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第七章 核酸的降解和核苷酸代谢

第七章 核酸的降解和核苷酸代谢. 第一节 核酸的酶促降解. 第二节 核苷酸的分解代谢. 第三节 核苷酸的合成代谢. 珍奥核酸＝基因营养素 ?. 核 苷 酸 的 功 能. 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 ， CDPG ， PAPS,CDP- 乙醇胺. 胃酸. 核糖核酸酶. 胰 核酸酶. 脱氧核糖核酸酶. 氨基酸. 第一节 核酸的酶促降解. 食物核蛋白. 核酸的降解过程.

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第七章 核酸的降解和核苷酸代谢

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Presentation Transcript

  1. 第七章 核酸的降解和核苷酸代谢 第一节 核酸的酶促降解 第二节 核苷酸的分解代谢 第三节 核苷酸的合成代谢

  2. 珍奥核酸＝基因营养素?

  3. 核 苷 酸 的 功 能 • 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，CDPG，PAPS,CDP-乙醇胺

  4. 胃酸 核糖核酸酶 胰核酸酶 脱氧核糖核酸酶 氨基酸 第一节 核酸的酶促降解 食物核蛋白 核酸的降解过程 蛋白质 核酸（RNA,DNA) 单核苷酸 胰肠核苷酸酶 磷酸 核苷 核苷酶 碱基 戊糖 （磷酸戊糖）

  5. 一、降解方式 5’末端的磷酸基团 核酸 核酸酶 3‘，5’-磷酸二酯键 核苷酸 3‘ 3‘末端羟基 5‘

  6. 核酸内切酶 水解3’磷酸酯键 作用方式 作用键 核酸外切酶 水解5’磷酸酯键 二、核酸酶：实质是磷酸二脂酶 核糖核酸酶(RNase) 脱氧核糖核酸酶(DNase) 底物 非特异性核酸酶

  7. p p p p p p p p 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 B B B B B B B B 3´ OH 5´ 蛇毒磷酸二酯酶（ 3´端外切） 牛脾磷酸二酯酶（ 5´端外切）

  8. p p p p p p p p p p 核酸酶对RNA的水解位点示意图 • 核酸内切酶:从核酸分子内部切断3’，5’-磷酸二酯键。 • 牛胰核糖核酸酶（RNase Ⅰ），作用位点是嘧啶核苷-3’-磷酸与其它核苷酸5’-OH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。 G A Py Pu Py Py G A C U 1´ 3´ OH 5´ RNase T1 RNase I RNase I RNase T1 Pu ：嘌呤 Py：嘧啶

  9. Eco R I 属名 种名 株名 序号 • 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,产生3ˊ-OH和5ˊ-P。 例：Eco R I，这是从大肠杆菌（Ecoli）R菌珠中分离出的一种限制性内切酶

  10. 常用的DNA限制性内切酶的专一性 酶 辨认的序列和切口 说明 Alu I ‥ ‥A G C T ‥‥ ‥ ‥T C G A ‥ ‥ 四核苷酸，平端切口 BamH I 六核苷酸，粘端切口 ‥ ‥G G A T C C ‥‥ ‥ ‥C C T A G G ‥‥ 六核苷酸，粘端切口 ‥ ‥A G A T C T ‥‥ ‥ ‥T C T A G A ‥‥ Bgl I Eco R I 六核苷酸，粘端切口 ‥ ‥G A A T T C ‥‥ ‥ ‥C T T A A G ‥‥ 六核苷酸，粘端切口 Hind Ⅲ ‥ ‥A A G C T T‥‥ ‥ ‥T T C G A A ‥‥ Sal I ‥ ‥G T C G A C ‥‥ ‥ ‥C A G C T G ‥‥ 六核苷酸，粘端切口 Sma I ‥ ‥C C C G G G ‥‥ ‥ ‥G G G C C C ‥‥ 六核苷酸，平端切口

  11. 核苷酸酶 B H O C H 2 O H H H H O H O H 核苷 第二节 核苷酸的降解代谢 一、核苷酸的降解 1、核苷酸 + H2O 核苷+Pi

  12. O H O H N H N H 2 2 N N N N N N H N N N H O N N N H O N 2 H O C H H O C H H O C H H O C H 2 2 2 O 2 O O O H H H H H H H H H H H H H H H H O H O H O H O H O H O H O H O H 鸟嘌呤核苷 胞嘧啶核苷 尿嘧啶核苷 腺嘌呤核苷

  13. 2、核苷 + H2O 嘌呤（或嘧啶）+戊糖 （核苷水解酶主要存在于植物和微生物体内，并且只能对核糖核苷起作用，对脱氧核糖核苷不起作用。） 核苷+ H3PO4嘌呤（或嘧啶）+1-磷酸戊糖 （核苷磷酸化酶广泛存在） 核苷水解酶 核苷磷酸化酶

  14. A I 黄嘌呤 尿酸 人、猿、鸟 G 尿囊素 非灵长类动物 硬骨鱼 尿囊酸 鱼、两栖类 尿素 CO2+NH3 低等动物 二、嘌呤的降解：

  15. O O C C H N H C N 鸟嘌呤脱氨酶 N C N C C C H C C C H N H N N H2O NH3 2 N O NH O2+H2 鸟嘌呤G 黄嘌呤X 黄嘌呤氧化酶 H2O2 O C H N C NH C C O C NH O NH 1、鸟嘌呤的分解 尿囊素酶 尿酸氧化酶 尿囊酸 尿囊素 尿囊酸酶 尿酸 4NH3+2CO2 尿素

  16. N H O 2 C H N C C N H N C N H C C C H N N H C C C H N N O2+H2 黄嘌呤氧化酶 H2O2 O O C H N C N C H N C N C C C H N O C C O C N N O N 2、腺嘌呤的分解 腺嘌呤脱氨酶 次黄嘌呤(I) H2O NH3 腺嘌呤(A) 黄嘌呤氧化酶 H2O2 O2+H2 尿酸 黄嘌呤(X)

  17. 嘌呤核苷酸降解的抑制 血中尿酸含量：正常：2～6mg%； 痛风症：超过8mg%

  18. 腺苷 腺嘌呤核苷酸AMP H2O H2O 脱氨酶 脱氨酶 NH3 NH3 次黄嘌呤核苷酸 次黄嘌呤核苷 黄嘌呤氧化酶 O C H N C N C C O C N O N 嘌呤核苷酸的分解代谢 腺嘌呤 次黄嘌呤 动物腺嘌呤分解 黄嘌呤 鸟嘌呤 鸟嘌呤核苷酸 鸟苷 黄嘌呤氧化酶 尿酸

  19. 尿嘧啶 脱氨 还原 二氢尿嘧啶 开环 脲基丙酸 水解 β-丙氨酸 + C O N H 2 3 乙酰CoA 三、嘧啶的降解 这是还原降解过程 胞嘧啶 胸腺嘧啶 还原 二氢胸腺嘧啶 开环 脲基异丁酸 水解 β-氨基异丁酸 琥珀酰CoA

  20. 胸腺嘧啶 O C O C H C H N 3 C H C H N C C H O N C C H H O N H O O C C H C C H N 3 H C H N C C H C C H O N O N H H O O H O C H O C C H H2 C H N C H 3 N H2 C C H O C C H N O N H H CH3 NH2-CH2-CH2-COOH 尿嘧啶 二氢嘧啶脱氢酶 NADPH NADPH NADP+ NADP+ 二氢胸腺嘧啶 二氢尿嘧啶 H2O 二氢嘧啶酶 H2O 脲基异丁酸 脲基丙酸 H2O 脲基（）酸酶 H2O NH3+CO2 NH3+CO2 NH2-CH2-CH2-COOH β-丙氨酸 β-氨基异丁酸

  21. 脲嘧啶和胞嘧啶的分解产物：β-丙氨酸的去向 • 合成CoA • 转氨作用产生甲酰乙酸，分解为乙酸 • 用于脂类的合成 • 进入TCA继续氧化 • 胸腺嘧啶的分解产物：β氨基异丁酸的去向 • 直接从尿排出 • 脱羧脱氨形成β-丙氨酸 • 转氨生成甲基丙二酸半醛，最后生成琥珀酰辅酶A

  22. 本 节 要 点 • 核苷酸可被核苷酶和核苷磷酸化酶降解 • 嘌呤降解生成可以排泄化合物，是氧化降解的过程，生物进化程度愈高，分解嘌呤的能力愈差 • 动物体内腺嘌呤降解在核苷和核苷酸水平发生，由腺嘌呤核苷脱氨酶和AMP脱氨酶脱去氨基 • 黄嘌呤氧化酶催化次黄嘌呤氧化成黄嘌呤以及黄嘌呤氧化成尿酸 • 嘧啶降解生成容易代谢的产物，是还原降解过程

  23. 第三节 核苷酸的合成代谢 一、嘌呤核苷酸的生物合成 二、嘧啶核苷酸的生物合成 三、脱氧核糖核苷酸的生物合成 四、一、二三磷酸核苷的相互转变

  24. 从头合成途径：利用磷酸核糖、NH3、OCU及CO2等简单前体物质为原料，经一系列酶促反应，合成核苷酸的杂环碱基到核苷酸的途径。从头合成途径：利用磷酸核糖、NH3、OCU及CO2等简单前体物质为原料，经一系列酶促反应，合成核苷酸的杂环碱基到核苷酸的途径。 • 补救合成途径：碱基不用从头合成，直接利用体内游离的碱基或核苷，经过简单的反应过程，合成核苷酸的途径。此途径实际上是核苷酸降解产物的再循环。

  25. （甲酸盐） （甲酸盐） 1、嘌呤环的元素来源 一、嘌呤核苷酸从头合成 1N:来源于天冬氨酸 2、8C:来源于甲酸 3、9N:来源于谷氨酰胺 4、5C和7N:来自甘氨酸 6C:来自CO2 甘氨坐中间，谷碳站两边， 左手开天门，头顶二氧碳。

  26. 2、合成过程： (1)PRPP的合成 焦磷酸激酶

  27. O H N H 2 N N N N H N N N N N 2 P O C H P O C H 2 2 O O H H H H H H H H O H O H O H O H 鸟嘌呤核苷酸 腺嘌呤核苷酸

  28. (2) IMP的合成 • IMP的合成：在PRPP的基础，先后连接原子的次序是：N9, C4.C5.N7, C8, N3, C6, N1, C2 • 总反应式： 5-磷酸核糖 + CO2 + 甲川FH4 + 甲酰FH4 + 2Gln + Gly + Asp + 5ATP → IMP+ 2FH4 + 2Glu + 延胡索酸 + 4ADP + AMP + 4Pi + PPi

  29. 嘌呤核苷酸的合成过程

  30. NAD+ NADH+H+ 谷氨酰胺 谷氨酸 GMP IMP XMP 脱氢酶 合成酶 ATP AMP+PPi H2O GTP GDP+Pi 延胡索酸+AMP IMP + Asp 腺苷酸琥珀酸合成酶 腺苷酸琥珀酸裂解酶 (3)AMP和GMP的生成 • 腺苷酸AMP的合成 • 鸟苷酸的形成

  31. AMP和GMP的生成

  32. 次黄苷酸IMP α-氨基酸 α-酮戊二酸 天冬氨酸 α-酮酸 腺苷酰琥珀酸 草酰乙酸 谷氨酸 腺苷酸AMP 苹果酸 延胡索酸 b、转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联 主要发生在骨骼肌、心肌、脑等组织。

  33. 嘌呤核苷酸从头合成要点 • 嘌呤核苷酸的合成是先形成次黄嘌呤核苷酸（IMP）,由IMP再转化为其他嘌呤核苷酸（AMP和GMP）。 • IMP的合成从5-P-核糖开始的，在ATP参与下先形成PRPP，由PRPP提供嘌呤核苷酸中核糖磷酸部分 • 次黄嘌呤核苷酸（IMP）的合成不是先形成嘌呤环，而是在PRPP的C1上逐渐形成嘌呤环。（古老砌墙式） • 嘌呤环形成由Asp、Gln、 Gly、甲酸、CO2提供N和C • 嘌呤核苷酸合成的关键步骤是从PRPP和Gln形成5-磷酸核糖胺， PRPP 的C1由α构型转为β构型

  34. 嘌呤＋核糖磷酸 嘌呤核苷酸 腺嘌呤磷酸核糖转移酶 腺嘌呤+PRPP AMP+PPi APRT （二）、嘌呤核苷酸的补救合成 1、

  35. 2、

  36. 嘌呤核苷酸补救合成的生理意义 • 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(次黄嘌呤－鸟嘌呤磷酸核糖转移酶)完全缺失的患儿，表现为自毁容貌症（Lesch－Nyhan综合症）。

  37. (-) (-) (+) (+) 腺苷酸代 (-) AMP ADP ATP 琥珀酸 酰基转移酶 PRPP合成酶 R-5-P PRPP PAR IMP (-) GDP GMP XMP GTP (-) (-) （三）、嘌呤核苷酸合成的调节 • 原则之一：满足需求，防止供过于求。

  38. 原则之二：相互调整，比例平衡

  39. 4 C 天冬氨酸 NH3 C 5 N 3 H2N-CO- 氨甲酰磷酸 CO2 C 2 C 6 1 N P 1、嘧啶环上各原子的来源 二、嘧啶核苷酸的合成 （一）嘧啶核苷酸从头合成途径

  40. 2、尿苷酸（UMP）的从头合成 氨基甲酰磷酸合成酶的比较 氨基甲酰磷酸合成酶-Ⅰ 氨基甲酰磷酸合成酶-Ⅱ 分布 线粒体（肝） 胞液（所有细胞） 氮源 氨 谷氨酰胺 变构激活剂 N- 乙酰谷氨酸 无 功能 尿素合成 嘧啶的合成 氨基甲酰磷酸

  41. UMP的合成过程

  42. 尿嘧啶核苷酸激酶 核苷二磷酸激酶 UDP UMP UTP ADP ATP ATP ADP UTP + NH3 + ATP CTP + ADP + Pi Mg2+ CTP合成酶 (细菌体内) UTP+谷氨酰胺+ATP+H2O CTP+谷氨酸+ADP+Pi CTP合成酶 3、胞苷酸CTP的生物合成 （在动植物体内,由谷氨酰胺代替氨参加反应提供氨基）

  43. 嘧啶核苷酸从头合成的特点 • 嘧啶核苷酸的合成是先形成UMP • 嘧啶环形成由Asp、氨甲酰磷酸 提供N和C • UMP的合成与嘌呤核苷酸不同，先利用小分子化合物形成嘧啶环，再装到PRPP上（装配式） • 胞嘧啶核苷酸由尿苷酸转变而来。这个转化是在尿苷三磷酸（UTP）的水平上进行。

  44. 嘧啶磷酸核糖转移酶 嘧啶+PRPP 嘧啶核苷酸+PPi 嘧啶：尿嘧啶，乳清酸，不包括胞嘧啶 尿苷酸磷化酶 尿嘧啶＋1-磷酸核糖 尿嘧啶核苷＋Pi 尿苷激酶 尿苷激酶 尿嘧啶核苷+ATP UMP+ADP 胞嘧啶核苷+ATP CMP+ADP (二)嘧啶核苷酸的补救合成途径 1、磷酸核糖转移酶途径（胞嘧啶不行） 2、嘧啶核苷激酶途径（重要途径）

  45. （三）嘧啶核苷酸合成的调节

  46. 1、核糖核苷酸的还原反应 三、脱氧核苷酸的合成 • 还原反应一般在核苷二磷酸（NDP）水平上进行，个别微生物（如赖氏乳菌杆菌）在核苷三磷酸（NTP）水平上还原。 • ADP、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

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