第九章核酸代谢 西南大学 生物化学课件)

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,*,第九章 核苷酸代谢,Metabolism of nucleic acid,第九章 核苷酸代谢Metabolism of nuclei,1,核苷酸,(nucleotide)是构成核酸(nucleic acid)的基本单位，人体所需的核苷酸都是由机体自身合成的。,食物中的核酸或核苷酸类物质基本上,不能,被人体所利用。,核苷酸(nucleotide)是构成核酸(nucleic a,2,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：,如用ATP，GTP，CTP，UTP合成RNA，用dATP，dGTP，dCTP，dTTP合成DNA。,作为能量的贮存和供应形式,：除ATP之外，还有GTP，UTP，CTP等。,参与代谢或生理活动的调节,：如环核苷酸cAMP和cGMP作为激素的第二信使。,参与构成酶的辅酶或辅基,：如在NAD,+,，NADP,+,，FAD，FMN，CoA中均含有核苷酸的成分。,作为代谢中间物的载体,：如用UDP携带糖基，用CDP携带胆碱，胆胺或甘油二酯，用腺苷携带蛋氨酸等。,核苷酸类物质在人体具有多方面的生理功用：,3,第一节 核酸的分解代谢,1.核酸的酶促降解,2.嘌呤的降解：,3.嘧啶的降解：,第一节 核酸的分解代谢1.核酸的酶促降解 2.,4,1.核酸的酶促降解,核酸,核酸酶,单核苷酸,磷酸单脂酶,核苷,嘧啶（嘌呤）,核糖（脱氧核糖）,核苷酶,核苷磷酸化酶,嘧啶（嘌呤）,核糖-1-磷酸,脱氧核糖-1-磷酸,核糖-5-磷酸,磷酸戊糖途径,醛缩酶,乙醛,甘油醛-3-磷酸,1.核酸的酶促降解核酸核酸酶单核苷酸磷酸单脂酶核苷嘧啶（,5,核酸酶,：作用于核酸的磷酸二酯酶称为核酸酶,按其作用位置分为:,A.核酸外切酶：,作用于核酸链的末端（3端或5端），逐个水解下核苷酸,。（磷酸单酯酶）,脱氧核糖核酸外切酶：只作用DNA,核糖核酸外切酶:只作用于RNA,B.核酸内切酶:,从核酸分子内部切断3，5-磷酸二酯键,。（磷酸二酯酶）,核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶称为核酸酶,按其作用位置分为:,6,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。,具有识别双链DNA分子中特定核苷酸序列，并由此切割DNA双链的核酸内切酶统称为限制性核酸内切酶。,发现：,1952，Smith Human 用T4 phage 感染,E.coli.,提出了限制与修饰现象。,限制性内切酶：在细菌细胞内存在的一类能识别并水解,7,2、嘌呤的降解：,嘌呤核苷酸的分解首先是在,核苷酸酶,的催化下，脱去磷酸生成嘌呤核苷，然后再在,核苷酶,的催化下分解生成嘌呤碱，最后氧化生成,尿酸,(uric acid)，经尿液排出体外。,2、嘌呤的降解：嘌呤核苷酸的分解首先,8,腺嘌呤 鸟嘌呤,H,2,O H,2,O,NH,3,NH,3,次黄嘌呤 黄嘌呤,H,2,O+O,2,H,2,O,2,H,2,O+O,2,H,2,O,2,尿囊素,尿酸,H,2,O CO,2,+H,2,O,2,2H,2,O+O,2,尿囊酸,尿素,+,乙醛酸,H,2,O 2H,2,O,4NH,3,+2CO,2,（植物）,腺嘌呤脱氨酶,鸟嘌呤脱氨酶,黄嘌呤氧化酶,黄嘌呤氧化酶,尿酸氧化酶,某些硬骨鱼类,尿囊酸酶,脲酶,除灵长类外其它哺乳类动物,人类、灵长类动物、,鸟类、昆虫,大多数鱼类、两栖类动物,甲壳类动物、软体动物,腺嘌呤 鸟嘌,9,各种生物嘌呤碱的代谢产物,嘌呤代谢产物,排泄动物,尿酸,人类、灵长类动物、鸟类、昆虫,尿囊素,除灵长类外其它哺乳类动物,尿囊酸,某些硬骨鱼类,尿素、乙醛酸,大多数鱼类、两栖类动物,氨、二氧化碳,甲壳类动物、软体动物,各种生物嘌呤碱的代谢产物嘌呤代谢产物排泄动物尿酸人类、灵长类,10,第九章核酸代谢 西南大学 生物化学课件),11,3.嘧啶的降解,嘧啶核苷酸可首先在,核苷酸酶,和,核苷磷酸化酶,的催化下，除去磷酸和核糖，产生的嘧啶碱可在体内进一步分解代谢。不同的嘧啶碱其分解代谢的产物不同，其降解过程主要在,肝脏,进行。,3.嘧啶的降解 嘧啶核苷酸可首先在核苷,12,胞嘧啶,尿嘧啶,二氢尿嘧啶,H,2,O NH,3,NAD(P)H+H,+,NAD(P),+,H,2,O,-丙氨酸,-脲基丙酸,H,2,O,胸腺嘧啶,二氢胸腺嘧啶,NAD(P)H+H,+,NAD(P),+,H,2,O,-氨基异丁酸,-脲基异丁酸,H,2,O,胞嘧啶脱氨酶,二氢尿嘧啶脱氢酶,二氢嘧啶酶,脲基丙酸酶,二氢尿嘧啶脱氢酶,二氢嘧啶酶,脲基丙酸酶,NH,3,+CO,2,+,NH,3,+CO,2,+,胞嘧啶脱氨酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶二氢尿嘧啶脱,13,第二节 核酸的合成代谢,从头合成,基本途径,半合成（补救合成）,（CO,2,/NH,3,/AA/戊糖）核苷酸 （d）NDP,ATP,第二节 核酸的合成代谢（CO2/NH3/AA/戊糖）,14,核糖、氨基酸、CO2、NH3,核糖核苷酸,脱氧核苷酸,辅酶,RNA,核苷,碱基,脱氧核苷,DNA,补救途径 从头合成,核糖、氨基酸、CO2、NH3核糖核苷酸脱氧核苷酸辅酶RNA核,15,一、嘌呤核苷酸的合成代谢：,核苷酸合成的2条途径：,1、从头合成途径：,利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位、二氧化碳等简单化合物为原料，经一系列酶促反应合成核苷酸的过程。主要在肝进行。,主要的合成途径。,一、嘌呤核苷酸的合成代谢：,16,2、补救合成途径：,利用体内游离的碱基或核苷，经过简单反应过程合成核苷酸。主要在脑、骨髓等组织进行。,次要合成途径。,2、补救合成途径：,17,一、嘌呤核苷酸的合成：,（一）嘌呤核苷酸的从头合成途径,原料：,天冬氨酸,、,甘氨酸,、谷氨酰胺、,一碳单位、,CO,2,、PRPP,N,3,N,9,N,7,N,1,C,2,C,6,C,4,C,5,C,8,来自谷氨酰胺的酰胺氮,来自甲酸一碳单位,来自甲酸,一,碳单位,来自天冬氨酸,来自甘氨酸,来自CO,2,一、嘌呤核苷酸的合成：（一）嘌呤核苷酸的从头合成途径N3N,18,过程：,5-磷酸核糖,+ATP,PRPP+,AMP,IMP,AMP GMP,PRPP合成酶,天冬氨酸,甘氨酸,谷氨酰胺,一碳单位CO,2,1,2,过程：PRPP合成酶天冬氨酸12,19,PP-1-R-5-P,H,2,N-1-R-5-P,酰胺转移酶,Gln,Glu,H,2,C-NH,2,O=C,NH,R-5-P,5-磷酸核糖胺,PRA,甘氨酰胺核苷酸,GAR,GAR,合成酶,Mg,2+,甘氨酸,ATP,NH,H,2,C CHO,O=C,NH,R-5-P,甲酰甘氨酰胺核苷酸,FGAR,转甲酰基酶,N,5,N,10,-CH=FH,4,FH,4,PP-1-R-5-PH2N-1-R-5-P酰胺转移酶GlnG,20,NH,H,2,C CHO,O=C,NH,R-5-P,甲酰甘氨酰胺核苷酸,FGAR,NH,H,2,C CHO,HN=C,NH,R-5-P,HC N,C CH,H,2,N N,R-5-P,甲酰甘胺咪核苷酸,FGAM,5-氨基咪唑核苷酸,AIR,Gln,Glu,ATP,Mg,2+,AIR合成酶,ATP,Mg,2+,K,+,NH甲酰甘氨酰胺核苷酸 FGAR,21,HC N,C CH,H,2,N N,R-5-P,5-氨基咪唑核苷酸,AIR,羧化酶,CO,2,O,C N,HO C CH,C,H,2,N N,R-5-P,5-氨基咪唑4-羧酸核苷酸,CAIR,HOOC,H,2,C,HC,HOOC,O,C,C,C,NH,N,CH,R-5-P,N,H,2,N,5-氨基咪唑4-（N-琥珀酸）-甲酰胺核苷酸,SAICAR,合成酶,天冬氨酸,ATP,Mg,2+,HC N5-氨基咪唑核苷酸AIR羧化酶CO2,22,O,C,C,C,H,2,N,N,CH,N,H,2,N,R-5-P,5-氨基咪唑,4-（N-琥珀酸）,-甲酰胺核苷酸,SAICAR,裂解酶,延胡索酸,5-氨基咪唑4-甲酰胺核苷酸,AICAR,O,C,C,C,H,2,N,N,CH,N,HN,R-5-P,O=CH,5-甲酰氨基咪唑4-甲酰胺核苷酸,FAICAR,N,10,-CHOFH,4,FH,4,转甲酰基酶,K,+,OCCCH2 NNCHNH2NR-5-P5-氨基咪唑裂解酶,23,O,C,C,C,H,2,N,N,CH,N,HN,O=CH,5-甲酰氨基咪唑4-甲酰胺核苷酸,FAICAR,R-5-P,O,C,C,C,H N,N,CH,N,NH,R-5-P,HC,次黄嘌呤核苷酸,IMP,环水解酶,H,2,O,OCCCH2 NNCHNHNO=CH5-甲酰氨基咪唑4-甲酰,24,AMP和GMP的生成：,AMP和GMP的生成：,25,由AMP、GMP转变为ATP和GTP：,AMP ADP ATP,GMP GDP GTP,激酶,激酶,激酶,激酶,ATP,ATP,ATP,ATP,ADP,ADP,ADP,ADP,由AMP、GMP转变为ATP和GTP：激酶激酶激酶激酶ATP,26,（二）嘌呤核苷酸的补救合成：,两种酶催化,嘌呤合成嘌呤核苷酸：,腺嘌呤磷酸核糖转移酶,（APRT），,次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶,（HGPRT）。,腺嘌呤+PRPP AMP+PPi,次黄嘌呤 IMP,鸟嘌呤 GMP,嘌呤核苷的再利用,：,腺嘌呤核苷 AMP,APRT,+PRPP,HGPRT,腺苷激酶,ATP,ADP,（二）嘌呤核苷酸的补救合成：APRT+PRPPHGPRT腺苷,27,二、嘧啶核苷酸的合成,（一）从头合成,先合成嘧啶环，再,由嘧啶和PRPP,合成嘧啶核苷酸。,先合成UMP，,再进一步转变为胞嘧啶核苷酸和胸腺嘧啶核苷酸,。,二、嘧啶核苷酸的合成,28,1、从头合成的过程：,（1）UMP的合成：,UMP合成原料：,谷氨酰胺,、,CO,2,、,（谷氨酰胺+CO,2,氨基甲酰磷酸）、天冬氨酸、,PRPP。,来自天冬氨酸,来自,CO,2,来自,Gln,N,N,C,C,C,C,6,5,4,3,2,1,1、从头合成的过程：来自天冬氨酸来自CO2来自GlnNNCC,29,合成过程,：,Gln+HCO,3,-,H,2,N-CO-O-HPO,3,-,+Glu,氨基甲酰磷酸合成酶,2ATP,2ADP,Pi,NH,2,O=C,O-,P,+,HOOC,CH,2,CH,H,2,N COOH,HO-C,CH,2,CH,N COOH,O,H,2,N,O,C,H,天冬氨酸氨基,甲酰基转移酶,Pi,氨甲酰天冬氨酸,ASP,合成过程：氨基甲酰磷酸合成酶2ATP2ADPPi,30,氨甲酰,天冬氨酸,C,CH,2,CH,N COOH,O,H,N,O,C,H,二氢,乳清酸,二氢乳清酸酶,H,2,O,C,CH,C,N COOH,O,H,N,O,C,H,乳清酸,脱氢酶,NAD,+,NADH+H,+,C,CH,C,N COOH,O,H,N,O,C,R-5-P,乳清酸核苷酸,磷酸核糖,转移酶,PRPP,PPi,氨甲酰 CO H N OCH二氢二氢乳清酸酶H2O,31,C,CH,C,N COOH,O,H,N,O,C,R-5-P,乳清酸核苷酸,OMP,C,CH,CH,N,O,H,N,O,C,R-5-P,尿嘧啶核苷酸,UMP,OMP脱羧酶,CO,2,CO H N OCR-5-P乳清酸核苷酸,32,（2）UTP、CTP的合成：,UMP UDP UTP,UTP+Gln+ATP CTP+Glu+ADP+Pi,尿苷酸激酶,尿苷酸激酶,ATP,ATP,ADP,ADP,CTP合成酶,C,CH,CH,N,NH,2,N,O,C,R-5-PPP,（2）UTP、CTP的合成：尿苷酸激酶尿苷酸激酶ATPATP,33,（二）嘧啶核苷酸的补救合成：,由嘧啶碱合成嘧啶核苷酸：嘧啶磷酸核糖转移酶可催化U、T、O合成相应核苷酸。,嘧啶+PRPP嘧啶核苷酸+PPi,嘧啶核苷的利用；,尿嘧啶核苷+ATP UMP+ADP,脱氧胸苷+ATP dTMP+ADP,尿苷激酶