9核酸的降解与核苷酸代谢课件.ppt
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- 核酸 降解 核苷酸 代谢 课件
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1、本章重点与难点本章重点与难点重点:了解核酸的酶促降解及核苷酸合成重点:了解核酸的酶促降解及核苷酸合成与分解途径特点,掌握嘌呤环、嘧啶环的与分解途径特点,掌握嘌呤环、嘧啶环的原子来源;了解核苷酸水解酶类,特别是原子来源;了解核苷酸水解酶类,特别是限制性内切酶作用的特点。限制性内切酶作用的特点。难点:嘌呤核苷酸与嘧啶核苷酸合成途径难点:嘌呤核苷酸与嘧啶核苷酸合成途径异同点,不同种类的生物分解嘌呤碱的终异同点,不同种类的生物分解嘌呤碱的终产物。产物。第一节第一节 核酸的降解与核酸酶类核酸的降解与核酸酶类一、一、核酸的降解核酸的降解食物核蛋白食物核蛋白蛋白质蛋白质核酸(核酸(RNA及及DNA)胃酸胃酸
2、核苷酸核苷酸胰核酸酶胰核酸酶核苷核苷磷酸磷酸胰、肠核苷酸酶胰、肠核苷酸酶碱基碱基戊糖戊糖核苷酶核苷酶1、核酸酶的定义及分类、核酸酶的定义及分类核酸酶核酸酶是指所有可以水解核酸的酶是指所有可以水解核酸的酶依据底物不同分类依据底物不同分类 DNA酶酶(deoxyribonuclease,DNase):专一降解专一降解DNA。RNA酶酶(ribonuclease,RNase):专一降解专一降解RNA。依据切割部位不同依据切割部位不同 核酸内切酶:核酸内切酶:分为限制性核酸内切酶和非特异分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。性限制性核酸内切酶。核酸外切酶:核酸外切酶:5 3 或或3 5 核酸
3、外切酶。核酸外切酶。二、核二、核 酸酸 酶酶(Nuclease)u参与参与DNA的合成与修复及的合成与修复及RNA合成后的剪合成后的剪接等重要基因复制和基因表达过程接等重要基因复制和基因表达过程 u负责清除多余的、结构和功能异常的核酸,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在消化液中降解食物中的核酸以利吸收 u体外重组体外重组DNA技术中的重要工具酶技术中的重要工具酶 生物体内的核酸酶负责细胞内外催化核酸的降解生物体内的核酸酶负责细胞内外催化核酸的降解 2 2、核酸酶的功能、核酸酶的功能
4、第二节第二节 核苷酸的代谢核苷酸的代谢 单核苷酸库单核苷酸库 氨基酸氨基酸 葡萄糖葡萄糖 磷酸磷酸 核苷酸的从头合成核苷酸的从头合成 核酸的降解核酸的降解 核苷酸的降解核苷酸的降解 产物的再利用产物的再利用 核苷酸的降解核苷酸的降解 核酸的合成核酸的合成l嘌呤核苷酸的结构嘌呤核苷酸的结构GMPAMP二、嘌呤核苷酸的分解代谢二、嘌呤核苷酸的分解代谢Metabolism of Purine Nucleotides(一)嘌呤核苷酸的合成代谢一)嘌呤核苷酸的合成代谢l从头合成途径从头合成途径(de novo synthesis pathway)利用氨基酸等作为原料合成利用氨基酸等作为原料合成l补救合成
5、途径补救合成途径(salvage synthesis pathway)利用体内游离的碱基或核苷合成利用体内游离的碱基或核苷合成 嘌呤核苷酸的从头合成途径是指利用磷酸嘌呤核苷酸的从头合成途径是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物核糖、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,合成嘌呤核质为原料,经过一系列酶促反应,合成嘌呤核苷酸的途径。苷酸的途径。肝肝是体内是体内从头合成嘌呤从头合成嘌呤核苷酸的主要器官,核苷酸的主要器官,其次是其次是小肠小肠和和胸腺胸腺,而,而脑、骨髓脑、骨髓则无法进行此则无法进行此合成途径。合成途径。1、嘌呤核苷酸的从头合成、嘌呤核苷酸的从
6、头合成定义定义合成部位合成部位嘌呤碱合成的元素来源嘌呤碱合成的元素来源CO2天冬氨酸天冬氨酸甲酰基甲酰基(一碳单位)(一碳单位)甘氨酸甘氨酸甲酰基甲酰基(一碳单位)(一碳单位)谷氨酰胺谷氨酰胺(酰胺基)(酰胺基)CO2 C6 AspN1 C5 N7 Gly(4,5,7)|N10-CHO FH4C2 C4 C8 N5,N10=CH-FH4 N3 N9 Gln 合成原料:天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨合成原料:天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳基团、酸、一碳基团、CO2、磷酸核糖。、磷酸核糖。合成特点:磷酸核糖为起始物,逐步加合成特点:磷酸核糖为起始物,逐步加原料合成嘌呤环,形成重要中间产物原料合成嘌呤环
7、,形成重要中间产物 IMP(次黄嘌呤核苷酸),再由它转变(次黄嘌呤核苷酸),再由它转变为为AMP和和GMP。过程过程1.IMP的合成的合成2.AMP和和GMP的生成的生成R-5-P(5-磷酸核糖)磷酸核糖)ATPAMPPRPP合成酶合成酶PP-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1)IMP的合成过程的合成过程 磷酸核糖酰胺转移酶磷酸
8、核糖酰胺转移酶 GAR合成酶合成酶 转甲酰基酶转甲酰基酶 FGAM合成酶合成酶 AIR合合成成酶酶目目 录录IMP生成总反应过程生成总反应过程目目 录录腺苷酸代琥珀酸合成酶腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMP脱氢酶脱氢酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶 GMP合成酶合成酶2)AMP和和GMP的生的生成成AMPADPATPADPATP激酶激酶ADPATP激酶激酶GMPGDPGTPADPATP激酶激酶ADPATP激酶激酶 嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。IMP的合成需的合成需5个个ATP,6个高能磷酸键。个高能磷酸键。AMP或或GMP的合成又需的合成
9、又需1个个ATP。嘌呤核苷酸从头合成嘌呤核苷酸从头合成特点特点从头合成的调节从头合成的调节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腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATPGTP_+调节方式:调节方式:反馈调节反馈调节和和交叉调节交叉调节 利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷,经过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。补救合成(或重新利用)途径。2 2
10、、嘌呤核苷酸的补救合成途径嘌呤核苷酸的补救合成途径定义定义腺嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adenine phosphoribosyl transferase,APRT)次黄嘌呤次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase,HGPRT)腺苷激酶腺苷激酶(adenosine kinase)参与补救合成的酶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合成过程合成过程腺嘌呤
11、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补救合成的生理意义l补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。酸的消耗。l体内某些组织器官,如脑、骨髓等只能进行体内某些组织器官,如脑、骨髓等只能进行补救合成。补救合成。3、嘌呤核苷酸的相互转变、嘌呤核苷酸的相互转变IMPIMPAMPAMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸XMPXMPGMPGMPNH3腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶鸟苷酸还原酶鸟苷酸还原酶NADPH+H+NADP+NH34、脱氧核糖核苷酸的生成脱氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上进行在核苷二磷酸水平上进行(N代表代表A、G、U、
12、C等碱基)等碱基)dNDP+ATP 激酶激酶dNTP+ADP二磷酸脱氧核苷二磷酸脱氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷二磷酸核糖核苷NADP+NADPH+H+核糖核苷酸还原酶,核糖核苷酸还原酶,Mg2+还原型硫氧化还原型硫氧化还原蛋白还原蛋白-(SH)2氧化型硫氧氧化型硫氧化还原蛋白化还原蛋白SS硫氧化还原蛋白还原酶硫氧化还原蛋白还原酶(FAD)脱氧核苷酸的生成脱氧核苷酸的生成5、嘌呤核苷酸的抗代谢物嘌呤核苷酸的抗代谢物 嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、氨基酸或叶酸等的类似物。氨基酸或叶酸等的类似物。嘌呤类似物嘌呤类似物氨基酸类似物氨基酸类似物叶酸类似物叶酸类似物
13、6-6-巯基嘌呤巯基嘌呤6-6-巯基鸟嘌呤巯基鸟嘌呤8-8-氮杂鸟嘌呤等氮杂鸟嘌呤等氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸等等氨蝶呤氨蝶呤氨甲蝶呤氨甲蝶呤等等l能够抑制嘌呤核苷酸合成的一些抗代能够抑制嘌呤核苷酸合成的一些抗代谢药物,通常是属于嘌呤、氨基酸或谢药物,通常是属于嘌呤、氨基酸或叶酸的类似物,主要通过对代谢酶的叶酸的类似物,主要通过对代谢酶的竞争性抑制作用,来干扰或抑制嘌呤竞争性抑制作用,来干扰或抑制嘌呤核苷酸的合成,因而具有抗肿瘤治疗核苷酸的合成,因而具有抗肿瘤治疗作用。作用。l在临床上应用较多的嘌呤核苷酸类似在临床上应用较多的嘌呤核苷酸类似物主要是物主要是6-6-巯基嘌呤(巯基嘌呤(6-MP6-MP
14、)。6-MP6-MP的化学结构与次黄嘌呤类似,因而可的化学结构与次黄嘌呤类似,因而可以抑制以抑制IMPIMP转变为转变为AMPAMP或或GMPGMP,从而干扰,从而干扰嘌呤核苷酸的合成嘌呤核苷酸的合成次黄嘌呤次黄嘌呤(H)6-巯基嘌呤巯基嘌呤(6-MP)6-巯基嘌呤巯基嘌呤的结构的结构甲酰甘氨酰甲酰甘氨酰胺核苷酸胺核苷酸(FGAR)PRPP谷氨酰胺谷氨酰胺(Gln)=PRA甘氨酰胺甘氨酰胺核苷酸核苷酸(GAR)=甲酰甘氨甲酰甘氨脒核苷酸脒核苷酸(FGAM)5-氨基异咪唑氨基异咪唑-4-甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸(AICAR)=5-甲酰胺基咪唑甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸(FAICA
15、R)IMP次黄嘌呤次黄嘌呤(H)PRPPPPi=AMP=PRPPPPi=腺嘌呤(腺嘌呤(A)GMP=PRPPPPi鸟嘌呤鸟嘌呤(G)6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸MTXMTX目目 录录(二)嘌呤核苷酸的分解(二)嘌呤核苷酸的分解代谢代谢核苷酸核苷酸核苷核苷核苷酸酶核苷酸酶Pi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶碱基碱基1-1-磷酸核糖磷酸核糖嘌呤碱的最终嘌呤碱的最终代谢产物代谢产物AMPAMPGMPGMPH H(次黄嘌呤)(次黄嘌呤)G GX X(黄嘌呤)(黄嘌呤)黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤黄嘌呤氧化酶氧化酶不同种类的生物分
16、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,产生各种中间产物(尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3)。微生物分解嘌呤类物质,生成NH3、CO2及有机酸(甲酸、乙酸、乳酸、等)。l痛风症患者由于体内嘌呤核苷酸分解痛风症患者由于体内嘌呤核苷酸分解代谢异常,可致血中尿酸水平升高,以代谢异常,可致血中尿酸水平升高,以尿酸钠晶体沉积于软骨、关节、软组织尿酸钠晶体沉积于软骨、关节、软组织及肾脏,临床
17、上表现为皮下结节,关节及肾脏,临床上表现为皮下结节,关节疼痛等。疼痛等。痛风症的治疗机制痛风症的治疗机制鸟嘌呤鸟嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤黄嘌呤尿酸尿酸黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇别嘌呤醇l嘧啶核苷酸的结构嘧啶核苷酸的结构l从头合成途径从头合成途径l补救合成途径补救合成途径(一)嘧啶核苷酸的合成代谢(一)嘧啶核苷酸的合成代谢1、嘧啶核苷酸的从头合成、嘧啶核苷酸的从头合成主要是肝细胞胞液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
18、反应,合成嘧啶质为原料,经过一系列酶促反应,合成嘧啶核苷酸的途径。核苷酸的途径。定义定义合成部位合成部位嘧啶合成的元素来源嘧啶合成的元素来源氨基甲氨基甲酰磷酸酰磷酸天冬氨酸天冬氨酸 合成原料:谷氨酰胺、天冬氨酸、合成原料:谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2、磷酸核糖。、磷酸核糖。合成特点:用原料先合成嘧啶环,合成特点:用原料先合成嘧啶环,然后再与磷酸核糖连接生成嘧啶核然后再与磷酸核糖连接生成嘧啶核苷酸。苷酸。合成过程合成过程1)尿嘧啶核苷酸的合成尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺谷氨酰胺 +HCO3-氨基甲酰磷氨基甲酰磷酸合成酶酸合成酶II2ATP2ADP+Pi谷氨酸谷氨酸 +氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸CPS-
19、ICPS-II肝细胞线粒体中肝细胞线粒体中氨氨N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸胞液(所有细胞)胞液(所有细胞)谷氨酰胺谷氨酰胺无无分布分布氮源氮源变构激活剂变构激活剂功能功能尿素合成尿素合成嘧啶嘧啶 合成合成CPS-ICPS-II肝细胞线粒体中肝细胞线粒体中氨氨N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸胞液(所有细胞)胞液(所有细胞)谷氨酰胺谷氨酰胺无无分布分布氮源氮源变构激活剂变构激活剂功能功能尿素合成尿素合成嘧啶嘧啶 合成合成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2)胞嘧啶核苷酸的合成胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合
20、成酶合成酶谷氨酰胺谷氨酰胺ATP谷氨酸谷氨酸ADP+Pi3)dTMP或或TMP的生成的生成TMP合酶合酶N5,N10-甲烯甲烯FH4FH2FH2还原酶还原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMP脱氧胸苷一磷酸脱氧胸苷一磷酸dTMPUDP脱氧核苷酸还原酶脱氧核苷酸还原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMP从头合成的调节从头合成的调节-ATP+CO2+谷氨酰胺谷氨酰胺氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸UMP氨基甲酸天冬氨酸氨基甲酸天冬氨酸UTPCTP天冬氨酸天冬氨酸嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸ATP+5-磷酸核糖磷酸核糖嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸PRPP-2、嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶嘧啶 +PRPP
21、磷酸嘧啶核苷磷酸嘧啶核苷 +PPi嘧啶磷酸核糖转移酶嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷 +ATP尿苷激酶尿苷激酶UMP+ADP胸腺嘧啶核苷胸腺嘧啶核苷 +ATP胸苷激酶胸苷激酶TMP+ADP3 3、嘧啶核苷酸的抗代谢物嘧啶核苷酸的抗代谢物嘧啶类似物嘧啶类似物胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶(5-FU)某些改变了核糖结构的核苷类似物某些改变了核糖结构的核苷类似物l能够抑制嘧啶核苷酸合成的抗代谢能够抑制嘧啶核苷酸合成的抗代谢药物也是一些嘧啶核苷酸的类似物,药物也是一些嘧啶核苷酸的类似物,通过对酶的竞争性抑制而干扰或抑通过对酶的竞争性抑制而干扰或抑制嘧啶核苷酸的合成。制嘧啶核苷酸的合成
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