生物化学核酸代谢

1、讨论：核酸的营养价值！第十章第十章 核酸的代谢核酸的代谢第一节第一节 核苷酸的概述核苷酸的概述第二节第二节 核苷酸的合成动态核苷酸的合成动态第三节第三节 核苷酸的生物代谢核苷酸的生物代谢核苷酸的概述核苷酸的概述1、核酸合成的原料（最主要）2、体内能量的利用形式： ATP是细胞的主要能量形式；GTP也可提供能量3、参与代谢和生理调节： ATP/ADP/AMP, 第二信使cAMP、cGMP4、组成辅酶:如腺苷酸CoA / FAD / NAD+ / NADP+5、活化中间代谢产物：UDP-葡萄糖糖原合成 CDP-二脂酰甘油磷脂合成 n二、核苷酸的代谢动态n食物核酸 cAMP cGMPn NTPn n

2、合成核酸 核苷酸 组织核酸n 活性中间体n组织核酸 辅酶回顾: 核酸的一级结构核酸酶水解核酸的酶 按作用底物（按作用底物（DNADNA或或RNARNA）分类）分类, ,作用位点作用位点核酸酶水解核酸的酶n外切酶：如蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶，蛇毒磷酸二酯酶从多核苷酸链的3端开始逐个水解核苷酸链，产物为5-核苷酸。牛脾磷酸二酯酶从多核苷酸链的5端开始逐个水解核苷酸链，产物为3-核苷酸AGGCAUGCP5/5/3/3/PPPPPP牛脾磷酸二酯 酶蛇毒磷酸二酯 酶RNARNA的降解的降解 RNA降解是涉及到基因表达的一个重要环节，降解是涉及到基因表达的一个重要环节， rRNA和和tRNA是稳定的

3、是稳定的RNA ，其更新率低；其更新率低； mRNA是不稳定的是不稳定的RNA，其更新率非常高。其更新率非常高。脊椎动物细胞脊椎动物细胞mRNA的平均半衰期约为的平均半衰期约为3h, 细菌细菌mRNA的的半衰期大约只有半衰期大约只有1.5min，以适应快速生长和对环境作出快以适应快速生长和对环境作出快速反应的要求。速反应的要求。 所有细胞中都存在各种核糖核酸酶，可以降解所有细胞中都存在各种核糖核酸酶，可以降解RNA。真真核生物核生物mRNA降解的主要途径首先是降解的主要途径首先是poly(A)尾巴尾巴的缩短的缩短，去腺苷酸化能诱发脱去，去腺苷酸化能诱发脱去5 端帽子结构，然后由端帽子结构，然后

4、由5 3 方方向和向和3 5 方向降解方向降解mRNA。n核酸内切酶：将核酸分解成较小的核苷酸链，很多核酸内切酶无选择性。但在某些细菌和蓝藻中，存在一类特殊的核酸内切酶，称为限制性核酸内切酶。这类酶在双链DNA上能识别特殊的核苷酸序列。 n一个完整的DNA克隆过程应包括：目的基因的获取，基因载体的选择与构建，目的基因与载体的拼接，重组DNA分子导入受体细胞，筛选并无性繁殖含重组分子的受体细胞（转化子）。 图图 5-27 DNA重组技术的主要步骤重组技术的主要步骤 返回食物核蛋白食物核蛋白蛋白质蛋白质核酸核酸(RNA与与DNA)(磷酸二酯酶磷酸二酯酶)单核苷酸单核苷酸胰、肠核苷酸酶胰、肠核苷酸酶

5、(磷酸单酯酶磷酸单酯酶)核苷核苷磷酸磷酸核苷酶核苷酶(水解或磷酸解水解或磷酸解)戊糖或磷酸戊糖戊糖或磷酸戊糖碱基碱基核酸的消化核酸的消化排出，很排出，很少利用少利用(OH)OHHO HHO HO HHH O CH2H O CH2OHHO HHHO HHD-核糖D-2-脱氧核糖腺嘌呤的分解过程 鸟嘌呤的分解过程 一、嘌呤核苷酸的分解代谢尿酸的形成与分解过程 嘌呤核苷酸的分解代谢GMPAMP鸟嘌呤鸟嘌呤黄嘌呤黄嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤 Pi Pi NH3尿酸尿酸黄嘌呤黄嘌呤氧化酶氧化酶 NH3别别嘌嘌呤呤醇醇（-）痛风症痛风症腺嘌呤脱氨酶鸟嘌呤脱氨酶7mg/dl或0.41mmol/L ADA基因缺陷

6、次次 黄黄 嘌嘌 呤呤别别 嘌嘌 呤呤 醇醇别嘌呤醇通过竞别嘌呤醇通过竞争性抑制黄嘌呤争性抑制黄嘌呤氧化酶而抑制尿氧化酶而抑制尿酸的生成酸的生成次黄嘌呤和别嘌呤醇二、嘧啶的分解二、嘧啶的分解嘧啶分解代谢特点嘧啶分解代谢特点1 1、还原降解，环被打破、还原降解，环被打破2 2、终产物、终产物: NH: NH3 3 、COCO2 2 、-丙氨酸、丙氨酸、-氨基异丁酸氨基异丁酸 核苷酸的合成代谢一、核糖核苷酸的生物合成二、脱氧核糖核苷酸的生物合成三、单核苷酸转变成核苷二磷酸和核苷 三磷酸四、各种核苷酸的相互转变1.1.从头合成途径（肝、胸腺）：从头合成途径（肝、胸腺）：R-5-PR-5-P核苷酸核苷

7、酸2 .2 .补救合成途径（脑、骨髓）：补救合成途径（脑、骨髓）：嘌呤或嘧啶碱嘌呤或嘧啶碱 + +核苷酸核苷酸磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸( (PRPP)PRPP)aaaa“-C”“-C”COCO2 2（一系列酶促反应）（一系列酶促反应）两条合成途径R-5-PR-5-P嘌呤核苷酸的合成代谢嘌呤核苷酸的合成代谢(一一)、从头合成途径、从头合成途径甲甲 酸酸天冬氨天冬氨 酸酸甘甘 氨氨 酸酸谷谷 氨氨 酰酰 胺胺 嘌呤环上原子的来源嘌呤环上原子的来源5-磷酸核糖磷酸核糖-1-焦磷酸焦磷酸(PRPP) 开始，经一系开始，经一系列酶促反应，先生成列酶促反应，先生成次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸(肌苷肌苷

8、酸酸, IMP)，然后再转变为，然后再转变为AMP和和GMP。部位：肝脏的胞浆部位：肝脏的胞浆一）嘌呤核苷酸的从头合成合成特点：合成特点：R-5-P PRPP一碳单位、一碳单位、 CO2、谷氨酰谷氨酰胺、甘氨酸、天冬酰氨胺、甘氨酸、天冬酰氨IMP在在PRPP的基础上各原料逐步合成嘌呤核苷酸的基础上各原料逐步合成嘌呤核苷酸嘌呤环嘌呤环的原料的原料IMP生成生成反应反应过程过程IMP转变为转变为GMP和和AMPAMPADPATPADPATP激酶激酶ADPATP激酶激酶GMPGDPGTPADPATP激酶激酶ADPATP激酶激酶 从头合成的调节从头合成的调节R-5-PATPPRPP合成酶合成酶PRPP

9、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AMP ADPATPXMPGMPGDP GTP+_IMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATPGTP_+调节方式：调节方式：反馈调节反馈调节和和交叉调节交叉调节嘧啶核苷酸的合成代谢嘧啶核苷酸的合成代谢(一一) 从头合成途径从头合成途径 先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖连接生先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖连接生成成嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸.AspCO2GlnNCNCCC123456CPS-ICPS-II肝细胞线粒体中肝细胞线粒体中氨氨N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸胞液（所有细胞）胞液（所有细胞）谷氨酰胺谷氨酰胺

10、无无分布分布氮源氮源变构激活剂变构激活剂功能功能尿素合成尿素合成嘧啶嘧啶 合成合成CPS-ICPS-II肝细胞线粒体中肝细胞线粒体中氨氨N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸胞液（所有细胞）胞液（所有细胞）谷氨酰胺谷氨酰胺无无分布分布氮源氮源变构激活剂变构激活剂功能功能尿素合成尿素合成嘧啶嘧啶 合成合成氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶 I、II 的区别的区别嘧啶核嘧啶核苷酸从苷酸从头合成头合成的调节的调节CMP的合成的合成ATPADP尿苷酸激酶尿苷酸激酶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+PiCMP3、dTMP的合成 dUDPd

11、UDPdUMPdUMPdTMPdTMPN N5 5，N N1010- -甲烯基甲烯基 FHFH4 4FH2 UDPUDP UMPUMP还原还原核糖核苷酸的补救合成途径核糖核苷酸的补救合成途径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)等等参与补救合成的酶参与补救合成的酶（

12、碱基磷酸核糖转移酶（碱基磷酸核糖转移酶 核苷激酶）核苷激酶）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合成过程合成过程腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷腺苷激酶腺苷激酶ATPADPAMP嘧啶嘧啶 + + PRPP磷酸嘧啶核苷磷酸嘧啶核苷 + + PPi嘧啶磷酸核糖转移酶嘧啶磷酸核糖转移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 +ADPHGPRT-自毁容貌综合症自毁容貌综合症l节省能量和

13、一些原料的消耗节省能量和一些原料的消耗l某些组织器官，如脑、骨髓、白细某些组织器官，如脑、骨髓、白细胞等只能进行补救合成胞等只能进行补救合成脱氧核糖核苷酸的生成脱氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上进行在核苷二磷酸水平上进行（N代表代表A、G、U、C等碱基）等碱基）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+还原型硫氧化还原型硫氧化还原蛋白还原蛋白-(SH)2氧化型硫氧氧化型硫氧化还原蛋白化还原蛋白SS硫氧化还原蛋白还原酶硫氧化还原蛋白还原酶（F

14、AD）脱氧核苷酸的生成脱氧核苷酸的生成嘌啶核苷酸与嘧啶核苷酸合成的比较嘌啶核苷酸与嘧啶核苷酸合成的比较相同点相同点1. 合成原料基本相同合成原料基本相同嘌啶核苷酸嘌啶核苷酸嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸2. 合成部位肝脏合成部位肝脏3. 都有都有2种合成途径种合成途径(从头和补救途径从头和补救途径) 4. 合成核苷酸合成核苷酸不同点不同点1. 在在5-P -R基础上合成基础上合成嘌呤环嘌呤环2. 最先合成的核苷酸是最先合成的核苷酸是 IMP3. 在在IMP基础上完成基础上完成AMP和和GMP的合成的合成1. 先合成嘧啶环再与先合成嘧啶环再与 5-P-R结合结合2. 先合成先合成UMP3. 以以UMP为基

15、础为基础, 完完成成CTP, dTMP的合成的合成 核苷酸的抗代谢物核苷酸的抗代谢物嘌呤类似物嘌呤类似物氨基酸类似物氨基酸类似物叶酸类似物叶酸类似物6- 6-巯基嘌呤巯基嘌呤6- 6-巯基鸟嘌呤巯基鸟嘌呤8- 8-氮杂鸟嘌呤等氮杂鸟嘌呤等氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸等等氨蝶呤氨蝶呤氨甲蝶呤氨甲蝶呤等等次黄嘌呤次黄嘌呤(H)6-巯基嘌呤巯基嘌呤(6-MP)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

16、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MTXMTXMTX甲氨碟呤 MTX甲氨碟呤 6-MP- 6-巯基嘌呤巯基嘌呤胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T)5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶(5-FU)UMPUTPCTPCDPdCDPUDPdUDPdUMPdTMP氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸阿糖胞苷阿糖胞苷氨甲碟呤氨甲碟呤氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸CDP CDP dCDPdCDP

17、dCTPdCTP Ara-C (-)核苷类似物 阿糖胞苷(Ara-C) 核苷酸代谢核苷酸代谢课堂练习课堂练习1. 1. 补救合成途径主要在下列组织中进行补救合成途径主要在下列组织中进行. . 肝组织肝组织 . . 胸腺胸腺脑组织脑组织 D D骨髓组织骨髓组织E. E. 小肠小肠. .下列原料在嘌呤碱和嘧啶碱合成中均需要下列原料在嘌呤碱和嘧啶碱合成中均需要C0C02 2 B. Asp B. AspC. C. GlnGln D. “ D. “ C C ” E. E. GlyGly3. 需要需要PRPP提供提供R-5-P的途径是的途径是 A. 嘌呤核苷酸的从头合成嘌呤核苷酸的从头合成B. 嘌呤核苷酸的补救合成嘌呤核苷酸的补救合成C. 嘧啶核苷酸的从头合成嘧啶核苷酸的从头合成D. 嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶核苷酸的补救合成E. 以上途径都需要以上