第十三章 核酸代谢课件

第十三章

核酸代谢

预备知识第一节核酸的降解和核苷酸代谢第二节DNA的复制和修复第三节RNA的生物合成和加工本节小结第十三章核酸代谢预备知识1DNA与RNADNA与RNA2核酸的生物功能DNA是主要的遗传物质RNA参与蛋白质的生物合成三类RNA共同控制着蛋白质的生物合成

RNA功能的多样性核酸的生物功能DNA是主要的遗传物质3核苷酸的功用合成核酸的原料

体内能量的利用形式：ATP,GTP,CTP,UTP参与代谢和生理调节：cAMP,cGMP组成辅酶：FAD,NAD+,NADP+活化中间代谢物：UDPG，CDP-DG，SAM核苷酸的功用合成核酸的原料4核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸腺嘌呤核苷酸（5′-AMP）NNNH2NNOHHOHHOHHCH2OPO¯O¯O5´胞嘧啶脱氧核苷酸

(5′-dCMP)NOHHHHOHHCH25´ONH2NOPO¯O¯O55均为β-糖苷键磷酸酯键核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸腺嘌呤核苷酸NNNH2NNOHHO5

作用于核酸分子中磷酸二酯键的酶.根据对底物的专一性可分为：

(1)核糖核酸酶(ＲNase):

(2)脱氧核糖核酸酶ＤNase（3）非特异性核酸酶2.根据酶的作用方式分：核酸内切酶、核酸外切酶。核酸酶作用于核酸分子中磷酸二酯键的酶.核酸酶6

U(或C）

5’P3’U(或C）

P

3’G

5’3’U(或C、A）

P

3’※牛胰核糖核酸酶（RNaseI）-----作用位点是嘧啶核苷-3’-磷酸与其它核苷酸间的连接键。※核糖核酸酶T1（RNaseT1）----作用位点是3’-鸟苷酸与其它核苷酸的5’-OH间的键。(1)核糖核酸酶(ＲNase):

U(或C）5’P3’U(或C）P3’G5’37(2)脱氧核糖核酸酶ＤNase※牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseI）可切割双链和单链DNA。产物是以5’-磷酸为末端的寡核苷酸。

※限制性核酸内切酶：细菌体内能识别并水解外源双源DNA的核酸内切酶，产生3ˊ-OH和5ˊ-P。（3）非特异性核酸酶※蛇毒磷酸二酯酶能从RNA或DNA链的游离的3’-OH逐个水解，生成5’-核苷酸。

※牛脾磷酸二脂酶从游离的5’-OH开始逐个水解，生成3’核苷酸。2.根据酶的作用方式分：核酸内切酶、核酸外切酶。(2)脱氧核糖核酸酶ＤNase8核苷酸酶

（磷酸单脂酶）

※水解核苷酸，产生核苷和磷酸※非特异性磷酸单酯酶：不论磷酸基在戊糖的2’、3’、

5’，都能水解下来。※特异性磷酸单酯酶：

只能水解3’核苷酸或5’核苷酸

（3’核苷酸酶、5’核苷酸酶）核苷酶①

核苷磷酸化酶：广泛存在，反应可逆。②

核苷水解酶：主要存在于植物、微生物中，只水解核糖核苷，不可逆核苷酸酶（磷酸单脂酶）※水解核苷酸，产生核苷和磷酸核苷酶9第一节

核酸的降解和核苷酸代谢一、核酸的酶促降解二、嘌呤碱和嘧啶碱的分解三、核苷酸的生物合成第一节核酸的降解和核苷酸代谢一、核酸的酶促降解10核酸磷酸核苷酸核苷磷酸-戊糖碱基水解核酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶何处去？进入磷酸戊糖途径或重新合成核酸？分解合成一、核酸的酶促降解

nucleicacidnucleotidephosphate(磷酸二酯酶)（磷酸单酯酶)basepurinepyrimidine核酸磷酸核苷酸核苷磷酸-戊糖碱基水核酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶11DNARNA外切酶内切酶特定部位的—限制性内切酶DNARNA外切酶内切酶特定部位的—限制性内切酶12反应部位：主要肝、肾、小肠代谢终产物：尿酸重要的酶：黄嘌呤氧化酶血浆中尿酸含量（正常值）：

0.12-0.36mmol/L，

(2-6mg%)（一）嘌呤核苷酸的分解代谢反应部位：主要肝、肾、小肠（一）嘌呤核苷酸的分解代谢13嘌呤核苷酸的分解代谢历程Uricacid嘌呤核苷酸的分解代谢历程Uricacid14嘌呤代谢异常的一种疾病代谢异常的突出表现是尿酸生成过多，使血尿酸临床表现：尿酸含量过高，血中尿酸含量升高，难溶性的尿酸盐沉积于关节和软骨及肾等处，导致关节炎、尿路结石及肾疾病。血中尿酸含量：超过8mg%痛风症嘌呤代谢异常的一种疾病痛风症15别嘌呤醇治疗痛风症的机理（1）抑制黄嘌呤氧化酶，从而抑制尿酸的生成（2）同时反馈抑制嘌呤核苷酸从头合成的酶系别嘌呤醇治疗痛风症的机理（1）抑制黄嘌呤氧化酶，从而抑制尿酸16

核苷酸酶

核苷磷酸化酶嘧啶核苷酸

核苷

嘧啶

C、U：CO2、NH3、

ß-丙氨酸终产物

T：CO2、NH3、

ß-氨基异丁酸（二）嘧啶核苷酸的分解代谢核苷酸酶核17嘧啶核苷酸的分解代谢历程β-丙氨酸嘧啶核苷酸的分解代谢历程β-丙氨酸18二、嘌呤和嘧啶的分解在各种脱氨酶作用下水解脱去氨基。390页※脱氨基作用主要在核糖、核苷酸和碱基三个水平进行。※不同种类的生物分解嘌呤的能力不同，终产物也不同排尿酸动物：灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类

排尿囊素动物：哺乳动物（灵长类除外）、腹足类

排尿囊酸动物：硬骨鱼类

排尿素动物：大多数鱼类、两栖类※某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和CO2排出。

※植物分解嘌呤的途径与动物相似，产生各种中间产物（尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）。

※微生物分解嘌呤类物质，生成NH3、CO2及有机酸（甲酸、乙酸、乳酸、等）。（一）嘌呤的分解二、嘌呤和嘧啶的分解在各种脱氨酶作用下水解脱去氨基。390页19嘌呤碱的分解嘌呤碱包括:A-腺嘌呤、G-鸟嘌呤A-腺嘌呤的分解不同种类动物将尿酸直排或进行不同程度的继续降解排出体外。H2O2在SOD（超氧化物歧化酶）或过氧化氢酶作用下分解为H2O。在人体中嘌呤碱基的分解是不开环，而不断在环外不断加氧氧化的过程。G-鸟嘌呤分解与A类似共同分解中产物为黄嘌呤，产物也是尿酸。若浓度过高会引起尿结石、风湿性关节炎。嘌呤碱的分解嘌呤碱包括:A-腺嘌呤、G-鸟嘌呤20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21（二）嘧啶的分解有氨基的首先水解脱氨基。391页※人和某些动物体内脱氨基过程有的发生在核苷或核苷酸上。脱下的NH3可进一步转化成尿素排出。※嘧啶碱包括：U-尿嘧啶，C-胞嘧啶，T-胸腺嘧啶※嘧啶环在相应的水解酶催化下，从解开嘧啶环开始逐个的水解各个骨架原子最终释放出CO2，NH3，同时生成相应的酸。※尿嘧啶与胞嘧啶的分解类似，分解产物为乙酸。※胸腺嘧啶分解终产物为β-氨基异丁酸（二）嘧啶的分解有氨基的首先水解脱氨基。391页22胞嘧啶NH3NH3尿嘧啶NADPH+H+NADPH+2CO2

β-丙氨酸

NH3

CH3

CO2

乙酸乙酸+3NH3+2CO2胸腺嘧啶NADPH+H+NADPH+CO2+NH3

β-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胞嘧啶NH3NH3尿嘧啶NADPH+H+NADPH+2CO223三、核苷酸的生物合成1.从“头合成”途径：利用磷酸核糖、氨基酸及CO2等简单物质为原料，经一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。2.补救合成途径：利用体内游离的嘌呤核苷或嘧啶核苷，经过简单的反应过程，合成核苷酸的途径。（一）核苷酸生物合成的基本途径三、核苷酸的生物合成1.从“头合成”途径：利用磷酸核糖、氨基24

核苷酸生物合成途径概括补救途径从头合成核苷辅酶碱基核糖核苷酸核糖、氨基酸、CO2、NH3脱氧核苷脱氧核苷酸RNADNA核苷酸生物合成途径概括补救途径从头合成核苷辅酶碱基核糖25（二）嘌呤核苷酸的合成甘氨坐中间，谷氮站两边，左手开天门，头顶二氧碳。1.从头合成（1）嘌呤碱合成的元素来源（二）嘌呤核苷酸的合成甘氨坐中间，谷氮站两边，左手开天门，26“从头合成”中碱基各原子来源嘌呤碱天冬氨酸谷氨酰胺甘氨酸甲酸甲酸CO2通过放射性同位素法推断磷酸核糖C1上逐个安插成嘌呤碱成分，形成A(G)MP。“从头合成”中碱基各原子来源嘌呤碱天冬氨酸谷氨酰胺甘氨酸甲酸27（2）从头合成途径

ATPAMP5-磷酸核糖PRPP焦磷酸激酶，镁离子。磷酸核糖焦磷酸合成酶PRPP5-磷酸核糖胺IMPAMPGMP（2）从头合成途径ATPAMP5-磷酸核28PRPPPRPP29R-5-P5-磷酸核糖OOHOHCH2OPOHATPAMPPRPP磷酸核糖焦磷酸OOHOHCH2OPOP～GlnGluPRA1-氨基-5-磷酸核苷OOHOHCH2OPNH2PATPGly甘氨酰胺核苷酸OOHOHCH2OPNHCH2CNH2OFH4510N,N-CH=FH4甲酰甘氨酰核苷酸OOHOHCH2OPNHCH2CNHOCHOGluGln甲酰甘氨咪核苷酸OOHOHCH2OPNHCH2CNHCHOHNH2O5-氨基咪唑核苷酸OOHOHCH2OPH2NHCHNCCNCO25-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸OOHOHCH2OPOCH2NCHNCCNHOR-5-P5-磷酸核糖OOHOHCH2OPOHATPA305-甲酰氨基-4-氨基甲酰咪唑核苷酸(FAICAR)OOHOHCH2OPONCCHNCCNHHNHCOH2OIMP次黄嘌呤核苷酸OOHOHCH2OPONCCHNCCNHNHCN10-CHO-FH45-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸OOHOHCH2OPONCH2NCHNCCNHHfumarateCOOHHCH2CCOOHOOHOHCH2OPOCH2NCHNCCNNH5-氨基咪唑-4(N-琥珀酸)?﹠-甲酰胺核苷酸Asp5-甲酰氨基-4-氨基甲酰咪唑核苷酸(FAICAR)OOH31（3）嘌呤核苷酸从头合成的特点合成原料：磷酸核糖、氨基酸、一碳单位和CO2等简单物质合成部位：主要在肝细胞液是在5-磷酸核糖的基础上逐步合成嘌呤环，而不是首先单独合成嘌呤碱，然后再与磷酸核糖结合的首先合成次黄嘌呤核苷酸，然后再转变成AMP，GMP重要的催化酶：PRPP合成酶、PRPP酰胺转移酶（嘌呤核苷酸合成的重要调节点）（3）嘌呤核苷酸从头合成的特点合成原料：磷酸核糖、氨基酸、一32（4）嘌呤核苷酸从头合成的调节抑制部位的酶均为变构酶。磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶腺苷酸转琥珀酸合成酶次黄嘌呤核苷酸脱氢酶原则之一：满足需求，防止供过于求（4）嘌呤核苷酸从头合成的调节抑制部位的酶均为变构酶。33原则之二：交叉调解，相互调整，比例平衡原则之二：交叉调解，相互调整，比例平衡342.补救合成及生理意义原料:已有的嘌呤碱、嘌呤核苷、PRPP重要的酶：

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),最重要磷酸核糖供体：PRPP节约能量和一些氨基酸的消耗。有些组织（如脑、骨髓）不能从头合成嘌呤核苷酸，只能进行嘌呤核苷酸的补救合成。HGPRT完全缺失的患儿，表现为自毁容貌征。缺乏补救途径会引起嘌呤核苷酸合成速度降低，

结果大量积累尿酸，并导致肾结石和痛风。2.补救合成及生理意义原料:已有的嘌呤碱、嘌呤核苷、PRPP35自毁容貌症（Lesch-Nyhan综合症）临床表现：智力发育障碍，攻击性性格，肌肉痉挛，强制性自咬唇舌和指尖，尿中尿酸排出量过量，50mg/kg体重/24hr。分子基础：HGPRT先天缺陷（隐性X性链锁遗传）

自毁容貌症（Lesch-Nyhan综合症）临床表现：智力发育36嘌呤核苷酸的补救合成（HGPRT受IMP、GMP反馈抑制）嘌呤核苷酸的补救合成（HGPRT受IMP、GMP反馈抑制）373.嘌呤核苷酸合成总结IMPAMPGMPADPGDPATPGTPdADPdATPdGDPdGTP3.嘌呤核苷酸合成总结IMPAMPGMPADPGDPATPG38抗代谢物：嘌呤、氨基酸、叶酸等的类似物作用方式：以竞争性抑制，“以假乱真”干扰或阻断嘌呤核苷酸的合成代谢重要的抗代谢物

嘌呤类似物：6-巯基嘌呤（6MP）

叶酸类似物：氨蝶呤、甲氨蝶呤（MTX）

谷氨酰胺类似物：氮杂丝氨酸4.嘌呤核苷酸的抗代谢物抗代谢物：嘌呤、氨基酸、叶酸等的类似物4.嘌呤核苷酸的抗代谢39嘌呤核苷酸的抗代谢物-1嘌呤核苷酸的抗代谢物-140嘌呤核苷酸的抗代谢物-2嘌呤核苷酸的抗代谢物-241嘌呤核苷酸的抗代谢物-3嘌呤核苷酸的抗代谢物-342嘌呤核苷酸的抗代谢物的作用嘌呤核苷酸的抗代谢物的作用436MP核苷酸反馈抑制PRPP酰胺转移酶从而抑制嘌呤核苷酸的从头合成6MP核苷酸抑制IMP转变为AMP和GMP的反应6MP直接抑制HGPRT，阻断嘌呤核苷酸的补救合成6MP的作用部位及抗癌机理6MP核苷酸反馈抑制PRPP酰胺转移酶从而抑制嘌呤核苷酸的从44（三）

嘧啶核苷酸的合成★与嘌呤核苷酸合成不同，在合成嘧啶核苷酸时，首先合成嘧啶环，再与磷酸核糖结合，生成尿嘧啶核苷酸，最后由尿嘧啶核苷酸转化为胞嘧啶核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸。关键的中间化合物是乳清酸。★合成前体：氨甲酰磷酸（或CO2,NH3）、Asp（三）嘧啶核苷酸的合成★与嘌呤核苷酸合成不同，在合成嘧啶核45嘧啶碱天冬氨酸NH3CO2嘧啶环合成后+磷酸核糖C(U)MP嘧啶碱天冬氨酸NH3CO2嘧啶环合成后+磷酸核糖C(U)MP461.从头合成原料：Gln、CO2、Asp、R-5-P等合成部位：主要在肝细胞液合成方式：先合成嘧啶环，再与磷酸核糖相连合成过程：先合成UMP，再转变成其他嘧啶核苷酸1.从头合成原料：Gln、CO2、Asp、R-5-P等47氨基甲酰磷酸合成酶的比较

氨基甲酰磷酸合成酶II

氨基甲酰酸合成酶I

部位肝细胞液肝线粒体

底物

CO2、谷氨酰胺CO2、氨

生成物合成嘧啶核苷酸合成尿素调节物受UMP抑制AGA为变构激活剂意义：细胞增殖程度的指标肝细胞分化程度的指标(1)重要的酶及反应氨基甲酰磷酸合成酶的比较48(2)合成过程(2)合成过程49CTP和TTP的合成CTP和TTP的合成50TMP合成的特点在胸苷酸合成酶催化下，由dUMP甲基化生成甲基供体；N5，N10-甲烯FH4dUMP来源：dUDP或dCMPTMP合成的特点在胸苷酸合成酶催化下，由dUMP甲基化生成51核苷酸转化成核苷三磷酸※核苷酸不直接参加核酸的生物合成而是先转化成相应的核苷三磷酸后再参如RNA或DNA。※从核苷酸转化为核苷二磷酸的反应是由相应的激酶催化的。这些激酶对碱基专一，对其底物含核糖或脱氧核糖无特殊要求。※核苷二酸进一步转化为核苷三磷酸是由另一种激酶催化的。此酶对碱基和戊糖都没有特殊的要求，磷酸供体为ATP。（d）NMP+ATP→

（d）NDP+ADP（d）NDP+ATP→

（d）NTP+ADP核苷酸转化成核苷三磷酸※核苷酸不直接参加核酸的生物合成而是先52主要调节酶细菌：天冬氨酸氨基甲酰转移酶哺乳类动物细胞：氨基甲酰磷酸合成酶II多功能酶：受到阻遏或去阻遏调节PRPP合成酶：同时受嘧啶和嘌呤核苷酸反馈抑制(3)嘧啶核苷酸从头合成的调节主要调节酶(3)嘧啶核苷酸从头合成的调节53嘧啶核苷酸合成的调节嘧啶核苷酸合成的调节542.嘧啶核苷酸的补救合成途径尿苷激酶尿嘧啶核苷+ATPUMP+ADP胸苷激酶正常肝活性低再生肝：活性升高恶性肿瘤：明显升高与恶性程度有关

脱氧胸苷+ATPdTMP+ADP胸苷激酶2.嘧啶核苷酸的补救合成途径尿苷激酶尿嘧啶核苷+ATP55嘧啶类似物：5-F-尿嘧啶（5-FU）谷氨酰胺类似物：氨杂丝氨酸类叶酸类似物：氨甲蝶呤（MTX）核苷类似物：阿糖胞苷、环胞苷3.嘧啶核苷酸的抗代谢物嘧啶类似物：5-F-尿嘧啶（5-FU）3.嘧啶核苷酸的抗代谢56嘧啶核苷酸的抗代谢物嘧啶核苷酸的抗代谢物575-FU在体内活化为FdUMP和FUTPFdUMP竞争性抑制dTMP合成酶，使dTMP生成减少FUTP以FUMP的形式掺入RNA分子，影响其代谢5-FU的作用部位及抗癌机理5-FU在体内活化为FdUMP和FUTP5-FU的作用部位及58（四）脱氧核苷酸的合成生物体中的脱氧核糖核苷酸是由相应的核糖核苷酸还原生成的。催化此反应的酶体系：核糖核苷酸还原酶，硫氧环蛋白，硫氧还蛋白还原酶及FAD、NADP等辅助因子腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶核糖核苷酸经还原，将核糖第二位碳原子的氧脱去，即成为相应的脱氧核糖核苷酸。胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸：先由尿嘧啶核糖核苷酸还原形成尿嘧啶脱氧核糖核苷酸，然后尿嘧啶再经甲基化转变成胸腺嘧啶。（四）脱氧核苷酸的合成生物体中的脱氧核糖核苷酸是由相应的核糖59ADP、GDP、CDP、UDP均可分别被还原成相应的脱氧核糖核苷酸：dADP、dGDP、dCDP、dUDP等，其中dUDP甲基化，生成dTDP。动物组织、肿瘤细胞和高等植物的还原反应一般在核苷二磷酸（NDP）水平上进行，以硫氧环蛋白为还原剂，ATP、dATP、dTTP、dGTP是还原酶的变构效应物；个别微生物（枯草杆菌、赖氏乳菌杆菌）在核苷三磷酸水平上还原（NTP），还原剂是含维生素B12的一种辅酶。

胸苷酸脱氧尿苷酸甲基是由胸苷酸合成酶催化的。四氢叶酸是甲基的供体，产物为脱氧胸苷酸（dTMP）和二氢叶酸。四氢叶酸可以从二氢叶酸再生。还原反应经二氢叶酸还原酶催化，由NADPH供给氢。下一步