核酸的降解与核苷酸代谢课件.ppt

1、1第十三章 核酸的降解和核苷酸代谢第一节 核酸的酶促降解第二节核苷酸代谢 2DNA与与RNA3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-(5-dCdCMP)NOHHHHOHHCH25ONH2NOPOOO55均为均为-糖糖苷键苷键磷酸酯磷酸酯键键4核酸的生物功能DNA是主要的遗传物质RNA参与蛋白质的生物合成RNA功能的多样性5第一节 核酸的酶促降解核酸酶核苷酸酶核苷酶6一、核酸酶（水解产物为核苷酸或脱氧核苷酸）DNA酶（DNase）RNA酶（RNase）非特异性核酸酶核酸外切酶

2、核酸内切酶作用于单链或作用于双链71.DNA酶（DNase）DNase I产物5位带磷酸基团DNase 产物3位带磷酸基团DNA限制性内切酶产生3-OH和5-PC CA A5533P P33C CA A5533P P338DNA限制性内切酶910限制性内切酶的应用价值?11限制性内切酶生物学功能及应用价值降解外面侵入的DNA，但不降解自身细胞中的DNA，因为在自身DNA的酶切位点上经甲基化修饰而受到保护。是基因工程、体外重组、基因的分离、测序最重要的工具酶（手术刀）。122.RNA酶（RNase）RNase I(牛胰核糖核酸酶)RNase T1RNase U2U(U(或或C C）5533U(U

3、(或或C C）P P P3 P3G G5533U(U(或或C C、A A）P PP 33A A5533U(U(或或C C、A A）P PP 33133.非特异性核酸酶蛇毒磷酸二酯酶 从3-OH 逐个水解，生成5-核苷酸。牛脾磷酸二脂酶从5-OH开始逐个水解，生成3-核苷酸。144.核酸内切酶与核酸外切酶DNA15二、核苷酸酶（产物为核苷或脱氧核苷和磷酸）非特异性磷酸单酯酶：特异性磷酸单酯酶：16三、核苷酶（产物为核糖或脱氧核糖和碱基）核苷磷酸化酶核苷水解酶17核酸的水解产物戊糖（或脱氧戊糖）磷酸嘌呤碱和嘧啶碱HMS用于核苷酸合成参与细胞内代谢？18第二节核苷酸代谢核苷酸的分解代谢核苷酸的合成代

4、谢19核苷酸的功用合成核酸的原料 体内能量的利用形式：ATP,GTP,CTP,UTP参与代谢和生理调节：cAMP,cGMP组成辅酶：FAD,NAD+,NADP+活化中间代谢物：UDPG，CDP-DG，SAM20一、核苷酸的分解代谢嘌呤核苷酸的分解代谢嘧啶核苷酸的分解代谢211.嘌呤核苷酸的分解代谢 390390页页不同种类的生物分解嘌呤终产物排尿酸动物：灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类其它排尿囊素/排尿囊酸/排尿素排尿酸动物反应部位：主要肝、肾、小肠人体中嘌呤碱基的分解是不开环，在环外加氧氧化。重要的酶：黄嘌呤氧化酶血浆中尿酸含量（正常值）：0.12-0.36mmol/L22嘌呤核苷酸的分解代

5、谢历程（排尿酸动物）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

6、 HN NC CC CH HN NC CC CN NH HN NC CO OH HH H2 2N NUric acid23NNNNNH2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24尿酸生成过多血尿酸（超过8mg%），难溶性的尿酸盐沉积于关节和软骨及肾等处，导致关节炎、尿路结石及肾疾病。痛风症（嘌呤代谢异常的一种疾病）25别嘌呤醇治疗痛

7、风症的机理抑制黄嘌呤氧化酶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(-)(-)262.嘧啶核苷酸的分解代谢 391页嘧啶核苷酸 核苷 嘧啶 从解开嘧啶环开始逐个的水解终产物C和和U：CO2、NH3、-丙氨酸丙氨酸T：CO2、NH3、-氨基异丁酸氨基异丁酸27NNHONH2NNHOOHNH3NH3NADPH+H+NADPH+NNHOOHHHHHOHHOHHNNHOOHHHHOH2HOHHOHH2CO2NH2

8、CH2CH2OOHO2 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。CO22328二、核苷酸的生物合成核苷酸生物合成的基本途径嘌呤核苷酸的合成嘧啶核苷酸的合成核苷酸转化成核苷三磷酸脱氧核苷酸的合成辅酶核苷酸的生物合成291.核苷酸生物合成的基本途径“从头合成”途径：302.嘌呤核苷酸的合成“从头合成”途径补救合成嘌呤核苷酸的抗代谢物31“从头合成”途径合成部位：主要在肝细胞

9、液合成原料：磷酸核糖、氨基酸、一碳单位和CO2等合成方式在5-磷酸核糖的基础上逐步合成嘌呤环。首先合成次黄嘌呤核苷酸，再转变成AMP，GMP重要酶：PRPP合成酶、PRPP酰胺转移酶（嘌呤核苷酸合成的重要调节点）32PRPP5-磷酸核糖胺磷酸核糖胺IMPAMPGMP5磷酸核糖33PRPP的生成34“从头合成”中碱基各原子来源35NNNNCCCCC134256789COCO2 236合成过程O OR-5-PR-5-P5-5-磷酸核糖磷酸核糖 O OO OH HO OH HC CH H2 2P PO OH HATP AMPATP AMPPRPPPRPP磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸O OO OH H

10、O OH HC CH H2 2O OP PO OP PGlnGln GluGluPRAPRA1-1-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=FHCH=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 H

11、O OC CH HO OGluGluGlnGln甲酰甘氨咪核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸O OO OH 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 O3

12、7图示合成过程图示合成过程5-5-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)FAICAR)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-FHCHO-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 O

13、H HC CH H2 2O OP PO ON NC CH H2 2N NC CH HN NC CC CN NH 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(-4(N-N-琥珀酸琥珀酸)?)?-甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸AspAsp38嘌呤核苷酸从头合成的调节抑制部位的酶均为变构酶。合成原则(-)(-)(-)(-)(-)(-)(+)(+)酰酰基基转转移移酶酶P

14、 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 P39补救合成APRTAPRTAMP+PPiAMP+PPi腺嘌呤+PRPP腺嘌呤+PRPP腺嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶IMP+PPiIMP+PPi次黄嘌呤+PRPP次黄嘌呤+PRPP次黄嘌呤-鸟嘌呤次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT)磷酸核糖转移酶(HGPRT)次黄嘌呤-鸟嘌呤次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(H

15、GPRT)磷酸核糖转移酶(HGPRT)鸟嘌呤+PRPP鸟嘌呤+PRPPGMP+PPiGMP+PPiA AT TP P A AD DP PA AM MP P腺腺苷苷激激酶酶腺腺嘌嘌呤呤核核苷苷40补救合成及生理意义原料:已有的嘌呤碱、嘌呤核苷、PRPP重要的酶：腺嘌呤磷酸核糖转移酶（APRT）次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT)节约能量和一些氨基酸的消耗。有些组织（如脑、骨髓）不能从头合成嘌呤核苷酸，只能进行嘌呤核苷酸的补救合成。41代谢异常状况自毁容貌征：HGPRT完全缺失的患儿。临床表现：智力发育障碍，攻击性性格，肌肉痉挛，强制性自咬唇舌和指尖，尿中尿酸排出量过量，50mg/kg体重/

16、24hr。分子基础：HGPRT先天缺陷（隐性X性链锁遗传）肾结石和痛风：缺乏补救途径会引起嘌呤核苷酸合成速度降低，结果大量积累尿酸。42嘌呤核苷酸的抗代谢物抗代谢物有些人工合成的或天然存在的化合物的结构与生物体内的一些必需的代谢物很相似，将其引入生物体后，与体内的必需代谢物会发生特异的拮抗作用从而影响生物体中的正常代谢，这些化合物称为抗代谢物。43嘌呤核苷酸的抗代谢物-16 6M MP P6 6-巯巯基基嘌嘌呤呤N NC CC C H HN NC CC CN NH HN NH H C CS S H H(6 6-m me er rc ca ap pt to op pu ur ri in ne e

17、)次次黄黄嘌嘌呤呤N NC CC C H HN NC CC CN NH HN NH H C CO O H H6 6-巯巯基基嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸O OO O H HO O H HC C H H2 2O OP PN NC CC C H HN NC CC CN NH HN NH H C CS S H HI IM MP P次次黄黄嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸O OO O H HO O H HC C H H2 2O OP PN NC CC C H HN NC CC CN NH HN NH H C CO O H H()446MP的作用部位及抗癌机理反馈抑制PRPP酰胺转移酶从而抑制嘌呤核苷酸的从头合成抑制IMP

18、转变为AMP和GMP的反应直接抑制HGPRT，阻断嘌呤核苷酸的补救合成。45嘌呤核苷酸的抗代谢物-2H2NCCH2CH2CHCOOHNH2OCH2COCH2CHCOOHNH2ON+NN+NCH2CH2CHCOOHNH2OCCH2 谷氨酰胺氮杂丝氨酸6-重氮-5-氧正亮氨酸46嘌呤核苷酸的抗代谢物-3N HOC O O HC O O HNNNNHHNHH2NO HN HOC O O HC O O HNNNNHHNHH2NN H2N HOC O O HC O O HNNNNHNHH2NN H2C H3四氢叶酸氨蝶呤氨甲蝶呤MTX473.嘧啶核苷酸的合成从头合成途径嘧啶核苷酸从头合成的调节嘧啶核苷酸

19、的抗代谢物48从头合成途径合成部位：主要在肝细胞液。原料：Gln、CO2、Asp、R-5-P等合成方式：先合成嘧啶环，再与磷酸核糖相连。关键的中间化合物：是乳清酸。合成过程：先合成UMP，再转变成其他嘧啶核苷酸。重要的酶：氨基甲酰磷酸合成酶II、天冬氨酸氨基甲酰转移酶、磷酸核糖转移酶。49合成过程合成过程氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶谷氨酰胺谷氨酰胺+H H2 2N NC CO OP PO OH HO O-O OO OC CO O2 2-2ATP2ATP2ADP+Pi2ADP+PiGluGluC CH H C CO OO OH HNH2C CH H2 2H HO OO OC C二氢乳清酸

20、酶二氢乳清酸酶脱氢酶脱氢酶N NA AD DH HN NA AD D+C CO O2 2脱羧酶脱羧酶尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸C CN NC CH HC CH HC CO OO OR RN NH H5 5P P氨甲酰天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸N NH H2 2C CN NC CH HC CH H2 2C CO OH HO OO OH HC CO OO OH H二氢乳清酸二氢乳清酸C CN NC CH HC CH H2 2C CO OO OH HN NH HC CO OO OH H乳清酸乳清酸C CN NC CC CH HC CO OO OH HN NH HC CO OO OH H磷酸核糖磷酸核糖转移

21、酶转移酶PRPPPRPPPPiPPi乳清酸核苷酸乳清酸核苷酸C CN NC CC CH HC CO OO OR RN NH HC CO OO OH H5 5P PTMPTMPdUMPdUMPdUDPdUDPCTPCTPUTPUTPUDPUDPPiPi天冬氨酸氨基甲酰转移酶天冬氨酸氨基甲酰转移酶50氨基甲酰磷酸合成酶的比较51TMP合成的特点在胸苷酸合成酶催化下，由dUMP甲基化生成.甲基供体；N5，N10-甲烯FH4dUMP来源：dUDP或dCMP52图示图示T TM MP P合合成成酶酶F FH H4 4N NA AD DP P+N NA AD DP PH HF FH H2 2N N5 5,

22、N N1 10 0-C CH H2 2-F FH H4 4C CN NC CH HC CC CO OO Od dR RN NH H5 5P PC CH H3 3C CN NC CH HC CH HC CO OO Od dR RN NH H5 5P Pd dU UM MP PT TM MP P氨氨基基酸酸53主要调节酶细菌：天冬氨酸氨基甲酰转移酶哺乳类动物细胞：氨基甲酰磷酸合成酶II多功能酶：受到阻遏或去阻遏调节PRPP合成酶：同时受嘧啶和嘌呤核苷酸反馈抑制 嘧啶核苷酸从头合成的调节54图示图示(-)(-)(-)(-)A AT TP P+C CO O2 2+谷谷胺胺酰酰胺胺氨氨基基甲甲酰酰磷磷酸

23、酸氨氨基基甲甲酰酰天天冬冬氨氨酸酸天天冬冬 氨氨酸酸U UM MP PU UT TP PC CT TP PP PR RP PP PA AT TP P+5 5-磷磷酸酸核核糖糖嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸天天冬冬氨氨酸酸甲甲酰酰转转移移酶酶氨氨基基甲甲酰酰磷磷酸酸合合成成酶酶55嘧啶类似物：5-F-尿嘧啶（5-FU）谷氨酰胺类似物：氨杂丝氨酸类叶酸类似物：氨甲蝶呤（MTX）核苷类似物：阿糖胞苷、环胞苷嘧啶核苷酸的抗代谢物56嘧啶核苷酸的抗代谢物1尿尿嘧嘧啶啶阿阿糖糖胞胞苷苷C CN NC CH HC CH HC CO ON NH H2 2N NH HO OO OH HO OH HC

24、CH H2 2O OH H5 5-F FU UC CN NC CH HC CH HC CO OO OH HN NH HC CN NC CH HC CC CO OO OH HN NH HF FF Fd dU UM MP PF FU UT TP P(与与d dU UM MP P相相似似)(与与T TT TP P相相似似)575-FU的作用部位及抗癌机理5-FU在体内活化为活化为 F FdUMP 和和 FUTPFUTPFdUMP竞争性抑制dTMP合成酶，使dTMP生成减少FUTP以FUMP的形式掺入RNA分子，影响其代谢58嘧啶核苷酸的抗代谢物25 5F FU UM MT TX X阿阿糖糖胞胞苷苷氮

25、氮杂杂丝丝氨氨酸酸d dT TM MP Pd dU UM MP Pd dU UD DP PU UD DP Pd dC CD DP PC CD DP PC CT TP PU UT TP PU UM MP P594.核苷酸转化成核苷三磷酸IMPAMPGMPADPGDPATPGTPdADPdATPdGDPdGTP60CTP和和TTP的合成的合成UDPUDPUTPUTPCTPCTPGlnGlnGluGludUDPdUDPdUMPdUMPTMPTMPUMPUMPdCMPdCMPATPATPADP+PiADP+PiN N5 5,N,N1010-甲烯FH甲烯FH4 4TDPTDPTTPTTPC CN NC

26、C H HC C H HC CO OO OR RN NH H5 5P PC CN NC C H HC C H HC CO OR RN NH H5 5P PN N H H2 2P PP PC CN NC C H HC C H HC CO OO Od d R RN NH H5 5P PC C H H3 3U UM MP PC CT TP PT TM MP P615.脱氧核苷酸的合成400400页页核苷酸被还原成相应的脱氧核糖核苷酸。催化此反应的酶体系：核糖核苷酸还原酶，硫氧环蛋白，硫氧还蛋白还原酶及FAD、NADP等辅助因子。62dTTP的形成胸苷酸脱氧尿苷酸甲基是由胸苷酸合成酶催化的。四氢叶酸是

27、甲基的供体，产物为脱氧胸苷酸（dTMP）和二氢叶酸。636.辅酶核苷酸的生物合成烟酰胺核苷酸的合成（NAD、NADP）黄素核苷酸的合成（FMN、FAD）辅酶A的合成 64烟酰胺核苷酸的合成（NAD、NADP）NAD的合成烟酸单核苷酸焦磷酸化酶脱酰胺-NAD 焦磷酸化酶NAD合成酶NADP的合成NAD激酶：催化NAD与ATP反应，使NAD的腺苷酸残基的核糖2-OH磷酸化，生成NADP。65NAD、NADP66FMN、FAD67辅酶A的合成前体：腺苷酸、泛酸、巯基乙胺、磷酸途径：（1）泛酸激酶 （2）磷酸泛酰半胱氨酸合成酶 （3）磷酸泛酰半胱氨酸脱羧酶 （4）脱磷酸辅酶A焦磷酸化酶 （5）脱磷酸辅酶A激酶68图示69思考题从头合成与补救合成途径的生理意义；嘌呤碱和嘧啶碱合成特点及各元素来源、人体嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸分解代谢的终产物。嘧啶核苷酸和嘌呤核苷酸合成的抗代谢物掌握PRPP在核苷酸代谢中的作用。思考题：404页1,3，7