生物化学课件之核酸的降解和核苷酸代谢08

核酸的降解和核苷酸代谢核酸的降解和核苷酸代谢核苷酸的生物学功能：⒈作为核酸合成的原料（主要功能）⒉体内能量的利用形式（ATPGTPUTPCTP）⒊参与代谢和生理调节（cAMPcGMP）⒋组成辅酶（NADFADNAD+NADP+HSCoA）⒌活化中间代谢物（UDPGCDP-胆碱SAM等）核苷酸的生物学功能：何处去？进入磷酸戊糖途径或重新合成核酸分解合成第一节核酸和核苷酸的分解代谢何处去？进入磷酸戊糖途径分解第一节核酸和核苷酸的分解代谢一、核酸的解聚作用核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶称为核酸酶.按其作用位置分为:1.核酸外切酶：作用于核酸链的末端（3’端或5’端），逐个水解下核苷酸。脱氧核糖核酸外切酶：只作用于DNA

核糖核酸外切酶:只作用于RNA2.核酸内切酶:从核酸分子内部切断3’，5’-磷酸二酯键。3.限制性内切酶：在细菌细胞内存在的一类能识别并水解外源双链DNA的核酸内切酶，可用于特异切割

DNA,常作为工具酶。一、核酸的解聚作用核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶称为核酸酶.核酸外切酶对核酸的水解位点5´

p

p

p

pOHB

p

p

p

p3´BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶（5´端外切5得3）

DNA/RNA蛇毒磷酸二酯酶（3´端外切3得5）

DNA/RNA核酸外切酶对核酸的水解位点5´ppppOHBpp

限制性内切酶

原核生物中存在着一类能识别外源DNA双螺旋中4-8个碱基对所组成的特异的具有二重旋转对称性的回文序列，并在此序列的某位点水解DNA双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这类酶称为限制性内切酶。

限制性内切酶常用的DNA限制性内切酶的专一性酶辨认的序列和切口说明‥‥AGCT‥‥‥‥TCGA‥‥‥‥GGATCC‥‥‥‥CCTAGG‥‥‥‥AGATCT‥‥‥‥TCTAGA‥‥‥‥GAATTC‥‥‥‥CTTAAG‥‥‥‥AAGCTT‥‥‥‥TTCGAA‥‥‥‥GTCGAC‥‥‥‥CAGCTG‥‥‥‥CCCGGG‥‥‥‥GGGCCC‥‥BamHIAluIBglIEcoRIHindⅢSalISmaI四核苷酸，平端切口六核苷酸，平端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口常用的DNA限制性内切酶的专一性酶辨认的序列和切口说明‥‥二、核苷酸的降解

核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷酸核苷碱基+戊糖-1-P磷酸核苷水解酶碱基+核糖（广泛存在）（主要存在于植物、微生物）二、核苷酸的降解核苷酸酶

腺嘌呤鸟嘌呤

H2O

H2O

NH3

NH3

次黄嘌呤黄嘌呤

H2O+O2H2O2H2O+O2

H2O2

尿囊素尿酸

H2OCO2+H2O22H2O+O2

尿囊酸尿素+乙醛酸

H2O2H2O

4NH3+2CO2

（人类和灵长类动物、爬虫、鸟类）（灵长类以外的哺乳动物）(植物、某些硬骨鱼)（鱼类、两栖类）（微生物）腺嘌呤脱氨酶鸟嘌呤脱氨酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶尿酸氧化酶尿囊素酶尿囊酸酶脲酶1.嘌呤碱的分解代谢腺嘌呤鸟嘌腺嘌呤核苷酸脱氨酶

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腺嘌呤核苷脱氨酶腺嘌呤脱氨酶H2O-NH3H2O-NH3H2O-NH3H2OPiH2OPi核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷酸酶核苷磷酸化酶H2OPiPiR-1-P腺嘌呤核苷酸脱氨酶腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷尿酸与痛风症的关系

血中尿酸含量升高时，尿酸盐晶体在组织中沉积，形成痛风症。

受累组织器官：关节﹑软骨﹑肾﹑软组织病变：关节炎﹑肾病﹑尿路结石病因：高嘌呤饮食﹑核酸大量分解﹑肾病治疗药物：别嘌呤醇

尿酸与痛风症的关系别嘌呤醇作用的机理：别嘌呤醇：别黄嘌呤底物类似物经酶作用后成为酶的灭活物，称之为自杀作用物。自杀性底物别嘌呤醇别黄嘌呤黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇作用的机理：别嘌呤醇：别嘌呤醇别黄嘌呤黄嘌呤氧化酶

胞嘧啶尿嘧啶二氢尿嘧啶

H2ONH3NAD(P)H+H+NAD(P)+H2O

β-丙氨酸β-脲基丙酸

H2O

胸腺嘧啶二氢胸腺嘧啶

NAD(P)H+H+NAD(P)+H2O

β-氨基异丁酸β-脲基异丁酸

H2O

胞嘧啶脱氨酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶NH3+CO2+NH3+CO2+2.嘧啶碱的分解代谢胞嘧啶脱氨酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶二氢尿嘧啶脱一﹑嘌呤核苷酸的合成代谢两条途径：1.从头合成途径（denovosynthesis）:

不以现成的碱基为原料，而是以磷酸核糖﹑氨基酸﹑

一碳单位﹑CO2等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸的过程。

（主要合成途径，肝组织进行此途径）2.补救合成途径（salvagepathway）:

利用游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应过程，合成嘌呤核苷酸的过程。

（脑﹑骨髓等只能进行此途径）第二节、核苷酸的生物合成一﹑嘌呤核苷酸的合成代谢第二节、核苷酸的生物合成组织：肝﹑小肠粘膜及胸腺细胞内定位：细胞液嘌呤环中各碳、氮原子的来源：（一）嘌呤核苷酸的从头合成甲酸盐甲酸盐组织：肝﹑小肠粘膜及胸腺（一）嘌呤核苷酸的从头合成甲酸盐甲酸⑴5-磷酸核糖→→→次黄嘌呤核苷酸（IMP）⒈合成途径

两个阶段：⑴5-磷酸核糖→→→次黄嘌呤核苷酸（IMP）⑵IMP→→→AMP﹑GMP转酰胺酶⑴5-磷酸核糖→→→次黄嘌呤核苷酸（IMP）⒈合关键酶合成酶甲酰FH4关键酶合成酶甲酰FH4⑵IMP→→→AMP﹑GMP6622⑵IMP→→→AMP﹑GMP6622（二）嘌呤核苷酸的补救合成两个酶：①腺嘌呤磷酸核糖转移酶（APRT）②次黄嘌呤(鸟嘌呤)磷酸核糖转移酶（HGPRT）反应：腺嘌呤＋PRPPAMP＋PPi

次黄嘌呤＋PRPPIMP＋PPi

鸟嘌呤＋PRPPGMP＋PPi＊人体内还有腺苷激酶，能使腺嘌呤核苷磷酸化，生成AMP

腺嘌呤核苷AMPAPRTHGPRTHGPRT腺苷激酶ATPADP（二）嘌呤核苷酸的补救合成APRTHGPRTHGPRT腺苷补救合成的特点：过程简单，耗能少。补救合成的生理意义：⒈减少能量和氨基酸的消耗

⒉弥补某些组织（脑、骨髓）不能从头合成嘌呤核苷酸的不足。补救合成的特点：过程简单，耗能少。（三）嘌呤核苷酸生物合成（从头合成）的调节5-磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖胺IMPGMPAMP（三）嘌呤核苷酸生物合成（从头合成）的调节5-磷酸核糖焦磷天冬氨酸CO2NH3NNCCCC654321H2N-CO-P氨甲酰磷酸二﹑嘧啶核苷酸的合成（一）嘧啶核苷酸的从头合成

嘧啶环由氨甲酰磷酸和天冬氨酸合成的

天冬氨酸CO2NH3NNCCCC654321H2N-CO-P⒈从头合成途径⑴尿嘧啶核苷酸(UMP)的合成⒈从头合成途径尿苷酸激酶二磷酸核苷激酶CTP合成酶乳清酸焦磷酸化酶尿嘧啶核苷酸的合成代谢尿苷酸激酶二磷酸核苷激酶CTP合成酶乳清酸焦磷酸化酶尿嘧啶核⑵CTP的合成(dTMP)⑵CTP的合成(dTMP)（二）嘧啶核苷酸的补救合成

⒈嘧啶(U﹑T)＋PRPP嘧啶核苷酸＋PPi⒉尿嘧啶＋1-磷酸核糖尿嘧啶核苷＋Pi⒊尿嘧啶核苷＋ATPUMP＋ADP⒋胞嘧啶核苷＋ATPCMP＋ADP嘧啶磷酸核糖转移酶尿苷磷酸化酶尿苷激酶尿苷激酶（二）嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶磷酸核糖转移酶尿苷磷酸（三）嘧啶核苷酸生物合成（从头合成）的调节CPS-Ⅱ天冬氨酸氨基甲酰转移酶CTP合成酶（三）嘧啶核苷酸生物合成（从头合成）的调节CPS-Ⅱ天冬氨酸三、脱氧核糖核苷酸的合成⒈核糖核苷酸的还原—dADP﹑dGDP﹑dUDP﹑dCDP的生成三、脱氧核糖核苷酸的合成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（+）（-）UDP，CDPADP，GDP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的还原反应FAD核糖核苷酸还原酶ATP、Mg2+核苷(脱氧核苷）一磷酸到核苷(脱氧核苷）二（或三）磷酸的转化，是在激酶的催化下完成的。如：核苷(脱氧核苷）一磷酸到核苷(脱氧核苷）二（或三）2.脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成

胸腺嘧啶核苷酸合成酶

N5、N10-CH2-FH4FH2二氢叶酸还原酶NADPH+H++SerNADP++GlySer羟甲基转移酶ONHNOdR-PCH3ONHNOdR-PdTMPdUMP2.脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成胸腺嘧啶核苷酸合成酶N5、核苷酸的合成及相互关系核苷酸的合成及相互关系核酸的降解和核苷酸代谢核酸的降解和核苷酸代谢核苷酸的生物学功能：⒈作为核酸合成的原料（主要功能）⒉体内能量的利用形式（ATPGTPUTPCTP）⒊参与代谢和生理调节（cAMPcGMP）⒋组成辅酶（NADFADNAD+NADP+HSCoA）⒌活化中间代谢物（UDPGCDP-胆碱SAM等）核苷酸的生物学功能：何处去？进入磷酸戊糖途径或重新合成核酸分解合成第一节核酸和核苷酸的分解代谢何处去？进入磷酸戊糖途径分解第一节核酸和核苷酸的分解代谢一、核酸的解聚作用核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶称为核酸酶.按其作用位置分为:1.核酸外切酶：作用于核酸链的末端（3’端或5’端），逐个水解下核苷酸。脱氧核糖核酸外切酶：只作用于DNA

核糖核酸外切酶:只作用于RNA2.核酸内切酶:从核酸分子内部切断3’，5’-磷酸二酯键。3.限制性内切酶：在细菌细胞内存在的一类能识别并水解外源双链DNA的核酸内切酶，可用于特异切割

DNA,常作为工具酶。一、核酸的解聚作用核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶称为核酸酶.核酸外切酶对核酸的水解位点5´

p

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pOHB

p

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p3´BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶（5´端外切5得3）

DNA/RNA蛇毒磷酸二酯酶（3´端外切3得5）

DNA/RNA核酸外切酶对核酸的水解位点5´ppppOHBpp

限制性内切酶

原核生物中存在着一类能识别外源DNA双螺旋中4-8个碱基对所组成的特异的具有二重旋转对称性的回文序列，并在此序列的某位点水解DNA双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这类酶称为限制性内切酶。

限制性内切酶常用的DNA限制性内切酶的专一性酶辨认的序列和切口说明‥‥AGCT‥‥‥‥TCGA‥‥‥‥GGATCC‥‥‥‥CCTAGG‥‥‥‥AGATCT‥‥‥‥TCTAGA‥‥‥‥GAATTC‥‥‥‥CTTAAG‥‥‥‥AAGCTT‥‥‥‥TTCGAA‥‥‥‥GTCGAC‥‥‥‥CAGCTG‥‥‥‥CCCGGG‥‥‥‥GGGCCC‥‥BamHIAluIBglIEcoRIHindⅢSalISmaI四核苷酸，平端切口六核苷酸，平端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口常用的DNA限制性内切酶的专一性酶辨认的序列和切口说明‥‥二、核苷酸的降解

核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷酸核苷碱基+戊糖-1-P磷酸核苷水解酶碱基+核糖（广泛存在）（主要存在于植物、微生物）二、核苷酸的降解核苷酸酶

腺嘌呤鸟嘌呤

H2O

H2O

NH3

NH3

次黄嘌呤黄嘌呤

H2O+O2H2O2H2O+O2

H2O2

尿囊素尿酸

H2OCO2+H2O22H2O+O2

尿囊酸尿素+乙醛酸

H2O2H2O

4NH3+2CO2

（人类和灵长类动物、爬虫、鸟类）（灵长类以外的哺乳动物）(植物、某些硬骨鱼)（鱼类、两栖类）（微生物）腺嘌呤脱氨酶鸟嘌呤脱氨酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶尿酸氧化酶尿囊素酶尿囊酸酶脲酶1.嘌呤碱的分解代谢腺嘌呤鸟嘌腺嘌呤核苷酸脱氨酶

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腺嘌呤核苷脱氨酶腺嘌呤脱氨酶H2O-NH3H2O-NH3H2O-NH3H2OPiH2OPi核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷酸酶核苷磷酸化酶H2OPiPiR-1-P腺嘌呤核苷酸脱氨酶腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷尿酸与痛风症的关系

血中尿酸含量升高时，尿酸盐晶体在组织中沉积，形成痛风症。

受累组织器官：关节﹑软骨﹑肾﹑软组织病变：关节炎﹑肾病﹑尿路结石病因：高嘌呤饮食﹑核酸大量分解﹑肾病治疗药物：别嘌呤醇

尿酸与痛风症的关系别嘌呤醇作用的机理：别嘌呤醇：别黄嘌呤底物类似物经酶作用后成为酶的灭活物，称之为自杀作用物。自杀性底物别嘌呤醇别黄嘌呤黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇作用的机理：别嘌呤醇：别嘌呤醇别黄嘌呤黄嘌呤氧化酶

胞嘧啶尿嘧啶二氢尿嘧啶

H2ONH3NAD(P)H+H+NAD(P)+H2O

β-丙氨酸β-脲基丙酸

H2O

胸腺嘧啶二氢胸腺嘧啶

NAD(P)H+H+NAD(P)+H2O

β-氨基异丁酸β-脲基异丁酸

H2O

胞嘧啶脱氨酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶NH3+CO2+NH3+CO2+2.嘧啶碱的分解代谢胞嘧啶脱氨酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶二氢尿嘧啶脱一﹑嘌呤核苷酸的合成代谢两条途径：1.从头合成途径（denovosynthesis）:

不以现成的碱基为原料，而是以磷酸核糖﹑氨基酸﹑

一碳单位﹑CO2等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸的过程。

（主要合成途径，肝组织进行此途径）2.补救合成途径（salvagepathway）:

利用游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应过程，合成嘌呤核苷酸的过程。

（脑﹑骨髓等只能进行此途径）第二节、核苷酸的生物合成一﹑嘌呤核苷酸的合成代谢第二节、核苷酸的生物合成组织：肝﹑小肠粘膜及胸腺细胞内定位：细胞液嘌呤环中各碳、氮原子的来源：（一）嘌呤核苷酸的从头合成甲酸盐甲酸盐组织：肝﹑小肠粘膜及胸腺（一）嘌呤核苷酸的从头合成甲酸盐甲酸⑴5-磷酸核糖→→→次黄嘌呤核苷酸（IMP）⒈合成途径

两个阶段：⑴5-磷酸核糖→→→次黄嘌呤核苷酸（IMP）⑵IMP→→→AMP﹑GMP转酰胺酶⑴5-磷酸核糖→→→次黄嘌呤核苷酸（IMP）⒈合关键酶合成酶甲酰FH4关键酶合成酶甲酰FH4⑵IMP→→→AMP﹑GMP6622⑵IMP→→→AMP﹑GMP6622（二）嘌呤核苷酸的补救合成两个酶：①腺嘌呤磷酸核糖转移酶（APRT）②次黄嘌呤(鸟嘌呤)磷酸核糖转移酶（HGPRT）反应：腺嘌呤＋PRPPAMP＋PPi

次黄嘌呤＋PRPPIMP＋PPi

鸟嘌呤＋PRPPGMP＋PPi＊人体内还有腺苷激酶，能使腺嘌呤核苷磷酸化，生成AMP

腺嘌呤核苷AMPAPRTHGPRTHGPRT腺苷激酶ATPADP（二）嘌呤核苷酸的补救合成APRTHGPRTHGPRT腺苷补救合成的特点：过程简单，耗能少。补救合成的生理意义：⒈减少能量和氨基酸的消耗

⒉弥补某些组织（脑、骨髓）不能从头合成嘌呤核苷酸的不足。补救合成的特点：过程简单，耗能少。（三）嘌呤核苷酸生物合成（从头合成）的调节5-磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖胺IMPGMPAMP（三）嘌呤核苷酸生物合成（从头合成）的调节5-磷酸核糖焦磷天冬氨酸CO2NH3NNCCCC654321H2N-CO-P氨甲酰磷酸二﹑嘧啶核苷酸的合成（一）嘧啶核苷酸的从头合成

嘧啶环由氨甲酰磷酸和天冬氨酸合成的

天冬氨酸CO2NH3NNCCCC654321H2N-CO-P⒈从头合成途径⑴尿嘧啶核苷酸(UMP)的合成⒈从头合成途径尿苷酸激酶二磷酸核苷激