生物化学 核酸的降解与核苷酸代谢课件

第九章核酸的降解

与核苷酸代谢第九章核酸的降解

与核苷酸代谢1一、核酸的降解食物核蛋白蛋白质核酸（RNA及DNA）胃酸核苷酸胰核酸酶核苷磷酸胰、肠核苷酸酶碱基戊糖核苷酶第一节核酸的降解与核酸酶类一、核酸的降解食物核蛋白蛋白质核酸（RNA及DNA）胃酸核苷21、核酸酶的定义及分类核酸酶是指作用于核酸的磷酸二酯键的酶依据底物不同分类DNA酶(deoxyribonuclease,DNase)：专一降解DNARNA酶(ribonuclease,RNase)：专一降解RNA二、核酸酶（Nuclease）1、核酸酶的定义及分类二、核酸酶（Nuclease）3依据切割部位不同核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。

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。核酸外切酶：5´→3´或3´→5´核酸外切酶依据切割部位不同4参与DNA的合成与修复及RNA合成后的剪接等重要基因复制和基因表达过程负责清除多余的、结构和功能异常的核酸，同时也可以清除侵入细胞的外源性核酸在消化液中降解食物中的核酸以利吸收体外重组DNA技术中的重要工具酶生物体内的核酸酶负责细胞内外催化核酸的降解2、核酸酶的功能参与DNA的合成与修复及RNA合成后的剪接等重要基因复制和基5一、核苷酸代谢的动态单核苷酸库氨基酸葡萄糖磷酸核苷酸的从头合成核酸的降解核苷酸的降解产物的再利用核苷酸的降解核酸的合成第二节核苷酸的代谢一、核苷酸代谢的动态单核苷酸库氨基酸葡萄糖磷酸核苷酸的从6嘌呤核苷酸的结构GMPAMP二、嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤核苷酸的结构GMPAMP二、嘌呤核苷酸的分解代谢7（一）嘌呤核苷酸的合成代谢从头合成途径(denovosynthesispathway)

利用氨基酸等作为原料合成补救合成途径(salvagesynthesispathway)

利用体内游离的碱基或核苷合成（一）嘌呤核苷酸的合成代谢从头合成途径(denovosy8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。1、嘌呤核苷酸的从头合成定义合成部位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9嘌呤碱合成的元素来源CO2天冬氨酸甲酰基（一碳单位）甘氨酸甲酰基（一碳单位）谷氨酰胺（酰胺基）嘌呤碱合成的元素来源CO2天冬氨酸甲酰基甘氨酸甲酰基谷氨酰胺10生物化学核酸的降解与核苷酸代谢课件11

合成原料：天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳基团、CO2、磷酸核糖。

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），再由它转变为AMP和GMP。合成原料：天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳基团、CO212过程1.IMP的合成2.AMP和GMP的生成过程1.IMP的合成2.AMP和GMP的生成13R-5-P（5-磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P（5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸）PRPP在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下IMPAMPGMPH2N-1-R-5´-P（5´-磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酸酰胺转移酶R-5-PATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P在谷14AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGD15•嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。•IMP的合成需5个ATP，6个高能磷酸键。AMP或GMP的合成又需1个ATP嘌呤核苷酸从头合成特点•嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。嘌呤核苷酸从头合16从头合成的调节R-5-PATPPRPP合成酶PRPP酰胺转移酶PRAIMP腺苷酸代琥珀酸AMPADPATPXMPGMPGDPGTP++_____IMP腺苷酸代琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATPGTP__++调节方式：反馈调节和交叉调节从头合成的调节R-5-PATPPRPP合成酶PRPP酰胺转移17

利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成（或重新利用）途径。2、嘌呤核苷酸的补救合成途径定义利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成嘌呤核苷181.腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adeninephosphoribosyltransferase,APRT)2.次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine-guaninephosphoribosyltransferase,HGPRT)3.腺苷激酶(adenosinekinase)参与补救合成的酶1.腺嘌呤磷酸核糖转移酶参与补救合成的酶19腺嘌呤+

PRPPAMP+PPiAPRT次黄嘌呤+PRPPIMP+PPiHGPRT鸟嘌呤+

PRPPHGPRTGMP+PPi合成过程腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP腺嘌呤+PRPPAMP+PPiAPRT次黄嘌呤+20补救合成的生理意义补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。补救合成的生理意义补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的213、嘌呤核苷酸的相互转变IMPAMP腺苷酸代琥珀酸XMPGMPNH3腺苷酸脱氨酶鸟苷酸还原酶NADPH+H+NADP+NH33、嘌呤核苷酸的相互转变IMPAMP腺苷酸代XMPGMPNH224、脱氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上进行（N代表A、G、U、C等碱基）4、脱氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上进行23dNDP+ATP

激酶dNTP+ADP二磷酸脱氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷NADP+NADPH+H+核糖核苷酸还原酶，Mg2+还原型硫氧化还原蛋白-(SH)2氧化型硫氧化还原蛋白SS硫氧化还原蛋白还原酶（FAD）脱氧核苷酸的生成dNDP+ATP激酶dNTP+ADP二磷酸脱氧核苷24（二）嘌呤核苷酸的分解代谢核苷酸核苷核苷酸酶Pi核苷磷酸化酶碱基1-磷酸核糖（二）嘌呤核苷酸的分解代谢核苷酸核苷核苷酸酶Pi核苷磷酸化酶25嘌呤碱的最终代谢产物AMPGMPH（次黄嘌呤）GX（黄嘌呤）黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶嘌呤碱的最终AMPGMPHGX黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶26嘧啶核苷酸的结构三、嘧啶核苷酸的代谢嘧啶核苷酸的结构三、嘧啶核苷酸的代谢27从头合成途径补救合成途径（一）嘧啶核苷酸的合成代谢从头合成途径（一）嘧啶核苷酸的合成代谢281、嘧啶核苷酸的从头合成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。定义合成部位1、嘧啶核苷酸的从头合成主要是肝细胞胞液嘧啶核苷酸的从头合成29嘧啶合成的元素来源氨基甲酰磷酸天冬氨酸嘧啶合成的元素来源氨基甲天冬氨酸30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合成原料：谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2、磷酸核糖。31合成过程（1）尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺+HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶II2ATP2ADP+Pi谷氨酸+氨基甲酰磷酸合成过程（1）尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺+HCO3-氨32生物化学核酸的降解与核苷酸代谢课件33（2）胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶谷氨酰胺ATP谷氨酸ADP+Pi（2）胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核34（3）dTMP或TMP的生成TMP合酶N5,N10-甲烯FH4FH2FH2还原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMP脱氧胸苷一磷酸dTMPUDP脱氧核苷酸还原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMP（3）dTMP或TMP的生成TMP合酶N5,N10-甲烯35---ATP+CO2+谷氨酰胺氨基甲酰磷酸UMP氨基甲酸天冬氨酸UTPCTP天冬氨酸嘌呤核苷酸ATP+5-磷酸核糖嘧啶核苷酸PRPP-从头合成的调节---ATP+CO2+谷氨酰胺氨基甲酰磷酸UMP氨基甲362、嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶+

PRPP磷酸嘧啶核苷+PPi嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶核苷+ATP尿苷激酶UMP+ADP胸腺嘧啶核苷+ATP胸苷激酶TMP+ADP2、嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶+PRPP磷酸嘧啶核苷+373、嘧啶核苷酸的抗代谢物嘧啶类似物胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶(5-FU)3、嘧啶核苷酸的抗代谢物嘧啶类似物胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶38某些改变了核糖结构的核苷类似物某些改变了核糖结构的核苷类似物39能够抑制嘧啶核苷酸合成的抗代谢药物也是一些嘧啶核苷酸的类似物，通过对酶的竞争性抑制而干扰或抑制嘧啶核苷酸的合成。主要的抗代谢药物是5-氟尿嘧啶（5-FU）。5-FU在体内可转变为F-dUMP，其结构与dUMP相似，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。能够抑制嘧啶核苷酸合成的抗代谢药物也是一些嘧啶核苷酸的类似物40UMPUTPCTPCDPdCDPUDPdUDPdUMPdTMP氮杂丝氨酸阿糖胞苷氨甲碟呤氮杂丝氨酸UMPUTPCTPCDPdCDPUDPdUDPdUMPdTM41（二）嘧啶核苷酸的分解代谢嘧啶碱1-磷酸核糖嘧啶核苷酸核苷核苷酸酶PPi核苷磷酸化酶（二）嘧啶核苷酸的分解代谢嘧啶碱1-磷酸核糖嘧啶核苷酸核苷42胞嘧啶NH3尿嘧啶二氢尿嘧啶H2OCO2+NH3β-丙氨酸胸腺嘧啶β-脲基异丁酸β-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糖异生胞嘧啶NH3尿嘧啶二氢尿嘧啶H2OCO2+NH3β-43第九章核酸的降解

与核苷酸代谢第九章核酸的降解

与核苷酸代谢44一、核酸的降解食物核蛋白蛋白质核酸（RNA及DNA）胃酸核苷酸胰核酸酶核苷磷酸胰、肠核苷酸酶碱基戊糖核苷酶第一节核酸的降解与核酸酶类一、核酸的降解食物核蛋白蛋白质核酸（RNA及DNA）胃酸核苷451、核酸酶的定义及分类核酸酶是指作用于核酸的磷酸二酯键的酶依据底物不同分类DNA酶(deoxyribonuclease,DNase)：专一降解DNARNA酶(ribonuclease,RNase)：专一降解RNA二、核酸酶（Nuclease）1、核酸酶的定义及分类二、核酸酶（Nuclease）46依据切割部位不同核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。

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。核酸外切酶：5´→3´或3´→5´核酸外切酶依据切割部位不同47参与DNA的合成与修复及RNA合成后的剪接等重要基因复制和基因表达过程负责清除多余的、结构和功能异常的核酸，同时也可以清除侵入细胞的外源性核酸在消化液中降解食物中的核酸以利吸收体外重组DNA技术中的重要工具酶生物体内的核酸酶负责细胞内外催化核酸的降解2、核酸酶的功能参与DNA的合成与修复及RNA合成后的剪接等重要基因复制和基48一、核苷酸代谢的动态单核苷酸库氨基酸葡萄糖磷酸核苷酸的从头合成核酸的降解核苷酸的降解产物的再利用核苷酸的降解核酸的合成第二节核苷酸的代谢一、核苷酸代谢的动态单核苷酸库氨基酸葡萄糖磷酸核苷酸的从49嘌呤核苷酸的结构GMPAMP二、嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤核苷酸的结构GMPAMP二、嘌呤核苷酸的分解代谢50（一）嘌呤核苷酸的合成代谢从头合成途径(denovosynthesispathway)

利用氨基酸等作为原料合成补救合成途径(salvagesynthesispathway)

利用体内游离的碱基或核苷合成（一）嘌呤核苷酸的合成代谢从头合成途径(denovosy51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。1、嘌呤核苷酸的从头合成定义合成部位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52嘌呤碱合成的元素来源CO2天冬氨酸甲酰基（一碳单位）甘氨酸甲酰基（一碳单位）谷氨酰胺（酰胺基）嘌呤碱合成的元素来源CO2天冬氨酸甲酰基甘氨酸甲酰基谷氨酰胺53生物化学核酸的降解与核苷酸代谢课件54

合成原料：天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳基团、CO2、磷酸核糖。

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），再由它转变为AMP和GMP。合成原料：天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳基团、CO255过程1.IMP的合成2.AMP和GMP的生成过程1.IMP的合成2.AMP和GMP的生成56R-5-P（5-磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P（5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸）PRPP在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下IMPAMPGMPH2N-1-R-5´-P（5´-磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酸酰胺转移酶R-5-PATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P在谷57AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGD58•嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。•IMP的合成需5个ATP，6个高能磷酸键。AMP或GMP的合成又需1个ATP嘌呤核苷酸从头合成特点•嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。嘌呤核苷酸从头合59从头合成的调节R-5-PATPPRPP合成酶PRPP酰胺转移酶PRAIMP腺苷酸代琥珀酸AMPADPATPXMPGMPGDPGTP++_____IMP腺苷酸代琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATPGTP__++调节方式：反馈调节和交叉调节从头合成的调节R-5-PATPPRPP合成酶PRPP酰胺转移60

利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成（或重新利用）途径。2、嘌呤核苷酸的补救合成途径定义利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成嘌呤核苷611.腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adeninephosphoribosyltransferase,APRT)2.次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine-guaninephosphoribosyltransferase,HGPRT)3.腺苷激酶(adenosinekinase)参与补救合成的酶1.腺嘌呤磷酸核糖转移酶参与补救合成的酶62腺嘌呤+

PRPPAMP+PPiAPRT次黄嘌呤+PRPPIMP+PPiHGPRT鸟嘌呤+

PRPPHGPRTGMP+PPi合成过程腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP腺嘌呤+PRPPAMP+PPiAPRT次黄嘌呤+63补救合成的生理意义补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。补救合成的生理意义补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的643、嘌呤核苷酸的相互转变IMPAMP腺苷酸代琥珀酸XMPGMPNH3腺苷酸脱氨酶鸟苷酸还原酶NADPH+H+NADP+NH33、嘌呤核苷酸的相互转变IMPAMP腺苷酸代XMPGMPNH654、脱氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上进行（N代表A、G、U、C等碱基）4、脱氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上进行66dNDP+ATP

激酶dNTP+ADP二磷酸脱氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷NADP+NADPH+H+核糖核苷酸还原酶，Mg2+还原型硫氧化还原蛋白-(SH)2氧化型硫氧化还原蛋白SS硫氧化还原蛋白还原酶（FAD）脱氧核苷酸的生成dNDP+ATP激酶dNTP+ADP二磷酸脱氧核苷67（二）嘌呤核苷酸的分解代谢核苷酸核苷核苷酸酶Pi核苷磷酸化酶碱基1-磷酸核糖（二）嘌呤核苷酸的分解代谢核苷酸核苷核苷酸酶Pi核苷磷酸化酶68嘌呤碱的最终代谢产物AMPGMPH（次黄嘌呤）GX（黄嘌呤）黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶嘌呤碱的最终AMPGMPHGX黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶69嘧啶核苷酸的结构三、嘧啶核苷酸的代谢嘧啶核苷酸的结构三、嘧啶核苷酸的代谢70从头合成途径补救合成途径（一）嘧啶核苷酸的合成代谢从头合成途径（一）嘧啶核苷酸的合成代谢711、嘧啶核苷酸的从头合成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。定义合成部位1、嘧啶核苷酸的从头合成主要是肝细胞胞液嘧啶核苷酸的从头合成72嘧啶合成的元素来源氨基甲酰磷酸天冬氨酸嘧啶合成的元素来源氨基甲天冬氨酸73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合成原料：谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2、磷酸核糖。74合成过程（1）尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺+HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶II2ATP2ADP+Pi谷氨酸+氨基甲酰磷酸合成过程（1）尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺+HCO3-氨75生物化学核酸的降解与核苷酸代谢课件76（2）胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶谷氨酰胺ATP谷氨酸ADP+Pi（2）胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核77（3）dTMP或TMP的生成TMP合酶N5,N10-甲烯FH4FH2FH2还原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMP脱氧胸苷一磷酸dTMP