核酸的代谢王镜岩生物化学(全)课件.ppt

1、第第3333章章 核酸的降解和核苷酸代谢核酸的降解和核苷酸代谢 第十五章 核酸代谢第一节第一节 分解代谢分解代谢一、核酸的降解一、核酸的降解核酸由磷酸二酯酶水解，有核糖核酸酶、脱氧核糖核酸核酸由磷酸二酯酶水解，有核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、内切酶和外切酶之分。蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸酶、内切酶和外切酶之分。蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶都是外切酶，既可水解二酯酶都是外切酶，既可水解DNA，又可水解，又可水解RNA，但蛇毒磷酸二酯酶从但蛇毒磷酸二酯酶从3端水解，生成端水解，生成5-核苷酸；牛脾磷核苷酸；牛脾磷酸二酯酶从酸二酯酶从5端水解，生成端水解，生成3-核苷酸。细胞内还有限制核苷酸。细胞内还

2、有限制性内切酶，可水解外源性内切酶，可水解外源DNA。二、核苷酸的降解二、核苷酸的降解核苷酸由磷酸单酯酶水解成核苷和磷酸，特异性强的酶核苷酸由磷酸单酯酶水解成核苷和磷酸，特异性强的酶只水解只水解5-核苷酸，称为核苷酸，称为5-核苷酸酶，或相反。核苷磷核苷酸酶，或相反。核苷磷酸化酶将核苷分解为碱基和戊糖酸化酶将核苷分解为碱基和戊糖-1-磷酸，核苷水解酶磷酸，核苷水解酶生成碱基和戊糖。核糖生成碱基和戊糖。核糖-1-磷酸可被磷酸核糖变位酶催磷酸可被磷酸核糖变位酶催化为核糖化为核糖-5-磷酸，进入戊糖支路或合成磷酸，进入戊糖支路或合成PRPP。.三、嘌呤的分解三、嘌呤的分解（一）水解脱氨：腺嘌呤生成次

3、黄嘌呤，鸟嘌呤生成黄（一）水解脱氨：腺嘌呤生成次黄嘌呤，鸟嘌呤生成黄嘌呤。也可在核苷或核苷酸水平上脱氨。嘌呤。也可在核苷或核苷酸水平上脱氨。（二）氧化：次黄嘌呤生成黄嘌呤，再氧化生成尿酸。（二）氧化：次黄嘌呤生成黄嘌呤，再氧化生成尿酸。都由黄嘌呤氧化酶催化，生成过氧化氢。别嘌呤醇是自都由黄嘌呤氧化酶催化，生成过氧化氢。别嘌呤醇是自杀底物，其氧化产物与酶活性中心的杀底物，其氧化产物与酶活性中心的Mo4+紧密结合，紧密结合，有强烈抑制作用。可防止尿酸钠沉积，用于治疗痛风。有强烈抑制作用。可防止尿酸钠沉积，用于治疗痛风。（三）鸟类可将其他含氮物质转化为尿酸，而某些生物（三）鸟类可将其他含氮物质转化为

4、尿酸，而某些生物可将尿酸继续氧化分解为氨和可将尿酸继续氧化分解为氨和CO2。四、嘧啶的分解四、嘧啶的分解胞嘧啶先脱氨生成尿嘧啶，再还原成二氢尿嘧啶，然后胞嘧啶先脱氨生成尿嘧啶，再还原成二氢尿嘧啶，然后开环，水解生成开环，水解生成-丙氨酸，可转氨参加有机酸代谢。胸丙氨酸，可转氨参加有机酸代谢。胸腺嘧啶与尿嘧啶相似，还原、开环、水解生成腺嘧啶与尿嘧啶相似，还原、开环、水解生成-氨基异氨基异丁酸，可直接从尿排出，也可转氨生成甲基丙二酸半醛，丁酸，可直接从尿排出，也可转氨生成甲基丙二酸半醛，最后生成琥珀酰辅酶最后生成琥珀酰辅酶A，进入三羧酸循环。，进入三羧酸循环。第二节第二节 合成代谢合成代谢一、嘌呤

5、核糖核苷酸的合成一、嘌呤核糖核苷酸的合成（一）从头合成途径（一）从头合成途径1.1.嘌呤环的元素来源嘌呤环的元素来源2.IMP2.IMP的合成：其磷酸核糖部分由的合成：其磷酸核糖部分由PRPPPRPP提供，由提供，由5-5-磷酸磷酸核糖与核糖与ATPATP在磷酸核糖焦磷酸激酶催化下生成。在磷酸核糖焦磷酸激酶催化下生成。IMPIMP的合的合成有成有1010步，分两个阶段，先生成咪唑环，再生成次黄嘌步，分两个阶段，先生成咪唑环，再生成次黄嘌呤。首先由谷氨酰胺的氨基取代焦磷酸，再连接甘氨酸、呤。首先由谷氨酰胺的氨基取代焦磷酸，再连接甘氨酸、甲川基，甘氨酸的羰基生成氨基后环化，生成甲川基，甘氨酸的羰基

6、生成氨基后环化，生成5-5-氨基咪氨基咪唑核苷酸。然后羧化，得到天冬氨酸的氨基，甲酰化，唑核苷酸。然后羧化，得到天冬氨酸的氨基，甲酰化，最后脱水闭环，生成最后脱水闭环，生成IMPIMP。3.AMP3.AMP的合成：的合成：IMPIMP与天冬氨酸生成腺苷酸琥珀酸，由腺与天冬氨酸生成腺苷酸琥珀酸，由腺苷酸琥珀酸合成酶催化，苷酸琥珀酸合成酶催化，GTPGTP提供能量。腺苷酸琥珀酸提供能量。腺苷酸琥珀酸裂解酶催化分解生成裂解酶催化分解生成AMPAMP和延胡索酸。和延胡索酸。4.GMP4.GMP的合成：的合成：IMPIMP先由次黄嘌呤核苷酸脱氢酶氧化生成先由次黄嘌呤核苷酸脱氢酶氧化生成黄嘌呤，再由谷氨酰

7、胺提供氨基，生成黄嘌呤，再由谷氨酰胺提供氨基，生成GMPGMP。（二）补救途径：1.碱基与核糖-1-磷酸在特异的核苷磷酸化酶催化下生成核苷，再由其核苷磷酸激酶生成核苷酸。只有腺苷激酶。2.嘌呤与PRPP在磷酸核糖转移酶催化下生成核苷酸。有腺嘌呤磷酸核糖转移酶和次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶。（三）调控（三）调控从头合成途径受从头合成途径受AMPAMP和和GMPGMP的反馈抑制，第一步的反馈抑制，第一步转酰胺酶受二者抑制，分枝后的第一步只受自转酰胺酶受二者抑制，分枝后的第一步只受自身抑制。从头合成与补救途径之间有平衡。先身抑制。从头合成与补救途径之间有平衡。先天缺乏次黄嘌呤天缺乏次黄嘌呤-鸟嘌呤

8、磷酸核糖转移酶称为鸟嘌呤磷酸核糖转移酶称为莱莱-纳二氏综合症，纳二氏综合症，X X染色体隐性遗传，患者尿染色体隐性遗传，患者尿酸和酸和PRPPPRPP水平高，从头合成加速，导致痛风和水平高，从头合成加速，导致痛风和自残。正常大脑中次黄嘌呤自残。正常大脑中次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖鸟嘌呤磷酸核糖转移酶活力高，而从头合成酶活力低，对补救转移酶活力高，而从头合成酶活力低，对补救途径依赖较大。别嘌呤醇可降低尿酸浓度，但途径依赖较大。别嘌呤醇可降低尿酸浓度，但不能降低不能降低PRPPPRPP浓度，不能防止自残。浓度，不能防止自残。二、嘧啶核糖核苷酸的合成二、嘧啶核糖核苷酸的合成（一）尿嘧啶核苷酸的合成：谷

9、氨酰胺与碳酸氢根在（一）尿嘧啶核苷酸的合成：谷氨酰胺与碳酸氢根在氨甲酰磷酸合成酶催化下生成氨甲酰磷酸，消耗氨甲酰磷酸合成酶催化下生成氨甲酰磷酸，消耗2 2个个ATPATP。氨甲酰磷酸与天冬氨酸生成氨甲酰天冬氨酸，。氨甲酰磷酸与天冬氨酸生成氨甲酰天冬氨酸，闭环氧化生成乳清酸，再与闭环氧化生成乳清酸，再与PRPPPRPP生成乳清苷酸，脱羧生成乳清苷酸，脱羧生成生成UMPUMP。（二）（二）CMPCMP的合成：的合成：UMPUMP先与先与2 2分子分子ATPATP反应生成反应生成UTPUTP，在在CTPCTP合成酶催化下合成酶催化下UTPUTP与谷氨酰胺、与谷氨酰胺、ATPATP生成生成CTPCTP

10、。（三）补救途径：尿嘧啶可与（三）补救途径：尿嘧啶可与PRPPPRPP生成生成UMPUMP，也可与，也可与1-1-磷酸核糖生成尿苷，再被尿苷激酶催化生成磷酸核糖生成尿苷，再被尿苷激酶催化生成UMPUMP。胞嘧啶不能与胞嘧啶不能与PRPPPRPP反应，但胞苷可被尿苷激酶催化生反应，但胞苷可被尿苷激酶催化生成成CMPCMP。（四）调控：氨甲酰磷酸合成酶受（四）调控：氨甲酰磷酸合成酶受UMPUMP反馈抑制，天反馈抑制，天冬氨酸转氨甲酰酶和冬氨酸转氨甲酰酶和CTPCTP合成酶受合成酶受CTPCTP反馈抑制。反馈抑制。三、脱氧核糖核苷酸的合成三、脱氧核糖核苷酸的合成（一）核糖核苷酸的还原：由核糖核苷酸还

11、原酶体系（一）核糖核苷酸的还原：由核糖核苷酸还原酶体系催化，包括催化，包括4 4种蛋白，可将种蛋白，可将NDPNDP还原为还原为dNDPdNDP，需镁和，需镁和ATPATP。各种核苷一磷酸酸可被特异的核苷一磷酸激酶。各种核苷一磷酸酸可被特异的核苷一磷酸激酶催化生成核苷二磷酸，核苷二磷酸激酶特异性很低，催化生成核苷二磷酸，核苷二磷酸激酶特异性很低，可催化核苷二磷酸和核苷三磷酸的相互转变。可催化核苷二磷酸和核苷三磷酸的相互转变。（二）碱基和脱氧核糖（二）碱基和脱氧核糖-1-1-磷酸可由磷酸化酶合成脱磷酸可由磷酸化酶合成脱氧核糖核苷，再由脱氧核糖核苷激酶生成脱氧核糖核氧核糖核苷，再由脱氧核糖核苷激酶

12、生成脱氧核糖核苷酸。苷酸。胸腺嘧啶核苷酸的生成：胸腺嘧啶核苷酸的生成：dUMPdUMP被甲叉四氢叶酸甲基化，被甲叉四氢叶酸甲基化，生成生成dTMPdTMP，由胸腺嘧啶核苷酸合成酶催化。转甲基后，由胸腺嘧啶核苷酸合成酶催化。转甲基后生成二氢叶酸，由二氢叶酸还原酶再生。叶酸类似物生成二氢叶酸，由二氢叶酸还原酶再生。叶酸类似物如氨基蝶呤、氨甲蝶呤等，能与二氢叶酸还原酶不可如氨基蝶呤、氨甲蝶呤等，能与二氢叶酸还原酶不可逆结合，抑制一碳单位的转移反应，可作抗肿瘤药物。逆结合，抑制一碳单位的转移反应，可作抗肿瘤药物。dUMPdUMP可由可由UDPUDP还原、脱磷酸生成，也可由还原、脱磷酸生成，也可由dCM

13、PdCMP脱氨生脱氨生成。成。第三节第三节 辅酶核苷酸的合成辅酶核苷酸的合成一、一、NADNAD的合成的合成烟酸先与磷酸核糖焦磷酸生成烟酸单核苷酸，再烟酸先与磷酸核糖焦磷酸生成烟酸单核苷酸，再与与ATPATP缩合生成烟酸腺嘌呤二核苷酸，最后由谷缩合生成烟酸腺嘌呤二核苷酸，最后由谷氨酰胺酰胺化生成氨酰胺酰胺化生成NADNAD。NADNAD激酶催化生成激酶催化生成NADPNADP。二、二、FADFAD的合成的合成黄素先与黄素先与ATPATP生成黄素单核苷酸，再与生成黄素单核苷酸，再与ATPATP生成生成FADFAD。三、辅酶三、辅酶A A的合成的合成泛酸先与泛酸先与ATPATP生成生成4-4-磷酸

14、泛酸，再与半胱氨酸缩磷酸泛酸，再与半胱氨酸缩合并脱羧生成合并脱羧生成4-4-磷酸泛酰巯基乙胺，与磷酸泛酰巯基乙胺，与ATPATP缩合缩合成脱磷酸辅酶成脱磷酸辅酶A A，最后被，最后被ATPATP磷酸化成辅酶磷酸化成辅酶A A。主要内容主要内容一、核酸和核苷酸的分解代谢一、核酸和核苷酸的分解代谢 二、核苷酸的生物合成二、核苷酸的生物合成 碱基连接（糖苷键）碱基连接（糖苷键）（对（对DNA为为H）1.1.核酸的酶促降解核酸的酶促降解核酸核酸核酸酶核酸酶单核苷酸单核苷酸核酸酶核酸酶核酸内切酶核酸内切酶核酸外切酶核酸外切酶磷酸单脂酶磷酸单脂酶核苷核苷+磷酸磷酸嘧啶（嘌呤）嘧啶（嘌呤）核糖（脱氧核糖核糖

15、（脱氧核糖）核苷水解酶核苷水解酶核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶嘧啶（嘌呤）嘧啶（嘌呤）核糖核糖-1-磷酸磷酸脱氧核糖脱氧核糖-1-磷酸磷酸核糖核糖-5-磷酸磷酸磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径醛缩酶醛缩酶乙醛乙醛甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸2.嘌呤的分解嘌呤的分解脱氨反应可在脱氨反应可在碱基水平，核碱基水平，核苷或核苷酸的苷或核苷酸的水平上进行水平上进行 腺苷腺苷次黄苷次黄苷核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶次黄嘌呤次黄嘌呤核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶鸟嘌呤核苷鸟嘌呤核苷鸟嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸次黄嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤黄嘌呤氧化酶氧化酶 尿酸尿酸（人、（人、猿类、鸟类猿类、鸟类）黄嘌呤黄嘌呤氧化酶氧化酶鸟嘌呤鸟嘌呤脱氨酶脱氨

16、酶黄嘌呤黄嘌呤尿囊素（其他哺乳类）尿囊素（其他哺乳类）尿囊素酶尿囊素酶 尿囊酸尿囊酸（硬骨鱼类）（硬骨鱼类）尿囊酸酶尿囊酸酶 尿素（多数鱼类和两栖类）尿素（多数鱼类和两栖类）乙醛酸乙醛酸尿酶尿酶 尿酸氧化酶尿酸氧化酶 二氢尿嘧二氢尿嘧啶啶脱氢酶脱氢酶二氢嘧啶二氢嘧啶酶酶脲基丙酸脲基丙酸酶酶胞嘧啶脱氨酶胞嘧啶脱氨酶3.3.嘧啶的分解嘧啶的分解3.嘧啶的分解嘧啶的分解二氢胸腺二氢胸腺嘧啶嘧啶脱氢酶脱氢酶二氢嘧啶二氢嘧啶酶酶脲基丙酸脲基丙酸酶？酶？主要发生在主要发生在肝肝脏脏，常因各种，常因各种抑制物甚至抑制物甚至生生理紧张理紧张导致其导致其中的某些酶缺中的某些酶缺乏，影响细胞乏，影响细胞生长。生长

17、。“从头合成从头合成”途径途径（通常情况下占（通常情况下占95%）核糖核苷酸核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸脱氧核糖核苷酸“补救补救”途径途径(脑和骨髓脑和骨髓)内内外外源源核核酸酸分分解解1.1.嘌呤核苷酸的从头合成嘌呤核苷酸的从头合成（1 1）嘌呤环的生物合成）嘌呤环的生物合成（2 2）嘌呤核苷酸的生物合成）嘌呤核苷酸的生物合成（1 1）嘌呤环的生物合成嘌呤环的生物合成甲酸盐甲酸盐 谷氨酰胺谷氨酰胺 天冬氨酸天冬氨酸 甲酸盐甲酸盐 甘氨酸甘氨酸 首先需要由首先需要由5-5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸供给核苷酸的磷酸核糖部分，供给核苷酸的磷酸核糖部分，在其上再完成嘌呤环的装配。首先合成次黄嘌呤核苷

18、酸在其上再完成嘌呤环的装配。首先合成次黄嘌呤核苷酸（2 2）嘌呤核苷酸的生物合成）嘌呤核苷酸的生物合成5-磷酸核糖磷酸核糖 磷酸核糖焦磷酸核糖焦磷酸激酶磷酸激酶 5-5-磷酸核糖焦磷磷酸核糖焦磷酸酸IMPIMP的形成：的形成：转酰胺酶转酰胺酶 甘氨酰胺甘氨酰胺核苷酸核苷酸 转甲酰基酶转甲酰基酶 甲酰甘氨酰甲酰甘氨酰胺核苷酸胺核苷酸 甲酰甘氨脒核苷酸甲酰甘氨脒核苷酸 5-磷酸核糖胺磷酸核糖胺AIRAIR合成酶合成酶裂解酶裂解酶IMPIMP合成酶合成酶AMPAMP和和GMPGMP的形成：的形成：天冬氨酸天冬氨酸 腺苷琥珀酸腺苷琥珀酸 裂解酶裂解酶 延胡索酸延胡索酸 2.2.嘌呤核苷酸的补救途径嘌呤

19、核苷酸的补救途径次黄嘌呤次黄嘌呤 磷酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶 3.嘧啶核苷酸的生物合成嘧啶核苷酸的生物合成氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸 天冬氨酸天冬氨酸 在合成嘧啶核苷酸时在合成嘧啶核苷酸时首先形成嘧啶环首先形成嘧啶环，再与磷酸核糖结合，再与磷酸核糖结合成为乳清苷酸，然后生成成为乳清苷酸，然后生成尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸。其他嘧啶核苷酸。其他嘧啶核苷酸则由尿嘧啶核苷酸转变而成则由尿嘧啶核苷酸转变而成 氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸 天冬氨酸转天冬氨酸转氨甲酰酶氨甲酰酶 氨甲酰天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸 二氢乳清酸二氢乳清酸 二氢乳清酸酶二氢乳清酸酶 乳清酸乳清酸 二氢乳清二氢乳清酸脱氢酶酸脱氢酶 焦磷酸化酶焦磷酸

20、化酶 乳清苷酸乳清苷酸 脱羧酶脱羧酶 CTP CTP 的合成的合成由尿嘧啶核苷酸转变为胞嘧啶核苷酸是在尿嘧啶由尿嘧啶核苷酸转变为胞嘧啶核苷酸是在尿嘧啶核苷核苷三磷酸三磷酸的水平上进行的水平上进行 UMP UDP UTP激酶激酶激酶激酶4.补救途径补救途径胞嘧啶不能直接与胞嘧啶不能直接与5-磷酸核糖焦磷酸反应生成胞嘧啶核苷酸磷酸核糖焦磷酸反应生成胞嘧啶核苷酸 U+PRPP UMP+PPiUMP-磷酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶U+1-P-R UMP+Pi尿苷磷酸化酶尿苷磷酸化酶5.5.脱氧核糖核脱氧核糖核苷酸的合成苷酸的合成 核糖核苷核糖核苷酸还原酶酸还原酶 发生在二磷酸核发生在二磷酸核苷酸水平上苷

21、酸水平上核糖核苷酸还原酶的氢传递过程核糖核苷酸还原酶的氢传递过程核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶硫氧还蛋白硫氧还蛋白硫氧还蛋白还原酶硫氧还蛋白还原酶dTTPdTTP的的形成形成胸腺嘧啶核胸腺嘧啶核苷酸合酶苷酸合酶 丝氨酸羟甲丝氨酸羟甲基转移酶基转移酶dTMPdTMP的形成发生的形成发生在一磷酸水平上在一磷酸水平上亚甲基四氢叶酸亚甲基四氢叶酸 癌症治疗的药物癌症治疗的药物首先氟尿嘧啶在人体内先转首先氟尿嘧啶在人体内先转变为变为5-5-氟氟 -2-2-脱氧尿嘧啶核苷酸，脱氧尿嘧啶核苷酸，5-5-氟氟 -2-2-脱氧尿嘧啶核苷酸抑制体内胸腺脱氧尿嘧啶核苷酸抑制体内胸腺嘧啶核苷酸合成酶，阻断脱氧尿嘧啶

22、核嘧啶核苷酸合成酶，阻断脱氧尿嘧啶核苷酸转变为脱氧胸腺嘧啶核苷酸，从而苷酸转变为脱氧胸腺嘧啶核苷酸，从而抑制抑制 DNA DNA 的生物合成。的生物合成。此外，此外，5-5-氟氟 -2-2-脱氧尿嘧啶核苷酸脱氧尿嘧啶核苷酸还能掺入还能掺入 RNA RNA，通过阻止尿嘧啶和乳清，通过阻止尿嘧啶和乳清酸掺入酸掺入 RNA RNA 而达到抑制而达到抑制 RNA RNA 合成的作合成的作用。用。作业 1 1、当人体摄入标记、当人体摄入标记N N的蛋白质食物后，请的蛋白质食物后，请分析被标记的分析被标记的N N可能存在的形式和可能可能存在的形式和可能的去向（简要写出其过程）。的去向（简要写出其过程）。、简述生物体中乙酰、简述生物体中乙酰COACOA的来源和去路。的来源和去路。