生物化学及分子生物学(人卫第九版)-09核苷酸代谢

1、编辑ppt 作者作者 : 王大勇王大勇 王曦迪王曦迪单位单位 : 哈尔滨医科大学哈尔滨医科大学第九章第九章 核苷酸代谢核苷酸代谢Metabolism of Nucleotides目录编辑ppt第一节第一节 核苷酸代谢概述核苷酸代谢概述第二节第二节 嘌呤核苷酸的合成与分解代谢嘌呤核苷酸的合成与分解代谢第三节第三节 嘧啶核苷酸的合成与分解代谢嘧啶核苷酸的合成与分解代谢编辑ppt重点难点重点难点熟悉熟悉了解了解掌握掌握1.核苷酸的生物学核苷酸的生物学功能功能2.嘌呤核苷酸从头合成的概念、部位、主要阶段及元素来源嘌呤核苷酸从头合成的概念、部位、主要阶段及元素来源3.嘌呤核苷酸分解代谢产物嘌呤核苷酸分解

2、代谢产物4.补救合成意义补救合成意义5.嘧啶核苷酸从头合成的概念、部位及元素来源嘧啶核苷酸从头合成的概念、部位及元素来源1.嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶核苷酸的补救合成及及嘧啶核苷酸分解代谢产物嘧啶核苷酸分解代谢产物2.嘌呤核苷酸从头合成调节嘌呤核苷酸从头合成调节及及嘧啶核苷酸从头合成调节嘧啶核苷酸从头合成调节3.嘌呤核苷酸的抗代谢物嘌呤核苷酸的抗代谢物及及嘧啶核苷酸的抗代谢物嘧啶核苷酸的抗代谢物1.核酸酶及分类核酸酶及分类2.嘌呤核苷酸的相互转变嘌呤核苷酸的相互转变编辑ppt核苷酸代谢概述核苷酸代谢概述Overview of Nucleotide Metabolism第一节第一节编辑pptu作为

3、核酸合成的原料作为核酸合成的原料u体内能量利用形式体内能量利用形式u参与代谢和生理调节参与代谢和生理调节u组成辅酶组成辅酶u活化中间代谢活化中间代谢一、核苷酸的生物学功能一、核苷酸的生物学功能尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑ppt核酸酶：是指所有可以水解核酸的酶。核酸酶：是指所有可以水解核酸的酶。（一）核酸酶（一）核酸酶二、二、核苷酸可由核酸酶水解核酸生成核苷酸可由核酸酶水解核酸生成u依据底物不同分类依据底物不同分类 DNA酶酶(deoxyribonuclease, DNase)：专一降解：专一降解DNA的

4、酶。的酶。 RNA酶酶 (ribonuclease, RNase)：专一降解：专一降解RNA的酶。的酶。u依据对底物作用方式不同依据对底物作用方式不同 核酸内切酶：在核酸内切酶：在DNA或或RNA分子内部切断磷酸二酯键分子内部切断磷酸二酯键 。 核酸外切酶：水解核酸分子链末端的磷酸二酯键，有核酸外切酶：水解核酸分子链末端的磷酸二酯键，有5 3 或或3 5 核酸外切核酸外切酶。酶。生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑pptu核酸外切酶分类核酸外切酶分类核酸内切酶及外切酶作用位点示意图核酸内切酶及外切酶作用位点示意图5 3 核酸外切酶：核酸外切酶：从从5端切除核苷酸的称为

5、端切除核苷酸的称为53核酸外切酶核酸外切酶3 5 核酸外切酶：核酸外切酶：从从3端切除核苷酸的称为端切除核苷酸的称为35核酸外切酶核酸外切酶生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑pptu 核酸酶的功能核酸酶的功能参与参与DNA的合成、修复以及的合成、修复以及RNA的剪接的剪接清除多余的、结构和功能异常的核酸，以及外源性核酸清除多余的、结构和功能异常的核酸，以及外源性核酸降解食物中的核酸降解食物中的核酸体外重组体外重组DNA技术中的重要工具酶技术中的重要工具酶 生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑ppt(二二)核酸的消化吸收核酸的消化吸收食物核蛋

6、白食物核蛋白蛋白质蛋白质核酸（核酸（RNA及及DNA）核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸碱基碱基戊糖戊糖胃酸胃酸胰核酸酶胰核酸酶胰、肠核苷酸酶胰、肠核苷酸酶核苷酶核苷酶生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑ppt三、核苷酸的代谢包括合成和分解代谢三、核苷酸的代谢包括合成和分解代谢u核苷酸的合成代谢核苷酸的合成代谢u核苷酸的分解代谢核苷酸的分解代谢生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑ppt嘌呤核苷酸的合成与分解代谢嘌呤核苷酸的合成与分解代谢第二节第二节Synthesis and Degradation of Purine Nucleotides编辑pp

7、tu 嘌呤核苷酸的结构嘌呤核苷酸的结构GMPAMP生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑ppt 利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2等简单物质为原料，经过一系列等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸，称为从头合成途径。酶促反应，合成嘌呤核苷酸，称为从头合成途径。 一、嘌呤核苷酸的合成存在从头合成和补救合成两条途径一、嘌呤核苷酸的合成存在从头合成和补救合成两条途径 利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应过程，合成嘌呤核苷酸，利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应过程，合成嘌呤核苷酸，称为补救合成途径。称为补救合成

8、途径。生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑ppt1. 从头合成途径从头合成途径（一）嘌呤核苷酸的从头合成（一）嘌呤核苷酸的从头合成u 除某些细菌外除某些细菌外，几乎所有生物体都能合成嘌呤碱几乎所有生物体都能合成嘌呤碱u 哺乳动物从头合成部位：哺乳动物从头合成部位：肝肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官， 其次是其次是小肠和胸腺小肠和胸腺，而，而脑、骨髓脑、骨髓则只能进行补救合成则只能进行补救合成生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑pptCO2天冬氨酸天冬氨酸甲酰基甲酰基（一碳单位）（一碳单位）甘氨酸甘氨酸甲

9、酰基甲酰基（一碳单位）（一碳单位）谷氨酰胺谷氨酰胺（酰胺基）（酰胺基）u嘌呤碱合成的元素来源嘌呤碱合成的元素来源生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑pptu嘌呤核苷酸合成过程嘌呤核苷酸合成过程第一阶段：第一阶段： IMP的合成的合成第二阶段：第二阶段： AMP和和GMP的生成的生成R-5 -P（5 -磷酸核糖）磷酸核糖）ATP AMPPRPP合成酶合成酶PP-1-R-5 -P（磷酸核糖焦磷酸）（磷酸核糖焦磷酸）IMP AMP GMPH2N-1-R-5 -P（5 -磷酸核糖胺）磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸酰胺转移酶酰胺转移酶生物化学与分子生物学（第生物化学与

10、分子生物学（第9版）版）编辑pptR-5-PR-5-PPP-1-R-5-PPP-1-R-5-PPRPP合成酶合成酶H H2 2N-1-R-5-PN-1-R-5-P酰胺转移酶酰胺转移酶ATPATPAMPAMPGlnGlnGluGlu核糖核糖-5-磷酸磷酸 磷酸核糖焦磷酸，磷酸核糖焦磷酸，PRPP 5-磷酸核糖胺磷酸核糖胺,PRA H H2 2C-NHC-NH2 2O=C-OHO=C-OHGAR合成酶合成酶ATPATPMgMg2+2+甘氨酰胺核苷酸，甘氨酰胺核苷酸，GAR转甲酰基酶转甲酰基酶N10-甲酰甲酰FH4FH4甲酰甘氨酰胺核苷酸，甲酰甘氨酰胺核苷酸，FGARGlnGlnGluGluATP,

11、MgATP,Mg2+2+R-5-PR-5-PNHNH甲酰甘氨脒核苷酸，甲酰甘氨脒核苷酸，FGAM12345u 第一阶段：第一阶段：IMP的生成的生成 H H2 2C C NHNHCHOCHO HN=C HN=CR-5-PR-5-PNHNHH H2 2C C NHNHCHOCHOO=CO=CR-5-PR-5-PNHNHH H2 2C-NHC-NH2 2O=CO=C生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑pptNHNHCHOCHO甲酰甘氨脒核苷酸，甲酰甘氨脒核苷酸，FGAMAIR合成酶合成酶ATP,MgATP,Mg2+2+,K,K+ +H H2 2O O5-氨基咪唑氨基咪唑核

12、苷酸，核苷酸，AIR羧化酶羧化酶5-氨基咪唑氨基咪唑-4-羧酸核苷酸，羧酸核苷酸，CAIR合成酶合成酶N-琥珀酰琥珀酰-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-甲酰胺甲酰胺核苷酸，核苷酸，SAICARCOCO2 2Asp,ATP,MgAsp,ATP,Mg2+2+延胡索酸延胡索酸5-氨基咪唑氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸，甲酰胺核苷酸，AICARR-5-PR-5-PN N C C C CCHCHH H2 2N NN NC CO OH H2 2N N5-甲酰胺基甲酰胺基咪唑咪唑-4-甲酰胺核苷酸，甲酰胺核苷酸，FAICARIMP合酶合酶R-5-PR-5-PN N C C C CCHCHH H2 2N NN NC C

13、O OHOHOR-5-PR-5-PN N C C C CCHCHH H2 2N NN NC CO ON NH HHOOCHOOCH H2 2C CHCHCHOOCHOOCR-5-PR-5-PN NC C C CCHCHN NH HN NC CO O HN HNHCHCR-5-PR-5-PN NC C C CCHCHN NH HN NC CO OH H2 2N NO=CO=C H H6R-5-PR-5-PN N HC HC C CCHCHH H2 2N NN N789N N1010- -甲酰甲酰FHFH4 4FHFH4 4转甲酰基酶转甲酰基酶K K+ +10H2O11次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸

14、, IMPR-5-PR-5-PNHNH H H2 2C C HN=CHN=C编辑pptu 第二阶段：由第二阶段：由IMP生成生成AMP和和GMP生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑pptu 嘌呤核苷酸从头合成特点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是在磷酸核糖分子上逐步合成的 IMP的合成需的合成需5个个ATP，6个高能磷酸键。个高能磷酸键。AMP 或或GMP的合成又的合成又需需1个个ATP。生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑ppt2. 从头合成的调节从头合成的调节调节方式：反馈调节和交叉调节调节方式：反

15、馈调节和交叉调节R-5-PATPPRPP合成酶合成酶PRPP酰胺转移酶酰胺转移酶PRAIMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸AMPADPATPXMPGMPGDPGTP+_IMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATPGTP_+生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑ppt（二）嘌呤核苷酸的补救合成有两种方式（二）嘌呤核苷酸的补救合成有两种方式u 参与补救合成的酶参与补救合成的酶 腺嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶 (adenine phosphoribosyl transferase, APRT) 次黄嘌呤次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移

16、酶鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT) 腺苷激酶腺苷激酶(adenosine kinase)生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑pptu补救合成过程补救合成过程腺嘌呤腺嘌呤 + PRPPAMP + PPiAPRT次黄嘌呤次黄嘌呤 + PRPPIMP + PPiHGPRT鸟嘌呤鸟嘌呤 + PRPPHGPRTGMP + PPi腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷腺苷激酶腺苷激酶ATPADPAMP生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑pptu补救合成的生理意义补救合成的生

17、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。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。体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑ppt（三）体内嘌呤核苷酸可以相互转变（三）体内嘌呤核苷酸可以相互转变IMPAMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸XMPGMPNH3腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶鸟苷酸还原酶鸟苷酸还原酶NADPH+H+ NADP+NH3生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑ppt（四）脱氧核苷酸的生成在二磷酸核苷水平进行（四）脱氧核苷酸

18、的生成在二磷酸核苷水平进行N代表代表A、G、U、C等碱基等碱基HO-P-O-P-O-CH2OOOOOH OH H碱基碱基核糖核酸还原酶核糖核酸还原酶NADPH+H+NADP+H2OHO-P-O-P-O-CH2OOOOOH OH OH H碱基碱基NDPdNDP生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑pptu 脱氧核苷脱氧核苷二磷酸二磷酸的生成的生成dNDP + ATP 激酶激酶dNTP + ADP二磷酸脱氧核苷二磷酸脱氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷二磷酸核糖核苷NADP+NADPH+H+核糖核苷酸还原酶，核糖核苷酸还原酶，Mg2+还原型硫氧化还原还原型硫氧化还原蛋白蛋白

19、-(SH)2氧化型硫氧化还氧化型硫氧化还原蛋白原蛋白SS硫氧化还原蛋白还原酶硫氧化还原蛋白还原酶(FAD)u 脱氧核苷脱氧核苷三磷酸三磷酸的生成的生成生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑ppt（五）嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、氨基酸或叶酸类似物（五）嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、氨基酸或叶酸类似物u6-巯基嘌呤的结构巯基嘌呤的结构u嘌呤核苷酸抗代谢物嘌呤核苷酸抗代谢物常见的嘌呤核苷酸抗代谢物常见的嘌呤核苷酸抗代谢物生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）次黄嘌呤次黄嘌呤(H)6-巯基嘌呤巯基嘌呤(6-MP)编辑ppt嘌呤核苷酸抗代谢物的作用嘌呤

20、核苷酸抗代谢物的作用甲酰甘氨酰甲酰甘氨酰胺核苷酸胺核苷酸（FGAR）PRPP谷氨酰胺谷氨酰胺（Gln）=PRA甘氨酰胺甘氨酰胺核苷酸核苷酸（GAR）=甲酰甘氨甲酰甘氨脒核苷酸脒核苷酸（FGAM）5-氨基异咪唑氨基异咪唑-4-甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸（AICAR）=5-甲酰胺基咪唑甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸（FAICAR）IMP次黄嘌呤次黄嘌呤（H）PRPPPPi=AMP=PRPPPPi=腺嘌呤（腺嘌呤（A）GMP=PRPPPPi鸟嘌呤鸟嘌呤(G)6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸MTXMTX生物化学与分子

21、生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑ppt二、嘌呤核苷酸的分解代谢终产物是尿酸二、嘌呤核苷酸的分解代谢终产物是尿酸核苷酸核苷酸核苷核苷核苷酸酶核苷酸酶Pi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶碱基碱基1-磷酸核糖磷酸核糖u 核苷酸的分解核苷酸的分解生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑pptu 嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤核苷酸的分解代谢AMPGMPH（次黄嘌呤）（次黄嘌呤）GX（黄嘌呤）（黄嘌呤）黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶尿酸尿酸黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑ppt痛风症的治疗机制痛风症的治疗机制N N C C C CC

22、HCHN NN NC COHOH N NHCHCN N C C C CN NN N CH CHC COHOH N NHCHC次黄嘌呤次黄嘌呤别嘌呤醇别嘌呤醇鸟嘌呤鸟嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤黄嘌呤黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶尿酸尿酸黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇别嘌呤醇u次黄嘌呤及别嘌呤醇分子式次黄嘌呤及别嘌呤醇分子式u别嘌呤醇抑制尿酸生成别嘌呤醇抑制尿酸生成表示抑制表示抑制生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑ppt嘧啶核苷酸的合成与分解代谢嘧啶核苷酸的合成与分解代谢第三节第三节Synthesis and Degradation of Pyrimidine Nucleo

23、tides编辑pptu嘧啶核苷酸的结构嘧啶核苷酸的结构生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）UMPCMPdTMP编辑ppt 、嘧啶核苷酸的合成也有从头合成与补救合成两条途径嘧啶核苷酸的合成也有从头合成与补救合成两条途径(一一)嘧啶核苷酸的从头合成比嘌呤核苷酸简单嘧啶核苷酸的从头合成比嘌呤核苷酸简单u合成部位合成部位主要是肝细胞胞液主要是肝细胞胞液u合成原料合成原料谷氨酰胺、谷氨酰胺、CO2和天冬氨酸和天冬氨酸 生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑pptu 嘧啶合成的元素来源嘧啶合成的元素来源天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺CO2生物化学与分子生物学

24、（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑pptu 氨基甲酰磷酸的合成氨基甲酰磷酸的合成谷氨酰胺谷氨酰胺 + HCO3-氨基甲酰磷氨基甲酰磷酸合成酶酸合成酶II2ATP2ADP+Pi谷氨酸谷氨酸 + 氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑pptu两种氨基甲酰磷酸合成酶（两种氨基甲酰磷酸合成酶（CPS）的区别）的区别CPS-I 和和CPS-II区别区别生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑pptu 尿嘧啶核苷酸的合成过程尿嘧啶核苷酸的合成过程CO2+ 谷氨酰胺谷氨酰胺2ATPGlu2ADP+PiNH2O=COP+CH2CHH

25、OOCH2NCOOH氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸天冬氨酸氨天冬氨酸氨 基甲酰转移酶基甲酰转移酶PiCH2CHHO-CNHCOOHONH2O=C氨甲酰天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸二氢乳清酸酶二氢乳清酸酶H2OCH2CH CNHCOOHOHNO=C二氢乳清酸二氢乳清酸脱氢酶脱氢酶NAD+NADH+H+CCNHCOOHOHNO=C乳清酸乳清酸磷酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶PRPPPPiCCNCOOHOHNO=CR-5-P乳清酸核苷酸乳清酸核苷酸OMP脱羧酶脱羧酶CCNOHNO=CR-5-P生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑pptu胞嘧啶核苷酸的合成胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸

26、激酶尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶合成酶谷氨酰胺谷氨酰胺ATP谷氨酸谷氨酸ADP+PiUMPCTP生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑pptudTMP或或TMP的生成的生成TMP合酶合酶N5, N10-甲烯甲烯FH4FH2FH2还原酶还原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMPdTMPUDP脱氧核苷酸还原酶脱氧核苷酸还原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMPdUMP脱氧胸苷一磷酸脱氧胸苷一磷酸生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑ppt2. 从头合成的调节从头合成的调节ATP + CO2+ 谷氨酰胺

27、谷氨酰胺氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸UMP氨基甲酸天冬氨酸氨基甲酸天冬氨酸UTPCTP天冬氨酸天冬氨酸嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸ATP + 5-磷酸核糖磷酸核糖嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸PRPP表示抑制表示抑制生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑ppt（二）嘧啶核苷酸的补救合成途径与嘌呤核苷酸类似（二）嘧啶核苷酸的补救合成途径与嘌呤核苷酸类似嘧啶嘧啶 + PRPP磷酸嘧啶核苷磷酸嘧啶核苷 + PPi嘧啶磷酸核糖转移嘧啶磷酸核糖转移酶酶尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷 + ATP尿苷激酶尿苷激酶UMP +ADP胸腺嘧啶核苷胸腺嘧啶核苷 + ATP胸苷激酶胸苷激酶TMP +ADP生物化学与分子生物学（第生物化学与分子生物学（第9版）版）编辑ppt（三）嘧啶核苷酸的抗代谢物也是嘧啶、氨基酸或叶酸等的类似物（三）嘧啶核苷酸的抗代谢物也是嘧啶、氨基酸