核苷酸的代谢

关于核苷酸的代谢扬州大学生物科学与技术学院1第1页，共90页，2023年，2月20日，星期四2核苷酸：核酸的基本结构单位。体内核苷酸不属营养必需物质。而且食物来源的嘌呤和嘧啶碱很少被机体利用。核苷酸的生物学功用：⒈作为核酸合成的原料（主要功能）⒉体内能量的利用形式（ATPGTPUTPCTP）⒊参与代谢和生理调节（cAMPcGMP）⒋组成辅酶（NADFADNAD+NADP+HSCoA）⒌活化中间代谢物（UDPGCDP-胆碱SAM等）第2页，共90页，2023年，2月20日，星期四3食物蛋白蛋白质核酸（RNA及DNA）胃酸核苷酸核酸酶核苷磷酸核苷酸酶碱基戊糖核苷酶一、核酸和核苷酸的分解代谢（一）核酸的酶促降解

第3页，共90页，2023年，2月20日，星期四4核酸的降解：①核酸在酶的作用下先水解成多核苷酸或单核苷酸。②核苷酸在核苷酸酶的催化下可继续水解成核苷和磷酸。③核苷在酶的催化下分解，得到碱基。第4页，共90页，2023年，2月20日，星期四5核酸磷酸核苷酸核苷水解核酸酶核苷酸酶第5页，共90页，2023年，2月20日，星期四6参与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核酸酶的功能第6页，共90页，2023年，2月20日，星期四7核酸酶的定义及分类核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶称为核酸酶。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。依据切割部位不同核酸内切酶核酸外切酶第7页，共90页，2023年，2月20日，星期四8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。脱氧核糖核酸外切酶：只作用于DNA

核糖核酸外切酶:只作用于RNA核酸内切酶:从核酸分子内部切断3’，5’-磷酸二酯键。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。第8页，共90页，2023年，2月20日，星期四95´

p

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pOHB

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p3´BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶5´端外切得：3’核苷酸蛇毒磷酸二酯酶3´端外切得：5’核苷酸外切酶：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′-核苷酸第9页，共90页，2023年，2月20日，星期四10DNARNA外切酶内切酶特定部位的—限制性内切酶第10页，共90页，2023年，2月20日，星期四11限制性内切酶：主要降解外源DNA具有严格的碱基序列专一性EcoRⅠ第一个字母为大肠杆菌E.coli属名；co为种名的头两个字母；第四个字母R表示大肠杆菌的菌株；最后一个罗马数字表示该细菌中已分离出的这一类酶的编号。

第11页，共90页，2023年，2月20日，星期四12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。第12页，共90页，2023年，2月20日，星期四13磷酸-戊糖碱基核苷核苷酶分解合成？进入磷酸戊糖途径或重新合成核酸第13页，共90页，2023年，2月20日，星期四14催化核苷分解的酶核苷磷酸化酶存在广泛，它所催化的反应是可逆的。核苷水解酶主要存在于植物和微生物中，它只催化核糖核苷水解，对脱氧核糖核苷无作用，并且反应不可逆。

第14页，共90页，2023年，2月20日，星期四15第15页，共90页，2023年，2月20日，星期四16核酸的消化吸收

核酸的分解产物碱基和戊糖可被直接吸收，未被分解的核苷也可以直接吸收。核酸的消化产物吸收后，由门静脉进入肝脏。戊糖可以被分解或合成体内的核酸肠道吸收的碱基只有很少量可以用于合成体内的核酸，绝大部分碱基被分解排除体外。虽然食物来源的碱基几乎不能掺入到组织的核酸中，但非肠道输入的化合物却可能掺入组织的核酸中。例如注射的脱氧胸苷可以掺入新合成的DNA中。第16页，共90页，2023年，2月20日，星期四17（二）嘌呤的分解嘌呤碱包括：A-腺嘌呤、G-鸟嘌呤嘌呤的分解代谢终产物人、猿以及鸟类、爬虫类和大多数昆虫：尿酸其他哺乳动物、双翅目昆虫：尿囊素硬骨鱼类：尿囊酸大多数鱼类、两栖类：尿素尿酸酶尿囊素酶人、猿以及鸟类、爬虫类和大多数昆虫：尿酸其他哺乳动物、双翅目昆虫：尿囊素硬骨鱼类：尿囊酸大多数鱼类、两栖类：尿素尿囊酸酶第17页，共90页，2023年，2月20日，星期四18嘌

呤

的

分

解第18页，共90页，2023年，2月20日，星期四19脱氨可发生在核苷/核苷酸水平第19页，共90页，2023年，2月20日，星期四20第20页，共90页，2023年，2月20日，星期四21第21页，共90页，2023年，2月20日，星期四22痛风与核酸代谢痛风的形成：由于体内过多的尿酸形成尿酸钠结晶造成的。尿酸钠或尿酸也可以在肾脏和输尿管中沉淀为结石，导致肾脏损伤和输尿管堵塞。别嘌呤醇的结构与次黄嘌呤相似，是黄嘌呤氧化酶的竞争抑制剂，可以抑制黄嘌呤的氧化，减少尿酸的生成，所以别嘌呤醇用于缓解痛风的症状。第22页，共90页，2023年，2月20日，星期四23痛风的尿酸钠晶体第23页，共90页，2023年，2月20日，星期四24第24页，共90页，2023年，2月20日，星期四25第25页，共90页，2023年，2月20日，星期四26核糖脱氨基酶A-腺嘌呤腺苷次黄苷核苷磷酸化酶核糖-1-磷酸次黄嘌呤黄嘌呤氧化酶H2OO2黄嘌呤氧化酶H2OO2黄嘌呤尿酸第26页，共90页，2023年，2月20日，星期四27（三）嘧啶的分解

动物体内的嘧啶分解与嘌呤不同，嘧啶环可以被打开生成易溶于水的二氧化碳、氨、β-丙氨酸和β-氨基异丁酸。在分解中胞嘧啶先脱去氨基生成尿嘧啶，尿嘧啶还原成二氢尿嘧啶，再水解开环，最终水解生成二氧化碳、氨和β-丙氨酸。胸腺嘧啶的水解过程与尿嘧啶相似，还原成二氢胸腺嘧啶后，水解生成二氧化碳、氨和β-氨基异丁酸。第27页，共90页，2023年，2月20日，星期四28嘧啶的分解第28页，共90页，2023年，2月20日，星期四29第29页，共90页，2023年，2月20日，星期四30第30页，共90页，2023年，2月20日，星期四31比较分解产物共同产物：二氧化碳和氨气不同产物：β-丙氨酸（T）

β-氨基异丁酸（C和U）第31页，共90页，2023年，2月20日，星期四32第32页，共90页，2023年，2月20日，星期四33胞嘧啶NH3NH3尿嘧啶NADPH+H+NADPH+2CO2β-丙氨酸

NH3

CH3

CO2

乙酸乙酸+3NH3+2CO2胸腺嘧啶NADPH+H+NADPCO2+NH3β-氨基异丁酸β-氨基异丁酸+CO2+NH3排出体外或进入有机酸代谢。CO223第33页，共90页，2023年，2月20日，星期四34胞嘧啶NH3尿嘧啶二氢尿嘧啶H2OCO2+NH3β-丙氨酸胸腺嘧啶β-脲基异丁酸β-氨基异丁酸H2O丙二酸单酰CoA乙酰CoATCA肝尿素甲基丙二酸单酰CoA琥珀酰CoATCA糖异生第34页，共90页，2023年，2月20日，星期四35二、核苷酸生物合成（一）嘌呤核苷酸的合成途径生物体都能合成核苷酸，研究表明生物体合成核苷酸有两种途径，即“从头合成”途径和“补救”合成途径。第35页，共90页，2023年，2月20日，星期四36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第36页，共90页，2023年，2月20日，星期四37天冬氨酸

一碳基团（甲酸盐）谷氨酰胺甘氨酸

一碳基团（甲酸盐）嘌呤环各原子的来源第37页，共90页，2023年，2月20日，星期四38第38页，共90页，2023年，2月20日，星期四39第39页，共90页，2023年，2月20日，星期四40合成次黄嘌呤核苷酸（IMP图11-5）由5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP)开始合成次黄嘌呤核苷酸，也称肌苷酸（IMP），经过10步反应，反应可分为两个阶段。第一阶段由5-磷酸核糖-1-焦磷酸与谷氨酰胺反应生成1-氨基-5-磷酸核糖，再与甘氨酸结合，经甲酰化和转移谷氨酰胺的氮原子，然后闭合成环生成5-氨基咪唑核苷酸。第二阶段由5-氨基咪唑核苷酸羧化，进一步获得天冬氨酸的氨基，再甲酰化，最后脱水闭合成环生成次黄嘌呤核苷酸。上述十步反应中有四步消耗ATP。第40页，共90页，2023年，2月20日，星期四41磷酸核糖焦磷酸激酶第41页，共90页，2023年，2月20日，星期四42转酰胺酶5-磷酸核糖胺第42页，共90页，2023年，2月20日，星期四435-磷酸核糖胺甘氨酰胺核苷酸合成酶第43页，共90页，2023年，2月20日，星期四44甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸转甲酰基酶来自甲酸（盐）第44页，共90页，2023年，2月20日，星期四45甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨脒核苷酸合成酶第45页，共90页，2023年，2月20日，星期四46第46页，共90页，2023年，2月20日，星期四47甲酰甘氨脒核苷酸5-氨基-咪唑核苷酸合成酶第47页，共90页，2023年，2月20日，星期四48第一阶段第48页，共90页，2023年，2月20日，星期四49N5-羧基氨基咪唑核苷酸5-氨基-咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸羧化酶第49页，共90页，2023年，2月20日，星期四505-氨基-咪唑-4-羧酸核苷酸N5-羧基氨基咪唑核苷酸第50页，共90页，2023年，2月20日，星期四515-氨基-咪唑-4-羧酸核苷酸N-琥珀-5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸第51页，共90页，2023年，2月20日，星期四525-氨基咪唑-4（N-琥珀基）甲酰胺核苷酸5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸延胡索酸第52页，共90页，2023年，2月20日，星期四535-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸5-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸第53页，共90页，2023年，2月20日，星期四545-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸次黄嘌呤核苷酸第54页，共90页，2023年，2月20日，星期四55第二阶段第55页，共90页，2023年，2月20日，星期四56关键酶IMP合成的特点：IMP是在磷酸核糖分子上逐步合成的，而不是首先单独合成嘌呤碱，再与磷酸核糖结合的。第56页，共90页，2023年，2月20日，星期四57①腺苷酸代琥珀酸合成酶③IMP脱氢酶②腺苷酸代琥珀酸裂解酶④GMP合成酶AMP和GMP的生成第57页，共90页，2023年，2月20日，星期四58第58页，共90页，2023年，2月20日，星期四59•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第59页，共90页，2023年，2月20日，星期四60第60页，共90页，2023年，2月20日，星期四61第61页，共90页，2023年，2月20日，星期四622、嘌呤核苷酸合成补救途径

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。第62页，共90页，2023年，2月20日，星期四63在大多数细胞核酸的转化中，特别是某些RNA的转化释放出腺嘌呤、鸟嘌呤和次黄嘌呤。这些嘌呤碱基通过“补救途径”重新转变成相应的核苷酸。

第63页，共90页，2023年，2月20日，星期四64主要发生在肝脏，常因各种抑制物甚至生理紧张导致其中的某些酶缺乏，影响细胞生长。“从头合成”途径（通常情况下占95%）核糖、氨基酸、CO2、NH3、Pi核糖核苷酸辅酶RNA脱氧核糖核苷酸DNA“补救”途径(脑和骨髓)内外源核酸分解核苷碱基、Pi脱氧核苷核酸类补品原理所在可提高康复速度第64页，共90页，2023年，2月20日，星期四65第65页，共90页，2023年，2月20日，星期四66第66页，共90页，2023年，2月20日，星期四67第67页，共90页，2023年，2月20日，星期四68（二）嘧啶核苷酸的合成途径1、尿嘧啶核苷酸(UMP)的从头合成第68页，共90页，2023年，2月20日，星期四69嘧啶碱天冬氨酸NH3CO2嘧啶环合成后+磷酸核糖C(U)MP第69页，共90页，2023年，2月20日，星期四70第70页，共90页，2023年，2月20日，星期四71第71页，共90页，2023年，2月20日，星期四72第72页，共90页，2023年，2月20日，星期四732、胞嘧啶核苷的合成细菌直接与氨作用第73页，共90页，2023年，2月20日，星期四743、补救途径第74页，共90页，2023年，2月20日，星期四754、嘧啶核苷酸生物合成的调节第75页，共90页，2023年，2月20日，星期四76第76页，共90页，2023年，2月20日，星期四77(三）脱氧核糖核苷酸的合成1、在核糖核苷二磷酸水平被还原第77页，共90页，2023年，2月20日，星期四78第78页，共90页，2023年，2月20日，星期四79第79页，共90页，2023年，2月20日，星期四802、胸腺嘧啶核苷的合成第80页，共90页，2023年，2月20日，星期四81脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成

胸腺嘧啶核苷酸合成酶NADPH+H++SerNADP++Gly

N5、N10亚甲基FH4FH