核酸代谢与生物氧化课件.ppt

1、第十二章第十二章 核酸代谢核酸代谢第一节第一节 核酸的合成代谢核酸的合成代谢一、核苷酸的合成代谢（一、核苷酸的合成代谢（P186）(一一)从头合成途径从头合成途径 用氨基酸、一碳单位、用氨基酸、一碳单位、CO2和磷酸核糖等简单物质为和磷酸核糖等简单物质为原料，经过一系列酶促反应合成嘌呤原料，经过一系列酶促反应合成嘌呤(或嘧啶或嘧啶)核苷酸的途核苷酸的途径径.(二二)补救合成途径补救合成途径 用体内游离的嘌呤用体内游离的嘌呤(或嘧啶或嘧啶)为原料经过比较简单的反为原料经过比较简单的反应合成核苷酸的过程应合成核苷酸的过程合成的合成的原料原料:CO2、甲酰基、氨基酸、甲酰基、氨基酸、5-磷酸核糖磷酸

2、核糖等等合成的合成的场所场所:肝脏的胞液肝脏的胞液合成的合成的过程过程:三个阶段三个阶段1.5-磷酸核糖的活化磷酸核糖的活化2.次黄嘌呤核苷酸的合成次黄嘌呤核苷酸的合成 3.腺苷酸和鸟苷酸的合成腺苷酸和鸟苷酸的合成(一一)、从头合成途径、从头合成途径N1C2N3C4C5C6N97NC8 甲酰基甲酰基(一碳单位一碳单位)甘氨酸甘氨酸CO2Asp甲酰基甲酰基(一碳单位一碳单位)Gln(酰胺基酰胺基)甘氨当中站甘氨当中站,谷氮坐两边谷氮坐两边,左上天冬氨左上天冬氨,头顶头顶CO2嘌呤分子中各嘌呤分子中各原子的来源原子的来源(一一)、从头合成途径的反应过程、从头合成途径的反应过程1.5-磷酸核糖的活化

3、磷酸核糖的活化一、嘌呤核苷酸的合成代谢一、嘌呤核苷酸的合成代谢5-磷酸核糖+ATP磷酸核糖焦磷酸激酶5-磷酸核糖焦磷酸 +AMPP1872.次黄嘌呤核苷酸的合成次黄嘌呤核苷酸的合成 3.腺苷酸和鸟苷酸的合成腺苷酸和鸟苷酸的合成P188AMP腺苷酸激酶腺苷酸激酶ADPATPADPATPADP腺苷酸激酶腺苷酸激酶ATPGMP鸟苷酸激酶鸟苷酸激酶GDPATPADPATPADP鸟苷酸激酶鸟苷酸激酶GTPAMPGMPXMPAMPSIMPNH3腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶NADP+NH3NADPH鸟苷酸还原酶鸟苷酸还原酶4.腺苷酸和鸟苷酸的相互转变腺苷酸和鸟苷酸的相互转变腺苷酸代琥珀酸腺苷酸代琥珀酸 黄嘌呤核

4、苷酸黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸有两条合成途径有两条合成途径(1)嘌呤碱与嘌呤碱与PRPP直接合成嘌呤核苷酸直接合成嘌呤核苷酸次黄嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸鸟嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸次黄嘌呤次黄嘌呤-鸟嘌呤鸟嘌呤 磷酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶(HGPRT)PRPPPPi腺嘌呤腺嘌呤腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸腺嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶（APRT）HGPRT活性高活性高APRT活性低活性低90%嘌呤碱嘌呤碱(二二)、补救合成途径、补救合成途径腺嘌呤腺嘌呤+1-磷酸核糖磷酸核糖腺苷腺苷+Pi核苷磷酸化酶核

5、苷磷酸化酶(2)腺嘌呤与腺嘌呤与1-磷酸核糖生成腺苷磷酸核糖生成腺苷,再生成腺再生成腺嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸腺苷腺苷+ATP腺苷激酶腺苷激酶腺苷酸腺苷酸+ADP生理意义生理意义减少从头合成时能量和原料的消耗减少从头合成时能量和原料的消耗节省节省:作为某些器官作为某些器官(脑脑,骨髓和脾骨髓和脾)合成核苷酸的途径合成核苷酸的途径(一一)、从头合成途径、从头合成途径 先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖连接生先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖连接生成成嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸.NCNCCC天冬氨酸天冬氨酸CO2谷氨酰胺谷氨酰胺二、嘧啶核苷酸的合成代谢二、嘧啶核苷酸的合成代谢(一一)从头合成途径的反应过程从头合成途

6、径的反应过程1.尿嘧啶核苷酸的合成尿嘧啶核苷酸的合成-6步反应步反应CO2+Gln2ATPGlu2ADP+PiNH2O=CO P氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶IINH2O=CO P氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸HOOCCH2CHCOOHH2N+COH2NCCH2CHCOOHNHOHO天冬氨酸氨基天冬氨酸氨基 甲酰基转移酶甲酰基转移酶PiAsp氨基甲酰天冬氨酸氨基甲酰天冬氨酸OCOHNCCHHCHCOOHNHNAD+NADH+H+COHNCCHCCOOHNHO乳清酸乳清酸二氢乳清酸二氢乳清酸H2O脱氢酶脱氢酶二氢乳清酸酶二氢乳清酸酶COHNCCHCCOOHNHO乳清酸乳清

7、酸COHNCCHCCOOHNOR-5-PPRPPPPi磷酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶乳清酸核苷酸乳清酸核苷酸(OMP)COHNCCHCHNOR-5-PCO2尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸(UMP)脱羧酶脱羧酶ATPCOHNCCHCHNOR-5-P尿苷酸激酶尿苷酸激酶UDPUMP二磷酸二磷酸 尿苷激酶尿苷激酶ADPUTPCONCCHCHNNH2R-5-PGln,ATP Glu,ADP+Pi ATPADPCTPCTP合成酶合成酶2.胞嘧啶核苷酸的合成胞嘧啶核苷酸的合成二、嘧啶核苷酸的合成代谢二、嘧啶核苷酸的合成代谢(二二)、补救合成途径、补救合成途径嘧啶嘧啶+PRPP嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸+PPi嘧啶磷酸核

8、糖转移酶嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶乳清酸乳清酸胞嘧啶胞嘧啶嘧啶核苷嘧啶核苷+ATP嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸+ADP核苷激酶核苷激酶胸苷激酶胸苷激酶,TK与恶性肿瘤与恶性肿瘤在在核苷二磷酸核苷二磷酸水平水平被还原而成被还原而成OHOPOOHH碱基碱基HOHHHOOOHOPHOOHOPOHH碱基碱基HOHHHOOOHOPHONADPH+H+NADP+H2O核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶dNDPNDP三、脱氧核糖核苷酸的合成三、脱氧核糖核苷酸的合成脱氧核苷酸的具体生成过程脱氧核苷酸的具体生成过程NDPdNDPNADP+NADPH+H+还原型硫氧化还原型硫氧化 还原蛋白还原蛋白-(S

9、H)2氧化型硫氧化氧化型硫氧化S还原蛋白还原蛋白S核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶,Mg2+硫氧化还原蛋白还原酶硫氧化还原蛋白还原酶(FAD)NDPdNDP核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶ADPdADP核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶GDPdGDP核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶UDPdUDP核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶CDPdCDP核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶TDPdTDPdNDP+ATPdNTP+ADP激酶激酶激酶激酶dCDP+ATPdCTP+ADPdUDP+ATPdUTP+ADP激酶激酶dGDP+ATPdGTP+ADP激酶激酶dADP+ATPdATP+ADP激酶激酶COHNCCH

10、CHNOdR-5-PdCMPdUDPPiNH3dUMPCOHNCC-CH3CHNOdR-5-PdTMP合成酶合成酶FH2N5,N10-甲叉甲叉FH4FH4FH2还原酶还原酶NADPH+H+NADP+dTMPATP激酶激酶dTDP激酶激酶ADPdTTPATPADPdTMP嘌呤核苷酸与嘧啶核苷酸合成的比较嘌呤核苷酸与嘧啶核苷酸合成的比较相同点相同点1.合成原料基本相同合成原料基本相同嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸2.合成部位对高等动物来说合成部位对高等动物来说,主要在肝脏主要在肝脏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

11、成一个与之有关的核苷酸,然后在然后在此基础上进一步合成核苷酸此基础上进一步合成核苷酸不同点不同点1.在在5-P-R基础上合成基础上合成嘌呤环嘌呤环2.最先合成的核苷酸是最先合成的核苷酸是 IMP3.在在IMP基础上完成基础上完成AMP和和GMP的合成的合成1.先合成嘧啶环再与先合成嘧啶环再与 5-P-R结合结合2.先合成先合成UMP3.以以UMP为基础为基础,完完成成CTP,dTMP的合成的合成 总结总结5-P-RPRPPIMPdAMPGMPdGMPAMPdADPGDPdGDPADPdATPGTPdGTPATPUMPCMPdUMPUDPCDPdUDPUTPCTPdUTPdTMPdCMPdTDP

12、dCDPdTTPdCTPCO2+GlnH2N-CO-POMP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第二节 核酸的分解代谢食物中的核酸，经肠道酶系降解成各种核苷酸，再在相关酶作用下，分解产生嘌呤、嘧啶、核糖、脱氧核糖和磷酸，然后被吸收。吸收到体内的嘌呤和嘧啶，大部分被分解，少部分可再利用，合成核苷酸。人和动物所需的核酸无须直接依赖于食物，只要食物中有足够的磷酸盐，、糖和蛋白质，核酸就能在体内正常合成。核酸的分解代谢：核酸核酸酶核苷酸核苷酸酶核苷+磷酸核苷磷酸化酶碱基+戊糖-1-磷酸核苷酸分解代谢核苷酸分解代谢 大致过程大致过程核苷酸核苷酸核苷核苷PiPi1-磷酸

13、核糖磷酸核糖碱基碱基补救途径补救途径 分解代谢分解代谢5-磷酸核糖磷酸核糖PRPP终末产物经尿排出终末产物经尿排出核苷酸酶核苷酸酶磷酸化酶磷酸化酶1-磷酸核糖磷酸核糖 变位酶变位酶核酸是核苷酸以3、5-磷酸二酯键连成的高聚物，核酸分解代谢的第一步就是分解为核苷酸，作用于磷酸二酯键的酶称核酸酶（实质是磷酸二脂酶）。根据对底物的专一性可分为：核糖核酸酶、脱氧核核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、非特异性核酸酶糖核酸酶、非特异性核酸酶。根据酶的作用方式分：外切酶外切酶（作用于核酸链末端）、内切酶内切酶（作用于核酸链内部的磷酸二酯键）。一、核酸的分解一、核酸的分解1、核糖核酸酶核糖核酸酶只水解RNA磷酸二酯键

14、的酶（RNase）。2、脱氧核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶只能水解DNA磷酸二酯键的酶。3、非特异性核酸酶非特异性核酸酶既可水解RNA，又可水解DNA磷酸二酯键的核酸酶。1、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。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。特异性磷酸单酯酶：只能水解3核苷酸或5核苷酸（3核苷酸酶、5核苷酸酶）二、二、核苷酸的降解代谢核苷酸的降解代谢核苷 +磷酸核苷磷酸化酶碱基 +戊糖戊糖-1-磷酸磷酸 核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶：广泛存在，反应可逆。核苷水解酶核苷水解酶：主要存在于植物、微生物中，只水解核糖核苷，不可逆核糖核苷+H2

15、O核苷水解酶碱基 +核糖核糖2、核苷酶核苷酶P192图12-5三、三、嘌呤碱的分解嘌呤碱的分解O（脱氨基）（脱氨基）（氧化）（氧化）（脱氨基）（脱氨基）（氧化）（氧化）（分解）（分解）（分解）（分解）（分解）（分解）不同种类的生物分解嘌呤碱的能力不同，因此，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NH3和CO2排出。植物分解嘌呤的途径与动物相似P193图12-6 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NH3可进一步转化成尿素排出。

16、四、四、嘧啶碱的分解嘧啶碱的分解脱氨基脱氨基还原还原开环水解开环水解水解水解还原还原开环水解开环水解水解水解第三节 遗传工程P193-195自学1.基因工程的定义2.限制性内切酶的定义3.常见的基因载体第十三章 生物氧化一、一、生物氧化的概念和特点。生物氧化的概念和特点。糖，脂，蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分解，糖，脂，蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分解，生成生成CO2，H2O并释放出能量，这个过程称生物氧化。并释放出能量，这个过程称生物氧化。生物氧化是需氧细胞呼吸代谢过程中的一系列氧化还原作用，又称细胞氧化或细胞呼吸。特点：特点：反应条件温和，多步反应，逐步放能。生物氧化在活细胞中进行

17、，pH中性，反应条件温和，一系列酶和电子传递体参与氧化过程，逐步氧化，逐步释放能量，转化成ATP。真核细胞，生物氧化多在线粒体内进行，在不含线粒体的原核细胞中，生物氧化在细胞膜上进行。生物氧化的三阶段生物氧化的三阶段 第一阶段：多糖，脂，蛋白质等分解为结构单位单糖、甘油与脂肪酸、氨基酸，该阶段几乎不释放化学能。第二阶段：结构单位经糖酵解、脂肪酸氧化、氨基酸氧化等各自的降解途径分解为丙酮酸、乙酰CoA等少数几种共同的中间代谢物物，这些共同的中间代谢物在不同种类物质的代谢间起着枢纽作用。该阶段释放少量的能量。第三阶段：丙酮酸、乙酰CoA等经过三羧酸循环彻底氧化为CO2、H2O。释放大量的能量。在第

18、二、第三阶段中，氧化脱下的电子（在第二、第三阶段中，氧化脱下的电子（H-）经过）经过一个氧化的电子传递过程（氧化电子传递链）最终一个氧化的电子传递过程（氧化电子传递链）最终传给传给O2，并生成，并生成ATP，以这种方式生成，以这种方式生成ATP的作用的作用称为氧化磷酸化作用，它是一种很重要的将生物氧称为氧化磷酸化作用，它是一种很重要的将生物氧化和能量生成相偶连的机制。化和能量生成相偶连的机制。生物氧化的终产物是CO2和H2O一、一、高能磷酸化合物的类型高能磷酸化合物的类型 P196-197 1、磷氧键型磷氧键型（1）、）、酰基磷酸化合物。酰基磷酸化合物。3磷酸甘油酸磷酸，乙酰磷酸，氨甲酰磷酸，

19、酰基腺苷酸，氨酰腺苷酸。（2）、）、焦磷酸化合物。焦磷酸化合物。无机焦磷酸，ATP，ADP（3）、）、烯醇式磷酸化合物。烯醇式磷酸化合物。磷酸烯醇式丙酮酸。2、氮磷键型氮磷键型磷酸肌酸，磷酸精氨酸。3、硫酯键型硫酯键型3一磷酸腺苷一5一磷酰硫酸，酰基辅酶A。4、甲硫键型甲硫键型S一腺苷甲硫氨酸。第一节第一节 高能磷酸化合物高能磷酸化合物二、二、ATP的特殊作用的特殊作用1、是细胞内产能反应和需能反应的化学偶联剂。是细胞内产能反应和需能反应的化学偶联剂。2、在磷酸基转移中的作用在磷酸基转移中的作用。例：G-6-P 是 G l c 的 一 种 活 化 形 式。已 糖 激 酶 催 化：Glc+ATP

20、G-6-P+ADP。3-磷酸甘油是甘油的活化形式，能参与脂肪合成。甘油激酶：甘油+ATP3一磷酸甘油+ADP。（三）（三）磷酸肌酸、磷酸精氨酸的储能作用磷酸肌酸、磷酸精氨酸的储能作用 磷酸肌酸是易兴奋组织（如肌肉、脑、神经）唯一的能起暂时储能作用的物质。磷酸精氨酸是无脊椎动物肌肉中的储能物质 第二节 呼吸链 呼吸链是指按一定顺序排列相互衔接的传递氢或电子到分子氧的一系列传递体的总轨道。二、二、氧化电子传递过程氧化电子传递过程生物氧化过程中形成的还原型辅酶（NADH和FADH2），通过电子传递途径，使其重新氧化，此过程称为电子传递过程。在电子传递过程中，还原型辅酶中的氢以负质子（H-）形式脱下，

21、其电子经一系列的电子传递体（电子传递链）转移，最后转移到分子氧上，质子和离子型氧结合生成H2O。三、三、氧化电子传递链氧化电子传递链 由NADH到O2的氧化电子传递链主要包括FMN、辅酶Q（CoQ）、细胞色素b、c1、c、a,a3及一些铁硫蛋白。氧化电子传递链位于原核生物的质膜上，真核生物中位于线粒体的内膜上。细胞内供能物质的彻底氧化产物细胞内供能物质的彻底氧化产物是是CO2、H2O其中其中CO2主要是在三羟酸循环中产生，水是在电子传递主要是在三羟酸循环中产生，水是在电子传递过程的最后阶段产生。过程的最后阶段产生。四、四、电子传递链的酶和电子载体电子传递链的酶和电子载体呼吸链中的电子载体都是和

22、蛋白质结合存在（包括NAD+、FMN、铁硫中心、细胞色素）。这些蛋白质大都是水不溶性的，嵌在线粒体的内膜上。NAD+是许多脱氢酶的辅酶，FMN（黄素单核苷）是NADH脱氢酶的辅酶。1、NAD+和和NADP+脱氢酶分别与NAD+或NADP+结合，催化底物脱氢，这类酶称为与NAD（P）相关的脱氢酶，多数脱氢酶以NAD+为辅酶，少数以NADP+为辅酶（如G-6-P脱氢酶）少数酶能以NAD+或NADP+两种辅酶（Glu脱氢酶）。2、NADH脱氢酶以及其它黄素蛋白酶类脱氢酶以及其它黄素蛋白酶类 NADH脱氢酶含FMN辅基，铁-硫中心。铁硫中心铁的价态变化（Fe3+Fe2+）可以将电子从FMN辅基上转移到

23、呼吸链下一成员辅酶Q上。含有核黄素辅基的酶还包括琥珀酸脱氢酶、脂酰CoA脱氢酶等。3、辅酶辅酶Q（泛醌）（泛醌）电子传递链上唯一的非蛋白质成分。辅酶Q在线粒体中有两种存在形式：膜结合型、游离型。辅酶Q不仅可以接受FMN上的氢（NADH脱氢酶），还可以接受线粒体FADH2上的氢（如琥珀酸脱氢酶、脂酰CoA脱氢酶以及其它黄素酶类）。4、细胞色素类。细胞色素类。细胞色素类是含铁的电子传递体，铁原子处于卟啉的结构中心，构成血红素。细胞色素类是呼吸链中将电子从辅酶Q传递到O2的专一酶类。线粒体的电子传递链至少含有5种不同的细胞色素：b、c、c1、.a、a3.细胞色素b有两种存在形式：b562、b566

24、细胞色素c是唯一可溶性的细胞色素，同源性很强，可作为生物系统发生关系的一个指标。细胞色素a、a3是以复合物的形式存在，又称细胞色素氧化酶，将电子从细胞色素c传到分子O2。五、五、电子传递抑制剂电子传递抑制剂阻断呼吸链中某一部位的电子传递。1、鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素都可阻断电子由NADH向CoQ传递。2、抗霉素抗霉素A抑制电子从细胞色素b向细胞色素c1传递3、氰化物、硫化氢、叠氮化物、氰化物、硫化氢、叠氮化物、CO等。等。阻断电子从细胞色素aa3 向O2传递 第三节第三节 氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用 氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用：电子沿着氧化电子传递链传递的过程中

25、所伴随的将ADP磷酸化为ATP的作用，或者说是ATP的生成与氧化电子传递链相偶联的磷酸化作用。底物水平磷酸化作用底物水平磷酸化作用：是指ATP的形成直接与一个代谢中间物上的磷酸基团转移相偶联的作用。糖酵解中1,3-二磷酸甘油酸，磷酸烯醇丙酮酸。1、方程式：方程式：NADP+H+3ADP+3Pi+1/2O2 NAD+3H2O+3ATP2、几个概念：几个概念：（1）P/O比比一对电子通过呼吸链传至氧所产生的ATP的分子数。NADH3ATP，FADH22ATP（2）ATP生成部位（磷酸化的部位）：生成部位（磷酸化的部位）：部位部位：NADH与CoQ之间。部位部位：细胞色素b和细胞色素c之间的部位。部

26、位部位：细胞色素a和氧之间的部位。（3）、）、呼吸控制呼吸控制 ADP作为关键物质，对氧化磷酸化的调节作用称为呼吸控制。（4）、）、解偶联剂，（解偶联剂，（2.4硝基苯酚）硝基苯酚）电子传递过程和ATP形成过程相分离，电子传递仍可进行，但不能形成ATP。（5）、）、氧化磷酸化抑制剂：氧化磷酸化抑制剂：抑制O2的利用和ATP的形成。3.氧化磷酸化的机理化 学 渗 透 假 说(P.Mitchell 1961年)要 点:(1)呼 吸 传 递 体 不 对 称 地 分 布 在 线 粒 体内 膜 上。(2)呼 吸 链 的 复 合 体 中 递 氢 体 有 质 子 泵作 用,它 可 以 将 H+从 线 粒 体 内 膜 的 内 侧 泵至 外 侧,在 内 膜 两 侧 建 立 起 质 子 浓 度 梯度 和 电 位 梯 度。(3)由 质 子 动 力 势 梯 度 推 动 ADP和 Pi合成ATP。七、七、氧化磷酸化的偶联机理氧化磷酸化的偶联机理 P204图13-4