核苷酸的分解代谢核苷酸酶-华南师范大学课件

核酸怎样分解成核苷酸核苷酸又怎样进一步分解生物怎样合成核苷酸

第十二章核酸的降解和核苷酸代谢

主要内容：主讲老师：华南师范大学生命科学学院陈文利核酸怎样分解成核苷酸第十二章核酸的降解和核苷酸代谢1一、核酸的分解代谢

概况：

核酸核苷酸核苷+Pi碱基+戊糖-1-P一、核酸的分解代谢概况：核酸核苷酸核苷+Pi碱基2（一）核酸的酶解

核酸酶（磷酸二酯酶）

核酸内切酶：DNase、RNase

核酸外切酶：蛇毒磷酸二酯酶、牛脾磷酸二酯酶

（一）核酸的酶解核酸酶（磷酸二酯酶）核酸内切酶：DNas3（二）核苷酸的分解代谢

核苷酸酶（磷酸单酯酶）

专一性的磷酸单酯酶:3ˊ-核苷酸酶,5ˊ-核苷酸酶非专一性磷酸单酯酶

（二）核苷酸的分解代谢核苷酸酶（磷酸单酯酶）专一性的磷4（三）核苷的分解代谢

磷酸解水解

核苷+H2O

核苷水解酶碱基+核糖核苷+Pi核苷磷酸化酶碱基+核糖-1-P（三）核苷的分解代谢磷酸解水解核苷+H2O5（四）嘌呤的分解代谢

不同种类的生物分解嘌呤的能力不同，产物也不同。人、灵长类、鸟类、某些爬虫类将嘌呤分解成尿酸，其他生物还可将尿酸进一步分解成尿囊素、尿囊酸、尿素、甚至CO2、NH3。

（四）嘌呤的分解代谢不同种类的生物分解嘌呤6核酸中的嘌呤主要是Ade、Gua首先脱氨，分别生成次黄嘌呤和黄嘌呤，再进一步代谢生成尿酸。

核酸中的嘌呤主要是Ade、Gua首先脱氨，分7核苷酸的分解代谢核苷酸酶-华南师范大学课件8核苷酸的分解代谢核苷酸酶-华南师范大学课件9尿酸过多导致痛风（gout）

尿酸过多导致痛风（gout）10结构与次黄嘌呤很相似的别嘌呤醇（allopurinol）对黄嘌呤氧化酶有很强的抑制作用，可用来治疗痛风。

结构与次黄嘌呤很相似的别嘌呤醇（allopu11核苷酸的分解代谢核苷酸酶-华南师范大学课件12总结嘌呤的分解代谢。

总结嘌呤的分解代谢。13（五）嘧啶碱的分解代谢

RNA：Cyt、Ura（五）嘧啶碱的分解代谢RNA：Cyt、Ura14DNA：Thy

DNA：Thy15嘧啶分解代谢总结

嘧啶分解代谢总结16二、核苷酸的生物合成

（一）嘌呤核苷酸的生物合成

1．从头合成途径（Denovosynthesis）

首先合成IMPAMP

GMPIMP二、核苷酸的生物合成（一）嘌呤核苷酸的生物合成1．从头17IMP合成概况：

R-5-P→5-氨基咪唑核苷酸，形成了咪唑环，包括反应（1）～（6）

第一阶段:IMP合成概况：R-5-P→5-氨基咪唑核苷酸，形成18ManystepsrequireanactivatedribosesugarManystepsrequireanactivate19Thecommittedstepinthedonovosynthesisofpurinenucleotides

Thecommittedstepinthedon20核苷酸的分解代谢核苷酸酶-华南师范大学课件215-氨基咪唑核苷酸→IMP，在5-氨基咪唑核苷酸分子上形成另一个环状结构（嘧啶环），形成IMP。

第二阶段:5-氨基咪唑核苷酸→IMP，在5-氨基咪唑核22核苷酸的分解代谢核苷酸酶-华南师范大学课件23IMP合成总结

IMP合成总结24purine环各原子的来源

purine环各原子的来源25Gln是合成嘌呤核的氮原子供体，与Gln结构相似的一些化合物如氮丝氨酸（azaserine）和6-重氮-5-氧代正亮氨酸（6-diazo-5-oxonorleucine,DON）是Gln的拮抗物，阻止生物体利用Gln合成嘌呤核苷酸（即阻止反应5），从而阻止核苷酸的合成。FH4­是一碳单位的载体，叶酸的拮抗物如氨基喋呤（aminoprotein）、氨甲蝶呤（amethopterin）抑制反应4,10，阻止嘌呤核苷酸的合成，研究这些化合物对治疗癌肿可提供有益的帮助。

Gln是合成嘌呤核的氮原子供体，与Gln结构相似的26PurineBiosynthesis(denovo)IMPGMPAMPATPGTP(Abunchofstepsyoudon’tneedtoknow)(InosineMonophosphate)FeedbackInhibitionPurineBiosynthesis(denovo)I27ThesynthesisofAMPandGMPfromIMPThesynthesisofAMPandGMPf282．补救途径（salvagepathway）

(2)phosphoribosyltransferase

(1)Pu

嘌呤核苷嘌呤核苷酸R-1-PPiATPADP2．补救途径（salvagepathway）(2)ph29(adeninephosohoribosyltransferase)(hypoxanthine-guaninephosohoribosyltransferase)(adeninephosohoribosyltransf30节约能量和一些氨基酸的消耗。有些组织（如脑、骨髓）不能从头合成嘌呤核苷酸，只能进行嘌呤核苷酸的补救合成。HGPRT完全缺失的患儿，表现为自毁容貌综合症。嘌呤核苷酸补救合成的生理意义节约能量和一些氨基酸的消耗。嘌呤核苷酸补救合成的生理意义31Lesch-NyhanSyndromeAbsenceofHGPRTaseX-linked(GeneonX)OccursprimarilyinmalesCharacterizedby:IncreaseduricacidSpasticityNeurologicaldefectsAggressivebehaviorSelf-mutilationLesch-NyhanSyndromeAbsenceof32嘌呤核苷酸生物合成的调控

嘌呤核苷酸生物合成的调控33（二）嘧啶核苷酸的生物合成

显著不同处：先合成嘧啶环，然后再和PRPP作用形成核苷酸。

相同处：都有从头合成途径和补救途径。

UMP

CMPTMP与嘌呤核苷酸合成的（二）嘧啶核苷酸的生物合成显著不同处：先合成嘧啶环，然后再341．尿苷酸（UMP）的合成：

（1）从头合成途径（Denovosynthesis）

第一阶段：合成氨甲酰磷酸

第二阶段:嘧啶核的形成，包括反应2，3，4

第三阶段：形成尿苷酸,包括反应5，6

1．尿苷酸（UMP）的合成：（1）从头合成途径（Deno35ThepyrimidinebiosyntheticpathwayThepyrimidinebiosyntheticpa36（2）补救途径（salvagepathway）

尿苷磷酸化酶UraR-1-PPiU（尿苷）尿苷激酶UMPATPADP尿嘧啶磷酸核糖转移酶

UraPRPPPPi（2）补救途径（salvagepathway）尿苷磷酸化372.胞苷酸（CMP）的合成UMPCMP

+NH32.胞苷酸（CMP）的合成UMP38CTPsynthesisfromUTPCTPsynthesisfromUTP39补救途径

Cyt+PRPPCMP+PPi胞苷激酶CMPCATPADP

(胞苷)补救途径Cyt+PRPPCMP+PPi胞苷40嘧啶核苷酸生物合成的调控

嘧啶核苷酸生物合成的调控41Biosynthesis:PurinevsPyrimidineSynthesizedonPRPPRegulatedbyGTP/ATPGeneratesIMPRequiresEnergySynthesizedthenaddedtoPRPPRegulatedbyUTPGeneratesUMP/CMPRequiresEnergyPurinePyrimidineBothareverycomplicatedmulti-stepprocesswhichyourkindlyprofessordoesnotexpectyoutoknowindetailBiosynthesis:PurinevsPyrimi42（三）脱氧核苷酸的生物合成

1.核苷二磷酸的还原

（三）脱氧核苷酸的生物合成1.核苷二磷酸的还原43核苷酸的分解代谢核苷酸酶-华南师范大学课件44核苷酸的分解代谢核苷酸酶-华南师范大学课件45HydroxyureaSpecificallyinhibitsribonucleotidereductaseNDPdNDPInhibitsDNAsynthesiswithoutaffectingRNAsynthesisorothernucleotidepoolsClearedfromthebodyrapidlysonotusedextensivelyintheclinicHydroxyureaSpecificallyinhibi462.脱氧胸苷酸（dTMP）的合成

UMP→dTMP

要解决二个问题:（1）糖基的脱氧（2）碱基的甲基化，先脱氧后甲基化，高等动物中在DP水平上脱氧，在MP水平上甲基化

UMP→UDPdUDP→dUMPdTMP

-(O)+CH32.脱氧胸苷酸（dTMP）的合成UMP→dTMP要47核苷酸的分解代谢核苷酸酶-华南师范大学课件48胸苷酸合成的抑制剂癌症治疗中的应用

胸苷酸合成的抑制剂癌症治疗中的应用49核苷酸的分解代谢核苷酸酶-华南师范大学课件50核酸怎样分解成核苷酸核苷酸又怎样进一步分解生物怎样合成核苷酸

第十二章核酸的降解和核苷酸代谢

主要内容：主讲老师：华南师范大学生命科学学院陈文利核酸怎样分解成核苷酸第十二章核酸的降解和核苷酸代谢51一、核酸的分解代谢

概况：

核酸核苷酸核苷+Pi碱基+戊糖-1-P一、核酸的分解代谢概况：核酸核苷酸核苷+Pi碱基52（一）核酸的酶解

核酸酶（磷酸二酯酶）

核酸内切酶：DNase、RNase

核酸外切酶：蛇毒磷酸二酯酶、牛脾磷酸二酯酶

（一）核酸的酶解核酸酶（磷酸二酯酶）核酸内切酶：DNas53（二）核苷酸的分解代谢

核苷酸酶（磷酸单酯酶）

专一性的磷酸单酯酶:3ˊ-核苷酸酶,5ˊ-核苷酸酶非专一性磷酸单酯酶

（二）核苷酸的分解代谢核苷酸酶（磷酸单酯酶）专一性的磷54（三）核苷的分解代谢

磷酸解水解

核苷+H2O

核苷水解酶碱基+核糖核苷+Pi核苷磷酸化酶碱基+核糖-1-P（三）核苷的分解代谢磷酸解水解核苷+H2O55（四）嘌呤的分解代谢

不同种类的生物分解嘌呤的能力不同，产物也不同。人、灵长类、鸟类、某些爬虫类将嘌呤分解成尿酸，其他生物还可将尿酸进一步分解成尿囊素、尿囊酸、尿素、甚至CO2、NH3。

（四）嘌呤的分解代谢不同种类的生物分解嘌呤56核酸中的嘌呤主要是Ade、Gua首先脱氨，分别生成次黄嘌呤和黄嘌呤，再进一步代谢生成尿酸。

核酸中的嘌呤主要是Ade、Gua首先脱氨，分57核苷酸的分解代谢核苷酸酶-华南师范大学课件58核苷酸的分解代谢核苷酸酶-华南师范大学课件59尿酸过多导致痛风（gout）

尿酸过多导致痛风（gout）60结构与次黄嘌呤很相似的别嘌呤醇（allopurinol）对黄嘌呤氧化酶有很强的抑制作用，可用来治疗痛风。

结构与次黄嘌呤很相似的别嘌呤醇（allopu61核苷酸的分解代谢核苷酸酶-华南师范大学课件62总结嘌呤的分解代谢。

总结嘌呤的分解代谢。63（五）嘧啶碱的分解代谢

RNA：Cyt、Ura（五）嘧啶碱的分解代谢RNA：Cyt、Ura64DNA：Thy

DNA：Thy65嘧啶分解代谢总结

嘧啶分解代谢总结66二、核苷酸的生物合成

（一）嘌呤核苷酸的生物合成

1．从头合成途径（Denovosynthesis）

首先合成IMPAMP

GMPIMP二、核苷酸的生物合成（一）嘌呤核苷酸的生物合成1．从头67IMP合成概况：

R-5-P→5-氨基咪唑核苷酸，形成了咪唑环，包括反应（1）～（6）

第一阶段:IMP合成概况：R-5-P→5-氨基咪唑核苷酸，形成68ManystepsrequireanactivatedribosesugarManystepsrequireanactivate69Thecommittedstepinthedonovosynthesisofpurinenucleotides

Thecommittedstepinthedon70核苷酸的分解代谢核苷酸酶-华南师范大学课件715-氨基咪唑核苷酸→IMP，在5-氨基咪唑核苷酸分子上形成另一个环状结构（嘧啶环），形成IMP。

第二阶段:5-氨基咪唑核苷酸→IMP，在5-氨基咪唑核72核苷酸的分解代谢核苷酸酶-华南师范大学课件73IMP合成总结

IMP合成总结74purine环各原子的来源

purine环各原子的来源75Gln是合成嘌呤核的氮原子供体，与Gln结构相似的一些化合物如氮丝氨酸（azaserine）和6-重氮-5-氧代正亮氨酸（6-diazo-5-oxonorleucine,DON）是Gln的拮抗物，阻止生物体利用Gln合成嘌呤核苷酸（即阻止反应5），从而阻止核苷酸的合成。FH4­是一碳单位的载体，叶酸的拮抗物如氨基喋呤（aminoprotein）、氨甲蝶呤（amethopterin）抑制反应4,10，阻止嘌呤核苷酸的合成，研究这些化合物对治疗癌肿可提供有益的帮助。

Gln是合成嘌呤核的氮原子供体，与Gln结构相似的76PurineBiosynthesis(denovo)IMPGMPAMPATPGTP(Abunchofstepsyoudon’tneedtoknow)(InosineMonophosphate)FeedbackInhibitionPurineBiosynthesis(denovo)I77ThesynthesisofAMPandGMPfromIMPThesynthesisofAMPandGMPf782．补救途径（salvagepathway）

(2)phosphoribosyltransferase

(1)Pu

嘌呤核苷嘌呤核苷酸R-1-PPiATPADP2．补救途径（salvagepathway）(2)ph79(adeninephosohoribosyltransferase)(hypoxanthine-guaninephosohoribosyltransferase)(adeninephosohoribosyltransf80节约能量和一些氨基酸的消耗。有些组织（如脑、骨髓）不能从头合成嘌呤核苷酸，只能进行嘌呤核苷酸的补救合成。HGPRT完全缺失的患儿，表现为自毁容貌综合症。嘌呤核苷酸补救合成的生理意义节约能量和一些氨基酸的消耗。嘌呤核苷酸补救合成的生理意义81Lesch-NyhanSyndromeAbsenceofHGPRTaseX-linked(GeneonX)OccursprimarilyinmalesCharacterizedby:IncreaseduricacidSpasticityNeurologicaldefectsAggressivebehaviorSelf-mutilationLesch-NyhanSyndromeAbsenceof82嘌呤核苷酸生物合成的调控

嘌呤核苷酸生物合成的调控83（二）嘧啶核苷酸的生物合成

显著不同处：先合成嘧啶环，然后再和PRPP作用形成核苷酸。

相同处：都有从头合成途径和补救途径。

UMP

CMPTMP与嘌呤核苷酸合成的（二）嘧啶核苷酸的生物合成显著不同处：先合成嘧啶环，然后再841．尿苷酸（UMP）的合成：

（1）从头合成途径（Denovosynthesis）

第一阶段：合成氨甲酰磷酸

第二阶段:嘧啶核的形成，包括反应2，3，4

第三阶段：形成尿苷酸,包括反应5，6

1．尿苷酸（UMP）的合成：（1）从头合成途径（Deno85ThepyrimidinebiosyntheticpathwayThepyrimidinebiosyntheticpa86（2）补救途径（salvagepathway）

尿苷磷酸化酶UraR-1-PPiU（尿苷）尿苷激酶UMPATPADP尿嘧啶磷酸核糖转移酶

UraPRPPPPi（2）补救途径（salvagepathway）尿苷磷酸化872.胞苷酸（CMP）的合成UMPCMP

+NH32.胞苷酸（CMP）的合成UMP88CTPsynthesisfromUTPCTPsynthesisfromUTP89补救途径

Cyt+PRPPCMP+PPi胞苷激酶CMPCATPADP

(胞苷)补救途径Cyt+PRPPCMP+PPi胞苷90嘧啶核苷酸生物合成的调控

嘧啶核苷酸生物合成的调控91Biosynthesis:PurinevsPyrimidineSynthesizedonPRPPRegulatedbyGTP/ATPGenerat