生物化学第十章 核酸的降解与核苷酸代谢课件.ppt
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- 生物化学第十章 核酸的降解与核苷酸代谢课件 生物化学 第十 核酸 降解 核苷酸 代谢 课件
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1、第九章 核酸的降解与核苷酸代谢教学大纲v了解:核酸的酶促水解;核苷酸合成有两种方式:从头合成途径及补救途径;核酸合成的调节v掌握:嘌呤和嘧啶环的原子来源;嘌呤与嘧啶的分解代谢终产物;脱氧核糖核苷酸的生成方式(主要是在二磷酸水平生成)v重点、难点:嘌呤和嘧啶的分解及代谢终产物;核苷酸的从头合成途径的元素来源v核苷酸核苷酸(nucleotide)是构成核酸是构成核酸(nucleic acid)的基本单位,人体所需的核苷酸都的基本单位,人体所需的核苷酸都是由机体是由机体自身合成自身合成的。的。v食物中的核酸或核苷酸类物质基本上不食物中的核酸或核苷酸类物质基本上不能被人体所利用。能被人体所利用。在核酸
2、类物质的在核酸类物质的水解水解产物中,只有产物中,只有磷酸磷酸和和戊糖戊糖可被吸收利用。可被吸收利用。第一节 核酸的降解与核酸酶类小肠小肠单核苷酸单核苷酸胰核酸酶胰核酸酶食物中核酸的消化食物中核酸的消化核苷酶核苷酶小肠小肠戊糖戊糖含氮碱含氮碱核苷酸酶核苷酸酶磷酸磷酸核苷核苷小肠小肠核蛋白核蛋白胃胃HCl蛋白质蛋白质核酸核酸一、核酸的降解核酸核酸酶核苷酸核苷酸酶磷酸+核苷 核苷磷酸化酶碱基 +戊糖-1-磷酸核苷水解酶碱基 +核糖v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,CTP,UTP用于合成用于合
3、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。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中均含有核苷酸中均含有核苷酸的成分。的成分。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携带糖携带糖基,用基,用CDP携带胆碱,乙醇胺或甘油二酯,携带胆碱,乙醇胺或甘油二
4、酯,用用腺苷腺苷携带蛋氨酸(形成携带蛋氨酸(形成SAM)等。)等。1、核酸酶的定义及分类核酸酶是指作用于核酸的磷酸二酯键的酶u 依据底物不同分类vDNA酶(deoxyribonuclease,DNase):专一降解DNAvRNA酶(ribonuclease,RNase):专一降解RNA二、核酸酶(Nuclease)u依据切割部位不同 核酸内切酶:分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。限制性内切酶:在细菌细胞内存在的一类能识别并水解外源双链DNA的核酸内切酶,可用于特异切割DNA,常作为工具酶。核酸外切酶:53或35核酸外切酶u参与DNA的合成与修复及RNA合成后的剪接等重要基因复制和
5、基因表达过程 u负责清除多余的、结构和功能异常的核酸,同时也可以清除侵入细胞的外源性核酸 u在消化液中降解食物中的核酸以利吸收 u体外重组DNA技术中的重要工具酶 生物体内的核酸酶负责催化细胞内外核酸的降解 2、核酸酶的功能 单核苷酸库 氨基酸 葡萄糖 磷酸 核苷酸的从头合成 核酸的降解 核苷酸的降解 产物的再利用 核苷酸的降解 核酸的合成第二节 核苷酸的代谢l嘌呤核苷酸的结构GMPAMP二、嘌呤核苷酸的分解代谢(一)嘌呤核苷酸的分解代谢核苷酸核苷核苷酸酶Pi核苷磷酸化酶碱基1-磷酸核糖嘌呤碱的最终共同代谢产物AMPGMPI(次黄嘌呤)GX(黄嘌呤)黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶嘌呤核苷酸的分解代谢
6、的具体过程嘌嘌呤呤碱碱的的分分解解代代谢谢(二)嘌呤核苷酸的合成代谢l从头合成途径:(de novo synthesis pathway):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,氨基酸,磷酸核糖,氨基酸,一碳单位及一碳单位及CO2等,逐步合成嘌呤核苷酸的过程。等,逐步合成嘌呤核苷酸的过程。这一途径主要见于肝,其次为小肠和胸腺。这一途径主要见于肝,其次为小肠和胸腺。所有合所有合成反应在成反应在胞液胞液中进行。中进行。l补救合成途径(salvage synthesis pathway):又称再利用合成途径又称再利用合成途径(salvage pathway)。指利用分
7、解。指利用分解代谢产生的自由游离嘌呤碱合成嘌呤核苷酸的过程。代谢产生的自由游离嘌呤碱合成嘌呤核苷酸的过程。这一途径可在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。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)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嘌呤核苷酸的从头合成途径是
8、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,经过一系列酶促反应,合成嘌呤核苷酸的途径。肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官,其次是小肠和胸腺,而脑、骨髓则无法进行此合成途径。1、嘌呤核苷酸的从头合成定义合成部位嘌呤碱合成的元素来源CO2天冬氨酸甲酰基(一碳单位)甘氨酸甲酰基(一碳单位)谷氨酰胺(酰胺基)甘氨坐中间,谷碳站两边,甘氨坐中间,谷碳站两边,左手开天门,头顶二氧碳。左手开天门,头顶二氧碳。合成原料:天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳基团、CO2、磷酸核糖。过程1.IMP的合成2.AMP和GMP的生成R-5-P(5-磷酸核糖)磷酸核糖)ATPAMPPRPP合成酶合成酶PP-
9、1-R-5-P(5-磷酸核糖磷酸核糖-1-焦磷酸)焦磷酸)PRPP在谷氨酰胺、甘氨酸、在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及一碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下天冬氨酸的逐步参与下IMP AMP GMPH2N-1-R-5-P(5-磷酸核糖胺)磷酸核糖胺)谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸酰胺转移酶酰胺转移酶5-5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸5-5-磷酸磷酸核糖胺核糖胺甘氨酸甘氨酸甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸5-5-氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-羧核苷酸羧核苷酸IMP的的 生物合成生物合成5-5
10、-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-琥珀基琥珀基-甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-氨氨甲酰核苷酸甲酰核苷酸5-5-甲酰氨基咪唑甲酰氨基咪唑-4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸(IMPIMP)甲酰甲酰THFATHFA(3)IMP转变为转变为GMP和和AMPAMPADPATPADPATP激酶激酶ADPATP激酶激酶GMPGDPGTPADPATP激酶激酶ADPATP激酶激酶从头合成的调节R-5-PATPPRPP合成酶合成酶PRPP酰胺转移酶酰胺转移酶PRAIMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸AMP ADPATPXMPGMPGDP GTP+_IMP腺苷酸代腺苷
11、酸代琥珀酸琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATPGTP_+调节方式:反馈调节和交叉调节 合成特点:参与从头合成途径的酶均在胞液中以磷酸戊糖途径中合成的5-磷酸核糖(5-PR)为原料,经11步反应生成次黄嘌呤核苷酸(IMP)。在合成IMP的过程中,由氨基酸,CO2,一碳单位逐步提供元素或基团,在5-磷酸核糖分子上完成嘌呤碱基的合成.从IMP出发再合成AMP和GMP。嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。IMP的合成需5个ATP,6个高能磷酸键。AMP或GMP的合成又需1个ATP.利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷,经过简单的反应,合成嘌呤核苷酸的过程,称为补救合成(或重新利用)途径。
12、2、嘌呤核苷酸的补救合成途径定义1.腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adenine phosphoribosyl transferase,APRT)2.次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase,HGPRT)3.腺苷激酶(adenosine kinase)参与补救合成的酶腺嘌呤腺嘌呤 +PRPPAMP+PPiAPRT次黄嘌呤次黄嘌呤 +PRPPIMP+PPiHGPRT鸟嘌呤鸟嘌呤 +PRPPHGPRTGMP+PPi合成过程腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷腺苷激酶腺苷激酶ATPADPAMP补救合成的生理意义l补救合成节省从头合成时的能
13、量和一些氨基酸的消耗。l体内某些组织器官,如脑、骨髓等只能进行补救合成。嘌呤核苷酸合成的总结:嘌呤核苷酸合成的总结:IMPAMPGMPADPGDPATPGTPdADPdGDPdATPdGTPl 嘧啶核苷酸的结构(一)嘧啶核苷酸的分解代谢嘧啶碱嘧啶碱1-磷酸核糖磷酸核糖嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸核苷核苷 核苷酸酶核苷酸酶PPi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶胞嘧啶胞嘧啶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
14、CoATCA糖异生糖异生l从头合成途径l补救合成途径(二)嘧啶核苷酸的合成代谢1、嘧啶核苷酸的从头合成主要是肝细胞胞液嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料,经过一系列酶促反应,合成嘧啶核苷酸的途径。定义合成部位嘧啶合成的元素来源氨基甲酰磷酸天冬氨酸 合成原料:谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2、磷酸核糖。合成部位:主要在肝细胞胞液中进行,二氢乳清酸脱氢酶位于线粒体内 合成特点:1 用原料先合成嘧啶环,然后再与磷酸核糖连接生成嘧啶核苷酸;2 先合成UMP,再转变成其它嘧啶核苷酸。合成过程(1)尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺+HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶II2ATP
15、2ADP+Pi谷氨酸+氨基甲酰磷酸UMP的合成过程的合成过程 氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶I、II的区别的区别CPS CPS 分布分布 线粒体(肝脏线粒体(肝脏)胞液胞液(所有细胞所有细胞)氮源氮源 NHNH3 3 GlnGln 别构激活剂别构激活剂 N-N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸 无无 反馈抑制剂反馈抑制剂 无无 UMP(UMP(哺乳类动物哺乳类动物)功能功能 尿素合成尿素合成 嘧啶合成嘧啶合成 (2)胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶谷氨酰胺ATP谷氨酸ADP+Pi 胞苷酸的合成:胞苷酸的合成:CTPGln+ATPGlu+ADP
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