核酸的代谢.ppt

1、生 物 化 学,第十三章 核酸的代谢,重点： 嘌呤和嘧啶的分解。 嘌呤核苷酸的从头合成。 嘧啶核苷酸的合成。 难点： 核苷酸从头合成的调节。,一 核酸的酶促降解,三 核苷酸的合成代谢,二 核苷酸的分解代谢,一、核酸的酶促降解,人和动物所需的核酸无须直接依赖于食物，只要食物中有足够的磷酸盐、糖和蛋白质，核酸就能在体内正常合成。,吸收到体内的嘌呤和嘧啶，大部分被分解，少部分可再利用，合成核苷酸。,一、核酸的酶促降解,核酸酶,核酸酶的分类,（1）根据对底物的 专一性分为,（2）根据切割位点分为,核酸内切酶,核酸外切酶,外切核酸酶对核酸的水解位点,5,OH,B,3,B,B,B,B,B,B,B,牛脾磷酸

2、二酯酶 （ 5端外切5得3）,蛇毒磷酸二酯酶 （ 3端外切3得5）,戊糖,碱基,核苷,核苷在核苷酶（有两种：核苷磷酸化酶和核苷水解酶）作用下分解成碱基和戊糖。,一 核酸的酶促降解,三 核苷酸的合成代谢,二 核苷酸的分解代谢,二、 核苷酸的降解,2、嘧啶的分解,1、嘌呤的分解,不同种类的生物分解嘌呤碱的能力不同，终产物也不同。,嘌 呤 的 分 解,脱氨可发生在核苷/核苷酸水平,别嘌呤醇是黄嘌呤氧化酶的一个很强的自杀作用物。,嘌呤的分解,三种嘧啶核苷酸降解至 尿嘧啶和胸腺嘧啶,嘧啶的分解,尿嘧啶和胸腺嘧啶分别降解至乙酰CoA和琥珀酰CoA,一 核酸的酶促降解,三 核苷酸的合成代谢,二 核苷酸的分解

3、代谢,三、 核苷酸的合成代谢,1、嘌呤核糖核苷酸的合成,2、嘧啶核糖核苷酸的合成,1、嘌呤核苷酸的生物合成,（1） 从头合成途径,（3）补救途径,（4）嘌呤核苷酸生物合成的调节,（2）AMP和GMP的合成,天冬氨酸,一碳基团 （甲酸盐）,谷氨酰胺,甘氨酸,一碳基团 （甲酸盐）,嘌呤环上各原子的来源,嘌呤核苷酸从头合成的最初产物是次黄嘌呤核苷酸，其它各种嘌呤核苷酸都是次黄嘌呤核苷酸的衍生物。Buchanan和Greenberg于50年代阐明了次黄嘌呤从头合成的10步反应和每一个中间代谢物的结构。,（1）嘌呤核苷酸从头合成的最初产物是次黄嘌呤核苷酸,5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）的生成起始步骤,焦

4、磷酸激酶,焦磷酸激酶,5-磷酸核糖焦磷酸与谷氨酰胺反应生成5-磷酸核糖胺、谷氨酸和无机焦磷酸。催化此反应的酶是酰胺转移酶。,酰胺转移酶,5-磷酸核糖胺,5-磷酸核糖胺在ATP参与下与甘氨酸合成甘氨酰胺核苷酸。催化此反应的酶是甘氨酰胺核苷酸合成酶。,5-磷酸核糖胺,甘氨酰胺核苷酸,合成酶,甘氨酰胺核苷酸,甲酰甘氨酰胺核苷酸,甲酰基转移酶,来自甲酸（盐）,甲酰甘胺酰胺核苷酸与谷氨酰胺、ATP作用，闭环之前在第3位上加上氮原子。,催化此反应的酶是甲酰甘氨咪唑核苷酸合成酶。,甲酰甘氨酰胺核苷酸,甲酰甘氨脒核苷酸,合成酶,甲酰甘氨脒核苷酸,5-氨基-咪唑核苷酸,合成酶, 闭环,六员环的合成开始在氨基咪唑

5、核苷酸羧化酶催化下， 5-氨基咪唑核苷酸与二氧化碳生成5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸。无需生物素,嘌呤环的第1位氮的固定在氨基咪唑琥珀酸氨甲酰核苷酸合成酶催化， 5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸与天冬氨酸和ATP生成5-氨基咪唑-4-琥珀酸甲酰胺核苷酸。,脱掉延胡索酸 反应由腺苷酸琥珀酸裂合酶催化。 生成5-氨基咪唑-4-羧酰胺核苷酸和延胡索酸。,嘌呤环上最后的碳原子由甲酰基供给。催化此反应的酶是氨基咪唑酰胺核苷酸转甲酰基酶。,脱水环化 在次黄嘌呤核苷酸合酶作用下脱水环化生成次黄嘌呤核苷酸（IMP）。,IMP的生物合成,ATP,ADP+Pi,IMP转变为GMP和AMP,（2）AMP和GMP的合成,次

6、黄嘌呤 核苷酸,腺苷酸,黄嘌呤核苷酸,鸟苷酸,腺苷酸代琥珀酸,H,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。,“从头合成”途径（通常情况下占95%）,核糖、氨基酸、CO2、NH3、Pi,核糖核苷酸,辅酶,RNA,脱氧核糖核苷酸,DNA,“补救”途径,内外源 核酸分解,核苷,碱基、Pi,脱氧核苷,（3）嘌呤核苷酸合成补救途径,a、在核苷磷酸化酶作用下，嘌呤碱基与1-磷酸核糖作用生成核苷，核苷再磷酸化生成核苷酸。,由于生物体内只有腺苷激酶，所以此途径不是主要途径。,b、在磷酸核糖转移酶催化下，嘌呤碱基与5-磷酸核糖焦磷酸作用生成核苷酸和焦磷酸。（主要途径）,活性

7、低,活性高,嘌呤核苷酸的从头合成与补救途径之间存在平衡。,Lesch-Nyhan综合症就是由于次黄嘌呤：鸟嘌呤磷酸核糖转移酶缺陷。,1、IMP、AMP、GMP抑制焦磷酸激酶和PRPP酰胺转移酶的活性；,（4）嘌呤核苷酸从头合成的调节,2、过量的AMP抑制腺苷酸琥珀酸合成酶的活性，抑制AMP的合成；同理过量的GMP抑制次黄嘌呤脱氢酶的活性，从而抑制GMP的合成；,磷酸核糖焦磷酸激酶,转酰胺酶,腺苷酸琥珀酸合成酶,次黄嘌呤核苷酸脱氢酶,“从头合成”中碱基各原子来源 通过放射性同位素法推断,嘌呤碱,甘氨酸,磷酸核糖C1上逐个安插成嘌呤碱成分，形成A(G)MP。,三、 核苷酸的合成代谢,1、嘌呤核糖核

8、苷酸的合成,2、嘧啶核糖核苷酸的合成,3、脱氧核糖核苷酸的合成,2、嘧啶核苷酸的生物合成,(1) 尿嘧啶核苷酸的合成,(2) 胞嘧啶核苷酸的合成,(3) 补救合成途径,(4) 嘧啶核苷酸生物合成的调节,嘧啶环上各原子的来源,天冬氨酸,CO2,NH3,N,N,C,C,C,C,6,5,4,3,2,1,氨甲酰磷酸,嘧啶核苷酸的合成首先形成嘧啶环，再与磷酸核糖结合成为乳清苷酸，最后生成尿嘧啶核苷酸。,尿嘧啶核苷酸合成途径,尿嘧啶核苷酸合成途径,（2）UMP转变为CTP,（3）嘧啶核苷酸的“补救途径”,尿嘧啶+1-P-核糖,尿嘧啶核苷+ATP,尿嘧啶核苷+Pi,UMP+ADP,在尿苷磷酸化酶作用下，尿嘧

9、啶与1-磷酸核糖作用生成尿苷，尿苷在尿苷激酶作用下被磷酸化形成尿嘧啶核苷酸。（主要途径）,Mg2+,尿苷激酶,尿苷磷酸化酶,尿苷激酶还能催化胞嘧啶核苷生成胞嘧啶核苷酸。,胞嘧啶核苷+ATP,CMP+ADP,尿苷激酶,Mg2+,在嘧啶核糖磷酸转移酶催化下，嘧啶与5-磷酸核糖焦磷酸作用生成核苷酸和焦磷酸。,从人体红细胞中获得的嘧啶核糖磷酸转移酶只对尿嘧啶、胸腺嘧啶起作用，对胞嘧啶没有作用,在哺乳动物细胞中，嘧啶核苷酸合成的主要调节酶是“氨甲酰磷酸合成酶”，受UDP 和UTP的反馈抑制。,（4）嘧啶核苷酸从头合成的调节,嘧啶碱,天冬氨酸,嘧啶环合成后+磷酸核糖,C(U)MP,dTTP,三、 核苷酸的合成代谢,1、嘌呤核糖核苷酸的合成,2、嘧啶核糖核苷酸的合成,3、脱氧核糖核苷酸的合成,3、脱氧核糖核苷酸的合成,（1）在核苷二磷酸水平被还原,（2）胸腺嘧啶核苷的合成,脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成,胸腺嘧啶核苷酸合成酶,NADPH+H+Ser,NADP+Gly,二氢叶酸还原酶,Ser羟甲基转移酶,O,N,HN,O,dR-P,CH3,O,N,HN,O,dR-P,核苷酸的合成及相互关系,