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第九章 核酸的降解 与核苷酸代谢

第九章 核酸的降解 与核苷酸代谢. 胃酸. 胰核酸酶. 食物核蛋白. 核酸（ RNA 及 DNA ）. 蛋白质. 胰、肠核苷酸酶. 核苷酶. 核苷酸. 磷酸. 核苷. 碱基. 戊糖. 第一节 核酸的降解与核酸酶类. 一、核酸的降解. 二、核酸酶（ Nuclease ）. 1 、核酸酶的定义及分类 核酸酶 是指作用于核酸的磷酸二酯键的酶 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.

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第九章 核酸的降解 与核苷酸代谢

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  1. 第九章 核酸的降解与核苷酸代谢

  2. 胃酸 胰核酸酶 食物核蛋白 核酸（RNA及DNA） 蛋白质 胰、肠核苷酸酶 核苷酶 核苷酸 磷酸 核苷 碱基 戊糖 第一节 核酸的降解与核酸酶类 一、核酸的降解

  3. 二、核酸酶（Nuclease） 1、核酸酶的定义及分类 核酸酶是指作用于核酸的磷酸二酯键的酶 • 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

  4. 依据切割部位不同 • 核酸内切酶：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。 • 核酸外切酶：5´→3´或3´→5´核酸外切酶

  5. 2、核酸酶的功能 生物体内的核酸酶负责细胞内外催化核酸的降解 • 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

  6. 第二节 核苷酸的代谢 一、核苷酸代谢的动态 • 核酸的降解 • 氨基酸 葡萄糖 磷酸 • 核苷酸的降解 • 核苷酸的从头合成 单核苷酸库 • 核酸的合成 • 核苷酸的降解 • 产物的再利用

  7. 二、嘌呤核苷酸的分解代谢 • 嘌呤核苷酸的结构 AMP GMP

  8. （一）嘌呤核苷酸的合成代谢 • 从头合成途径(de novo synthesis pathway) 利用氨基酸等作为原料合成 • 补救合成途径(salvage synthesis pathway) 利用体内游离的碱基或核苷合成

  9. 1、嘌呤核苷酸的从头合成 • 定义 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。 • 合成部位 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。

  10. 嘌呤碱合成的元素来源 CO2 甘氨酸 天冬氨酸 甲酰基 （一碳单位） 甲酰基 （一碳单位） 谷氨酰胺 （酰胺基）

  11. 合成原料：天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳基团、CO2、磷酸核糖。合成原料：天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳基团、CO2、磷酸核糖。 • 合成特点：磷酸核糖为起始物，逐步加原料合成嘌呤环，形成重要中间产物 IMP（次黄嘌呤核苷酸），再由它转变为AMP和GMP。

  12. 过程 1. IMP的合成 2. AMP和GMP的生成

  13. AMP ATP PRPP合成酶 谷氨酰胺 酰胺转移酶 谷氨酸 AMP GMP PP-1-R-5-P （5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸） PRPP R-5-P （5-磷酸核糖） H2N-1-R-5´-P （5´-磷酸核糖胺） 在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下 IMP

  14. 激酶 激酶 ATP ADP ATP ADP AMP ADP ATP 激酶 激酶 GMP GDP GTP ATP ADP ATP ADP

  15. 嘌呤核苷酸从头合成特点 • 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

  16. _ _ _ + + 腺苷酸代 琥珀酸 AMP ADP R-5-P ATP PRPP合成酶 酰胺转移酶 IMP _ ATP GMP GTP XMP GDP _ _ 腺苷酸代 琥珀酸 AMP ADP ATP + IMP + GMP GDP GTP XMP ATP _ • 从头合成的调节 调节方式：反馈调节和交叉调节 PRPP PRA GTP

  17. 2、嘌呤核苷酸的补救合成途径 • 定义 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。

  18. 参与补救合成的酶 1.腺嘌呤磷酸核糖转移酶 (adenine phosphoribosyl transferase, APRT) 2.次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶 (hypoxanthine- guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT) 3.腺苷激酶(adenosine kinase)

  19. APRT 腺嘌呤 +PRPP AMP + PPi HGPRT 次黄嘌呤 + PRPP IMP + PPi HGPRT 鸟嘌呤 +PRPP GMP + PPi 腺苷激酶 腺嘌呤核苷 AMP ATP ADP • 合成过程

  20. 补救合成的生理意义 • 补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。 • 体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。

  21. 3、嘌呤核苷酸的相互转变 AMP NADPH+H+ GMP NH3 NH3 腺苷酸脱氨酶 鸟苷酸还原酶 NADP+ 腺苷酸代 琥珀酸 IMP XMP

  22. 4、脱氧核糖核苷酸的生成 在核苷二磷酸水平上进行 （N代表A、G、U、C等碱基）

  23. S S 激酶 dNDP + ATP dNTP + ADP 脱氧核苷酸的生成 核糖核苷酸还原酶，Mg2+ NDP dNDP 二磷酸核糖核苷 二磷酸脱氧核苷 还原型硫氧化还原蛋白-(SH)2 氧化型硫氧化还原蛋白 NADPH + H+ NADP+ 硫氧化还原蛋白还原酶 （FAD）

  24. （二）嘌呤核苷酸的分解代谢 核苷酸酶 核苷酸 核苷 Pi 核苷磷酸化酶 1-磷酸核糖 碱基

  25. H （次黄嘌呤） 黄嘌呤氧化酶 AMP X （黄嘌呤） GMP G 黄嘌呤氧化酶 嘌呤碱的最终 代谢产物

  26. 三、嘧啶核苷酸的代谢 嘧啶核苷酸的结构

  27. （一）嘧啶核苷酸的合成代谢 • 从头合成途径 • 补救合成途径

  28. 1、嘧啶核苷酸的从头合成 • 定义 嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核糖、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，合成嘧啶核苷酸的途径。 • 合成部位 主要是肝细胞胞液

  29. 氨基甲 酰磷酸 天冬氨酸 • 嘧啶合成的元素来源

  30. 合成原料：谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2、磷酸核糖。合成原料：谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2、磷酸核糖。 • 合成特点：用原料先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖连接生成嘧啶核苷酸

  31. 谷氨酰胺 + HCO3- 2ATP 氨基甲酰磷酸合成酶II 2ADP+Pi 谷氨酸 + 氨基甲酰磷酸 • 合成过程 （1） 尿嘧啶核苷酸的合成

  32. 尿苷酸激酶 二磷酸核苷激酶 ATP ADP ATP ADP CTP合成酶 谷氨酰胺 ATP 谷氨酸 ADP+Pi （2）胞嘧啶核苷酸的合成 UDP UTP

  33. 脱氧核苷酸还原酶 UDP dUDP dCDP dCMP CTP CDP TMP合酶 FH2还原酶 FH4 FH2 N5, N10-甲烯FH4 NADP+ NADPH+H+ （3） dTMP或TMP的生成 dUMP 脱氧胸苷一磷酸 dTMP

  34. - - - - 从头合成的调节 ATP + CO2+ 谷氨酰胺 氨基甲酰磷酸 天冬氨酸 氨基甲酸天冬氨酸 嘌呤核苷酸 PRPP ATP + 5-磷酸核糖 UMP 嘧啶核苷酸 UTP CTP

  35. 嘧啶磷酸核糖转移酶 嘧啶 +PRPP 磷酸嘧啶核苷 + PPi 尿苷激酶 尿嘧啶核苷 + ATP UMP +ADP 胸苷激酶 胸腺嘧啶核苷 + ATP TMP +ADP 2、 嘧啶核苷酸的补救合成

  36. 3、嘧啶核苷酸的抗代谢物 • 嘧啶类似物 5-氟尿嘧啶(5-FU) 胸腺嘧啶(T)

  37. 某些改变了核糖结构的核苷类似物

  38. 能够抑制嘧啶核苷酸合成的抗代谢药物也是一些嘧啶核苷酸的类似物，通过对酶的竞争性抑制而干扰或抑制嘧啶核苷酸的合成。能够抑制嘧啶核苷酸合成的抗代谢药物也是一些嘧啶核苷酸的类似物，通过对酶的竞争性抑制而干扰或抑制嘧啶核苷酸的合成。 • 主要的抗代谢药物是5-氟尿嘧啶（5-FU）。5-FU在体内可转变为F-dUMP，其结构与dUMP相似，可竞争性抑制胸苷酸合成酶的活性，从而抑制胸苷酸的合成。

  39. UMP UTP CTP CDP dCDP UDP dUDP dUMP dTMP 氮杂丝氨酸 阿糖胞苷 氨甲碟呤 氮杂丝氨酸

  40. 核苷酸酶 嘧啶核苷酸 核苷 PPi 核苷磷酸化酶 1-磷酸核糖 嘧啶碱 （二）嘧啶核苷酸的分解代谢

  41. 胞嘧啶 胸腺嘧啶 NH3 尿嘧啶 β-脲基异丁酸 二氢尿嘧啶 H2O H2O CO2 + NH3 β-丙氨酸 β-氨基异丁酸 肝 丙二酸单酰CoA 甲基丙二酸单酰CoA 尿素 乙酰CoA 琥珀酰CoA TCA 糖异生 TCA

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