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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. 教学大纲. 了解 ：核酸的酶促水解；核苷酸合成有两种方式：从头合成途径及补救途径；核酸合成的调节 掌握 ：嘌呤和嘧啶环的原子来源；嘌呤与嘧啶的分解代谢终产物；脱氧核糖核苷酸的生成方式 ( 主要是在二磷酸水平生成 ) 重点 、难点：嘌呤和嘧啶的分解及代谢终产物；核苷酸的从头合成途径的元素来源. 第一节 核酸的降解与核酸酶类. 核苷酸 (nucleotide) 是构成核酸 (nucleic acid) 的基本单位，人体所需的核苷酸都是由机体 自身合成 的。

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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. 教学大纲 • 了解：核酸的酶促水解；核苷酸合成有两种方式：从头合成途径及补救途径；核酸合成的调节 • 掌握：嘌呤和嘧啶环的原子来源；嘌呤与嘧啶的分解代谢终产物；脱氧核糖核苷酸的生成方式(主要是在二磷酸水平生成) • 重点、难点：嘌呤和嘧啶的分解及代谢终产物；核苷酸的从头合成途径的元素来源

  3. 第一节 核酸的降解与核酸酶类 • 核苷酸(nucleotide)是构成核酸(nucleic acid)的基本单位，人体所需的核苷酸都是由机体自身合成的。 • 食物中的核酸或核苷酸类物质基本上不能被人体所利用。 在核酸类物质的水解产物中，只有磷酸和戊糖可被吸收利用。

  4. 蛋白质 胃 磷酸 核蛋白 小肠 小肠 HCl 核酸 单核苷酸 戊糖 小肠 胰核酸酶 核苷酸酶 核苷 核苷酶 含氮碱 食物中核酸的消化

  5. 一、核酸的降解 核酸 核酸酶 核苷酸 核苷酸酶 核苷磷酸化酶 磷酸+核苷 碱基 + 戊糖-1-磷酸 核苷水解酶 碱基 + 核糖

  6. 核苷酸类物质在人体具有多方面的生理功用： ① 作为合成核酸的原料：如ATP，GTP，CTP，UTP用于合成RNA，dATP，dGTP，dCTP，dTTP用于合成DNA。 ② 作为能量的贮存和供应形式：除ATP之外，还有GTP，UTP，CTP等。 ③ 参与代谢或生理活动的调节：如环核苷酸cAMP和cGMP作为激素的第二信使。

  7. ④ 参与构成酶的辅酶或辅基：如在NAD+，NADP+，FAD，FMN，CoA中均含有核苷酸的成分。 ⑤作为代谢中间物的载体：如用UDP携带糖基，用CDP携带胆碱，乙醇胺或甘油二酯，用腺苷携带蛋氨酸（形成SAM）等。

  8. 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

  9. 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

  10. 2、核酸酶的功能 生物体内的核酸酶负责催化细胞内外核酸的降解 • 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

  11. 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

  12. 二、嘌呤核苷酸的分解代谢 • 嘌呤核苷酸的结构 AMP GMP

  13. （一）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

  14. I （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 共同代谢产物

  15. 嘌呤核苷酸的分解代谢的具体过程

  16. 嘌呤碱的分解代谢

  17. （二）嘌呤核苷酸的合成代谢 • 从头合成途径：(de novo synthesis pathway):通过利用一些简单的前体物，如5-磷酸核糖，氨基酸，一碳单位及CO2等，逐步合成嘌呤核苷酸的过程。 • 这一途径主要见于肝，其次为小肠和胸腺。 所有合成反应在胞液中进行。 • 补救合成途径(salvage synthesis pathway) ： • 又称再利用合成途径(salvage pathway)。指利用分解代谢产生的自由游离嘌呤碱合成嘌呤核苷酸的过程。 • 这一途径可在大多数组织细胞中进行。

  18. (脑和骨髓) “补救”途径 “从头合成”途径（通常情况下占95%） 核糖、氨基酸、CO2、NH3、Pi 辅酶 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。 内外源核酸分解 核苷 核糖核苷酸 碱基、Pi RNA 脱氧核苷 脱氧核糖核苷酸 核酸类补品原理所在 可提高康复速度 DNA

  19. 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。

  20. 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） 甘氨坐中间，谷碳站两边， 左手开天门，头顶二氧碳。 谷氨酰胺 （酰胺基）

  21. 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。

  22. 过程 1. IMP的合成 2. AMP和GMP的生成

  23. 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

  24. 5-磷酸核糖胺 IMP的 生物合成 5-磷酸核糖焦磷酸 甘氨酸 甲酰THFA 甲酰甘氨咪核苷酸 甲酰甘氨酰胺核苷酸 甘氨酰胺核苷酸 5-氨基咪唑-4-琥珀基-甲酰胺核苷酸 5-氨基咪唑核苷酸 5-氨基咪唑-4-羧核苷酸 次黄嘌呤核苷酸（IMP） 5-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

  25. (3) IMP转变为GMP和AMP

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

  27. _ _ _ + + 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

  28. 合成特点： • ①参与从头合成途径的酶均在胞液中 • ②以磷酸戊糖途径中合成的5’-磷酸核糖（5’-PR）为原料，经11步反应生成次黄嘌呤核苷酸（IMP）。 • ③在合成IMP的过程中，由氨基酸，CO2，一碳单位逐步提供元素或基团，在5’-磷酸核糖分子上完成嘌呤碱基的合成. • ④从IMP出发再合成AMP和GMP。 • ⑤嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。 • ⑥IMP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.

  29. 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。

  30. 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)

  31. 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

  32. 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。

  33. 嘌呤核苷酸合成的总结：

  34. 三、嘧啶核苷酸的代谢 嘧啶核苷酸的结构

  35. 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 （一）嘧啶核苷酸的分解代谢

  36. 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

  37. （二）嘧啶核苷酸的合成代谢 • 从头合成途径 • 补救合成途径

  38. 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

  39. 氨基甲 酰磷酸 天冬氨酸 • 嘧啶合成的元素来源

  40. 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。 • 合成部位：主要在肝细胞胞液中进行,二氢乳清酸脱氢酶位于线粒体内 • 合成特点：1 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; 2 先合成UMP，再转变成其它嘧啶核苷酸。

  41. 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

  42. UMP的合成过程

  43. 氨基甲酰磷酸合成酶I、II的区别

  44. 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

  45. 核苷单磷 酸激酶 核苷二磷 酸激酶 CTP合成酶 CTP UTP UMP UDP ATP ADP ATP Gln+ATP Glu+ADP+Pi ADP 合成RNA ⑵ 胞苷酸的合成：

  46. 脱氧核苷酸还原酶 UDP dUDP dCDP dCMP CTP CDP dTMP的合成：是在核苷一磷酸水平上进行的

  47. 核糖核苷酸还原酶 磷酸酶 核苷二磷酸激酶 dCDP dCTP CDP CTP H2O Pi NADPH+H+ NADP++H2O ATP ADP H2O 磷酸酶 Pi 合成DNA dCMP H2O 脱氨酶 核糖核苷 酸还原酶 磷酸酶 NH3 dTTP UDP dUDP dUMP N5,N10-CH2-FH4 核苷二磷 酸激酶 胸苷酸合酶 FH2 dTMP dTDP 核苷单磷酸激酶 ⑶ 脱氧嘧啶核苷酸的合成：

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