第11-章核酸的酶促降解和核苷酸代谢ppt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,11,章,核酸的酶促降解和核苷酸代谢,一、核酸的酶促降解,二、嘌呤和嘧啶的分解,三、核苷酸的生物合成,第 11 章一、核酸的酶促降解,1,11.1,核酸水解：,DNA,稳定，耐酸碱,RNA,易水解：碱中水解,2.,酶促水解：,RNA:RNase(,酶稳定、耐高温,),DNA:DNase(,种类多、工具酶,),11.1 核酸水解：,2,1.,作用类别,：,核酸内切酶 磷酸二酯酶,核酸外切酶 磷酸单酯酶,特异性,非特异性,1.作用类别：核酸内切酶 磷酸二酯酶,3,二、嘌呤和嘧啶的分解,（二）嘧啶的分解,（一）嘌呤的分解,嘌呤,次黄嘌呤,黄嘌呤,尿酸（醇式）,尿素,NH,3,+CO,2,（微生物）,还原,二氢尿嘧啶,脲基丙酸,丙,AA,开环,N,N,H,N,H,2,O,N,H,N,H,O,O,NH2,H,2,O,H,2,O,二、嘌呤和嘧啶的分解 （二）嘧啶的分解 （一）嘌呤的分,4,三、核苷酸的生物合成,（一）核苷酸的生物合成的基本途径,1.“,从头合成”途径：利用核糖磷酸，某些氨基酸、,CO,2,和,NH,3,等简单物质为原料，经一系列酶促反应合成核苷酸。此途径并不经过碱基、核苷的中间途径。,合成部位,:,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。,2.,补救途径：利用体内游离的碱基或核苷合成核苷酸,三、核苷酸的生物合成,5,（二）嘌呤核苷酸的从头合成 该途径以核糖,-5-,磷酸为起始物，逐步增加原子合成次黄苷酸（,IMP,），然后再由,IMP,转变为,AMP,和,GMP,。,（二）嘌呤核苷酸的从头合成 该途径以核糖-5-磷酸,6,嘌呤核苷酸的结构,GMP,AMP,嘌呤核苷酸的结构GMPAMP,7,3.,从头合成过程,（,1,）,IMP,的合成,（,2,）,AMP,和,GMP,的生成,（,3,）,ATP,和,GTP,的生成,3.从头合成过程（1）IMP的合成（2）AMP和,8,R-5-P,（5-,磷酸核糖）,ATP,AMP,PRPP,合成酶,PP-1-R-5-P,（,磷酸核糖焦磷酸）,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,9,1.IMP,的合成,(1),嘌呤核苷酸合成的起始物质是,5-,磷酸核糖焦磷酸（,PRPP,）。,(2)5-,磷酸核糖焦磷酸可与谷氨酰胺反应生成核糖胺,-5-,磷酸、谷氨酸和无机焦磷酸。,(3),五员环合成的开始和酰胺的生成。,(4),一碳单位的转移和甲酰基酰胺的生成。,(5),闭环以前在第,3,位加上氮原子。,(6),闭环。,1.IMP的合成,10,（,7),六员环的合成开始。,（,8,）,嘌呤环的第,1,位氮的固定。,（,9,）脱掉延胡索酸。,（,10,）,嘌呤环上最后的碳原子由甲酰基供给。,（,11,）,脱水环化。,（7)六员环的合成开始。,11,IMP,的合成过程,磷酸核糖酰胺转移酶,GAR,合成酶,转甲酰基酶,FGAM,合成酶,AIR,合,成,酶,IMP的合成过程 磷酸核糖酰胺转移酶,12,第11-章核酸的酶促降解和核苷酸代谢ppt课件,13,IMP,生成总反应过程,IMP生成总反应过程,14,2.AMP,和,GMP,的合成,IMP,在,GTP,存在下与天冬氨酸合成腺苷酸琥珀酸，后者最终裂解为延胡索酸和,AMP,。,IMP,在,IMP,脱氢酶催化下氧化成,XMP,，后者在,GMP,合成酶催化下生成,GMP,。,2.AMP和GMP的合成,15,腺苷酸代琥珀酸合成酶,IMP,脱氢酶,腺苷酸代琥珀酸裂解酶,GMP,合成酶,AMP,和,GMP,的生成,腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMP脱氢酶AMP和GMP的,16,AMP,ADP,ATP,ADP,ATP,腺苷激酶,ADP,ATP,激酶,GMP,GDP,GTP,ADP,ATP,鸟苷激酶,ADP,ATP,激酶,ATP,和,GTP,的生成,AMPADPATPADPATP腺苷激酶ADPATP激酶GMP,17,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,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,19,从头合成的调节,R-5-P,ATP,PRPP,合成酶,PRPP,酰胺转移酶,PRA,IMP,腺苷酸代,琥珀酸,AMP,ADP,ATP,XMP,GMP,GDP,GTP,+,+,_,_,_,_,_,IMP,腺苷酸代,琥珀酸,XMP,AMP,ADP,ATP,GMP,GDP,GTP,ATP,GTP,_,_,+,+,调节方式：,反馈调节,和,交叉调节,从头合成的调节R-5-PATPPRPP合成酶PRPP酰胺转,20,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,嘌呤核苷酸的相互转变IMPAMP腺苷酸代XMPGMPNH3腺,21,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。,（二）嘌呤核苷酸的补救合成途径,1.,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,22,腺嘌呤磷酸核糖转移酶,(,adenine phosphoribosyl transferase,APRT,),次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶,(,hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase,HGPRT,),腺苷激酶,(,adenosine kinase),参与补救合成的酶,腺嘌呤磷酸核糖转移酶参与补救合成的酶,23,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+,24,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。,自毁容貌征,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,25,（三）嘧啶核苷酸的合成,嘧啶环上的原子来自简单的前体化合物,CO,2,，,NH,3,和天冬氨酸。与嘌呤核苷酸的合成不同，生物体先利用小分子化合物形成嘧啶环，再与核糖磷酸结合成尿苷酸。关键的中间化合物是乳清酸。其他嘧啶核苷酸则由尿苷酸转变而成。,（三）嘧啶核苷酸的合成,26,从头合成途径,(de novo synthesis pathway),补救合成途径,(salvage synthesis pathway),从头合成途径,27,嘧啶核苷酸的结构,嘧啶核苷酸的结构,28,（,一）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。,1.,定义,2.,合成部位,（一）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,29,3.,嘧啶合成的元素来源,氨基甲,酰磷酸,天冬氨酸,3.嘧啶合成的元素来源氨基甲天冬氨酸,30,4.,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,2,ATP,2,ADP+Pi,谷氨酸+,氨基甲酰磷酸,4.合成过程（1）尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺+HCO,31,第11-章核酸的酶促降解和核苷酸代谢ppt课件,32,第11-章核酸的酶促降解和核苷酸代谢ppt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,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,35,5.,从头合成的调节,-,-,-,ATP+CO,2,+,谷氨酰胺,氨基甲酰磷酸,UMP,氨基甲酸天冬氨酸,UTP,CTP,天冬氨酸,嘌呤核苷酸,ATP+5-,磷酸核糖,嘧啶核苷酸,PRPP,-,5.从头合成的调节-ATP+CO2+谷氨酰胺氨基甲,36,（二）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,（二）嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶+PRPP磷酸嘧啶核苷,37,（四）核苷酸转化成核苷三磷酸,核苷酸不直接参加核酸的生物合成而是先转化成相应的核苷三磷酸后再参入,DNA,或,RNA,。从核苷酸转化为核苷二磷酸的反应是由相应的激酶催化的。这些激酶对碱基转一，对其底物含核糖或脱氧核糖无特殊要求。核苷二磷酸进一步转化为核苷三磷酸是由另一种激酶催化的。此酶对碱基和戊糖都没有特殊的要求，磷酸供体为,ATP,。,（四）核苷酸转化成核苷三磷酸,38,（五）脱氧核苷酸的合成,脱氧核甘酸的生成,dTMP,的生成,（五）脱氧核苷酸的合成脱氧核甘酸的生成,39,在核苷二磷酸水平上进行,（,N,代表,A、G、U、C,等碱基）,脱氧核苷酸的生成,在核苷二磷酸水平上进行脱氧核苷酸的生成,40,dNDP,+,ATP,激酶,dNTP,+,ADP,二磷酸脱氧核苷,NDP,dNDP,二磷酸核糖核苷,NADP,+,NADPH+H,+,核糖核苷酸还原酶，,Mg,2+,还原型硫氧化还原蛋白,-(SH),2,氧化型硫氧化还原蛋白,S,S,硫氧化还原蛋白还原酶,（,FAD,）,脱氧核苷酸的生成,dNDP+ATP 激酶dNTP+ADP二磷酸脱氧核苷,41,（,3,）,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,dTMP,的生成,（3）TMP合酶N5,N10-甲烯FH4FH2FH2还原,42,（六）腺苷酸的合成,腺苷酸由,dUMP,甲基化生成。这个反应是由腺苷酸合成酶催化的。,（六）腺苷酸的合成,43,(,七,),核苷酸从头合成的调节,嘌呤核苷酸合成阶段的,PRPP,合成酶和,PRPP,酰胺转移酶可被合成产物,IMP,、,AMP,及,GMP,等抑制，从核糖胺,-5-,磷酸到,IMP,之间未发现调节步骤。在哺乳动物细胞中，嘧啶核苷酸合成的主要调节酶氨甲酰磷酸酶,受,UMP,抑制。在细菌中主要调节酶是天冬氨酸转氨甲酰酶（第五章）。,PRPP,合成酶也受嘧啶核苷酸的抑制，该酶是嘌呤和嘧啶两类核苷酸合成共有的调节酶。,(七)核苷酸从头合成的调节,44,（八）核苷酸从头合成的抗代谢物,核苷酸从头合成的抗代谢物可以抑制核苷酸的合成，从而控制快速生长的肿瘤细胞，其主要类型有,：,嘌呤类似物：,6-,巯基嘌呤、,6-,巯基鸟嘌呤，,8-,氮杂鸟嘌呤,2.,谷氨酰胺和天冬氨酸类似物：重氮丝氨酸、,6-,重氮,-