生物化学核酸的降解与核苷酸代谢

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 核酸的降解与核苷酸代谢,一、核酸的降解,食物核蛋白,蛋白质,核酸（RNA及DNA）,胃酸,核苷酸,胰核酸酶,核苷,磷酸,胰、肠核苷酸酶,碱基,戊糖,核苷酶,第一节 核酸的降解与核酸酶类,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）,依据切割部位不同,核酸内切酶：,分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。,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。,核酸外切酶：,53,或,35,核酸外切酶,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,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,嘌呤核苷酸的结构,GMP,AMP,二、嘌呤核苷酸的分解代谢,（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,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）,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,。,过程,1.IMP的合成,2.AMP和GMP的生成,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,AMP,ADP,ATP,ADP,ATP,激酶,ADP,ATP,激酶,GMP,GDP,GTP,ADP,ATP,激酶,ADP,ATP,激酶,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,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,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,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,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,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。,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,3,4、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）,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,（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,嘌呤碱的最终,代谢产物,AMP,GMP,H,（次黄嘌呤）,G,X,（黄嘌呤）,黄嘌呤氧化酶,黄嘌呤氧化酶,嘧啶核苷酸的结构,三、嘧啶核苷酸的代谢,从头合成途径,补救合成途径,（一）嘧啶核苷酸的合成代谢,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,嘧啶合成的元素来源,氨基甲,酰磷酸,天冬氨酸,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,（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,（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,-,-,-,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,-,从头合成的调节,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,3、嘧啶核苷酸的抗代谢物,嘧啶类似物,胸腺嘧啶(T),5-氟尿嘧啶(5-FU),某些改变了核糖结构的核苷类似物,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，通过对酶的竞争性抑制而干扰或抑制嘧啶核苷酸的合成。,主要的抗代谢药物是,5-,氟尿嘧啶（,5-FU,）。,5-FU,在体内可转变为,F-,dUMP,，,其结构与,dUMP,相似，可竞争性抑制胸苷酸合成酶的活性，从而抑制胸苷酸的合成。,UMP,UTP,CTP,CDP,dCDP,UDP,dUDP,dUMP,dTMP,氮杂丝氨酸,阿糖胞苷,氨甲碟呤,氮杂丝氨酸,（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,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,