第十三章核酸的降解与核苷酸代谢课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十二章 核酸的降解与核苷酸代谢,第十二章 核酸的降解与核苷酸代谢,1,在生物体内，核酸经过一系列酶的作用，最终降解成CO,2,、水、氨、磷酸等小分子的过程称为,核酸的降解代谢,。所有生物的细胞都含有与核酸代谢有关的酶类，它们可以分解细胞内的各种核酸，促进核酸的分解更新。核酸分解代谢的中间产物在某些情况下可被再度利用。例如，在戊糖代谢过程中，含氨碱或核苷可用来“补救”合成核苷酸等。核酸与核苷酸的分解可简单表示如下：,第一节 核酸的降解与核酸酶类,在生物体内，核酸经过一系列酶的作用，最终降解成CO2、水、氨,2,一、核酸的降解,核酸是由许多核苷酸以3,5-磷酸二酯键连接而成的大分子。核酸降解的第一步是由多种降解核酸的酶协同作用，水解连接核苷酸之间的磷酸二酯键，形成,分子量较小的寡核苷酸和单核苷酸,。,一、核酸的降解核酸是由许多核苷酸以3,5-磷酸二酯键连,3,1、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,依据底物不同分类,DNA酶(deoxyribonuclease,DNase)：,专一降解DNA,RNA酶(ribonuclease,RNase)：,专一降解RNA,二、核酸酶（Nuclease）,1、核酸酶的定义及分类二、核酸酶（Nuclease）,4,依据切割部位不同,核酸内切酶：,能催化核酸分子内部磷酸二酯键水解的酶称为,核酸内切酶,。,核酸内切酶的专一性也不同，有的只作用于DNA，有的只作用于RNA，有的可同时作用于DNA 和RNA。,依据切割部位不同,5,作用于核酸链的末端，将核苷酸逐个地水解下来。,只作用于DNA的核酸外切酶称为,脱氧核糖核酸外切酶；,只作用于RNA的称为,核糖核酸外切酶,；,有些核酸外切酶既可作用于RNA，又可作用于DNA，如蛇毒磷酸二酯酶是从多核苷酸链的游离3-羟基端开始，逐个水解下5-核苷酸；而牛脾磷酸二酯酶则相反，是从游离的5-羟基端开始，逐个水解下3-核苷酸。,核酸外切酶,作用于核酸链的末端，将核苷酸逐个地水解下来。核酸外切酶,6,参与DNA的合成与修复及RNA合成后的剪接等重要基因复制和基因表达过程,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,在消化液中降解食物中的核酸以利吸收,体外重组DNA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,2、核酸酶的功能,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基,7,一、核苷酸代谢的动态,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,一、核苷酸代谢的动态单核苷酸库氨基酸 葡萄糖 磷酸核苷酸的从,8,嘌呤核苷酸的结构,GMP,AMP,二、嘌呤核苷酸的分解代谢,嘌呤核苷酸的结构GMPAMP二、嘌呤核苷酸的分解代谢,9,（一）嘌呤核苷酸的合成代谢,从头合成途径,(de novo synthesis pathway),利用氨基酸等作为原料合成,补救合成途径,(salvage synthesis pathway),利用体内游离的碱基或核苷合成,（一）嘌呤核苷酸的合成代谢从头合成途径(de novo sy,10,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,11,嘌呤碱合成的元素来源,CO,2,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）,嘌呤碱合成的元素来源CO2天冬氨酸甲酰基甘氨酸甲酰基谷氨酰胺,12,合成原料：,天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳基团、CO,2,、磷酸核糖。,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 IMP（次黄嘌呤核苷酸），再由它转变为AMP和GMP。,合成原料：天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳基团、CO2,13,过程,1.IMP的合成,2.AMP和GMP的生成,过程1.IMP的合成2.AMP和GMP的生成,14,嘌呤核苷酸的合成并不是先形成游离的嘌呤，然后生成核苷酸，而是直接形成次黄嘌呤核苷酸(IMP，也叫肌苷酸)，以后才转变为其他嘌呤核苷酸。,IMP的合成是从5-磷酸核糖开始的。由5-磷酸核糖与ATP反应，生成5-磷酸核糖-1-焦磷酸PRPP)(反应)。,嘌呤的各个原子是在PRPP的C,1,位置上逐渐加上去的。先由谷氨酰胺提供N元素，生成5-磷酸核糖胺(反应)。注意在此反应中，核糖的C,1,发生构型变化，由PRPP的-,构型变为5-磷酸核糖胺的,-构型。,以后，由甘氨酸和甲酰四氢叶酸先后提供C和N原子，并闭合成咪唑环(反应)。,再后，由CO,2,、天冬氨酸、甲酰四氢叶酸先后提供其他原子，最后形成次黄嘌呤核苷酸(反应)。,嘌呤核苷酸的合成并不是先形成游离的嘌呤，然后生成核苷酸，而,15,总反应式如下：,2NH,3,+2甲酸+CO,2,+甘氨酸+天冬氨酸+5-磷酸核糖 IMP+延胡索酸+9H,2,O,嘌呤核苷酸的生物合成过程是在多种酶的催化下进行的，这个过程的阐明有重要意义。由于在癌细胞内，核酸的合成比正常细胞进行得强烈，如果能抑制核苷酸的合成，即可抑制癌细胞的生长。例如，氨基喋呤(aminopterin)与四氢叶酸结构相似，对上述过程的反应和起竞争性抑制作用，因而有治疗癌病(如白血病)的效用。,总反应式如下：嘌呤核苷酸的生物合成过程是在多种酶的催化下进行,16,R-5-P,（5-磷酸核糖）,ATP,AMP,PRPP合成酶,PP-1-R-5-P,（5-磷酸核糖-1-焦磷酸）,PRPP,在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下,IMP,AMP,GMP,H,2,N-1-R-5-P,（5,-磷酸核糖胺）,谷氨酰胺,谷氨酸,酰胺转移酶,R-5-PATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P在谷,17,由IMP转变为腺苷酸和鸟苷酸,由IMP转变为腺苷酸和鸟苷酸,18,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,嘌呤核苷酸从头合成特点,嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。嘌呤核苷酸从头合,19,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。,2、嘌呤核苷酸的补救合成途径,定义,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,20,1.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,1.腺嘌呤磷酸核糖转移酶参与补救合成的酶,21,腺嘌呤+,PRPP,AMP+PPi,APRT,次黄嘌呤+,PRPP,IMP+PPi,HGPRT,鸟嘌呤+,PRPP,HGPRT,GMP+PPi,合成过程,腺嘌呤核苷,腺苷激酶,ATP,ADP,AMP,腺嘌呤+PRPPAMP+PPiAPRT次黄嘌呤+,22,补救合成的生理意义,补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。,体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。,补救合成的生理意义补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的,23,3、嘌呤核苷酸的相互转变,IMP,AMP,腺苷酸代,琥珀酸,XMP,GMP,NH,3,腺苷酸脱氨酶,鸟苷酸还原酶,NADPH+H,+,NADP,+,NH,3,3、嘌呤核苷酸的相互转变IMPAMP腺苷酸代XMPGMPNH,24,4、脱氧核糖核苷酸的生成,在核苷二磷酸水平上进行,（N代表A、G、U、C等碱基）,4、脱氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上进行,25,（二）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,（二）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,26,嘧啶核苷酸的结构,三、嘧啶核苷酸的代谢,嘧啶核苷酸的结构三、嘧啶核苷酸的代谢,27,从头合成途径,补救合成途径,（一）嘧啶核苷酸的合成代谢,从头合成途径（一）嘧啶核苷酸的合成代谢,28,1、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,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,29,嘧啶合成的元素来源,氨基甲,酰磷酸,天冬氨酸,嘧啶合成的元素来源氨基甲天冬氨酸,30,合成原料：,谷氨酰胺、天冬氨酸、CO,2,、磷酸核糖。,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苷酸,合成原料：谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2、磷酸核糖。,31,合成过程,（1）尿嘧啶核苷酸的合成,谷氨酰胺+HCO,3,-,氨基甲酰磷酸合成酶II,2ATP,2ADP+Pi,谷氨酸+,氨基甲酰磷酸,合成过程（1）尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺+HCO3-氨,32,第十三章核酸的降解与核苷酸代谢课件,33,（2）胞嘧啶核苷酸的合成,ATP,ADP,尿苷酸激酶,UDP,二磷酸核苷激酶,ATP,ADP,UTP,CTP合成酶,谷氨酰胺,ATP,谷氨酸,ADP+Pi,（2）胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核,34,（3）dTMP或TMP的生成,TMP合酶,N,5,N,10,-甲烯FH,4,FH,2,FH,2,还原酶,FH,4,NADP,+,NADPH+H,+,dUMP,脱氧胸苷一磷酸,dTMP,UDP,脱氧核苷酸还原酶,dUDP,CTP,CDP,dCDP,dCMP,（3）dTMP或TMP的生成TMP合酶N5,N10-甲烯,35,2、嘧啶核苷酸的补救合成,嘧啶+,PRPP,磷酸嘧啶核苷+,PPi,嘧啶磷酸核糖转移酶,尿嘧啶核苷+,ATP,尿苷激酶,UMP+ADP,胸腺嘧啶核苷+,ATP,胸苷激酶,TMP+ADP,2、嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶+PRPP磷酸嘧啶核苷+,36,（二）嘧啶核苷酸的分解代谢,嘧啶碱,1-磷酸核糖,嘧啶核苷酸,核苷,核苷酸酶,PPi,核苷磷酸化酶,（二）嘧啶核苷酸的分解代谢嘧啶碱1-磷酸核糖嘧啶核苷酸核苷,37,胞嘧啶,NH,3,尿嘧啶,二氢尿嘧啶,H,2,O,CO,2,+NH,3,-丙氨酸,胸腺嘧啶,-脲基异丁酸,-氨基异丁酸,H,2,O,丙二酸单酰CoA,乙酰CoA,TCA,肝,尿素,甲基丙二酸单酰CoA,琥珀酰CoA,TCA,糖异生,胞嘧啶NH3尿嘧啶二氢尿嘧啶 H2OCO2+NH3-,38,