糖异生小结练习题：嘧啶核苷酸分解代谢产物有( )?ANH3 B尿酸 CCO2

8、D-丙氨酸 E-氨基异丁酸第二节 核苷酸的合成代谢从头合成途径(de novo synthesis pathway) 利用氨基酸等作为原料合成补救合成途径(salvage synthesis pathway) 利用体内游离的碱基或核苷合成核苷酸生物合成的基本途径一、嘌呤核苷酸的合成（一）嘌呤碱的元素来源谷氨酰胺（酰胺氮） 一碳基团（甲酸盐） 一碳基团（甲酸盐）甘氨酸二氧化碳天冬氨酸CO2天冬氨酸甲酸盐（一碳单位）甘氨酸甲酸盐（一碳单位）谷氨酰胺（酰胺基）“甘氨酸中间站，谷碳坐两边。左上天冬氨，头顶二氧化碳”。 嘌呤环上的四个氮原子来源于（ ）？A.天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸B.天冬氨酸、谷氨酰

9、胺、氨C.天冬氨酸、甘氨酸D.甘氨酸、谷氨酰胺、氨E. 尿素、氨（二）嘌呤核苷酸的合成1、 从头合成的概念及部位利用磷酸核糖、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，合成嘌呤核苷酸的途径。 肝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，而脑、骨髓则无法进行此合成途径。合成部位定义2、 从头合成的过程1）合成原料：天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳基团、CO2、磷酸核糖。2）合成特点：磷酸核糖为起始物，逐步加原料合成嘌呤环，形成重要中间产物 IMP（次黄嘌呤核苷酸），再转变为AMP和GMP。3）合成过程合成过程IMP的合成AMP和GMP的生成I. 次黄嘌呤核苷酸的

10、合成磷酸核糖焦磷酸激酶155-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）磷酸核糖焦磷酸激酶（1） 第一阶段的反应酰胺转移酶5-磷酸核糖胺谷氨酰胺谷氨酸PRPP-构型-构型5-磷酸核糖胺甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核糖核苷酸合成酶甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸转甲酰基酶来自甲酸（盐）N10-甲酰四氢叶酸四氢叶酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨脒核苷酸合成酶谷氨酰胺谷氨酸甲酰甘氨脒核苷酸5-氨基-咪唑核苷酸合成酶（2） 第二阶段的反应N5-羧基氨基咪唑核苷酸5-氨基-咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸合成酶5-氨基-4-羧酸咪唑核苷酸N5-羧基氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸变位酶N-琥珀酸-5-氨基咪唑-4-羧酰胺核苷酸5-氨基

11、-4-羧酸咪唑核苷酸合成酶5-氨基咪唑-4-羧酰胺核苷酸延胡索酸N-琥珀酸-5-氨基咪唑-4-羧酰胺核苷酸腺苷酸琥珀酸裂合酶N-甲酰氨基咪唑-4-羧酰胺核苷酸5-氨基咪唑-4-羧酰胺核苷酸N10-甲酰四氢叶酸四氢叶酸次黄嘌呤核苷酸N-甲酰氨基咪唑-4-羧酰胺核苷酸II. AMP和GMP的合成（1） AMP的合成IMPAsp腺苷酸琥珀酸延胡索酸AMP腺苷酸琥珀酸合成酶腺苷酸琥珀酸裂合酶（2）GMP的合成IMP次黄嘌呤核苷酸脱氢酶XMP黄嘌呤核苷酸黄嘌呤核苷酸鸟苷酸细菌直接以氨作为氨基供体鸟嘌呤核苷酸合成酶小结：AMP和GMP的合成黄嘌呤核苷酸3、从头合成的特点嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成

12、的。IMP的合成需6个ATP，7个高能磷酸键。 AMP或GMP的合成又需1个GTP或ATP。4、嘌呤核苷酸合成代谢的调节调节方式：反馈调节和交叉调节R-5-PATPPRPP合成酶PRPP酰胺转移酶PRAIMP腺苷酸代琥珀酸AMPADPATPXMPGMPGDPGTP+_反馈调节_+交叉调节：相互调整，比例平衡IMP腺苷酸代琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATPGTP1、嘌呤核苷酸从头合成的原料包括下列哪些物质？ A、磷酸核糖 B、CO2 C、一碳单位 D、谷氨酰胺和天冬氨酸 练习题：2、关于嘌呤核苷酸的合成描述正确的是 （ ）A利用氨基酸、一碳单位和CO2为原料，首先合成嘌呤环再

13、与5-磷酸核糖结合而成B以一碳单位、CO2、NH3和5-磷酸核糖为原料直接合成C5-磷酸核糖为起始物，在酶催化下与ATP作用生成PRPP，再与氨基酸、CO2和一碳单位作用，逐步形成嘌呤核苷酸 D在氨基甲酰磷酸的基础上，逐步合成嘌呤核苷酸3、合成嘌呤核苷酸过程中首先合成的是（）？ AGMP BAMP CXMP DTMP EIMP（三）由嘌呤碱和核苷酸合成核苷酸“补救合成”-salvage synthesis定义：利用体内游离的碱基或相应的核苷，经过简单的反应，合成核苷酸的过程，称为补救合成（或重新利用）途径。1、定义(脑和骨髓)腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adenine phosphoribosyl

14、transferase, APRT)次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine- guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT)腺苷激酶(adenosine kinase)催化的主要酶：2、合成机制Lesch-Nyhan综合症（莱-尼综合症）：也称为自毁容貌症，是由于次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶的遗传缺陷引起的。缺乏该酶使得次黄嘌呤和鸟嘌呤不能转换为IMP和GMP，而是降解为尿酸，过量尿酸将导致Lesch-Nyhan综合症。手舞足蹈，咬指咬唇强迫自残。5、嘌呤核苷酸生物合成的调节 磷酸核糖焦磷酸激酶 转酰胺酶 腺苷酸琥珀酸 合成酶 次黄嘌呤

15、核苷酸脱氢酶抗代谢物的概念:在化学结构上与正常代谢物（底物或辅酶）结构相似，具有竞争性拮抗正常代谢的物质。机制:竞争性抑制或“以假乱真”方式干扰或阻断核苷酸的合成代谢，进而阻止核酸及蛋白质的生物合成。意义:抗肿瘤 嘌呤核苷酸合成的抗代谢物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。嘌呤类似物氨基酸类似物叶酸类似物6-巯基嘌呤6-巯基鸟嘌呤8-氮杂鸟嘌呤等氮杂丝氨酸等甲氨蝶呤氨蝶呤等主要有6-巯基嘌呤(6-MP)、6-巯基鸟嘌呤、8-氮杂鸟嘌呤等次黄嘌呤(H)6-巯基嘌呤(6-MP)嘌呤类似物6-MP6-MP核苷酸酰胺转移酶IMP转变为AMP和GMP从头合成途径补救合成途径HGPRT

16、6-MP作用机制6-巯基嘌呤氨基酸类似物 主要有氮杂丝氨酸(AS)、 6-重氮-5-氧正亮氨酸等 化学结构与Gln相似主要有氨蝶呤(AP)和甲氨蝶呤(MTX)等。能竞争性抑制二氢叶酸还原酶，使叶酸不能还原成FH2和FH4。叶酸类似物甲酰甘氨酰胺核苷酸（FGAR）PRPP谷氨酰胺（Gln）=PRA甘氨酰胺核苷酸（GAR）=甲酰甘氨脒核苷酸（FGAM）5-氨基异咪唑-4-甲酰胺核苷酸（AICAR）=5-甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸（FAICAR）IMP次黄嘌呤（H）PRPPPPi=AMP=PRPPPPi=腺嘌呤（A）GMP=PRPPPPi鸟嘌呤(G)6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP氮杂丝

17、氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸MTXMTX1、嘌呤核苷酸补救合成途径的主要器官是 A脑组织 B肝脏 C肾脏 D小肠 E胸腺练习题：练习题：2、自毁容貌症是由于基因缺陷而导致 完全缺失所致。 HGPRT AMP GMP 增加 增加 3、嘌呤核苷酸的合成中由IMP可转变成_和_，过量的ATP导致GMP合成_，过量的GTP导致AMP合成_。二、嘧啶核苷酸的合成（一）嘧啶碱的元素来源氨甲酰磷酸天冬氨酸右边站，谷酰直往左上窜，剩余废物二氧化碳（二）嘧啶核苷酸的从头合成主要是肝细胞胞液 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，合成嘧啶核苷酸的途径。 1、定义2、合成部位3、

18、合成过程合成原料：谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2、磷酸核糖。 合成特点：用原料先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖连接生成嘧啶核苷酸。（1）UMP的合成（2）胞嘧啶核苷酸的合成在核苷三磷酸的水平上形成CTP（3）胸腺嘧啶核苷酸的合成FH2FH2还原酶NADPH+H+NADP（三）嘧啶核苷酸的补救合成胞嘧啶核苷 尿嘧啶核苷（四）嘧啶核苷酸生物合成的调节（五）嘧啶核苷酸合成的抗代谢物1、嘧啶类似物胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶(5-FU)通过对酶的竞争性抑制而干扰或抑制嘧啶核苷酸的合成。ddUMPN5,N10-CH2-FH4FH2FH2还原酶NADPH+H+NADPFH4丝氨酸甘氨酸胸苷酸合成酶5-FUF-dU

19、MP，可竞争性抑制胸苷酸合成酶的活性，从而抑制胸苷酸的合成。 d氮杂丝氨酸抑制CTP合成；氨甲蝶呤抑制dTMP合成。2、氨基酸和叶酸类似物3、某些改变了核糖结构的核苷类似物抑制CDPdCDP。UMPUTPCTPCDPdCDPUDPdUDPdUMPdTMP氮杂丝氨酸阿糖胞苷氨甲碟呤氮杂丝氨酸小结：嘧啶核苷酸合成的抗代谢物调节机制5-FU小结：三、脱氧核糖核苷酸的合成在核苷二磷酸水平上进行（N代表A、G、U、C等碱基）核糖核苷酸的还原反应NADP+NADPH+H+硫氧还蛋白还原酶FAD核糖核苷酸还原酶ATP 、Mg2+硫氧还蛋白（还原型）SHSH硫氧还蛋白（氧化型）SSOP-P-CH2NOHOH核

20、糖核苷二磷酸OP-P-CH2NOHH+ H2O脱氧核糖核苷二磷酸硫氧还蛋白核糖核酸还原酶系硫氧还蛋白还原酶核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸的还原反应FAD核糖核苷酸还原酶ATP 、Mg2+硫氧还蛋白SHSH硫氧还蛋白SS硫氧还蛋白还原酶核糖核苷二磷酸+ H2O脱氧核糖核苷二磷酸FADH2谷氧还蛋白SS谷氧还蛋白SHSHNADP+NADPH+H+谷氧还蛋白还原酶OP-P-CH2NOHOHOP-P-CH2NOHHGSSG2GSH谷胱甘肽还原酶核糖核苷酸还原酶示意图底物特异性调节位点酶 活 性调节位点活性位点R1亚基R2亚基使其活化使酶抑制有利于UDP和CDP还原促进ADP和GDP还原2、胸腺嘧啶核苷酸的合成胸腺嘧啶核苷酸的合成 胸腺嘧啶核苷酸合成酶NADPH+H+SerNADP+Gly N5、N10 亚甲基 FH4 FH2二氢叶酸还原酶Se