浙大生物化学核苷酸代谢.pptx

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1、第十四章第十四章 核酸的降解核酸的降解和核苷酸代谢和核苷酸代谢第一节第一节 核酸的分解代谢核酸的分解代谢第二节第二节 嘌呤核苷酸代谢嘌呤核苷酸代谢第三节第三节 嘧啶核苷酸代谢嘧啶核苷酸代谢第1页/共73页第一节第一节 核酸的分解代谢核酸的分解代谢一、核酸的解聚作用一、核酸的解聚作用水水解解连连接接核核苷苷酸酸之之间间的的3,5-磷磷酸酸二二酯酯键键，产产生生低低级级多多核核苷苷酸酸或或单核苷酸，即核酸的解聚作用。单核苷酸，即核酸的解聚作用。作作用用磷磷酸酸二二酯酯键键的的酶酶称称磷磷酸酸二二酯酯酶酶，而而作作用用核核酸酸的的磷磷酸酸二二酯酯酶酶称核酸酶。称核酸酶。第2页/共73页1、按作用对象

2、分：、按作用对象分：核糖核酸酶核糖核酸酶：水解核糖核酸（：水解核糖核酸（RNA）脱氧核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶：水解脱氧核糖核酸（：水解脱氧核糖核酸（DNA）第3页/共73页2、按作用部位分：、按作用部位分：核酸内切酶核酸内切酶：水解：水解RNA或或DNA核酸分子内的磷酸二酯键。核酸分子内的磷酸二酯键。核核酸酸外外切切酶酶：从从核核酸酸链链的的一一端端逐逐个个切切下下核核苷苷酸酸，分分5端端外外切切酶酶和和3端外切酶。端外切酶。牛脾磷酸二酯酶为牛脾磷酸二酯酶为5端外切酶，切下端外切酶，切下3-核苷酸；核苷酸；蛇毒磷酸二酯酶为蛇毒磷酸二酯酶为3端外切酶，切下端外切酶，切下5-核苷酸。核苷酸。第4页

3、/共73页二、核苷酸的降解二、核苷酸的降解1、降解为、降解为核苷核苷和和磷酸磷酸 非特异性核苷酸酶：非特异性核苷酸酶：可水解下核苷可水解下核苷2，3 或或5 位上的磷酸；位上的磷酸；特异性核苷酸酶：特异性核苷酸酶：只只能能水水解解3 或或5 位位上上的的磷磷酸酸，分分别别称称为为3 -核核苷苷酸酶和酸酶和5 -核苷酸酶。核苷酸酶。核苷酸核苷酸核苷核苷+磷酸磷酸磷酸单酯酶磷酸单酯酶（核苷酸酶）（核苷酸酶）第5页/共73页2、降解为戊糖和嘌呤或嘧啶、降解为戊糖和嘌呤或嘧啶广泛形式：广泛形式：为可逆反应（为可逆反应（逆反应用于补救合成逆反应用于补救合成）。）。植物和微生物内形式：植物和微生物内形式：

4、为为不不可可逆逆反反应应。只只能能对对核核糖糖核核苷苷有有作作用用，对对脱脱氧氧核核糖核苷无作用。糖核苷无作用。核苷核苷+磷酸磷酸嘌呤碱（嘧啶碱）嘌呤碱（嘧啶碱）+戊糖戊糖-1-磷酸磷酸核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶核苷核苷+H2O嘌呤碱（嘧啶碱）嘌呤碱（嘧啶碱）+戊糖戊糖核苷水解酶核苷水解酶第6页/共73页第二节第二节嘌呤核苷酸代谢嘌呤核苷酸代谢第7页/共73页核苷酸的功用核苷酸的功用合成核酸的原料合成核酸的原料 体内能量的利用形式：体内能量的利用形式：ATP，GTP，CTP，UTP参与代谢和生理调节：参与代谢和生理调节：cAMP，cGMP组成辅酶：组成辅酶：FAD，NAD+，NADP+活化中间代

5、谢物：活化中间代谢物：UDPG，CDP-DG，SAM，PAPS第8页/共73页一、嘌呤核苷酸的分解代谢一、嘌呤核苷酸的分解代谢第9页/共73页第10页/共73页不同生物分解能力不一样，最终分解产物也不同不同生物分解能力不一样，最终分解产物也不同1、脱氨基、脱氨基（动动物物组组织织中中该该酶酶含含量量少少，而而腺腺嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸脱脱氨氨酶酶和和腺腺嘌嘌呤呤核核苷苷脱脱氨氨酶酶活活性性高高，因因此此是是在在核核苷苷或或核核苷苷酸水平上进行脱氨）酸水平上进行脱氨）腺嘌呤腺嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤（脱（脱6位上的位上的NH2）腺嘌呤脱氨酶腺嘌呤脱氨酶鸟嘌呤鸟嘌呤黄嘌呤黄嘌呤（脱（脱2位上的位上的NH

6、2）鸟嘌呤脱氨酶鸟嘌呤脱氨酶第11页/共73页2、氧化成尿酸、氧化成尿酸人或排尿动物的最终产物人或排尿动物的最终产物 次黄嘌呤次黄嘌呤+O2+H2O黄嘌呤黄嘌呤+H2O2黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤黄嘌呤+O2尿酸尿酸+H2O2黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶第12页/共73页3、氧化成尿囊素、氧化成尿囊素其他哺乳动物的最终产物其他哺乳动物的最终产物尿酸尿酸+2 H2O+O2尿囊素尿囊素+CO2+H2O2尿酸氧化酶尿酸氧化酶4、水解成尿囊酸、水解成尿囊酸硬骨鱼的最终产物硬骨鱼的最终产物尿囊素尿囊素+H2O尿囊酸尿囊酸尿囊素酶尿囊素酶第13页/共73页5、水解成尿素和乙醛酸、水解成尿素和乙醛酸尿囊酸尿

7、囊酸+H2O尿素尿素+乙醛酸乙醛酸尿囊酸酶尿囊酸酶多数鱼类及两栖类的最终产物多数鱼类及两栖类的最终产物6、进一步分解成、进一步分解成NH3和和CO2尿素尿素+H2O4 NH3+2 CO2脲酶脲酶第14页/共73页PiPiNH3NH3NH3RibRibPiRibNH3NH3腺嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤鸟嘌呤尿酸第15页/共73页二、嘌呤核苷酸的合成二、嘌呤核苷酸的合成从从头头合合成成途途径径：利利用用磷磷酸酸核核糖糖、氨氨基基酸酸、一一碳碳单单位位及及CO2等等简简单物质为原料，经一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。单物质为原料，经一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。补补救救合合成成途途径径：利利用

8、用体体内内游游离离的的嘌嘌呤呤或或嘌嘌呤呤核核苷苷，经经过过简简单单的的反应过程，合成嘌呤核苷酸的途径。反应过程，合成嘌呤核苷酸的途径。第16页/共73页1、嘌呤核苷酸从头合成、嘌呤核苷酸从头合成原原料料：磷磷酸酸核核糖糖，Gly，Gln，Asp，CO2,N5-N10-CH=THF（次次甲甲基基四四氢氢叶叶酸酸），N10-CHO-FH4（甲酰四氢叶酸），（甲酰四氢叶酸），ATP合成部位合成部位：胞液：胞液合成过程合成过程：次黄嘌呤核苷单磷酸（次黄嘌呤核苷单磷酸（IMP）的合成）的合成AMP GMP的合成的合成AMP ADP ATPGMP GDP GTP第17页/共73页嘌呤碱合成的元素来源嘌呤

9、碱合成的元素来源天冬氨酸天冬氨酸一碳基团一碳基团一碳基团一碳基团谷氨酰胺谷氨酰胺第18页/共73页嘌呤核苷酸的合成过程嘌呤核苷酸的合成过程第19页/共73页5-磷酸核糖磷酸核糖5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸焦磷酸激酶焦磷酸激酶，Mg2+第20页/共73页第21页/共73页第22页/共73页第23页/共73页第24页/共73页第25页/共73页第26页/共73页第27页/共73页第28页/共73页富马酸（延胡索酸）富马酸（延胡索酸）第29页/共73页第30页/共73页第31页/共73页AMP和和GMP的生成的生成第32页/共73页背景背景嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤核苷酸的分解代谢第33页/共73

10、页嘌呤核苷酸从头合成的调节嘌呤核苷酸从头合成的调节原则之一：满足需求，防止供过于求。原则之一：满足需求，防止供过于求。氨氨第34页/共73页原则之二：相互调整，比例平衡原则之二：相互调整，比例平衡第35页/共73页2、嘌呤核苷酸的补救合成、嘌呤核苷酸的补救合成嘌嘌呤呤与与5-磷磷酸酸核核糖糖焦焦磷磷酸酸合合成成嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸（重重要要补补救救途途径）径）第36页/共73页预预先先合合成成碱碱基基，然然后后合合成成核核苷苷，再再合合成成核核苷苷酸酸核苷的合成核苷的合成逆反应用于分解代谢逆反应用于分解代谢核苷酸的合成核苷酸的合成碱基碱基+1-磷酸核糖磷酸核糖核苷核苷+Pi特异的核苷磷酸化酶特

11、异的核苷磷酸化酶核苷核苷+ATP核苷酸核苷酸+ADP核苷核苷磷酸激酶磷酸激酶第37页/共73页嘌呤核苷酸补救合成的生理意义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。节约能量和一些氨基酸的消耗。有有些些组组织织（如如脑脑、骨骨髓髓）不不能能从从头头合合成成嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸，只只能能进进行行嘌呤核苷酸的补救合成。嘌呤核苷酸的补救合成。HGPRT完全缺失的患儿，表现为自毁容貌征完全缺失的患儿，表现为自毁容貌征HGPRT缺缺失失导导致致次次黄黄嘌嘌呤呤累累积积，转转而而过过量量产产生生尿尿酸酸，同同时时补补救救途途径径不不通通会会引引起起嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸合合成成速速度度增增加加，

12、更更加加大大量量累累积积尿尿酸酸，从从而而导导致致肾肾结石和痛风结石和痛风第38页/共73页三、脱氧核苷酸的生成三、脱氧核苷酸的生成核核糖糖核核苷苷酸酸通通常常是是在在核核苷苷二二磷磷酸酸水水平平上上被被还还原原，由由核糖第二位碳原子上的氧脱去形成。核糖第二位碳原子上的氧脱去形成。第39页/共73页嘌呤核苷酸合成总结嘌呤核苷酸合成总结IMPAMPGMPADPGDPATPGTPdADPdATPdGDPdGTP第40页/共73页嘌呤核苷酸的抗代谢物嘌呤核苷酸的抗代谢物第41页/共73页嘌呤核苷酸的抗代谢物嘌呤核苷酸的抗代谢物谷氨酰胺谷氨酰胺重氮丝氨酸重氮丝氨酸6-重氮重氮-5-氧氧-正亮氨酸正亮氨

13、酸第42页/共73页嘌呤核苷酸的抗代谢物嘌呤核苷酸的抗代谢物四氢叶酸四氢叶酸氨蝶呤氨蝶呤氨甲蝶呤（氨甲蝶呤（MTX）第43页/共73页嘌呤核苷酸的抗代谢物的作用嘌呤核苷酸的抗代谢物的作用第44页/共73页嘌呤核苷酸的抑制嘌呤核苷酸的抑制血血中中尿尿酸酸含含量量：正正常常：26 mg/dl；痛痛风风症症：超超过过8 mg/dl第45页/共73页本小节要求本小节要求了了解解嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸从从头头合合成成途途径径和和补补救救合合成成途途径径；掌掌握握嘌嘌呤呤合合成成时时的的元元素素来来源源、特特点点和和补补救救合合成成途途径径的的生生理理意意义义；熟熟悉悉IMP转转变为变为AMP及及GMP的过

14、程。的过程。了了解解脱脱氧氧核核苷苷酸酸生生成成和和嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸合合成成的的抗抗代代谢谢物物的的作作用用环环节节；熟悉熟悉嘌呤核苷酸分解代谢的终产物。嘌呤核苷酸分解代谢的终产物。第46页/共73页第三节第三节 嘧啶核苷酸代谢嘧啶核苷酸代谢一、嘧啶碱的分解一、嘧啶碱的分解 第47页/共73页第48页/共73页嘧啶碱的分解过程嘧啶碱的分解过程1、脱氨、脱氨 也可在核苷或核苷酸水平上脱氨（人或某些动物）也可在核苷或核苷酸水平上脱氨（人或某些动物）胞嘧啶胞嘧啶+H2O 尿嘧啶尿嘧啶+NH3（脱（脱4位上的位上的NH2）胞嘧啶脱氨酶胞嘧啶脱氨酶第49页/共73页2、还原成二氢尿嘧啶、还原成二氢尿

15、嘧啶3、水解、水解胸腺嘧啶的分解相似，最后产生胸腺嘧啶的分解相似，最后产生-氨基异丁酸。氨基异丁酸。尿嘧啶尿嘧啶+NAD(P)H+H+二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶+NAD(P)+二氢尿嘧啶脱氢酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶-脲基丙酸脲基丙酸二氢尿嘧啶酶二氢尿嘧啶酶-丙氨酸丙氨酸+CO2+NH3脲基丙酸酶脲基丙酸酶-脲基丙酸脲基丙酸第50页/共73页背景：嘌呤核苷酸的分解代谢第51页/共73页二、嘧啶核苷酸的合成代谢二、嘧啶核苷酸的合成代谢嘧啶核苷酸的从头合成嘧啶核苷酸的从头合成嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶核苷酸的补救合成第52页/共73页1、嘧啶核苷酸的从头合成、嘧啶核苷酸的从头合成嘧啶环的元素来

16、源嘧啶环的元素来源第53页/共73页第一步：第一步：氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸的合成的合成第54页/共73页背景背景与尿素合成第一步比较与尿素合成第一步比较氨甲酰磷酸的合成：氨甲酰磷酸的合成：氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶-I第55页/共73页氨基甲酰磷酸合成酶（关键酶）的比较氨基甲酰磷酸合成酶（关键酶）的比较氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶-I 氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶-II分分 布布线粒体（肝）线粒体（肝）胞液（所有细胞）胞液（所有细胞）氮氮 源源氨氨谷氨酰胺谷氨酰胺变构激活剂变构激活剂 N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸无无功功 能能尿素合成尿素合成嘧啶的合成嘧啶的合成第56页/共73

17、页第二步：第二步：转氨甲酰反应转氨甲酰反应第57页/共73页第三步：第三步：环化脱水反应环化脱水反应第58页/共73页第四步：第四步：氧化反应氧化反应第59页/共73页第五步：第五步：与与5-磷酸核糖相连接磷酸核糖相连接第60页/共73页第六步：第六步：脱羧反应脱羧反应第61页/共73页UTP和和CTP的合成的合成第62页/共73页第63页/共73页UTP/CTP/dTTP的合成的合成CNCHCHCOORNH5PCNCHCHCORNH5PNH2PPCNCHCHCOOdRNH5PCH3UMPCTPdTMPUDPUTPCTPGlnGludUDPdUTPdUMPUMPdCTPATPADP+PidTM

18、PdTDPdTTP第64页/共73页脱氧核苷酸的生成脱氧核苷酸的生成核核糖糖核核苷苷酸酸通通常常是是在在核核苷苷二二磷磷酸酸水水平平上上被被还还原原，由由核核糖糖第二位碳原子上的氧脱去形成。第二位碳原子上的氧脱去形成。第65页/共73页dTMP的合成的合成dUMP+N5,N10-亚甲基四氢叶酸亚甲基四氢叶酸dTMP+二氢叶酸二氢叶酸dTMP合成酶合成酶第66页/共73页dUMP的来源的来源UDP dUMP+Pi dCMP dUMP第67页/共73页嘧啶核苷酸合成的调节嘧啶核苷酸合成的调节第68页/共73页2、嘧啶核苷酸的补救合成、嘧啶核苷酸的补救合成 尿苷激酶尿苷激酶胞嘧啶核苷胞嘧啶核苷+ATP胞苷酸胞苷酸+ADP第69页/共73页嘧啶核苷酸的抗代谢物嘧啶核苷酸的抗代谢物第70页/共73页核苷酸的生物合成核苷酸的生物合成第71页/共73页本小节要求本小节要求掌掌握握嘧嘧啶啶碱碱合合成成的的元元素素来来源源和和特特点点；了了解解嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸的的合合成成过过程；程；熟悉熟悉脱氧胸苷酸的生成及甲基的来源。脱氧胸苷酸的生成及甲基的来源。了了解解嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸合合成成的的抗抗代代谢谢物物作作用用环环节节和和嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸分分解解代代谢的终产物。谢的终产物。第72页/共73页感谢您的观看！第73页/共73页