生物化學(xué)下-第33章--核酸的降解與核苷酸代謝-課件

1、一、核酸和核苷酸的分解代謝二、核苷酸的生物合成三、輔酶核苷酸的生物合成第33章 核酸的降解和核苷酸代謝 核酸的降解和核苷酸代謝第一節(jié) 核酸和核苷酸的分解代謝第二節(jié) 核苷酸的合成代謝（一）核酸的解聚 核酸磷酸核苷酸核苷水解一、核酸和核苷酸的分解代謝糖基堿基1、 降解核酸的酶 按分解底物：核糖核酸酶和脫氧核糖核酸酶 按專一性：非特異性和特異性兩種。 按水解方式：內(nèi)切和外切兩種方式。 外切：3 -外切、5 -外切 AGAGTCTCHO35外切酶外切酶內(nèi)切酶AGAGTCTCHO35AGATHO35GCTC53HO5AGATHO3OHGCTC53內(nèi)切酶按水解部位有：水解3-OH和磷酸的酯鍵和5-OH和磷

2、酸的酯鍵的酶，產(chǎn)物分別為5-磷酸寡聚核苷酸和3-磷酸寡聚核苷酸 水解DNA和RNA 3或5末端的磷酸二酯鍵如：蛇毒磷酸二酯酶：3-端外切酶，產(chǎn)物：5-核苷酸 牛脾磷酸二酯酶：5-端外切酶，產(chǎn)物：3-核苷酸蛇毒磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶AGAGTCTCHO35HON5-核苷酸OHN3-核苷酸2、核酸外切酶 催化水解多核苷酸鏈內(nèi)部的磷酸二酯鍵 1）非特異性 （1） 核酸酶：以DNA和RNA為底物產(chǎn)物：3-磷酸寡聚核苷酸（小球菌核酸酶）或5-磷酸寡聚核苷酸（鏈孢霉菌核酸酶）。5AGATHO3OHGCTC533-磷酸寡聚核苷酸AGATHO35GCTC53HO5-磷酸寡聚核苷酸3、核酸內(nèi)切酶（2）脫氧核糖

3、核酸酶： 以DNA為底物產(chǎn)物：3-磷酸寡聚核苷酸（牛胰脫氧核糖核酸酶）或5-磷酸寡聚核苷酸（牛脾核糖核酸酶）（3）核糖核酸酶：水解RNA的磷酸二酯鍵，產(chǎn)物為3-磷酸寡核苷酸（牛胰核糖核酸酶）或5-磷酸寡核苷酸（核糖核酸酶T1）。2）特異性酶 限制性內(nèi)切酶：可識別DNA上的堿基序列專一性位點(diǎn)，其堿基長度是48個(gè)堿基，將兩條鏈同時(shí)切開形成粘性末端(如EcoRI)和非粘性末端（如 HaeIII ）。N-C-T-T-A-A-G-NN-G-A-A-T-T-C-N5335EcoRI5335N-C-C-G-G-NN-G-G-C-C-NHaeIIIN-C-T-T-A-A G-NN-G A-A-T-T-C-N5

4、335N-C-C G-G-NN-G-G C-C-N5335（二）核苷酸的分解磷酸-戊糖堿基核苷酸分解合成？進(jìn)入戊糖磷酸途徑或重新合成核酸磷酸化酶水解酶存在廣泛 存在于植物/微生物催化可逆的反應(yīng) 反應(yīng)不可逆作用于核糖或脫氧核糖核苷 作用于核糖核苷再利用一、嘌呤堿的分解代謝GMPAMP（一）嘌呤堿的分解過程1、代謝場所代謝場所：肝臟、小腸及腎臟生物體內(nèi)嘌呤的分解可分別在堿基、核苷、核苷酸水平上進(jìn)行，進(jìn)行的反應(yīng)有脫氨、氧化等。2、代謝過程嘌呤堿在各種脫氨酶的作用下水解脫去氨基，反應(yīng)可以在堿基、核苷及核苷酸的水平上進(jìn)行。腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷腺嘌呤次黃嘌呤核苷酸次黃嘌呤核苷次黃嘌呤核苷酸酶核苷磷酸化酶

5、核苷酸酶核苷磷酸化酶腺嘌呤核苷酸脫氨酶腺嘌呤核苷脫氨酶腺嘌呤脫氨酶鳥嘌呤黃嘌呤鳥嘌呤脫氨酶黃嘌呤和次黃嘌呤可繼續(xù)被分解，不同生物降解的產(chǎn)物不同。黃嘌呤氧化酶尿酸氧化酶次黃嘌呤黃嘌呤尿酸（排尿酸動(dòng)物）黃嘌呤氧化酶尿囊素（除人猿外的哺乳動(dòng)物）尿囊酸（硬骨魚類）尿囊素酶尿素+乙醛酸（魚類、兩棲類）尿囊酸酶氨+二氧化碳（低等動(dòng)物）I嘌呤堿的最終代謝產(chǎn)物小結(jié)3、代謝產(chǎn)物排尿酸動(dòng)物：靈長類、鳥類、昆蟲、排尿酸爬蟲類排尿囊素動(dòng)物：哺乳動(dòng)物（靈長類除外）、腹足類排尿囊酸動(dòng)物：硬骨魚類排尿素動(dòng)物：大多數(shù)魚類、兩棲類某些低等動(dòng)物能將尿素進(jìn)一步分解成NH3和CO2排出。植物分解嘌呤的途徑與動(dòng)物相似，產(chǎn)生各種中間產(chǎn)物

6、（尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）。微生物分解嘌呤類物質(zhì)，生成NH3、CO2及有機(jī)酸（甲酸、乙酸、乳酸、等）。 4、與嘌呤分解代謝有關(guān)的病癥痛風(fēng)癥由于體內(nèi)嘌呤核苷酸分解代謝異常，可致血中尿酸水平升高，以尿酸鈉晶體沉積于軟骨、關(guān)節(jié)、軟組織及腎臟，臨床上表現(xiàn)為皮下結(jié)節(jié)、關(guān)節(jié)疼痛等。 高嘌呤飲食體內(nèi)核酸大量分解腎疾病嘌呤核苷酸代謝酶缺陷血中尿酸含量升高痛風(fēng)尿酸鹽晶體沉積 血尿酸0.48mmol/L鳥嘌呤次黃嘌呤黃嘌呤尿酸黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶別嘌呤醇練習(xí)題：1、GMP和AMP分解過程中產(chǎn)生的共同中間產(chǎn)物是（ ）？AXMP B黃嘌呤（X） C腺嘌呤（A） D鳥嘌呤（G） ECO22、痛風(fēng)癥患者血中含量

7、升高的物質(zhì)是（ ）？ A尿素 BNH3 C膽紅素 D尿酸 E肌酸3、動(dòng)物體內(nèi)直接催化尿酸生成的酶是（）？A尿酸氧化酶 B腺苷酸脫氨酶 C黃嘌呤氧化酶 D次黃嘌呤氧化酶 E以上均不是4、人體內(nèi)嘌呤核苷酸分解代謝的主要終產(chǎn)物是 A尿素 B肌酸 C肌酸酐 D尿酸 E-丙氨酸二、嘧啶堿的分解代謝胞嘧啶需要先脫氨生成尿嘧啶后才繼續(xù)被分解。-脲基丙酸DHU胞嘧啶NH3尿嘧啶二氫尿嘧啶 H2OCO2 + NH3-丙氨酸胸腺嘧啶-脲基異丁酸-氨基異丁酸H2O丙二酸單酰CoA乙酰CoATCA肝尿素甲基丙二酸單酰CoA琥珀酰CoATCA糖異生小結(jié)練習(xí)題：嘧啶核苷酸分解代謝產(chǎn)物有( )?ANH3 B尿酸 CCO2

8、D-丙氨酸 E-氨基異丁酸第二節(jié) 核苷酸的合成代謝從頭合成途徑(de novo synthesis pathway) 利用氨基酸等作為原料合成補(bǔ)救合成途徑(salvage synthesis pathway) 利用體內(nèi)游離的堿基或核苷合成核苷酸生物合成的基本途徑一、嘌呤核苷酸的合成（一）嘌呤堿的元素來源谷氨酰胺（酰胺氮） 一碳基團(tuán)（甲酸鹽） 一碳基團(tuán)（甲酸鹽）甘氨酸二氧化碳天冬氨酸CO2天冬氨酸甲酸鹽（一碳單位）甘氨酸甲酸鹽（一碳單位）谷氨酰胺（酰胺基）“甘氨酸中間站，谷碳坐兩邊。左上天冬氨，頭頂二氧化碳”。 嘌呤環(huán)上的四個(gè)氮原子來源于（ ）？A.天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸B.天冬氨酸、谷氨酰

9、胺、氨C.天冬氨酸、甘氨酸D.甘氨酸、谷氨酰胺、氨E. 尿素、氨（二）嘌呤核苷酸的合成1、 從頭合成的概念及部位利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及二氧化碳等簡單物質(zhì)為原料，經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的途徑。 肝是體內(nèi)從頭合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小腸和胸腺，而腦、骨髓則無法進(jìn)行此合成途徑。合成部位定義2、 從頭合成的過程1）合成原料：天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳基團(tuán)、CO2、磷酸核糖。2）合成特點(diǎn)：磷酸核糖為起始物，逐步加原料合成嘌呤環(huán)，形成重要中間產(chǎn)物 IMP（次黃嘌呤核苷酸），再轉(zhuǎn)變?yōu)锳MP和GMP。3）合成過程合成過程IMP的合成AMP和GMP的生成I. 次黃嘌呤核苷酸的

10、合成磷酸核糖焦磷酸激酶155-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）磷酸核糖焦磷酸激酶（1） 第一階段的反應(yīng)酰胺轉(zhuǎn)移酶5-磷酸核糖胺谷氨酰胺谷氨酸PRPP-構(gòu)型-構(gòu)型5-磷酸核糖胺甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核糖核苷酸合成酶甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸轉(zhuǎn)甲?；竵碜约姿幔}）N10-甲酰四氫葉酸四氫葉酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨脒核苷酸合成酶谷氨酰胺谷氨酸甲酰甘氨脒核苷酸5-氨基-咪唑核苷酸合成酶（2） 第二階段的反應(yīng)N5-羧基氨基咪唑核苷酸5-氨基-咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸合成酶5-氨基-4-羧酸咪唑核苷酸N5-羧基氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸變位酶N-琥珀酸-5-氨基咪唑-4-羧酰胺核苷酸5-氨基

11、-4-羧酸咪唑核苷酸合成酶5-氨基咪唑-4-羧酰胺核苷酸延胡索酸N-琥珀酸-5-氨基咪唑-4-羧酰胺核苷酸腺苷酸琥珀酸裂合酶N-甲酰氨基咪唑-4-羧酰胺核苷酸5-氨基咪唑-4-羧酰胺核苷酸N10-甲酰四氫葉酸四氫葉酸次黃嘌呤核苷酸N-甲酰氨基咪唑-4-羧酰胺核苷酸II. AMP和GMP的合成（1） AMP的合成IMPAsp腺苷酸琥珀酸延胡索酸AMP腺苷酸琥珀酸合成酶腺苷酸琥珀酸裂合酶（2）GMP的合成IMP次黃嘌呤核苷酸脫氫酶XMP黃嘌呤核苷酸黃嘌呤核苷酸鳥苷酸細(xì)菌直接以氨作為氨基供體鳥嘌呤核苷酸合成酶小結(jié)：AMP和GMP的合成黃嘌呤核苷酸3、從頭合成的特點(diǎn)嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成

12、的。IMP的合成需6個(gè)ATP，7個(gè)高能磷酸鍵。 AMP或GMP的合成又需1個(gè)GTP或ATP。4、嘌呤核苷酸合成代謝的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)方式：反饋調(diào)節(jié)和交叉調(diào)節(jié)R-5-PATPPRPP合成酶PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶PRAIMP腺苷酸代琥珀酸AMPADPATPXMPGMPGDPGTP+_反饋調(diào)節(jié)_+交叉調(diào)節(jié)：相互調(diào)整，比例平衡IMP腺苷酸代琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATPGTP1、嘌呤核苷酸從頭合成的原料包括下列哪些物質(zhì)？ A、磷酸核糖 B、CO2 C、一碳單位 D、谷氨酰胺和天冬氨酸 練習(xí)題：2、關(guān)于嘌呤核苷酸的合成描述正確的是 （ ）A利用氨基酸、一碳單位和CO2為原料，首先合成嘌呤環(huán)再

13、與5-磷酸核糖結(jié)合而成B以一碳單位、CO2、NH3和5-磷酸核糖為原料直接合成C5-磷酸核糖為起始物，在酶催化下與ATP作用生成PRPP，再與氨基酸、CO2和一碳單位作用，逐步形成嘌呤核苷酸 D在氨基甲酰磷酸的基礎(chǔ)上，逐步合成嘌呤核苷酸3、合成嘌呤核苷酸過程中首先合成的是（）？ AGMP BAMP CXMP DTMP EIMP（三）由嘌呤堿和核苷酸合成核苷酸“補(bǔ)救合成”-salvage synthesis定義：利用體內(nèi)游離的堿基或相應(yīng)的核苷，經(jīng)過簡單的反應(yīng)，合成核苷酸的過程，稱為補(bǔ)救合成（或重新利用）途徑。1、定義(腦和骨髓)腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(adenine phosphoribosyl

14、transferase, APRT)次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(hypoxanthine- guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT)腺苷激酶(adenosine kinase)催化的主要酶：2、合成機(jī)制Lesch-Nyhan綜合癥（萊-尼綜合癥）：也稱為自毀容貌癥，是由于次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶的遺傳缺陷引起的。缺乏該酶使得次黃嘌呤和鳥嘌呤不能轉(zhuǎn)換為IMP和GMP，而是降解為尿酸，過量尿酸將導(dǎo)致Lesch-Nyhan綜合癥。手舞足蹈，咬指咬唇強(qiáng)迫自殘。5、嘌呤核苷酸生物合成的調(diào)節(jié) 磷酸核糖焦磷酸激酶 轉(zhuǎn)酰胺酶 腺苷酸琥珀酸 合成酶 次黃嘌呤

15、核苷酸脫氫酶抗代謝物的概念:在化學(xué)結(jié)構(gòu)上與正常代謝物（底物或輔酶）結(jié)構(gòu)相似，具有競爭性拮抗正常代謝的物質(zhì)。機(jī)制:競爭性抑制或“以假亂真”方式干擾或阻斷核苷酸的合成代謝，進(jìn)而阻止核酸及蛋白質(zhì)的生物合成。意義:抗腫瘤 嘌呤核苷酸合成的抗代謝物嘌呤核苷酸的抗代謝物是一些嘌呤、氨基酸或葉酸等的類似物。嘌呤類似物氨基酸類似物葉酸類似物6-巰基嘌呤6-巰基鳥嘌呤8-氮雜鳥嘌呤等氮雜絲氨酸等甲氨蝶呤氨蝶呤等主要有6-巰基嘌呤(6-MP)、6-巰基鳥嘌呤、8-氮雜鳥嘌呤等次黃嘌呤(H)6-巰基嘌呤(6-MP)嘌呤類似物6-MP6-MP核苷酸酰胺轉(zhuǎn)移酶IMP轉(zhuǎn)變?yōu)锳MP和GMP從頭合成途徑補(bǔ)救合成途徑HGPRT

16、6-MP作用機(jī)制6-巰基嘌呤氨基酸類似物 主要有氮雜絲氨酸(AS)、 6-重氮-5-氧正亮氨酸等 化學(xué)結(jié)構(gòu)與Gln相似主要有氨蝶呤(AP)和甲氨蝶呤(MTX)等。能競爭性抑制二氫葉酸還原酶，使葉酸不能還原成FH2和FH4。葉酸類似物甲酰甘氨酰胺核苷酸（FGAR）PRPP谷氨酰胺（Gln）=PRA甘氨酰胺核苷酸（GAR）=甲酰甘氨脒核苷酸（FGAM）5-氨基異咪唑-4-甲酰胺核苷酸（AICAR）=5-甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸（FAICAR）IMP次黃嘌呤（H）PRPPPPi=AMP=PRPPPPi=腺嘌呤（A）GMP=PRPPPPi鳥嘌呤(G)6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP氮雜絲

17、氨酸氮雜絲氨酸氮雜絲氨酸MTXMTX1、嘌呤核苷酸補(bǔ)救合成途徑的主要器官是 A腦組織 B肝臟 C腎臟 D小腸 E胸腺練習(xí)題：練習(xí)題：2、自毀容貌癥是由于基因缺陷而導(dǎo)致 完全缺失所致。 HGPRT AMP GMP 增加 增加 3、嘌呤核苷酸的合成中由IMP可轉(zhuǎn)變成_和_，過量的ATP導(dǎo)致GMP合成_，過量的GTP導(dǎo)致AMP合成_。二、嘧啶核苷酸的合成（一）嘧啶堿的元素來源氨甲酰磷酸天冬氨酸右邊站，谷酰直往左上竄，剩余廢物二氧化碳（二）嘧啶核苷酸的從頭合成主要是肝細(xì)胞胞液 利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及二氧化碳等簡單物質(zhì)為原料，經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)，合成嘧啶核苷酸的途徑。 1、定義2、合成部位3、

18、合成過程合成原料：谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2、磷酸核糖。 合成特點(diǎn)：用原料先合成嘧啶環(huán)，然后再與磷酸核糖連接生成嘧啶核苷酸。（1）UMP的合成（2）胞嘧啶核苷酸的合成在核苷三磷酸的水平上形成CTP（3）胸腺嘧啶核苷酸的合成FH2FH2還原酶NADPH+H+NADP（三）嘧啶核苷酸的補(bǔ)救合成胞嘧啶核苷 尿嘧啶核苷（四）嘧啶核苷酸生物合成的調(diào)節(jié)（五）嘧啶核苷酸合成的抗代謝物1、嘧啶類似物胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶(5-FU)通過對酶的競爭性抑制而干擾或抑制嘧啶核苷酸的合成。ddUMPN5,N10-CH2-FH4FH2FH2還原酶NADPH+H+NADPFH4絲氨酸甘氨酸胸苷酸合成酶5-FUF-dU

19、MP，可競爭性抑制胸苷酸合成酶的活性，從而抑制胸苷酸的合成。 d氮雜絲氨酸抑制CTP合成；氨甲蝶呤抑制dTMP合成。2、氨基酸和葉酸類似物3、某些改變了核糖結(jié)構(gòu)的核苷類似物抑制CDPdCDP。UMPUTPCTPCDPdCDPUDPdUDPdUMPdTMP氮雜絲氨酸阿糖胞苷氨甲碟呤氮雜絲氨酸小結(jié)：嘧啶核苷酸合成的抗代謝物調(diào)節(jié)機(jī)制5-FU小結(jié)：三、脫氧核糖核苷酸的合成在核苷二磷酸水平上進(jìn)行（N代表A、G、U、C等堿基）核糖核苷酸的還原反應(yīng)NADP+NADPH+H+硫氧還蛋白還原酶FAD核糖核苷酸還原酶ATP 、Mg2+硫氧還蛋白（還原型）SHSH硫氧還蛋白（氧化型）SSOP-P-CH2NOHOH核

20、糖核苷二磷酸OP-P-CH2NOHH+ H2O脫氧核糖核苷二磷酸硫氧還蛋白核糖核酸還原酶系硫氧還蛋白還原酶核糖核苷酸還原酶核糖核苷酸的還原反應(yīng)FAD核糖核苷酸還原酶ATP 、Mg2+硫氧還蛋白SHSH硫氧還蛋白SS硫氧還蛋白還原酶核糖核苷二磷酸+ H2O脫氧核糖核苷二磷酸FADH2谷氧還蛋白SS谷氧還蛋白SHSHNADP+NADPH+H+谷氧還蛋白還原酶OP-P-CH2NOHOHOP-P-CH2NOHHGSSG2GSH谷胱甘肽還原酶核糖核苷酸還原酶示意圖底物特異性調(diào)節(jié)位點(diǎn)酶 活 性調(diào)節(jié)位點(diǎn)活性位點(diǎn)R1亞基R2亞基使其活化使酶抑制有利于UDP和CDP還原促進(jìn)ADP和GDP還原2、胸腺嘧啶核苷酸的合成胸腺嘧啶核苷酸的合成 胸腺嘧啶核苷酸合成酶NADPH+H+SerNADP+Gly N5、N10 亞甲基 FH4 FH2二氫葉酸還原酶Se