核酸与核苷酸代谢课件.ppt

1、 核酸与核苷酸代谢1核酸核酸核苷酸核苷酸磷酸（磷酸（P）核苷核苷戊糖（戊糖（R）碱基（碱基（B）复习：复习：2 核核 糖糖 脱氧核糖脱氧核糖254321HOHHHHOCHHOHOOH2OOHHHOCHHOHH12345HH戊糖：戊糖：32NHNNNN1NNHNNOH N22NHONNH1HNNOHOHNNOHOCH3嘌呤：嘌呤：嘧啶：嘧啶：腺嘌呤（腺嘌呤（A）鸟嘌呤（鸟嘌呤（G）胞嘧啶（胞嘧啶（C）尿嘧啶（尿嘧啶（U）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T）4核苷酸：核苷酸：ONNNH2OOCH2POOHHOOHH11磷酸脱氧胞苷（磷酸脱氧胞苷（dCMP）由磷酸、戊糖和碱基三种成分构成的化合物由磷酸、戊糖和碱

2、基三种成分构成的化合物5第一节 核酸的消化和吸收6食物核蛋白食物核蛋白蛋白质蛋白质核酸（核酸（RNA及及DNA）胃酸胃酸单核苷酸单核苷酸胰核酸酶胰核酸酶核苷核苷磷酸磷酸胰、肠核苷酸酶胰、肠核苷酸酶磷酸磷酸戊糖戊糖磷酸酶磷酸酶磷酸戊糖磷酸戊糖含氮碱（嘌呤或嘧啶）含氮碱（嘌呤或嘧啶）核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶H3PO4食物中核酸的消化食物中核酸的消化7核苷酸核苷酸(nucleotide)是构成核酸是构成核酸(nucleic acid)的的基本单位，人体所需的核苷酸都是由机体基本单位，人体所需的核苷酸都是由机体自身自身合成合成的。的。食物中的核酸或核苷酸类物质基本上不能被人食物中的核酸或核苷酸类物质基

3、本上不能被人体利用。体利用。在核酸类物质的在核酸类物质的水解产物中，只有水解产物中，只有磷磷酸酸和和戊糖戊糖可被吸收利用。可被吸收利用。8 吸收吸收 单核苷酸、核苷、单核苷酸、核苷、P、R、B均可在小肠吸收。均可在小肠吸收。单核苷酸、核苷吸收进入肠粘膜细胞后可再继单核苷酸、核苷吸收进入肠粘膜细胞后可再继续水解。续水解。吸收后的去向吸收后的去向 P、R可被机体利用可被机体利用 B很少利用、分解后排出。很少利用、分解后排出。吸收及吸收后的去向吸收及吸收后的去向9核苷酸类物质在人体具有多方面的生理功用：核苷酸类物质在人体具有多方面的生理功用：作为合成核酸的原料作为合成核酸的原料：如：如ATP，GTP

4、，CTP，UTP用于合成用于合成RNA，dATP，dGTP，dCTP，dTTP用于合成用于合成DNA。作为能量的贮存和供应形式作为能量的贮存和供应形式：除：除ATP之外，之外，还有还有GTP，UTP，CTP等。等。参与代谢或生理活动的调节参与代谢或生理活动的调节：如环核苷酸：如环核苷酸cAMP和和cGMP作为激素的第二信使。作为激素的第二信使。核苷酸类物质的生理功用核苷酸类物质的生理功用10 参与构成酶的辅酶或辅基参与构成酶的辅酶或辅基：如在：如在NAD+，NADP+，FAD，FMN，CoA中均含有核苷酸的中均含有核苷酸的成分。成分。作为代谢中间物的载体作为代谢中间物的载体：如用：如用UDP携

5、带糖基，携带糖基，用用CDP携带胆碱，乙醇胺或甘油二酯，用携带胆碱，乙醇胺或甘油二酯，用腺苷腺苷携带蛋氨酸（形成携带蛋氨酸（形成SAM）等。）等。11第二节 核酸的分解代谢12一、核酸的分解一、核酸的分解核酸酶：核酸酶：能使核酸水解的磷酸二酯酶能使核酸水解的磷酸二酯酶RNA酶：酶：水解水解RNA的酶的酶DNA酶：酶：水解水解DNA的酶的酶核酸内切酶：核酸内切酶：能水解核酸分子内部磷酸二酯键能水解核酸分子内部磷酸二酯键的酶的酶核酸外切酶：核酸外切酶：能切割末端单核苷酸的酶。能切割末端单核苷酸的酶。13核苷酸核苷酸核苷核苷核苷酸酶核苷酸酶Pi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶碱基碱基1-1-磷酸核糖磷酸核糖

6、二、单核苷酸的分解二、单核苷酸的分解14三、嘌呤的分解三、嘌呤的分解嘌呤核苷酸的分解首先是在嘌呤核苷酸的分解首先是在核苷酸酶核苷酸酶的催化下，的催化下，脱去磷酸生成嘌呤核苷，然后再在脱去磷酸生成嘌呤核苷，然后再在核苷磷酸化核苷磷酸化酶酶的催化下分解生成嘌呤碱，最后在的催化下分解生成嘌呤碱，最后在黄嘌呤氧黄嘌呤氧化酶化酶的作用下氧化生成的作用下氧化生成尿酸尿酸(uric acid)，再经尿，再经尿液排出体外。液排出体外。15嘌呤核苷酸的分解嘌呤核苷酸的分解黄嘌呤黄嘌呤氧化酶氧化酶尿酸尿酸核苷酸酶核苷酸酶AMP腺苷腺苷H2OPi核苷酸酶核苷酸酶GMP鸟苷鸟苷H2OPi腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷脱氨酶脱氨

7、酶次黄苷次黄苷H2ONH3鸟嘌呤鸟嘌呤脱氨酶脱氨酶黄嘌呤黄嘌呤H2ONH3核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶次黄嘌呤次黄嘌呤PiR-1-P核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶鸟嘌呤鸟嘌呤PiR-1-P16尿酸尿酸是嘌呤核苷酸在人体内分解代谢的是嘌呤核苷酸在人体内分解代谢的终产物终产物。正常人血浆中尿酸含量约为正常人血浆中尿酸含量约为0.120.36mmol/L(26mg%)。尿酸水溶性较差，当血浆中尿酸含量超过尿酸水溶性较差，当血浆中尿酸含量超过8mg%时，即可形成尿酸盐晶体。时，即可形成尿酸盐晶体。17痛风症痛风症患者由于体内患者由于体内嘌呤核苷酸分解代谢异常嘌呤核苷酸分解代谢异常，可致血中可致血中尿酸水平升高尿

8、酸水平升高，以，以尿酸钠尿酸钠晶体沉积于晶体沉积于软骨、关节、软组织及肾，导致关节炎、尿路软骨、关节、软组织及肾，导致关节炎、尿路结石和肾疾病。结石和肾疾病。临床上常用临床上常用别嘌呤醇别嘌呤醇（allopurinol）治疗痛风）治疗痛风症。症。18鸟嘌呤鸟嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤黄嘌呤尿酸尿酸黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇别嘌呤醇痛风症的治疗机制痛风症的治疗机制19别嘌呤醇别嘌呤醇的分子结构与的分子结构与次黄嘌呤次黄嘌呤类似，可竞争类似，可竞争性抑制性抑制黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶的活性，从而减少体内的活性，从而减少体内尿尿酸酸的生成。的生成。同时，同时，别嘌呤别嘌

9、呤与与PRPP(5-磷酸核糖磷酸核糖-1-焦磷酸盐焦磷酸盐)反应生成的反应生成的别嘌呤核苷酸别嘌呤核苷酸，可反馈抑制嘌呤核，可反馈抑制嘌呤核苷酸从头合成途径的关键酶。苷酸从头合成途径的关键酶。20四、嘧啶的分解四、嘧啶的分解嘧啶核苷酸可首先在嘧啶核苷酸可首先在核苷酸酶核苷酸酶和和核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶的催化下，除去磷酸和核糖，产生的嘧啶碱可的催化下，除去磷酸和核糖，产生的嘧啶碱可在体内进一步分解代谢。在体内进一步分解代谢。嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸嘧啶核苷嘧啶核苷核苷酸酶核苷酸酶PiH2O嘧啶碱嘧啶碱1-磷酸核糖磷酸核糖核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶Pi21嘧啶碱的降解过程主要在嘧啶碱的降解过程主要在肝

10、细胞肝细胞中进行。中进行。不同类型的嘧啶碱，其分解代谢的途径和终产不同类型的嘧啶碱，其分解代谢的途径和终产物不同物不同。22胞嘧啶胞嘧啶NH3尿嘧啶尿嘧啶二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶 H2OCO2+NH3-丙氨酸丙氨酸胸腺嘧啶胸腺嘧啶-脲基异丁酸脲基异丁酸-氨基异丁酸氨基异丁酸H2O丙二酸单酰丙二酸单酰CoA乙酰乙酰CoATCA肝肝尿素尿素甲基丙二酸单酰甲基丙二酸单酰CoA琥珀酰琥珀酰CoATCA还原还原-脲基丙酸脲基丙酸糖异生糖异生23第三节 核苷酸的生物合成24一、嘌呤核苷酸的合成一、嘌呤核苷酸的合成从头合成途径从头合成途径(de novo synthesis pathway)补救合成途径补救合成

11、途径(salvage pathway)25通过利用一些简单的前体物，如通过利用一些简单的前体物，如5-磷酸核糖，氨磷酸核糖，氨基酸，一碳单位及基酸，一碳单位及CO2等，逐步合成嘌呤核苷酸等，逐步合成嘌呤核苷酸的过程称为的过程称为从头合成途径从头合成途径(de novo synthesis)。这一途径主要见于这一途径主要见于肝肝，其次为，其次为小肠小肠和和胸腺胸腺。所所有合成反应在有合成反应在胞液胞液中进行。中进行。而而脑、骨髓脑、骨髓则无法则无法进行此合成途径。进行此合成途径。1、嘌呤核苷酸的从头合成：、嘌呤核苷酸的从头合成：26嘌呤碱合成的元素来源嘌呤碱合成的元素来源CO2甲酰基甲酰基（N1

12、0-CHO FH4）甲酰基甲酰基（N10-CHO FH4）天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺（酰胺基）（酰胺基）甘氨酸甘氨酸27从头合成途径过程：从头合成途径过程：1.IMP的合成的合成2.AMP和和GMP的合成的合成28在谷氨酰胺、甘氨酸、在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳一碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的参与下，及天冬氨酸的参与下，逐步合成逐步合成IMPR-5-P（5-磷酸核糖）磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶合成酶PRPP（1-焦磷酸焦磷酸-5-磷酸核糖磷酸核糖）次黄嘌呤核苷酸（次黄嘌呤核苷酸（IMP）的合成）的合成2930腺苷酸代琥珀酸合成酶腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMP脱氢酶脱氢酶腺

13、苷酸代琥珀酸裂解酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶 GMP合成酶合成酶腺苷酸（腺苷酸（AMP）与鸟苷酸（）与鸟苷酸（GMP）的合成）的合成31 嘌呤核苷酸是在嘌呤核苷酸是在磷酸核糖磷酸核糖分子上逐步合成的。分子上逐步合成的。先合成先合成IMP再转化生成再转化生成AMP、GMP。嘌呤核苷酸从头合成特点嘌呤核苷酸从头合成特点32脑、骨髓等组织由于缺乏有关酶类，不能按照脑、骨髓等组织由于缺乏有关酶类，不能按照“从头合成从头合成”的途径合成嘌呤核苷酸，必须依的途径合成嘌呤核苷酸，必须依靠从肝脏等运来的靠从肝脏等运来的嘌呤嘌呤和和核苷核苷合成嘌呤核苷酸，合成嘌呤核苷酸，称为称为补救合成途径补救合成途径。这一途径可在

14、大多数组织细胞中进行。这一途径可在大多数组织细胞中进行。2、嘌呤核苷酸的补救合成：、嘌呤核苷酸的补救合成：33腺嘌呤腺嘌呤 +PRPPAMP+PPiAPRT次黄嘌呤次黄嘌呤 +PRPPIMP+PPiHGPRT鸟嘌呤鸟嘌呤 +PRPPHGPRTGMP+PPi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）腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷腺苷激酶腺苷激酶ATPADPAMP腺嘌呤腺嘌呤+1-磷酸核糖磷酸核糖嘌呤核苷酸的补救合成过程嘌呤核苷酸的补救合成过程343 3、ATPATP和和GTPGTP的生成：的生成：AMP/GMPADP/G

15、DP核苷单磷酸激酶核苷单磷酸激酶ATP ADPATP/GTP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶ATP ADPdATP/dGTP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶ATP ADPdADP/dGDPNADPH+H+NADP+H2O核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶合成合成RNA合成合成DNA35嘌呤核苷酸的相互转变嘌呤核苷酸的相互转变IMPIMPAMPAMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸XMPXMPGMPGMPNH3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+NH336二、嘧啶核苷酸的合成二、嘧啶核苷酸的合成从头合成途径从头合成途径(de novo synthesis pathway)

16、补救合成途径补救合成途径(salvage pathway)37嘧啶核苷酸的从头合成嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核糖、氨是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，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。经过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途径。该合成过程主要在该合成过程主要在肝细胞肝细胞的的胞液胞液中进行。中进行。（一）嘧啶核苷酸的从头合成：（一）嘧啶核苷酸的从头合成：38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GlnCO2AspC5C4N3C2C6N1|39 尿苷酸的合成：尿苷酸的合成：在在氨基甲酰磷酸合成

17、酶氨基甲酰磷酸合成酶的催化下，以的催化下，以Gln，CO2，ATP为原料合成为原料合成氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸。1.1.从头合成途径的反应过程：从头合成途径的反应过程：Gln+CO2 氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸+Glu氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶2ATP2ADP+Pi40两种氨基甲酰磷酸合成酶的比较两种氨基甲酰磷酸合成酶的比较41UMP的合成过程的合成过程42 胞苷酸的合成：胞苷酸的合成：CTPGln+ATPGlu+ADP+PiCTP合成酶合成酶UMPUDPATPADP核苷单磷核苷单磷酸激酶酸激酶UTPATPADP核苷二磷核苷二磷酸激酶酸激酶合成合成RNA43嘧啶核苷酸从头合成特点嘧啶核

18、苷酸从头合成特点 先合成嘧啶环，后与先合成嘧啶环，后与R-5-P结合。结合。先合成先合成UMP、再转化生成、再转化生成CTP、dTMP等等44尿嘧啶尿嘧啶 +PRPPUMP+PPi尿嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶磷酸核糖转移酶ATP尿苷激酶尿苷激酶MgMg2+2+UMP尿嘧啶尿嘧啶 +1-磷酸核糖磷酸核糖尿苷磷酸化酶尿苷磷酸化酶尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷+Pi（2）嘧啶核苷酸的补救合成：）嘧啶核苷酸的补救合成：45三、脱氧核糖核苷酸的合成三、脱氧核糖核苷酸的合成46核糖核苷酸的还原核糖核苷酸的还原硫氧化还原蛋白还原酶硫氧化还原蛋白还原酶(FAD)NADPH+H+NADP+dNDP+ATP 激酶激酶dNTP

19、+ADP氧化型硫氧氧化型硫氧化还原蛋白化还原蛋白SS核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶SHSH还原型硫氧还原型硫氧化还原蛋白化还原蛋白NDP dNDP+H2O二磷酸核糖核苷二磷酸核糖核苷二磷酸脱氧核苷二磷酸脱氧核苷(ADP/GDP/CDP)(dADP/dGDP/dCDP)47磷酸酶磷酸酶CTPCDPH2O Pi核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶dCDPNADPH+H+NADP+H2ON5,N10-CH2-FH4FH2dTMP胸苷酸合酶胸苷酸合酶dUMPH2ONH3脱氨酶脱氨酶dCMPH2OPi磷酸酶磷酸酶核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶dCTPATP ADPUDPdUDP磷酸酶磷酸酶核糖核苷核糖核苷酸还原酶酸还原酶核苷单磷酸激酶核苷单磷酸激酶dTDPdTTP核苷二磷核苷二磷酸激酶酸激酶合成合成DNA脱氧胸腺嘧啶核苷酸（脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMPdTMP）的合成）的合成48习题习题一一.单选题单选题解析：选解析：选D49解析：选解析：选B50解析：选解析：选C3生物体嘌呤核苷酸合成途径中首先合成的核苷酸生物体嘌呤核苷酸合成途径中首先合成的核苷酸是：是：AAMP BGMP CIMP DXMP51