核酸降解与核苷酸代谢课件.pptx

1、核酸降解与核苷酸代谢 核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶称为核酸酶核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶称为核酸酶,按其作用位置分为按其作用位置分为:核苷核苷+H2O 嘌呤（或嘧啶）嘌呤（或嘧啶）+戊糖戊糖 核苷酸核苷酸+H2O 核苷核苷+Pi核苷核苷+H3PO4 嘌呤（或嘧啶）嘌呤（或嘧啶）+1-磷酸戊糖磷酸戊糖（一）嘧啶核苷酸的从头合成腺嘌呤脱氨基主要在核苷和核苷酸水平N5,N10-甲烯FH4核糖核酸外切酶:只作用于RNA都有2种合成途径(从头和补救途径)腺嘌呤脱氨基主要在核苷和核苷酸水平（三）嘌呤核苷酸的相互转变3C T T A A G5 3C T T A A G55-氨基咪唑-4-琥珀基-甲酰胺核

2、苷酸嘌呤类似物：主要有6-巯基嘌呤先由氨甲酰磷酸与天冬氨酸形成嘧啶环，再与核糖磷酸（PRPP）结合形成 UMP第二节 核苷酸的分解降解嘌呤碱的最终嘌呤碱的最终代谢产物代谢产物AMPAMPGMPGMPH(I)H(I)（次黄嘌呤）（次黄嘌呤）G GX X（黄嘌呤）（黄嘌呤）尿酸在不同生物体内的继续分解痛风症痛风症别嘌呤醇别嘌呤醇尿酸尿酸鸟嘌呤鸟嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤黄嘌呤黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇别嘌呤醇化疗药物化疗药物次黄嘌呤次黄嘌呤HNHCNCCCNHCHNOHypoxanthineHNHCNCCCNHNHCOAllopurinol嘧啶碱嘧啶碱1-磷酸核糖磷酸

3、核糖嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸核苷核苷 核苷酸酶核苷酸酶PPi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶H2OH2OH2N CH2CH2COOHH2NCH2CHCOOHCH3NNHONH2H2ONH3HNNHOOCH2CH2NH2NHOHOOCHNNHOOCH3CH2CHNH2NHOHOOCCH3胞嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶-脲基丙酸CO2+NH3-丙氨酸-氨基异丁酸-脲基异丁酸排泄，进入排泄，进入TCA因此，核酸不是必要营养成分因此，核酸不是必要营养成分l从头合成途径从头合成途径-利用磷酸核糖、氨基酸、一碳利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及单位及CO2等简单物质为原料，经过一系列酶促等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成

4、核苷酸的途径。反应，合成核苷酸的途径。l补救合成途径补救合成途径-利用体内游离的碱基或核苷，利用体内游离的碱基或核苷，经过简单的反应过程，合成核苷酸的途径。经过简单的反应过程，合成核苷酸的途径。5-磷酸核糖磷酸核糖PRPPAspCO2+Gln氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸乳清酸乳清酸UMPdTMPUTPCTPGTPATPAMPGMPIMPGlnGlyGln一碳单位一碳单位一碳单位一碳单位CO2Asp一、嘌呤核苷酸的合成一、嘌呤核苷酸的合成 肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器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、骨髓则无法进官，其次是小肠和胸腺，而脑、骨髓则无法进行此合成途径。

5、行此合成途径。合成部位合成部位谷氨酰胺谷氨酰胺（酰胺基）（酰胺基）CO2天冬氨酸天冬氨酸甲酰基甲酰基（一碳单位）（一碳单位）甘氨酸甘氨酸甲酰基甲酰基（一碳单位）（一碳单位）R-5-P（5-磷酸核糖）磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶合成酶PP-1-R-5-P（磷酸核糖焦磷酸）（磷酸核糖焦磷酸）在谷氨酰胺、甘氨酸、在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及一碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下天冬氨酸的逐步参与下IMP AMP GMPH2N-1-R-5-P（5-磷酸核糖胺）磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸酰胺转移酶酰胺转移酶四氢叶酸（四氢叶酸（FH4）是一碳单位的载体是一碳单位的载体P

6、RPP是是5-磷酸核糖的活性供体磷酸核糖的活性供体嘌呤核苷酸合成特点嘌呤核苷酸合成特点先形成先形成IMP，然后在单磷酸的水平上转变成然后在单磷酸的水平上转变成AMP、GMP。IMP合成从合成从5-P-核糖开始的，在核糖开始的，在ATP参与下先参与下先形成形成PRPP各个原子在各个原子在PRPP的的C1上逐渐加上去的。先形成右上逐渐加上去的。先形成右环，再形成左环。环，再形成左环。HHOOOHHHOHCH2OPPOPHHCH2OOOHHHOHOHPAMPATPMg2+PPiOOHHHOHHNH2HCH2OPGln酰胺转移酶5-磷酸核糖1-焦磷酸 （PRPP）5-磷酸核糖(R-5-P)PRPP合成

7、酶5-磷酸核糖胺Glu1.IMP的合成的合成HOH2NCCCNCHNOR-5-PH2NCHCNCHNR-5-PCH2CNHCHHNR-5-PHNOCH2CNHCHHNR-5-POOCO2H2OATPOOHHHOHHHN HCH2OCOH2CNH2POHCOH2CNH2FH4ATPOOHHHOHHNH2HCH2OPATPGlnGlu5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸（CAIR）5-氨基咪唑核苷酸（AIR）甲酰甘氨咪核苷酸（FGAM）甲酰甘氨酰胺核苷酸（FGAR）羧化酶甘氨酰胺核苷酸（GAR）Gly转甲酰基酶ADP+PiGAR合成酶PRAN10-CHO FH4FGAM合成酶AIR合成酶HNHCNCCCN

8、CHNOR-5-PH2NHCNHCCCNCHNOR-5-POH2NH2NCCCNCHNOR-5-PH2OFH4NHH2NCCCNCHNOR-5-PHCCH2COOHCOOHHOH2NCCCNCHNOR-5-PH2OATPIMP 5-甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺 核苷酸（FAICAR）5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸（AICAR）环水解酶转甲酰基酶N10-CHO FH45-氨基咪唑-4-(N-琥珀酸)甲酰胺核苷酸(SAICAR)延胡索酸裂解酶5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸（CAIR）Asp合成酶5-5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸5-5-磷酸磷酸核糖胺核糖胺甘氨酸甘氨酸甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸甲酰甘

9、氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸5-5-氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-羧核苷酸羧核苷酸IMP 生物生物合成合成5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-琥珀琥珀基基-甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸5-5-甲酰氨基咪唑甲酰氨基咪唑-4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸（IMPIMP）甲酰甲酰THFATHFAIMP生成总反应过程生成总反应过程2.AMP和和GMP的生成的生成 HNNNNNHCHHOOCCH2COOHHNNHNNOOHNNHNNOHNNNNNH2HNNNN

10、H2NOIMPXMPH2OGlnGluATPAMPGTPAspNADH+H+腺苷酸代琥珀酸（AMPS）AMPS 裂解酶延胡索酸GMP 合成酶NAD+H2OR-5-PR-5-PR-5-PR-5-PGMPR-5-PAMPS合成酶IMP脱氢酶AMP ，则抑制本途径，激活，则抑制本途径，激活另一途径另一途径-交叉调节交叉调节ADPATP激酶激酶ADPATP激酶激酶ADPATP激酶激酶ADPATP激酶激酶 IMP的合成需的合成需5个个ATP，6个高能磷酸键。个高能磷酸键。AMP或或GMP的合成又需的合成又需1个个ATP。嘌呤核苷酸从头合成的能量代谢嘌呤核苷酸从头合成的能量代谢3.从头合成的调节从头合成的

11、调节-v既满足需要，又不致于浪费。既满足需要，又不致于浪费。v维持维持ATP与与GTP浓度的平衡。浓度的平衡。（二）嘌呤核苷酸的补救合成（二）嘌呤核苷酸的补救合成腺嘌呤磷酸核糖转移酶（腺嘌呤磷酸核糖转移酶（APRT）次黄嘌呤次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT）腺苷激酶（腺苷激酶（TK）参与补救合成的酶参与补救合成的酶补救合成过程补救合成过程腺腺嘌嘌呤呤核核苷苷AMPATPADP腺腺苷苷激激酶酶补救合成的生理意义补救合成的生理意义l补救合成节省从头合成时的能量和一些氨补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。基酸的消耗。l体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进体

12、内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。行补救合成。（三）嘌呤核苷酸的相互转变（三）嘌呤核苷酸的相互转变IMPAMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸XMPGMPNH3腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶鸟苷酸还原酶鸟苷酸还原酶NADPH+H+NADP+NH3（四）（四）嘌呤核苷酸的抗代谢物嘌呤核苷酸的抗代谢物 嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、氨基酸或叶酸嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、氨基酸或叶酸等的类似物。等的类似物。主要以竞争性抑制干扰或阻断嘌呤核苷酸的合成代主要以竞争性抑制干扰或阻断嘌呤核苷酸的合成代谢，从而进一步阻止核酸以及蛋白质的生物合成。谢，从而进一步阻止核酸以及蛋白质的生物合成。次黄嘌呤次

13、黄嘌呤(H)6-巯基嘌呤巯基嘌呤(6-MP)嘌呤类似物：主要有嘌呤类似物：主要有6-巯基嘌呤巯基嘌呤(6-Mercaptopurine，6-MP)6-MP6-MP核苷酸核苷酸从头合成途径从头合成途径补救合成途径补救合成途径HGPRTPRPP酰胺转移酶酰胺转移酶IMPAMP 和和 GMP-v6-MP 核苷酸是核苷酸是 IMP的类似物的类似物v氨基酸类似物：氨基酸类似物：v氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸(AS)是是 Gln的类似物的类似物-抑制氨基化抑制氨基化v叶酸类似物：叶酸类似物：v氨蝶呤氨蝶呤(AP)和甲氨蝶呤和甲氨蝶呤(MTX)-抑制一碳单位转抑制一碳单位转移移FH2FH4FH2 还原酶叶酸NADP

14、H+H+NADP+NADPH+H+NADP+AP 或 MTX-FH2 还原酶甲酰甘氨酰甲酰甘氨酰胺核苷酸胺核苷酸（FGAR）PRPP谷氨酰胺谷氨酰胺（Gln）=PRA甘氨酰胺甘氨酰胺核苷酸核苷酸（GAR）=甲酰甘氨甲酰甘氨脒核苷酸脒核苷酸（FGAM）5-氨基异咪唑氨基异咪唑-4-甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸（AICAR）=5-甲酰胺基咪唑甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸（FAICAR）IMP次黄嘌呤次黄嘌呤（H）PRPPPPi=AMP=PRPPPPi=腺嘌呤（腺嘌呤（A）GMP=PRPPPPi鸟嘌呤鸟嘌呤(G)6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸

15、氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸MTXMTX（一）嘧啶核苷酸的从头合成（一）嘧啶核苷酸的从头合成主要是肝细胞胞液主要是肝细胞胞液合成部位合成部位二、嘧啶核苷酸的合成代谢二、嘧啶核苷酸的合成代谢嘧啶合成的元素来源嘧啶合成的元素来源氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸NCNCCC123456AspCO2Gln1.从头合成途径从头合成途径（1）尿嘧啶核苷酸的合成）尿嘧啶核苷酸的合成氨甲酰磷酸合成酶2ATP2ADP+PiGluGlnHCO3-+(CPS-)氨甲酰磷酸COPO3H2H2NO+2ADP+PiCO2+NH3 +H2O2ATPPiPi鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨酸精氨酸延胡索酸延胡索酸氨基酸氨基酸草酰乙酸草

16、酰乙酸苹果酸苹果酸-酮戊酮戊 二酸二酸谷氨酸谷氨酸-酮酸酮酸精氨酸代精氨酸代 琥珀酸琥珀酸瓜氨酸瓜氨酸天冬氨酸天冬氨酸ATPAMP+PPi鸟氨酸鸟氨酸尿素尿素线粒体线粒体胞胞 液液目目 录录CPS CPS 分布分布 线粒体线粒体(肝肝)胞液胞液(所有细胞所有细胞)氮源氮源 NH3 Gln 变构激活剂变构激活剂 AGA 无无 变构抑制剂变构抑制剂无无UMP功能功能 尿素合成尿素合成 嘧啶合成嘧啶合成 氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶和和 的区别的区别 HNNOOHNNOOCOOHHNNHOOCOOHHNCNHCCH2COOCOOHHNH2CNHCCH2COOCOOHHHONH2CH2NCCH2C

17、OOCOOHHHOOP氨氨甲甲酰酰磷磷酸酸氨氨甲甲酰酰天天冬冬氨氨酸酸H2O二二氢氢乳乳清清酸酸酶酶NAD+NADH+H+PRPPPPiCO2 UMPPiR-5-PR-5-P天天冬冬氨氨酸酸氨氨甲甲酰酰转转移移酶酶Asp二二氢氢乳乳清清酸酸脱脱氢氢酶酶 UTP磷磷酸酸核核糖糖转转移移酶酶脱脱羧羧酶酶乳乳清清酸酸核核苷苷酸酸乳乳清清酸酸二二氢氢乳乳清清酸酸（2）CTP的合成的合成 是在三磷酸水平上进行的。是在三磷酸水平上进行的。UTPCTPGln+ATPGlu+ADP+PiCTP NNNH2OR5 PPPHNNOOR5 PPP动物体动物体ATPADPATPADP尿苷酸激酶尿苷酸激酶尿苷二磷酸激酶

18、尿苷二磷酸激酶细细菌菌（3）dTMP或或TMP的生成的生成FH2还原酶还原酶FH4NADP+NADPH+H+UDP脱氧核苷酸还原酶脱氧核苷酸还原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMPTMP合酶合酶N5,N10-甲烯甲烯FH4FH2脱氧胸苷一磷酸脱氧胸苷一磷酸dTMPdUMP脱水脱水脱氨脱氨在一磷酸水平进行在一磷酸水平进行2.从头合成的调节从头合成的调节大大肠肠杆杆菌菌（二）（二）嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶磷酸核糖转移酶嘧啶磷酸核糖转移酶尿苷激酶尿苷激酶胸苷激酶胸苷激酶细胞快速增值过程中，这些细胞快速增值过程中，这些激酶活性很高，如骨髓细胞激酶活性很高，如骨髓细胞（三）嘧啶核苷

19、酸的抗代谢物（三）嘧啶核苷酸的抗代谢物嘧啶类似物嘧啶类似物胸腺嘧啶胸腺嘧啶5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶(5-FU)是胸腺嘧啶的类似物。是胸腺嘧啶的类似物。HNNHOOFHNNHOOCH3thymine5-FU5-FU5-FdUMP5-FUTPdUMPdTMP合成合成RNA破坏破坏 RNA的结构的结构竞争性抑制竞争性抑制TMP合酶合酶无正常的功能无正常的功能 氨基酸类似物氨基酸类似物抑制氨基化，抑制丝氨酸为抑制氨基化，抑制丝氨酸为FH4提供一提供一碳单位碳单位如氮杂丝氨酸抑制如氮杂丝氨酸抑制 CTP的合成。的合成。叶酸类似物叶酸类似物-抑制一碳单位转移抑制一碳单位转移如甲氨喋呤抑制如

20、甲氨喋呤抑制 dTMP的合成。的合成。UMPUTPCTPCDPdCDPUDPdUDPdUMPdTMP氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸阿糖胞苷阿糖胞苷氨甲碟呤氨甲碟呤氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸1.原料基本相同原料基本相同2.高等动物合成部位主要在肝脏高等动物合成部位主要在肝脏3.都有都有2种合成途径种合成途径(从头和补救途径从头和补救途径)4.都是先合成一个与之有关的核苷酸都是先合成一个与之有关的核苷酸,然后在此基础上然后在此基础上进一步合成核苷酸进一步合成核苷酸1.在在5-P-R基础上合成嘌呤环基础上合成嘌呤环2.最先合成的核苷酸是最先合成的核苷酸是 IMP 3.在在IMP基础上完成基础上完成AMP和和GMP的

21、合成的合成1.合成嘧啶环再与合成嘧啶环再与5-P-R结合结合2.先合成先合成UM3.以以UMP为基础为基础,完成完成CTP,TMP的合成的合成 三、三、脱氧核糖核苷酸的生成脱氧核糖核苷酸的生成v体内脱氧核糖核苷酸是通过相应的核糖核苷酸体内脱氧核糖核苷酸是通过相应的核糖核苷酸还原生成的。还原生成的。v这种还原反应是由核糖核苷酸还原酶催化，在这种还原反应是由核糖核苷酸还原酶催化，在二磷酸核苷（二磷酸核苷（NDP）水平上进行的。）水平上进行的。dNDP+ATP 激酶激酶dNTP+ADP二磷酸脱氧核苷二磷酸脱氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷二磷酸核糖核苷NADP+NADPH+H+核糖核苷酸还原酶，核

22、糖核苷酸还原酶，Mg2+还原型硫氧化还原型硫氧化还原蛋白还原蛋白-(SH)2氧化型硫氧氧化型硫氧化还原蛋白化还原蛋白SS硫氧化还原蛋白还原酶硫氧化还原蛋白还原酶（FAD）脱氧核苷酸的生成脱氧核苷酸的生成 脱氧核糖核苷酸的生成过程脱氧核糖核苷酸的生成过程 核糖核苷酸还原酶的调节核糖核苷酸还原酶的调节CDPdCDPdCTPATPUDPdUDPdTTPGDPdGDPdGTPADPdADPdATP 四、核苷酸转化成核苷三磷酸四、核苷酸转化成核苷三磷酸NMPNDPNTPATPADP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶ATPADP核苷酸激酶核苷酸激酶核苷酸激酶：专一性（核苷酸激酶：专一性（ATPATP提供磷酸）；

23、提供磷酸）；核苷二磷酸激酶：专一性低（核苷二磷酸激酶：专一性低（NTPNTP提供磷酸）。提供磷酸）。嘌呤核苷酸合成小结嘌呤核苷酸合成小结dATPdGTPAMPGMPADPGDPdADPdGDPIMPATPGTPCTP嘧啶核苷酸合成小结嘧啶核苷酸合成小结UDPUTPCDPdUDPdCDPdUMPdCMPdTMPUMPdTDPdTTPdCTP总结总结5-P-RPRPPIMPdAMPGMPdGMPAMPdADPGDPdGDPADPdATPGTPdGTPATPUMPCMPdUMPUDPCDPdUDPUTPCTPdUTPdTMPdCMPdTDPdCDPdTTPdCTPCO2+GlnH2N-CO-POMP

24、核苷酸的从头合成过程总结核苷酸的从头合成过程总结dUDPdCMPdUMP五、辅酶核苷酸的生物合成五、辅酶核苷酸的生物合成1 1、烟酰胺核苷酸的生物合成、烟酰胺核苷酸的生物合成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（磷酸（NADP）在生物氧化中起氢传递体的作用。由烟酸）在生物氧化中起氢传递体的作用。由烟酸合成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸需要三步反应。合成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸需要三步反应。2 2、黄素核苷酸的生物合成、黄素核苷酸的生物合成黄素单核苷酸（黄素单核苷酸（FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸（）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）在）在生物氧化中起氢和电子传递体的作用。生物氧化中起氢和电子传递体的作用。3 3、辅酶、辅酶A A的生物合成的生物合成CoA四个组成部分：四个组成部分：-巯基乙胺巯基乙胺 泛酸泛酸 磷酸磷酸 腺苷酸腺苷酸合成步骤：合成步骤：泛酸泛酸4-磷酸泛酸磷酸泛酸 4-磷酸泛酰半胱氨酸磷酸泛酰半胱氨酸 4-磷酸泛酰巯基乙胺磷酸泛酰巯基乙胺 脱磷酸辅酶脱磷酸辅酶A CoAStep 1：ATPADP泛酸激酶Step 2：Cys+ATPADP+PiStep 3：CO2Step 4：Step 5：脱磷酸辅酶脱磷酸辅酶A激酶激酶ADPATP