核酸与核苷酸代谢课件

核酸与核苷酸代谢单核苷酸磷酸核苷戊糖+磷酸磷酸-1-戊糖含N碱基ACTGU核酸磷酸二酯酶核酸酶磷酸单酯酶核苷酸酶磷酸酶核苷磷酸化酶第一节核酸的消化与吸收第二节核酸的分解代谢核酸核苷酸第1步磷酸二酯酶核酸外切酶核酸内切酶磷酸二酯酶有两类核酸外切酶核酸外切酶核酸内切酶2种核酸外切酶蛇毒磷酸二酯酶：从DNA的3’端开始切割，形成5‘-核苷酸牛脾磷酸二酯酶：从DNA的5’端开始切割，形成3‘-核苷酸这种核酸外切酶切割DNA时仅识别磷酸二酯键，不识别周围的碱基，所以是非特异性核酸外切酶非特异性核酸内切酶仅识别磷酸二酯键，与形成磷酸二酯键的碱基无关。如：DNaseI，RNaseA，RNaseH特异性的核酸内切酶如细菌体内的限制性内切酶，仅在特定的碱基处将DNA切断。特异性限制性核酸内切酶第2步核苷酸的降解(水解)核苷酸核苷磷酸含N碱基戊糖核苷酸酶(磷酸单酯酶)核苷酶核苷磷酸化酶核苷水解酶第3步含N碱基的分解和戊糖的去向NH3H2OCO2戊糖碱基嘌呤尿酸(人)嘧啶将进入磷酸戊糖代谢途径其他低等动物不同生物的嘌呤分解终产物不同植物微生物CO2NH3尿酸尿囊酸尿素

人猿鸟爬虫昆虫其他哺乳动物，硬骨鱼鱼类和两栖类腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷腺嘌呤次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷次黄嘌呤脱氨酶黄嘌呤尿酸(人猿鸟)鸟囊素尿素（鱼两栖类）NH3+CO2脱氨酶脱氨酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶尿酸氧化酶尿囊素酶尿囊酸酶尿囊酸脲酶鸟嘌呤脱氨酶痛风的原因和治疗痛风是一种嘌呤分解代谢障碍疾病，是由于尿酸在病人体内过量积累而引起的。结构与次黄嘌呤很相似的别嘌呤醇(allopurinol)对黄嘌呤氧化酶有很强的抑制作用。腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷腺嘌呤次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷次黄嘌呤脱氨酶黄嘌呤尿酸(人猿鸟)鸟囊素尿素（鱼两栖类）NH3+CO2脱氨酶脱氨酶黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇×黄嘌呤氧化酶尿酸氧化酶尿囊素酶尿囊酸酶尿囊酸脲酶鸟嘌呤脱氨酶经别嘌呤醇治疗的患者排泄黄嘌呤和次黄嘌呤以代替尿酸。别嘌呤醇被黄嘌呤氧化酶氧化成别黄嘌呤(alloxanthine)，与酶活性中心牢固结合，导致酶失活。这种底物类似物经酶作用后成为酶的灭活物，是酶的自杀性底物(suicidesubstrate)。a胞嘧啶需要先脱氨基，不同的生物脱氨基的水平不同嘧啶的分解b不同生物的分解能力不同，分解过程也不同嘧啶的代谢过程尿嘧啶胞嘧啶胸腺嘧啶二氢尿嘧啶β–脲基丙酸β–丙氨酸丙二酸半醛丙二酰CoA乙酰CoATCAcycleβ–羟丙酸二氢胸腺嘧啶β-脲基异丁酸β-氨基异丁酸β-氨基异丁酸甲基丙二酸半醛甲基丙二酰CoA琥珀酰CoATCAcycle第三节核苷酸的生物合成一、

嘌呤核糖核苷酸的生物合成利用同位素示踪方法,测定了各个元素的来源生物合成嘌呤碱中嘌呤环的原料有CO2甲酸盐谷氨酰氨天冬氨酸甘氨酸提供C2C8提供C6提供N3N9提供N1提供C4C5N7生物体内合成嘌呤核苷酸时，不是直接合成嘌呤碱，然后与核糖和磷酸合成核苷酸，而是从5’磷酸核糖焦磷酸(PRPP)开始，经过一系列的酶促反应生成次黄嘌呤核苷酸，再转变成其他的核苷酸。嘌呤核苷酸的合成途径（1）从头合成(DeNovoSynthesis)

从5’磷酸核糖焦磷酸(PRPP)开始，利用各种小分子合成嘌呤核苷酸（2）补救途径(SalvagePathways)

利用生物体内现有的嘌呤或核苷(酸)合成嘌呤核苷酸，是一种节约型的合成方式，可避免体内小分子的浪费生物体内合成嘌呤核苷酸的途径有2种：（1）从头合成(DeNovoSynthesis)

合成要点从5’磷酸核糖焦磷酸(PRPP)开始，由PRPP提供磷酸核糖部分，再完成嘌呤环的装配，生成次黄嘌呤核苷酸。然后再转变为其他类型的核苷酸。5’磷酸核糖焦磷酸(PRPP)的合成5’-磷酸核糖ATP5’磷酸核糖焦磷酸AMP++焦磷酸激酶Mg2+ATP为磷酸核糖提供焦磷酸基团由PRPP开始,合成次黄嘌呤核苷酸,一共分为10步,又可以分为2个阶段。第1阶段从PRPP开始，加入天冬氨酸(Asn)的氨基，甘氨酸(Gly)的甲酰化,还有Asn的N原子的转移，形成咪唑环。第2阶段咪唑核苷酸羧化，再氨化、甲酰化、脱水而形成次黄嘌呤核苷酸，有许多步骤需要ATP的参加。次黄嘌呤核苷酸的合成步骤次黄嘌呤核苷酸的合成步骤然后由次黄嘌呤核苷酸(IMP)转变为其他的核苷酸在体内由各种激酶催化完成，如腺苷酸激酶、鸟苷酸激酶、核苷二激酶等。IMPAMPXMPGMPADPATPGDPGTP（2）补救途径(SalvagePathways)主要补救途径利用嘌呤与PRPP反应,生成核苷酸。有2种酶参与：a腺嘌呤磷酸核糖转移酶,生成AMPb次黄嘌呤(鸟嘌呤)磷酸核糖转移酶,生成IMP和GMP嘌呤核苷不能直接磷酸化生成核苷酸，而要先分解为嘌呤再利用注意一种与X染色体连锁的遗传代谢病，患者先天性缺乏次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶。这种缺陷是伴性的隐性遗传性状，主要见于男性。Lesch-Nyhan综合征由于鸟嘌呤和次黄嘌呤补救途径的障碍，导致过量产生尿酸。嘌呤核苷酸的从头合成和补救途径之间通常存在平衡。5‘-磷酸核糖胺的合成受到嘌呤核苷酸的抑制；缺少补救途径会引起嘌呤核苷酸合成速度的增加。结果大量积累尿酸，并导致肾结石和痛风。这些症状可通过别嘌呤醇对黄嘌呤氧化酶的抑制而得到缓解。Lesch-Nyhan综合征更严重的后果是招致自残肢体，别嘌呤醇对此症状无效。现在还不知道缺少补救途径为什么会造成如此的神经疾病症状。次要补救途径利用碱基和磷酸核糖合成核苷，由核苷磷酸化酶催化。碱基+1-磷酸核糖核苷Pi+再在磷酸激酶作用下生成核苷酸。+核苷+ATP核苷酸ADP但是，在生物体内，只有腺苷激酶，所以这是一条次要补救途径。生物体内，从头合成和补救途径之间存在平衡，补救途径不足会导致从头合成加速，使尿酸合成上升。嘌呤合成途径总结5-磷酸核糖+ATPPRPP谷氨酰氨谷氨酸5-磷酸核糖胺IMPAMPADPATPXMPGMPGDPGTP腺嘌呤(核苷)鸟嘌呤补救途径补救途径二、嘧啶核苷酸的生物合成先形成嘧啶环,再与磷酸核糖形成乳清苷酸，先生成UTP,再生成其他的嘧啶核苷酸。合成路线要点嘧啶环的N和C分别来自天冬氨酸和氨甲酰磷酸。嘧啶核苷酸的合成也有从头合成和补救途径2种方式。

(一)尿嘧啶核苷酸的合成先形成嘧啶环,再从PRPP处得到磷酸核糖,形成乳清苷酸,脱羧后得到UTP.1首先形成氨甲酰磷酸,这是氨甲酰的活性形式,形成嘧啶环的一半.2PiGlu++氨甲酰磷酸2ADP+Gln+2ATPHCO3-+2.乳清酸的形成是重要的中间产物,表明嘧啶环已经形成,3.乳清酸再得到磷酸核糖,脱羧即可形成UMP.基本过程谷氨酰氨2ATPHCO3氨甲酰磷酸天冬氨酸Pi氨甲酰天冬氨酸二氢乳清酸乳清酸乳清核苷UMPPRPPPiCO2谷氨酰氨2ATPHCO3氨甲酰磷酸天冬氨酸Pi氨甲酰天冬氨酸乳清酸二氢乳清酸乳清核苷UMP(二)胞嘧啶核苷酸的合成1尿嘧啶核苷酸变成胞嘧啶核苷酸发生在三磷酸水平,由Gln提供NH3(细菌直接利用NH3),ATP提供能量.UTPGlnATPH2OCTPGluADPPi++++++CTP合成酶尿嘧啶、尿嘧啶核苷和尿嘧啶核苷酸均不能直接氨化变成相应的胞嘧啶化合物，只有UTP可以变成CTPUMP尿苷酸激酶能量均由ATP

提供UDPUTPCTP二磷酸核苷酸激酶CTP合成酶(三)嘧啶核苷酸合成过程中的补救途径嘧啶合成补救的方式与嘌呤的不同嘌呤合成中的补救方式主要是利用嘌呤，得到PRPP，激酶的途径不是主要的，而在嘧啶的补救途径中，激酶途径是主要的方式。尿嘧啶的补救途径有2条：尿嘧啶UMP+PPi利用PRPP转移磷酸核糖基团＋PRPP尿嘧啶核苷UMP1-磷酸核糖PiATPADP尿苷激酶胞嘧啶的补救途径不同，胞嘧啶不能与PRPP反应转移磷酸核糖基团。尿苷激酶也可以催化胞苷磷酸化而生成CMP。胞嘧啶核苷尿苷激酶CMP＋ATP+ADP嘧啶合成途径的总结谷氨酰氨+HCO3+2ATP氨甲酰磷酸氨甲酰天冬氨酸天冬氨酸二氢乳清酸乳清酸乳清苷酸UMPUDPUTPCTPCDPCMPPRPPppi尿嘧啶、尿嘧啶核苷三脱氧核糖核苷酸的生物合成合成要点：均可以直接还原产生还原一般发生在二磷酸核苷酸水平ADPdADPGDPdGDPCDPdCDPUDPdUDPdUMPdTMP甲基化(一)核糖核苷酸的还原

一般在二磷酸核苷酸水平上还原。由核糖核苷酸还原酶催化完成。不同生物体内的还原酶基本相同。这个还原酶实际上是个酶系，组成非常复杂，由若干酶组成，包括硫氧还蛋白、硫氧还蛋白还原酶、核糖核苷酸还原酶等。还原所需要的H＋最终由NADPH提供，H＋经过一系列的传递，最后传递到底物核苷酸上。 此外，核苷一磷酸可以在特异的核苷一磷酸激酶下生成二磷酸脱氧核苷，如AMP激酶，CMP激酶，GMP激酶，UMP激酶，dTMP激酶等。核苷二磷酸和核苷三磷酸之间可以相互转变，由核苷二磷酸激酶催化。XTP+YDPXDP+YTP脱氧核糖核苷酸的合成也有补救途径，利用已有的碱基和核苷分别合成。现有的脱氧核糖核苷在激酶的作用下可以磷酸化而变成相应的核苷酸。现有的碱基可以与脱氧核糖-1-磷酸在磷酸化酶的作用下生成脱氧核苷。（与尿嘧啶的补救途径相似）有的微生物中有核苷脱氧核糖基转移酶，催化碱基与脱氧核糖核苷之间转变，如：胸腺嘧啶+脱氧胸腺脱氧胸苷+腺嘌呤胸腺嘧啶核苷酸的合成（dTMP）分两步进行：还原甲基化1.还原UDPdUDPdUMP或dCMPdUMP+H2O+NH3（脱氨反应）2.甲基化dUMPdTMP（发生在一磷酸水平）由胸腺嘧啶核苷酸合成酶

催化。胸腺嘧啶核苷酸合成酶催化的甲基化步骤甲基化中甲基的供体是：N5，N10亚甲基四氢叶酸，供出甲基后变成二氢叶酸，再由二氢叶酸还原酶催化还再原为四氢叶酸。二氢叶酸的类似物氨基蝶呤、氨甲蝶呤是二氢叶酸还原酶的抑制剂，造成甲基化不能进行，从而抑制核酸的合成。氨基蝶呤、氨甲蝶呤可以用做抗肿瘤的药物，治疗急性白血病、绒毛膜上皮癌等，但是由于副作用也较大，使用受到大大限制。胸腺嘧啶核苷酸的合成过程CDPdCDPdCTPUDPdUDPdUTPdUMPdTMP核糖核苷酸还原酶核苷二磷酸激酶脱氨酶

dUTPase胸苷酸合成酶嘌呤核苷酸的合成总结5-磷酸核糖ATP＋5-磷酸核糖焦磷