生物化学 第33章核酸的降解和核苷酸代谢课件.ppt

1、Chapter33 核酸的降解和核苷核酸的降解和核苷 酸代谢酸代谢 Catabolism of Nucleic acids Metabolism of Nucleotides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 三、辅酶核苷酸的生物合成三、辅酶核苷酸的生物合成 本章要点本章要点一、核酸和核苷酸的分解代谢一、核酸和核苷酸的分解代谢 食物核蛋白食物核蛋白胃酸胃酸蛋白质蛋白质核酸（核酸（RNA及及DNA）单核苷酸单核苷酸水解水解3，5-磷酸二酯键磷酸二酯键H2O胰核酸酶胰核酸酶（磷酸二酯酶）（磷酸二酯酶）核糖核酸酶（核糖核酸酶（RNase）脱

2、氧核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶(DNase)核酸的消化核酸的消化胰、肠核苷酸酶（胰、肠核苷酸酶（nucleotidase）（磷酸单酯酶）（磷酸单酯酶）H2O磷酸磷酸核苷核苷碱基碱基戊糖（或戊糖戊糖（或戊糖-1-磷酸）磷酸）核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶（nucleoside phosphorylase）核苷酶核苷酶(nucleosidase)（水解或磷酸解）（水解或磷酸解）核苷水解酶核苷水解酶（nucleoside hydrolase）H2OH3PO4单核苷酸单核苷酸 核酸的降解核酸的降解 核酸核酸磷酸磷酸核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸-戊糖戊糖碱基碱基水水解解核酸酶核酸酶核苷酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶核苷

3、磷酸化酶何处去？何处去？进入磷酸戊糖途径进入磷酸戊糖途径或或重新合成核酸重新合成核酸？分解分解合成合成一、核酸和核苷酸的分解代谢一、核酸和核苷酸的分解代谢 （一）核酸的解聚作用（一）核酸的解聚作用 什么是核酸内切酶什么是核酸内切酶(endonuclease(endonuclease)？凡能水解核酸分子内磷酸二酯键的酶叫凡能水解核酸分子内磷酸二酯键的酶叫核酸内切酶核酸内切酶；什么是核酸外切酶什么是核酸外切酶(exonuclease)？凡能从核酸链的一端逐个水解下核苷酸的酶称为凡能从核酸链的一端逐个水解下核苷酸的酶称为核酸外切酶核酸外切酶；什么是限制性核酸内切酶什么是限制性核酸内切酶？在细菌内存在

4、一类能识别并水解外源双链在细菌内存在一类能识别并水解外源双链DNA的核酸内切酶，的核酸内切酶，称为称为限制性核酸内切酶限制性核酸内切酶。DNA一、核酸和核苷酸的分解代谢一、核酸和核苷酸的分解代谢 （一）核酸的解聚作用（一）核酸的解聚作用 两种需要掌握的非特异的磷酸二酯酶两种需要掌握的非特异的磷酸二酯酶 蛇毒磷酸二酯酶蛇毒磷酸二酯酶：从游离的：从游离的3-羟基端逐个解下羟基端逐个解下5-核苷酸核苷酸 牛脾磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶：从游离的：从游离的5-羟基端逐个解下羟基端逐个解下3-核苷酸核苷酸（二）核苷酸的降解（二）核苷酸的降解一、核酸和核苷酸的分解代谢一、核酸和核苷酸的分解代谢 核苷酸在核苷

5、酸在核苷酸酶核苷酸酶作用下水解成作用下水解成核苷和磷酸核苷和磷酸，核，核苷在苷在核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶和和核苷水解酶核苷水解酶（植物和微生物）（植物和微生物）进一步降解。进一步降解。核苷磷酸核苷磷酸 嘌呤碱或嘧啶碱戊糖嘌呤碱或嘧啶碱戊糖-1-磷酸磷酸核苷核苷H2O 嘌呤碱或嘧啶碱戊糖嘌呤碱或嘧啶碱戊糖核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶核苷水解酶核苷水解酶一、核酸和核苷酸的分解代谢一、核酸和核苷酸的分解代谢 （三）嘌呤碱的降解（三）嘌呤碱的降解l人和猿类人和猿类等缺乏分解尿酸的能力，因此等缺乏分解尿酸的能力，因此尿酸尿酸是人、是人、猿、鸟类及爬虫类体内嘌呤碱分解的最终产物。猿、鸟类及爬虫类体内嘌呤碱分解

6、的最终产物。共同中间产物共同中间产物（三）嘌呤碱的降解（三）嘌呤碱的降解1、人的嘌呤碱的降解、人的嘌呤碱的降解（三）嘌呤碱的降解（三）嘌呤碱的降解2、其他生物的嘌呤碱的降解、其他生物的嘌呤碱的降解（三）（三）嘌呤碱嘌呤碱的降解的降解3 3、嘌呤碱与其核苷及、嘌呤碱与其核苷及核苷酸的相互转变核苷酸的相互转变痛痛 风风 嘌呤碱最终分解生成嘌呤碱最终分解生成尿酸尿酸，正常情况下尿酸随尿，正常情况下尿酸随尿排出。正常人血浆尿酸含量为排出。正常人血浆尿酸含量为0.12-0.36mmol/L(2-6mg%).若进食过多嘌呤食物或体内核酸大量分解（恶性若进食过多嘌呤食物或体内核酸大量分解（恶性肿瘤等患者）或

7、肾排出现障碍，血中尿酸超过肿瘤等患者）或肾排出现障碍，血中尿酸超过8mg%，其钠盐则会形成结晶，沉积于关节、软组，其钠盐则会形成结晶，沉积于关节、软组织、软骨及肾等处，出现织、软骨及肾等处，出现痛风症痛风症。4、痛风、痛风77痛风的治疗：痛风的治疗：别嘌呤醇竞争抑制黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇竞争抑制黄嘌呤氧化酶*冬天吃火锅，小心患痛风冬天吃火锅，小心患痛风*n高嘌呤食物：高嘌呤食物：动物动物内脏、牛羊肉、虾内脏、牛羊肉、虾蟹、豆制品、蘑菇蟹、豆制品、蘑菇n每每100毫升肉汤内含毫升肉汤内含嘌呤嘌呤160-400毫克，毫克，比正常饮食要高出比正常饮食要高出30倍倍*海鲜与啤酒易诱发痛风海鲜与啤酒易诱发

8、痛风 n海鲜中富含嘌呤，海鲜中富含嘌呤，啤酒中富含啤酒中富含VB1nVB1促进嘌呤分解促进嘌呤分解*豆腐易诱发痛风豆腐易诱发痛风 一、核酸和核苷酸的分解代谢一、核酸和核苷酸的分解代谢 （四）嘧啶碱的降解（四）嘧啶碱的降解 嘧啶的分解过程，已知分解时环即被破坏，其嘧啶的分解过程，已知分解时环即被破坏，其N原子可变原子可变为尿素和为尿素和NH3，第二碳转变为，第二碳转变为CO2。胞嘧啶不直接被动物体。胞嘧啶不直接被动物体利用，一部分从尿排出。嘧啶在哺乳动物肝脏内的分解过程利用，一部分从尿排出。嘧啶在哺乳动物肝脏内的分解过程如下：如下：（四）嘧啶碱的降解（四）嘧啶碱的降解尿嘧啶尿嘧啶一、核酸和核苷酸

9、的分解代谢一、核酸和核苷酸的分解代谢 （四）嘧啶碱的降解（四）嘧啶碱的降解嘧啶与其相应核苷和核苷酸之间的关系嘧啶与其相应核苷和核苷酸之间的关系回到目录回到目录二、核苷酸的生物合成二、核苷酸的生物合成 （一）嘌呤核糖核苷酸的合成（一）嘌呤核糖核苷酸的合成 1 1、从头合成、从头合成 以以COCO2 2、甲酸盐、甲酸盐、GlnGln、AspAsp和和GlyGly作为合成作为合成嘌呤环的前体，从嘌呤环的前体，从5-5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸(PRPP)(PRPP)开开始，经始，经1010步反应生成步反应生成次黄嘌呤次黄嘌呤（IMPIMP），再生），再生成腺嘌呤核苷酸（成腺嘌呤核苷酸（AMPAM

10、P）。）。1、“从头合成从头合成”中碱基各原子来源中碱基各原子来源NNNNCCCCC134256789磷酸核糖磷酸核糖C1上逐个安插成嘌呤碱成分，形成上逐个安插成嘌呤碱成分，形成A(G)MPCOCO2 2二、核苷酸的生物合成二、核苷酸的生物合成 （一）嘌呤核糖核苷酸的合成（一）嘌呤核糖核苷酸的合成 1、从头合成、从头合成嘌呤环的元素来源嘌呤环的元素来源（391页）页）v途径途径（1）PRPP的合成的合成1 1、从头合成、从头合成（2）IMP的生成的生成 在在PRPP的基础上，的基础上，经经10步酶促反应生步酶促反应生成成IMP。AMP IMP GMP共同的中间产物共同的中间产物（3）AMP和和

11、GMP的生成的生成（黄嘌呤核苷酸）（黄嘌呤核苷酸）从头合成的调节从头合成的调节*嘌呤核苷酸的合成嘌呤核苷酸的合成要点要点*1.原子的来源原子的来源2.起始原料，先合成起始原料，先合成PRPP，再合成嘌呤环骨架，再合成嘌呤环骨架。3.合成合成PRPP为关键反应，为关键反应，PRPP合成酶合成酶为关键酶。为关键酶。4.共同中间代谢产物为共同中间代谢产物为IMP。PRPP为为5-磷酸核糖的供体磷酸核糖的供体2 2、补救途径、补救途径 体内有些组织（脑、血细胞等）缺乏从体内有些组织（脑、血细胞等）缺乏从头合成的酶，只能利用游离的头合成的酶，只能利用游离的嘌呤碱或嘌呤核苷嘌呤碱或嘌呤核苷为为原料合成嘌呤

12、核苷酸的过程，称为补救合成。原料合成嘌呤核苷酸的过程，称为补救合成。二、核苷酸的生物合成二、核苷酸的生物合成 （一）嘌呤核糖核苷酸的合成（一）嘌呤核糖核苷酸的合成2 2、补救途径、补救途径二、核苷酸的生物合成二、核苷酸的生物合成 （一）嘌呤核糖核苷酸的合成（一）嘌呤核糖核苷酸的合成（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

13、（APRT）HGPRT活性高活性高APRT活性低活性低90%嘌呤碱嘌呤碱腺嘌呤腺嘌呤+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,再生成腺嘌呤核苷酸再生成腺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。“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

14、)内外内外源源核核酸分酸分解解核酸类补品原理所在核酸类补品原理所在可提高康复速度可提高康复速度 1 1、从头合成、从头合成 以以氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸和和AspAsp作为合成嘧啶环的作为合成嘧啶环的前体，首先合成嘧啶环，再与磷酸核糖结合前体，首先合成嘧啶环，再与磷酸核糖结合成为乳清苷酸，然后生成尿嘧啶核苷酸。其成为乳清苷酸，然后生成尿嘧啶核苷酸。其它嘧啶核苷酸则由尿嘧啶核苷酸转变而成。它嘧啶核苷酸则由尿嘧啶核苷酸转变而成。二、核苷酸的生物合成二、核苷酸的生物合成 （二）嘧啶核糖核苷酸的合成（二）嘧啶核糖核苷酸的合成嘧啶碱嘧啶碱NNCCCCCOOCHH3N-CH2OOC-+磷酸核糖磷酸核糖二、核苷

15、酸的生物合成二、核苷酸的生物合成 （二）嘧啶核糖核苷酸的合成（二）嘧啶核糖核苷酸的合成 1、从头合成、从头合成尿嘧啶核苷酸的合成尿嘧啶核苷酸的合成 1、从头合成、从头合成 CTP的生成的生成UDPdCDPTMP的生成的生成dUMP5二、核苷酸的生物合成二、核苷酸的生物合成 （二）嘧啶核糖核苷酸的合成（二）嘧啶核糖核苷酸的合成2 2、补救途径、补救途径 利用体内已有的嘧啶或嘧啶核苷利用体内已有的嘧啶或嘧啶核苷来合成嘧啶核来合成嘧啶核苷酸的补救途径。苷酸的补救途径。意义：代谢再利用，减少代谢物阻遏和积累。意义：代谢再利用，减少代谢物阻遏和积累。二、核苷酸的生物合成二、核苷酸的生物合成 （二）嘧啶核

16、糖核苷酸的合成（二）嘧啶核糖核苷酸的合成2 2、补救途径、补救途径二、核苷酸的生物合成二、核苷酸的生物合成 （三）脱氧核糖核苷酸的合成（三）脱氧核糖核苷酸的合成1 1、核糖核苷酸的还原、核糖核苷酸的还原 不是以脱氧核糖为起始物进行合成，而是用不是以脱氧核糖为起始物进行合成，而是用还原还原方法使相应核苷酸分子中的核糖脱氧转变为脱氧核方法使相应核苷酸分子中的核糖脱氧转变为脱氧核苷酸。这种还原反应通常发生在苷酸。这种还原反应通常发生在核苷二磷酸（核苷二磷酸（NDP）的水平上。的水平上。二、核苷酸的生物合成二、核苷酸的生物合成 2 2、脱氧核苷酸的脱氧核糖残基的形成、脱氧核苷酸的脱氧核糖残基的形成 （

17、三）脱氧核糖核苷酸的合成（三）脱氧核糖核苷酸的合成二、核苷酸的生物合成二、核苷酸的生物合成 2 2、脱氧核苷酸的脱氧核糖残基的形成、脱氧核苷酸的脱氧核糖残基的形成 （三）脱氧核糖核苷酸的合成（三）脱氧核糖核苷酸的合成3 3、脱氧胸苷酸（、脱氧胸苷酸（dTMPdTMP）的生物合成）的生物合成 自然界存在的胸苷酸皆是脱氧胸苷酸，代号为自然界存在的胸苷酸皆是脱氧胸苷酸，代号为dTMP，是，是DNA的特殊核苷酸。的特殊核苷酸。二、核苷酸的生物合成二、核苷酸的生物合成 （三）脱氧核糖核苷酸的合成（三）脱氧核糖核苷酸的合成二、核苷酸的生物合成二、核苷酸的生物合成 4 4、补救途径、补救途径 胸腺嘧啶胸腺嘧

18、啶脱氧胸苷（脱氧胸苷（dT）dTMP（三）脱氧核糖核苷酸的合成（三）脱氧核糖核苷酸的合成二、核苷酸的生物合成二、核苷酸的生物合成 （四）（四）核苷三磷酸的合成核苷三磷酸的合成 在有在有ATP存在时，通过有关的特异性存在时，通过有关的特异性激激酶酶催化即可转变为核苷三磷酸。催化即可转变为核苷三磷酸。dTMPdTDPdTTP回到目录回到目录三、三、辅酶辅酶核苷酸的生物合成核苷酸的生物合成 3 3种种辅酶核苷酸辅酶核苷酸的生物合成的生物合成NADNAD和和NADPNADPFMNFMN和和FADFADCoACoA（以自学为主（以自学为主401页）页）回到目录回到目录n理解嘌呤环和嘧啶环上各个原子的来源理解嘌呤环和嘧啶环上各个原子的来源n了解嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸从头合成了解嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸从头合成的过程以及最初产物。二者合成途径的的过程以及最初产物。二者合成途径的差异。差异。n了解核苷酸补救合成途径的重要意义。了解核苷酸补救合成途径的重要意义。n了解核苷酸降解的过程和终产物，尿酸了解核苷酸降解的过程和终产物，尿酸堆积引起的疾病和治疗方法。堆积引起的疾病和治疗方法。本章考点本章考点