生物化学核酸代谢课件

讨论：核酸的营养价值！讨论：核酸的营养价值！1第十章核酸的代谢第一节核苷酸的概述第二节核苷酸的合成动态第三节核苷酸的生物代谢第十章核酸的代谢第一节核苷酸的概述2核苷酸的概述1、核酸合成的原料（最主要）2、体内能量的利用形式：

ATP是细胞的主要能量形式；GTP也可提供能量3、参与代谢和生理调节：

ATP/ADP/AMP,第二信使cAMP、cGMP4、组成辅酶:如腺苷酸→CoA/FAD/NAD+/NADP+5、活化中间代谢产物：UDP-葡萄糖→糖原合成

CDP-二脂酰甘油→磷脂合成核苷酸的概述1、核酸合成的原料（最主要）3二、核苷酸的代谢动态食物核酸cAMPcGMP

NTP

合成核酸核苷酸组织核酸活性中间体组织核酸辅酶二、核苷酸的代谢动态4回顾:核酸的一级结构回顾:核酸的一级结构5核酸酶——水解核酸的酶

核酸酶核糖核酸酶

脱氧核糖核酸酶

按作用底物（DNA或RNA）分类,作用位点核酸内切酶核酸外切酶核酸外切酶核酸内切酶核酸酶——水解核酸的酶核酸酶核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶按6核酸酶——水解核酸的酶外切酶：如蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶，蛇毒磷酸二酯酶从多核苷酸链的3′端开始逐个水解核苷酸链，产物为5′-核苷酸。牛脾磷酸二酯酶从多核苷酸链的5′端开始逐个水解核苷酸链，产物为3′-核苷酸核酸酶——水解核酸的酶外切酶：如蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯7RNA的降解

RNA降解是涉及到基因表达的一个重要环节，rRNA和tRNA是稳定的RNA，其更新率低；mRNA是不稳定的RNA，其更新率非常高。脊椎动物细胞mRNA的平均半衰期约为3h,细菌mRNA的半衰期大约只有1.5min，以适应快速生长和对环境作出快速反应的要求。所有细胞中都存在各种核糖核酸酶，可以降解RNA。真核生物mRNA降解的主要途径首先是poly(A)尾巴的缩短，去腺苷酸化能诱发脱去5端帽子结构，然后由53方向和35

方向降解mRNA。RNA的降解RNA降解是涉及到基因表达的一个重要环节，8核酸内切酶：将核酸分解成较小的核苷酸链，很多核酸内切酶无选择性。但在某些细菌和蓝藻中，存在一类特殊的核酸内切酶，称为限制性核酸内切酶。这类酶在双链DNA上能识别特殊的核苷酸序列。核酸内切酶：将核酸分解成较小的核苷酸链，很多核酸内切酶无选择9DNA重组技术一个完整的DNA克隆过程应包括：目的基因的获取，基因载体的选择与构建，目的基因与载体的拼接，重组DNA分子导入受体细胞，筛选并无性繁殖含重组分子的受体细胞（转化子）。图5-27

DNA重组技术的主要步骤返回DNA重组技术一个完整的DNA克隆过程应包括：目的基因的获取10食物核蛋白蛋白质核酸(RNA与DNA)(磷酸二酯酶)单核苷酸胰、肠核苷酸酶(磷酸单酯酶)核苷磷酸核苷酶(水解或磷酸解)戊糖或磷酸戊糖碱基核酸的消化排出，很少利用1’2’3’4’5’(OH)食物核蛋白蛋白质核酸(RNA与DNA)(磷酸二酯酶)单核苷酸11腺嘌呤的分解过程

鸟嘌呤的分解过程一、嘌呤核苷酸的分解代谢腺嘌呤的分解过程鸟嘌呤的分解过程一、嘌呤核苷酸的分解代谢12尿酸的形成与分解过程尿酸的形成与分解过程13嘌呤核苷酸的分解代谢GMPAMP鸟嘌呤黄嘌呤次黄嘌呤

Pi

PiNH3尿酸黄嘌呤氧化酶

NH3别嘌呤醇（-）痛风症腺嘌呤脱氨酶鸟嘌呤脱氨酶＞7mg/dl或0.41mmol/LADA基因缺陷嘌呤核苷酸的分解代谢GMPAMP鸟嘌呤黄嘌呤次黄嘌呤Pi14次黄嘌呤别嘌呤醇别嘌呤醇通过竞争性抑制黄嘌呤氧化酶而抑制尿酸的生成次黄嘌呤和别嘌呤醇次黄嘌呤别嘌呤醇别15二、嘧啶的分解嘧啶分解代谢特点1、还原降解，环被打破2、终产物:NH3、CO2、β-丙氨酸、β-氨基异丁酸二、嘧啶的分解嘧啶分解代谢特点1、还原降解，环被打破16核苷酸的合成代谢一、核糖核苷酸的生物合成二、脱氧核糖核苷酸的生物合成三、单核苷酸转变成核苷二磷酸和核苷三磷酸四、各种核苷酸的相互转变核苷酸的合成代谢一、核糖核苷酸的生物合成二、脱氧核糖171.从头合成途径（肝、胸腺）：R-5-P核苷酸2.补救合成途径（脑、骨髓）：嘌呤或嘧啶碱+核苷酸磷酸核糖焦磷酸(PRPP)aa“-C”CO2（一系列酶促反应）两条合成途径R-5-P1.从头合成途径（肝、胸腺）：R-5-P核苷酸2.补救合成18嘌呤核苷酸的合成代谢(一)、从头合成途径甲酸天冬氨酸甘氨酸谷氨酰胺

嘌呤环上原子的来源5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP)开始，经一系列酶促反应，先生成次黄嘌呤核苷酸(肌苷酸,IMP)，然后再转变为AMP和GMP。部位：肝脏的胞浆嘌呤核苷酸的合成代谢(一)、从头合成途径甲酸天冬氨19一）嘌呤核苷酸的从头合成合成特点：R-5-P→PRPP一碳单位、CO2、谷氨酰胺、甘氨酸、天冬酰氨IMP在PRPP的基础上各原料逐步合成嘌呤核苷酸嘌呤环的原料一）嘌呤核苷酸的从头合成合成特点：R-5-P→PRPP一20IMP生成反应过程IMP生成21IMP转变为GMP和AMPIMP转变为GMP和AMP22AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGD23◆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24嘧啶核苷酸的合成代谢(一)从头合成途径先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖连接生成嘧啶核苷酸.AspCO2GlnNCNCCC123456嘧啶核苷酸的合成代谢(一)从头合成途径先合成25生物化学核酸代谢课件26生物化学核酸代谢课件27嘧啶核苷酸从头合成的调节嘧啶核苷酸从头合成的调节28CMP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+PiCMPCMP的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATP293、dTMP的合成

dUDPdUMPdTMPN5，N10-甲烯基FH4FH2

UDP

UMP还原3、dTMP的合成dUDPdUMPdTMPN5，N10-甲30核糖核苷酸的补救合成途径腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adeninephosphoribosyltransferase,APRT)次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine-guaninephosphoribosyltransferase,HGPRT)腺苷激酶(adenosinekinase)等参与补救合成的酶（碱基磷酸核糖转移酶核苷激酶）核糖核苷酸的补救合成途径腺嘌呤磷酸核糖转移酶参与补救合成的酶31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+ADPHGPRT-自毁容貌综合症腺嘌呤+PRPPAMP+PPiAPRT次黄嘌呤+32补救合成的生理意义节省能量和一些原料的消耗某些组织器官，如脑、骨髓、白细胞等只能进行补救合成补救合成的生理意义节省能量和一些原料的消耗33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）脱氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上进行34dNDP

+

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35嘌啶核苷酸与嘧啶核苷酸合成的比较相同点1.

合成原料基本相同嘌啶核苷酸嘧啶核苷酸2.

合成部位肝脏3.

都有2种合成途径(从头和补救途径)

4.

合成核苷酸不同点1.

在5'-P-R基础上合成嘌呤环2.

最先合成的核苷酸是

IMP3.

在IMP基础上完成AMP和GMP的合成1.

先合成嘧啶环再与5'-P-R结合2.

先合成UMP3.

以UMP为基础,完成CTP,dTMP的合成嘌啶核苷酸与嘧啶核苷酸合成的比较相同点1.合成原料基本相同36核苷酸的抗代谢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氨蝶呤氨甲蝶呤等次黄嘌呤(H)6-巯基嘌呤(6-MP)核苷酸的抗代谢物嘌呤类似物氨基酸类似物叶酸类似物6-巯基嘌呤37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-MP6-MP氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸MTXMTXMTX——甲氨碟呤MTX——甲氨碟呤

6-MP-

6-巯基嘌呤甲酰甘氨酰PRPP谷氨酰胺=PRA甘氨酰胺==甲酰甘氨5-氨38胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶(5-FU)胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶(5-FU)39UMPUTPCTPCDPdCDPUDPdUDPdUMPdTMP氮杂丝氨酸阿糖胞苷氨甲碟呤氮杂丝氨酸UMPUTPCTPCDPdCDPUDPdUDPdUMPdTM40CDPdCDPdCTP

Ara-C(-)核苷类似物阿糖胞苷(Ara-C)CDPdCDP41

《核苷酸代谢》课堂练习1.补救合成途径主要在下列组织中进行Ａ.肝组织Ｂ.胸腺Ｃ．脑组织D．骨髓组织E.小肠２.下列原料在嘌呤碱和嘧啶碱合成中均需要Ａ．C02

B.AspC.GlnD.“~C”

E.Gly《核苷酸代谢》课堂练习42需要PRPP提供R-5-P的途径是

嘌呤核苷酸的从头合成嘌呤核苷酸的补救合成嘧啶核苷酸的从头合成嘧啶核苷酸的补救合成以上途径都需要核苷酸的脱氧还原是发生在下列水平上一磷酸核苷B.二磷酸核苷三磷酸核苷D.核苷E.核糖需要PRPP提供R-5-P的途径是435.人体内嘌呤碱分解终产物为次黄嘌呤B.黄嘌呤C.尿酸腺嘌呤E.鸟嘌呤6.6MP可从下列环节抑制嘌呤核苷酸的合成IMP→AMPB.IMP→XMPXMP→GMPD.A+PRPP→AMPE.G+PRPP→GMP5.人体内嘌呤碱分解终产物为44讨论：核酸的营养价值！讨论：核酸的营养价值！45第十章核酸的代谢第一节核苷酸的概述第二节核苷酸的合成动态第三节核苷酸的生物代谢第十章核酸的代谢第一节核苷酸的概述46核苷酸的概述1、核酸合成的原料（最主要）2、体内能量的利用形式：

ATP是细胞的主要能量形式；GTP也可提供能量3、参与代谢和生理调节：

ATP/ADP/AMP,第二信使cAMP、cGMP4、组成辅酶:如腺苷酸→CoA/FAD/NAD+/NADP+5、活化中间代谢产物：UDP-葡萄糖→糖原合成

CDP-二脂酰甘油→磷脂合成核苷酸的概述1、核酸合成的原料（最主要）47二、核苷酸的代谢动态食物核酸cAMPcGMP

NTP

合成核酸核苷酸组织核酸活性中间体组织核酸辅酶二、核苷酸的代谢动态48回顾:核酸的一级结构回顾:核酸的一级结构49核酸酶——水解核酸的酶

核酸酶核糖核酸酶

脱氧核糖核酸酶

按作用底物（DNA或RNA）分类,作用位点核酸内切酶核酸外切酶核酸外切酶核酸内切酶核酸酶——水解核酸的酶核酸酶核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶按50核酸酶——水解核酸的酶外切酶：如蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶，蛇毒磷酸二酯酶从多核苷酸链的3′端开始逐个水解核苷酸链，产物为5′-核苷酸。牛脾磷酸二酯酶从多核苷酸链的5′端开始逐个水解核苷酸链，产物为3′-核苷酸核酸酶——水解核酸的酶外切酶：如蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯51RNA的降解

RNA降解是涉及到基因表达的一个重要环节，rRNA和tRNA是稳定的RNA，其更新率低；mRNA是不稳定的RNA，其更新率非常高。脊椎动物细胞mRNA的平均半衰期约为3h,细菌mRNA的半衰期大约只有1.5min，以适应快速生长和对环境作出快速反应的要求。所有细胞中都存在各种核糖核酸酶，可以降解RNA。真核生物mRNA降解的主要途径首先是poly(A)尾巴的缩短，去腺苷酸化能诱发脱去5端帽子结构，然后由53方向和35

方向降解mRNA。RNA的降解RNA降解是涉及到基因表达的一个重要环节，52核酸内切酶：将核酸分解成较小的核苷酸链，很多核酸内切酶无选择性。但在某些细菌和蓝藻中，存在一类特殊的核酸内切酶，称为限制性核酸内切酶。这类酶在双链DNA上能识别特殊的核苷酸序列。核酸内切酶：将核酸分解成较小的核苷酸链，很多核酸内切酶无选择53DNA重组技术一个完整的DNA克隆过程应包括：目的基因的获取，基因载体的选择与构建，目的基因与载体的拼接，重组DNA分子导入受体细胞，筛选并无性繁殖含重组分子的受体细胞（转化子）。图5-27

DNA重组技术的主要步骤返回DNA重组技术一个完整的DNA克隆过程应包括：目的基因的获取54食物核蛋白蛋白质核酸(RNA与DNA)(磷酸二酯酶)单核苷酸胰、肠核苷酸酶(磷酸单酯酶)核苷磷酸核苷酶(水解或磷酸解)戊糖或磷酸戊糖碱基核酸的消化排出，很少利用1’2’3’4’5’(OH)食物核蛋白蛋白质核酸(RNA与DNA)(磷酸二酯酶)单核苷酸55腺嘌呤的分解过程

鸟嘌呤的分解过程一、嘌呤核苷酸的分解代谢腺嘌呤的分解过程鸟嘌呤的分解过程一、嘌呤核苷酸的分解代谢56尿酸的形成与分解过程尿酸的形成与分解过程57嘌呤核苷酸的分解代谢GMPAMP鸟嘌呤黄嘌呤次黄嘌呤

Pi

PiNH3尿酸黄嘌呤氧化酶

NH3别嘌呤醇（-）痛风症腺嘌呤脱氨酶鸟嘌呤脱氨酶＞7mg/dl或0.41mmol/LADA基因缺陷嘌呤核苷酸的分解代谢GMPAMP鸟嘌呤黄嘌呤次黄嘌呤Pi58次黄嘌呤别嘌呤醇别嘌呤醇通过竞争性抑制黄嘌呤氧化酶而抑制尿酸的生成次黄嘌呤和别嘌呤醇次黄嘌呤别嘌呤醇别59二、嘧啶的分解嘧啶分解代谢特点1、还原降解，环被打破2、终产物:NH3、CO2、β-丙氨酸、β-氨基异丁酸二、嘧啶的分解嘧啶分解代谢特点1、还原降解，环被打破60核苷酸的合成代谢一、核糖核苷酸的生物合成二、脱氧核糖核苷酸的生物合成三、单核苷酸转变成核苷二磷酸和核苷三磷酸四、各种核苷酸的相互转变核苷酸的合成代谢一、核糖核苷酸的生物合成二、脱氧核糖611.从头合成途径（肝、胸腺）：R-5-P核苷酸2.补救合成途径（脑、骨髓）：嘌呤或嘧啶碱+核苷酸磷酸核糖焦磷酸(PRPP)aa“-C”CO2（一系列酶促反应）两条合成途径R-5-P1.从头合成途径（肝、胸腺）：R-5-P核苷酸2.补救合成62嘌呤核苷酸的合成代谢(一)、从头合成途径甲酸天冬氨酸甘氨酸谷氨酰胺

嘌呤环上原子的来源5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP)开始，经一系列酶促反应，先生成次黄嘌呤核苷酸(肌苷酸,IMP)，然后再转变为AMP和GMP。部位：肝脏的胞浆嘌呤核苷酸的合成代谢(一)、从头合成途径甲酸天冬氨63一）嘌呤核苷酸的从头合成合成特点：R-5-P→PRPP一碳单位、CO2、谷氨酰胺、甘氨酸、天冬酰氨IMP在PRPP的基础上各原料逐步合成嘌呤核苷酸嘌呤环的原料一）嘌呤核苷酸的从头合成合成特点：R-5-P→PRPP一64IMP生成反应过程IMP生成65IMP转变为GMP和AMPIMP转变为GMP和AMP66AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGD67◆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68嘧啶核苷酸的合成代谢(一)从头合成途径先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖连接生成嘧啶核苷酸.AspCO2GlnNCNCCC123456嘧啶核苷酸的合成代谢(一)从头合成途径先合成69生物化学核酸代谢课件70生物化学核酸代谢课件71嘧啶核苷酸从头合成的调节嘧啶核苷酸从头合成的调节72CMP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+PiCMPCMP的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATP733、dTMP的合成

dUDPdUMPdTMPN5，N10-甲烯基FH4FH2

UDP

UMP还原3、dTMP的合成dUDPdUMPdTMPN5，N10-甲74核糖核苷酸的补救合成途径腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adeninephosphoribosyltransferase,APRT)次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine-guaninephosphoribosyltransferase,HGPRT)腺苷激酶(adenosinekinase)等参与补救合成的酶（碱基磷酸核糖转移酶核苷激酶）核糖核苷酸的补救合成途径腺嘌呤磷酸核糖转移酶参与补救合成的酶75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+ADPHGPRT-自毁容貌综合症腺嘌呤+PRPPAMP+PPiAPRT次黄嘌呤+76补救合成的生理意义节省能量和一些原料的消耗某些组织器官，如脑、骨髓、白细胞等只能进行补救合成补救合成的生理意义节省能量和一些原料的消耗77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）脱氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上进行78dNDP

+

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79嘌啶核苷酸与嘧啶核苷酸合成的比较相同点1.

合成原料基本相同嘌啶核苷酸嘧啶核苷酸2.

合成部位肝脏3.

都有2种合成途径(从头和补救途径)

4.

合成核苷酸不同点1.

在5'-P-R基础上合成嘌呤环2.

最先合成的核苷酸是

IMP3.

在IMP基础上完成AMP和GMP的合成1.

先合成嘧啶环再与5'-P-R结合2.

先合成UMP3.

以UMP为基础,完成CTP,dTMP的合成嘌啶核苷酸与嘧啶核苷酸合成的比较相同点1.合成原料基本相同80核苷酸的抗代谢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氨蝶呤氨甲蝶呤等次黄嘌呤(H)6-巯基嘌呤(6-MP)核苷酸的抗代谢物嘌呤类似物氨基酸类似物叶酸类似物6-巯基嘌呤81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（AI