(精品课件教案ppt) 第十三章 核酸代谢.ppt
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1、第十三章第十三章 核酸代谢核酸代谢预备知识预备知识第一节第一节 核酸的降解和核苷酸代谢核酸的降解和核苷酸代谢 第二节第二节 DNADNA的复制和修复的复制和修复第三节第三节 RNARNA的生物合成和加工的生物合成和加工本节小结本节小结DNA与RNA核酸的生物功能核酸的生物功能 DNA是主要的遗传物质是主要的遗传物质 RNA参与蛋白质的生物合成参与蛋白质的生物合成三类三类RNA共同控制着蛋白质的生物合成共同控制着蛋白质的生物合成 RNA功能的多样性功能的多样性核苷酸的功用核苷酸的功用 合成核酸的合成核酸的原料原料 体内体内能量能量的利用形式:的利用形式:ATP,GTP,CTP,UTP 参与参与代
2、谢和生理调节代谢和生理调节:cAMP,cGMP 组成组成辅酶辅酶:FAD,NAD+,NADP+ 活化活化中间代谢物:中间代谢物: UDPG,CDP-DG,SAM核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸 (5-5-AMP)NNNH2NNOHHOHHOHHCH2OPOOO5胞嘧啶脱氧核苷酸胞嘧啶脱氧核苷酸 (5-dC(5-dCMP) )NOHHHHOHHCH25ONH2NOPOOO55均为均为- -糖糖苷键苷键磷酸酯磷酸酯键键 作用于核酸分子中磷酸二酯键的酶作用于核酸分子中磷酸二酯键的酶.1. 根据对底物的专一性可分为:根据对底物的专一性可分为: (1)核糖核酸
3、酶核糖核酸酶(NaseNase):): (2)脱氧核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶NaseNase(3)非特异性核酸酶)非特异性核酸酶2. 根据酶的作用方式分:根据酶的作用方式分:核酸内切酶、核酸外切酶。核酸内切酶、核酸外切酶。核酸酶核酸酶U(U(或或C C)5 5 P P33U(U(或或C C)P P33G G5533U(U(或或C C、A A)P P33牛胰核糖核酸酶(牛胰核糖核酸酶(RNaseI)-作用位点是嘧啶作用位点是嘧啶核苷核苷-3-磷酸与其它核苷酸间的连接键。磷酸与其它核苷酸间的连接键。核糖核酸酶核糖核酸酶T1(RNaseT1)-作用位点是作用位点是3 -鸟鸟苷酸与其它核苷酸的苷酸与其它
4、核苷酸的5-OH间的键。间的键。(1)核糖核酸酶核糖核酸酶(NaseNase):):(2)脱氧核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶NaseNase 牛胰脱氧核糖核酸酶(牛胰脱氧核糖核酸酶(DNaseI)可切割双链和)可切割双链和单链单链DNA。产物是以。产物是以5-磷酸为末端的寡核苷酸。磷酸为末端的寡核苷酸。 限制性核酸内切酶:细菌体内能识别并水解外限制性核酸内切酶:细菌体内能识别并水解外源双源源双源DNA的核酸内切酶,产生的核酸内切酶,产生3-OH和和5-P。(3)非特异性核酸酶)非特异性核酸酶蛇毒磷酸二酯酶能从蛇毒磷酸二酯酶能从RNA或或DNA链的游离的链的游离的3-OH 逐个水解,生成逐个水解,生成
5、5-核苷酸。核苷酸。 牛脾磷酸二脂酶从游离的牛脾磷酸二脂酶从游离的5-OH开始逐个开始逐个水解,生成水解,生成3核苷酸。核苷酸。2. 根据酶的作用方式分:根据酶的作用方式分:核酸内切酶、核酸外切酶。核酸内切酶、核酸外切酶。核苷酸酶核苷酸酶 (磷酸单脂酶)(磷酸单脂酶) 水解核苷酸,产生核苷和磷酸水解核苷酸,产生核苷和磷酸非特异性磷酸单酯酶:不论磷酸基在戊糖的非特异性磷酸单酯酶:不论磷酸基在戊糖的2、3、 5,都能水解下来。都能水解下来。特异性磷酸单酯酶:特异性磷酸单酯酶: 只能水解只能水解3核苷酸或核苷酸或5核苷酸核苷酸 (3核苷酸酶、核苷酸酶、5核苷酸酶)核苷酸酶)核苷酶核苷酶 核苷磷酸化酶
6、:广泛存在,反应可逆。核苷磷酸化酶:广泛存在,反应可逆。 核苷水解酶:主要存在于植物、微生物中,只水解核核苷水解酶:主要存在于植物、微生物中,只水解核糖核苷,不可逆糖核苷,不可逆第一节第一节 核酸的降解和核苷酸代谢核酸的降解和核苷酸代谢一、一、核酸的酶促降解核酸的酶促降解二、二、嘌呤碱和嘧啶碱的分解嘌呤碱和嘧啶碱的分解三、三、核苷酸的生物合成核苷酸的生物合成核酸核酸磷酸磷酸核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸-戊糖戊糖碱基碱基水水解解核酸酶核酸酶核苷酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶何处去?何处去?进入磷酸戊糖途径进入磷酸戊糖途径或或重新合成核酸重新合成核酸?分解分解合成合成一、核酸的酶促降解一、核
7、酸的酶促降解nucleic acidnucleic acidnucleotidenucleotidephosphatephosphate(磷酸二酯酶磷酸二酯酶)(磷酸单酯酶(磷酸单酯酶) )basebasepurinepurinepyrimidinepyrimidineDNA 反应部位:主要肝、肾、小肠反应部位:主要肝、肾、小肠 代谢终产物代谢终产物:尿酸尿酸 重要的酶重要的酶:黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶 血浆中尿酸含量(正常值):血浆中尿酸含量(正常值): 0.12-0.36mmol/L, (2-6mg%)(一)嘌呤核苷酸的分解代谢(一)嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤核苷酸的分解代谢历程嘌呤核苷酸的
8、分解代谢历程鸟鸟嘌嘌呤呤黄黄嘌嘌呤呤氧氧化化酶酶黄黄嘌嘌呤呤氧氧化化酶酶鸟鸟苷苷尿尿酸酸黄黄嘌嘌呤呤鸟鸟嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸次次黄黄嘌嘌呤呤次次黄黄嘌嘌呤呤核核苷苷次次黄黄嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸腺腺嘌嘌呤呤腺腺苷苷腺腺嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸N NC CC CH HN NC CC CN NH HN NH HC CN NH H2 2N NC CC CH HN NC CC CN NH HN NH HC CO OH HN NC CC CH HN NC CC CN NH HN NC CO OH HH HO ON NC CC CN NC CC CN NH HN NC CO OH HH HO OO OH HN
9、NC CC CH HN NC CC CN NH HN NC CO OH HH H2 2N NUric acid 嘌呤代谢异常的一种疾病嘌呤代谢异常的一种疾病 代谢异常的突出表现是尿酸生成过多,代谢异常的突出表现是尿酸生成过多,使使血尿酸血尿酸 临床表现:尿酸含量过高,血中尿酸含临床表现:尿酸含量过高,血中尿酸含量升高,难溶性的尿酸盐沉积于关节和量升高,难溶性的尿酸盐沉积于关节和软骨及肾等处,导致关节炎、尿路结石软骨及肾等处,导致关节炎、尿路结石及肾疾病。及肾疾病。 血中尿酸含量:超过血中尿酸含量:超过8mg%痛风症痛风症别嘌呤醇治疗痛风症的机理别嘌呤醇治疗痛风症的机理(1)抑制黄嘌呤氧化酶抑制
10、黄嘌呤氧化酶,从而抑制尿酸的生成,从而抑制尿酸的生成(2)同时反馈抑制嘌呤核苷酸从头合成的酶系)同时反馈抑制嘌呤核苷酸从头合成的酶系别别嘌嘌呤呤醇醇N NN NC CN NN NO O H HN NN NN NC CN NO O H H次次黄黄嘌嘌呤呤黄黄嘌嘌呤呤尿尿酸酸黄黄嘌嘌呤呤氧氧化化酶酶黄黄嘌嘌呤呤氧氧化化酶酶鸟鸟嘌嘌呤呤( (- -) )( (- -) ) 核苷酸酶核苷酸酶 核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸 核苷核苷 嘧啶嘧啶 C、U:CO2、NH3、 -丙氨酸丙氨酸终产物终产物 T:CO2、NH3、 -氨基异丁酸氨基异丁酸(二)嘧啶核苷酸的分解代谢(二)嘧啶核苷酸的分解
11、代谢嘧啶核苷酸的分解代谢历程嘧啶核苷酸的分解代谢历程CNCHCHCOHNNH2胞嘧啶尿嘧啶CNCHCHCOOHNHCHCOH NHOCHNC二氢尿嘧啶CHCOHNHOCHNCHOH-脲基丙酸CHCOHCHNHOHNH3NADPH NADP+H2OH2OCNCHCCOOHNHCH3胸腺嘧啶胸腺嘧啶CCOCH3H NHOCHNC二氢NADPH NADP+CHCOHNHOCHNCHOHCH3-脲基异丁酸H2OCHCH3COHCHNHOH-氨基异丁酸-丙氨酸丙氨酸N NH H3 3+ +C CO O2 2H H2 2O O二、二、嘌呤和嘧啶的分解嘌呤和嘧啶的分解在各种脱氨酶作用下水解脱去氨基。在各种脱
12、氨酶作用下水解脱去氨基。390390页页脱氨基作用主要在核糖、核苷酸和碱基三个水平进行。脱氨基作用主要在核糖、核苷酸和碱基三个水平进行。不同种类的生物分解嘌呤的能力不同,终产物也不同不同种类的生物分解嘌呤的能力不同,终产物也不同排尿酸动物:灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类排尿酸动物:灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类排尿囊素动物:哺乳动物(灵长类除外)、腹足类排尿囊素动物:哺乳动物(灵长类除外)、腹足类排尿囊酸动物:硬骨鱼类排尿囊酸动物:硬骨鱼类排尿素动物:大多数鱼类、两栖类排尿素动物:大多数鱼类、两栖类某些低等动物能将尿素进一步分解成某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和和CO2排出。排出。
13、植物分解嘌呤的途径与动物相似,产生各种中间产物植物分解嘌呤的途径与动物相似,产生各种中间产物(尿囊素、尿囊酸、尿素、(尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3)。)。微生物分解嘌呤类物质,生成微生物分解嘌呤类物质,生成NH3、CO2及有机酸(甲及有机酸(甲酸、乙酸、乳酸、等)。酸、乙酸、乳酸、等)。(一)嘌呤的分解(一)嘌呤的分解不同种类动物将不同种类动物将尿酸尿酸直排或进行不同程度的继续降解排出直排或进行不同程度的继续降解排出体外。体外。H2O2在在SOD(超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶)或或过氧化氢酶过氧化氢酶作用作用下分解为下分解为H2O。在人体中嘌呤碱基的分解是在人体中嘌呤碱基的分解是不开环不开环,
14、而不断在环外不断加,而不断在环外不断加氧氧化的过程。氧氧化的过程。共同分解中产物为黄嘌呤,产物也是共同分解中产物为黄嘌呤,产物也是尿酸尿酸。若浓度过高会引起尿结石、风湿性关节炎。若浓度过高会引起尿结石、风湿性关节炎。NNNNNH2核糖核糖NNNNOH脱氨基酶脱氨基酶OHHOHNHHHA-腺嘌呤腺嘌呤腺苷腺苷次黄苷次黄苷核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶PiH核糖核糖-1-磷酸磷酸NNNNOHH次黄嘌呤次黄嘌呤H黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶H2OO2NNNNOHHOHH2O2黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶H2OO2H2O2NNNNOHOHOH尿酸尿酸(二)嘧啶的分解(二)嘧啶的分解有氨基的首先水解脱氨基。有氨基的首
15、先水解脱氨基。391391页页人和某些动物体内脱氨基过程有的发生在核苷或核苷酸上。人和某些动物体内脱氨基过程有的发生在核苷或核苷酸上。脱下的脱下的NHNH3 3可进一步转化成尿素排出。可进一步转化成尿素排出。嘧啶碱包括嘧啶碱包括 :尿嘧啶尿嘧啶,胞嘧啶胞嘧啶,胸腺嘧啶胸腺嘧啶嘧啶环在相应的水解酶催化下,从嘧啶环在相应的水解酶催化下,从解开嘧啶环解开嘧啶环开始逐个的开始逐个的水解各个骨架原子最终释放出水解各个骨架原子最终释放出CO2,NH3,同时生成相应的酸。,同时生成相应的酸。尿嘧啶与胞嘧啶的分解类似,尿嘧啶与胞嘧啶的分解类似,分解产物为乙酸分解产物为乙酸。胸腺嘧啶分解终产物为胸腺嘧啶分解终产
16、物为-氨基异丁酸氨基异丁酸NNHONH2NNHOOHNH3NH3NADPH+H+NADPH+NNHOOHHHHHOHHOHHNNHOOHHHHOH2HOHHOHH2CO2NH2CH2CH2OOHO2 NH3 CH3 CO2 乙酸乙酸+3NH3+2CO2NHNHOOCH3NADPH+H+NADPH+NHNHOOCH3HHHOHHOHHOHHNOCH3HHHOHH2CO2+NH3-氨基异丁酸氨基异丁酸+CO2+NH3排出体外或进入有机酸排出体外或进入有机酸代谢。代谢。CO223三、核苷酸的生物合成三、核苷酸的生物合成1.1.从从“头合成头合成”途径:途径:(一)核苷酸生物合成的基本途径(一)核苷酸
17、生物合成的基本途径 核苷酸生物合成途径概括核苷酸生物合成途径概括补救途径补救途径从头合成从头合成核苷核苷辅酶辅酶碱基碱基核糖核苷酸核糖核苷酸核糖、氨基酸、核糖、氨基酸、CO2 2、NH3脱氧核苷脱氧核苷脱氧核苷酸脱氧核苷酸RNADNA(二)(二) 嘌呤嘌呤核苷酸的核苷酸的合成合成甘氨坐中间,谷氮站两边,左手开天门,头顶二氧碳。甘氨坐中间,谷氮站两边,左手开天门,头顶二氧碳。1.从头合成从头合成(1)嘌呤碱合成的元素来源)嘌呤碱合成的元素来源“从头合成从头合成”中碱基各原子来源中碱基各原子来源NNNNCCCCC134256789COCO2 2 通过放射性同位素法推断通过放射性同位素法推断 磷酸核
18、糖磷酸核糖C1上逐个安插成嘌呤碱成分,形成上逐个安插成嘌呤碱成分,形成A(G)MP。(2)从头合成途径)从头合成途径 ATPAMP5-磷酸核糖磷酸核糖PRPP焦磷酸激酶,镁离子焦磷酸激酶,镁离子。磷酸核糖焦磷酸合成酶磷酸核糖焦磷酸合成酶PRPP5-磷酸核糖胺磷酸核糖胺IMPAMPGMPPRPPR-5-PR-5-P5-5-磷酸核糖磷酸核糖 O OO OH HO OH HC CH H2 2O OP PO OH HATP AMPATP AMPPRPPPRPP磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸O OO OH HO OH HC CH H2 2O OP PO OP PGlnGln GluGluPRAPRA1-1
19、-氨基氨基-5-5-磷酸核苷磷酸核苷O OO OH HO OH HC CH H2 2O OP PN NH H2 2P PATPATPGlyGly甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸O OO OH HO OH HC CH H2 2O OP PN NH HC CH H2 2C CN NH H2 2O OFHFH4 45 51010N N ,N,N-CH=FH-CH=FH4 4甲酰甘氨酰核苷酸甲酰甘氨酰核苷酸O OO OH HO OH HC CH H2 2O OP PN NH HC CH H2 2C CN NH HO OC CH HO OGluGluGlnGln甲酰甘氨咪核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸O OO OH
20、 HO OH HC CH H2 2O OP PN NH HC CH H2 2C CN NH HC CH HO OH HN NH H2 2O O5-5-氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸O OO OH HO OH HC CH H2 2O OP PH H2 2N NH HC CH HN NC CC CN NCOCO2 25-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-羧酸核苷酸羧酸核苷酸O OO OH HO OH HC CH H2 2O OP PO OC CH H2 2N NC CH HN NC CC CN NH HO O5-5-甲酰氨基甲酰氨基-4-4-氨基甲酰氨基甲酰咪唑核苷酸咪唑核苷酸 (FAICAR)(FAI
21、CAR)O OO OH HO OH HC CH H2 2O OP PO ON NC CC CH HN NC CC CN NH HH HN NH HC CO OH H2 2O OIMPIMP次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸O OO OH HO OH HC CH H2 2O OP PO ON NC CC CH HN NC CC CN NH HN NH HC CN N1010-CHO-FH-CHO-FH4 45-5-氨基咪唑氨基咪唑-4 -4 -甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸O OO OH HO OH HC CH H2 2O OP PO ON NC CH H2 2N NC CH HN NC CC CN NH
22、HH HfumaratefumarateC CO OO OH HH HC CH H2 2C CC CO OO OH HO OO OH HO OH HC CH H2 2O OP PO OC CH H2 2N NC CH HN NC CC CN NN NH H5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4(N-4(N-琥珀酸琥珀酸)?)?- -甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸AspAsp 合成原料合成原料:磷酸核糖、氨基酸、一碳单位和:磷酸核糖、氨基酸、一碳单位和CO2等简单物质等简单物质 合成部位合成部位:主要在肝细胞液:主要在肝细胞液 是是在在5-磷酸核糖的基础上逐步合成嘌呤环磷酸核糖的基础上逐步合成嘌呤环,而,而不是
23、首先单独合成嘌呤碱,然后再与磷酸核糖不是首先单独合成嘌呤碱,然后再与磷酸核糖结合的结合的 首先合成次黄嘌呤核苷酸首先合成次黄嘌呤核苷酸,然后再转变成,然后再转变成AMP,GMP 重要的催化酶重要的催化酶:PRPP合成酶、合成酶、PRPP酰胺转移酰胺转移酶酶(嘌呤核苷酸合成的重要调节点)(嘌呤核苷酸合成的重要调节点)v 抑制部位的酶均为变构酶。抑制部位的酶均为变构酶。 磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶 腺苷酸转琥珀酸合成酶腺苷酸转琥珀酸合成酶 次黄嘌呤核苷酸脱氢酶次黄嘌呤核苷酸脱氢酶v 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( (- -) )( (- -)
24、)( (- -) )( (- -) )( (- -) )( (- -) )( (+ +) )( (+ +) )酰酰基基转转移移酶酶P PR RP PP P合合成成酶酶G GT TP PG GM MP PG GD DP PA AT TP PA AD DP PA AM MP PX XM MP P腺腺苷苷酸酸代代琥琥珀珀酸酸I IM MP PP PA AR RP PR RP PP PR R- -5 5- -P P原则之二:交叉调解,相互调整,比例平衡原则之二:交叉调解,相互调整,比例平衡( (- -) )( (+ +) )( (+ +) )( (- -) )G GT TP PG GM MP PG G
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