第十二章核苷酸代谢核苷酸的生物功能合成核酸是多种课件.ppt

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1、第十二章核苷酸代谢核苷酸的生物功能合成核酸是多种第1页，此课件共43页哦食物中的核酸，经肠道酶系降解成各种核苷酸，分解产生嘌呤、嘧啶、核糖、脱氧核糖和磷酸，然后被吸收。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。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。核酸的分解代谢：核酸核酸酶核苷酸核苷酸酶核苷+磷酸核苷磷酸化酶碱基+戊糖-1-磷酸第2页，此课件共43页哦第一节第一节 核酸和核苷酸的分解代谢核酸和核苷酸的分解代谢一、一、核酸的酶促降解核酸的酶促降解核核酸酸是是核核苷苷酸酸以以3、5-磷磷酸酸二二酯酯键键连连成成的

2、的高高聚聚物物，核核酸酸分分解解代代谢谢的的第第一一步步就就是是分分解解为为核核苷苷酸酸，作作用用于于磷磷酸酸二二酯酯键键的的酶酶称称核核酸酸酶（实质是磷酸二脂酶）。酶（实质是磷酸二脂酶）。根根据据对对底底物物的的专专一一性性可可分分为为：核核糖糖核核酸酸酶、脱氧核糖核酸酶、非特异性核酸酶。酶、脱氧核糖核酸酶、非特异性核酸酶。根据酶的作用方式分：内切酶、外切酶。根据酶的作用方式分：内切酶、外切酶。第3页，此课件共43页哦1、核糖核酸酶核糖核酸酶只只 水水 解解RNA磷磷 酸酸 二二 酯酯 键键 的的 酶酶（RNase），），不同的不同的RNase专一性不同。专一性不同。牛牛胰胰核核糖糖核核酸酸

3、酶酶（RNaseI），作作用用位位点点是是嘧嘧啶啶核核苷苷-3-磷磷酸酸与与其其它它核核苷苷酸酸间间的的连接键。连接键。核核糖糖核核酸酸酶酶T1（RNaseT1），作作用用位位点点是是3-鸟鸟苷苷酸酸与与其其它它核核苷苷酸酸的的5-OH间间的的键。键。第4页，此课件共43页哦2、脱氧核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶只只能能水水解解DNA磷磷酸酸二二酯酯键键的的酶酶。DNase牛牛胰胰脱脱氧氧核核糖糖核核酸酸酶酶（DNaseI）可可切切割割双双链链和和单链单链DNA。产物是以产物是以5-磷酸为末端的寡核苷酸。磷酸为末端的寡核苷酸。牛牛胰胰脱脱氧氧核核糖糖核核酸酸酶酶（DNase），降降解解产物为产物为3

4、-磷酸为末端的寡核苷酸。磷酸为末端的寡核苷酸。限限制制性性核核酸酸内内切切酶酶：细细菌菌体体内内能能识识别别并并水水解解外外源源双双源源DNA的的核核酸酸内内切切酶酶，产产生生3-OH和和5-P。第5页，此课件共43页哦3、非特异性核酸酶非特异性核酸酶既可水解RNA，又可水解DNA磷酸二酯键的核酸酶。小球菌核酸酶是内切酶，可作用于RNA或变性的DNA，产生3-核苷酸或寡核苷酸。蛇毒磷酸二酯酶能从RNA或DNA链的游离的3-OH逐个水解，生成5-核苷酸。牛脾磷酸二脂酶从游离的5-OH开始逐个水解，生成3核苷酸。第6页，此课件共43页哦第7页，此课件共43页哦二、二、核苷酸的降解核苷酸的降解1、核

5、苷酸酶核苷酸酶（磷酸单脂酶）（磷酸单脂酶）2、核苷酶核苷酶核苷磷酸化酶：广泛存在，反应可逆。核苷 +磷酸核苷磷酸化酶碱基 +戊糖-1-磷酸第8页，此课件共43页哦核核苷苷水水解解酶酶：主主要要存存在在于于植植物物、微微生生物物中中，只只水水解核糖核苷，不可逆解核糖核苷，不可逆核糖核苷+H2O核苷水解酶碱基 +核糖第9页，此课件共43页哦三、三、嘌呤碱的分解嘌呤碱的分解首首先先在在各各自自的的脱脱氨氨酶酶的的作作用用下下水水解解脱脱氨氨，脱脱氨氨反应可发生在嘌呤碱、核苷及核苷酸水平上。反应可发生在嘌呤碱、核苷及核苷酸水平上。第10页，此课件共43页哦第11页，此课件共43页哦不不同同种种类类的的

6、生生物物分分解解嘌嘌呤呤碱碱的的能能力不同力不同尿酸：灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类尿酸：灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类尿囊素：哺乳动物（灵长类除外）、腹足类尿囊素：哺乳动物（灵长类除外）、腹足类尿囊酸：硬骨鱼类尿囊酸：硬骨鱼类尿素：大多数鱼类、两栖类尿素：大多数鱼类、两栖类NH3:低等动物低等动物植植物物与与动动物物相相似似-产产生生尿尿囊囊素素、尿尿囊囊酸酸、尿尿素素、NH3。微生物微生物-产生产生NH3、CO2及有机酸及有机酸第12页，此课件共43页哦四、四、嘧啶碱的分解嘧啶碱的分解人人和和某某些些动动物物体体内内脱脱氨氨基基过过程程有有的的发发生生在在核核苷苷或或核核苷苷酸酸上上。

7、脱脱下下的的NH3可可进一步转化成尿素排出。进一步转化成尿素排出。第13页，此课件共43页哦第14页，此课件共43页哦第二节第二节嘌呤核苷酸的合成嘌呤核苷酸的合成一、一、从头合成从头合成由由 5-磷磷 酸酸 核核 糖糖-1-焦焦 磷磷 酸酸（5-PRPP）开开始始，先先合合成成次次黄黄嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸，然然后后由由次次黄黄嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸（IMP）转转化化为为腺腺嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸和和鸟嘌呤核苷酸。鸟嘌呤核苷酸。嘌嘌呤呤环环合合成成的的前前体体：CO2、甲甲酸酸盐盐、Gln、Asp、Gly第15页，此课件共43页哦第16页，此课件共43页哦1、次黄嘌呤核苷酸的合成（次黄嘌呤核苷酸的合

8、成（IMP）5-磷酸核糖+ATP磷酸核糖焦磷酸激酶5-PRPP +AMP第17页，此课件共43页哦（1）、）、磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶（转氨）磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶（转氨）5-磷酸核糖焦磷酸+Gln5-磷酸核糖胺+Glu+ppi使原来-构型的核糖转化成构型（2）、）、甘氨酰胺核苷酸合成酶甘氨酰胺核苷酸合成酶5-磷酸核糖胺+Gly+ATP甘氨酰胺核苷酸+ADP+Pi（3）、）、甘氨酰胺核苷酸转甲酰基酶甘氨酰胺核苷酸转甲酰基酶甘氨酰胺核苷酸+N5N10-甲川FH4+H2O甲酰甘氨酰胺核苷酸+FH4甲川基可由甲酸或氨基酸供给。第18页，此课件共43页哦（4）、）、甲酰甘氨脒核苷酸合成酶甲酰甘氨脒核苷酸

9、合成酶甲酰甘氨酰胺核苷酸+Gln+ATP+H2O甲酰甘氨脒核苷酸+Glu+ADP+pi受重氮丝氨酸和6-重氮-5-氧-正亮氨酸不可逆抑制，这两种抗菌素与Gln有类似结构。（5）、）、氨基咪唑核苷酸合成酶氨基咪唑核苷酸合成酶甲酰甘氨脒核苷酸+ATP5-氨基咪唑核苷酸+ADP+Pi第19页，此课件共43页哦（6）、）、氨基咪唑核苷酸羧化酶氨基咪唑核苷酸羧化酶5-氨基咪唑核苷酸+CO25-氨基咪唑-4羧酸核苷酸（7）、）、氨基咪唑琥珀基氨甲酰核苷酸合成酶氨基咪唑琥珀基氨甲酰核苷酸合成酶5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸+Asp+ATP5-氨基咪唑4-（N-琥珀基）氨甲酰核苷酸（8）、）、腺苷酸琥珀酸裂解酶

10、腺苷酸琥珀酸裂解酶5-氨基咪唑-4-（N-琥珀基）氨甲酰核苷酸5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+延胡索酸第20页，此课件共43页哦（9）、）、氨基咪唑氨甲酰核苷酸转甲酰基酶氨基咪唑氨甲酰核苷酸转甲酰基酶5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+N10-甲酰FH45-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+FH4（10）、）、次黄嘌呤核苷酸环水解酶次黄嘌呤核苷酸环水解酶5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸次黄嘌呤核苷酸+H2O总反应式：5-磷酸核糖+CO2+甲川THFA+甲酰THFA+2Gln+Gly+Asp+5ATPIMP+2THFA+2Glu+延胡索酸+4ADP+1AMP+4Pi+PPi第21页，此课件共43页哦

11、2、腺嘌呤核苷酸的合成（腺嘌呤核苷酸的合成（AMP）IMP+Asp+GTPAMP +延胡索酸腺苷酸琥珀酸合成酶腺苷酸琥珀酸+GDP+Pi腺苷酸琥珀酸裂解酶第22页，此课件共43页哦从头合成：CO2、2个甲酸盐、2个Gln、1个Gly、（1+1）个Asp、（6+1）个ATP，产生2个Glu、（1+1）个延胡索酸。Asp的结构类似物羽田杀菌素，可强烈抑制腺苷酸琥珀酸合成酶的活性，阻止AMP生成。羽田杀菌素：N-羟基-N-甲酰-Gly第23页，此课件共43页哦3、IMP+NAD+H2OIMP脱氢酶脱氢酶黄嘌呤核苷酸黄嘌呤核苷酸+NADH+H+鸟嘌呤核苷酸的合成鸟嘌呤核苷酸的合成IMP+NAD+H2O

12、IMP脱氢酶黄嘌呤核苷酸+NADH+H+黄嘌呤核苷酸+Gln（或NH4+）+ATP+H2OGMP合成酶GMP+Glu+AMP+PPi第24页，此课件共43页哦4、AMP、GMP生物合成的调节生物合成的调节5-磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶是关键酶，可被终产物AMP、GMP反馈抑制。AMP过量可反馈抑制自身的合成。GMP过量可反馈抑制自身的合成。第25页，此课件共43页哦第26页，此课件共43页哦5、药物对嘌呤核苷酸合成的影响药物对嘌呤核苷酸合成的影响羽田杀菌素与Asp竞争腺苷酸琥珀酸合成酶，阻止次黄嘌呤核苷酸转化成AMP。重氮乙酰丝氨酸、6-重氮-5-氧正亮氨酸，是Gln的结构类似物，抑制Gln参与的

13、反应。氨基蝶呤、氨甲蝶呤叶酸的结构类似物，能与二氢叶酸还原酶发生不可逆结合，阻止FH4的生成，从而抑制FH4参与的各种一碳单位转移反应。第27页，此课件共43页哦二、二、补救途径补救途径1、磷酸核糖转移酶途径（重要途径）磷酸核糖转移酶途径（重要途径）嘌呤碱和5-PRPP在特异的磷酸核糖转移酶的作用下生成嘌呤核苷酸嘌呤核苷 +磷酸核苷磷酸化酶嘌呤碱 +戊糖-1-磷酸腺嘌呤 +5-PRPP腺嘌呤磷酸核糖转移酶AMP +PPi次黄嘌呤（鸟嘌呤）+5-PRPP次黄嘌呤：鸟嘌呤磷酸核糖转移酶IMP（GMP）+PPi第28页，此课件共43页哦2、核苷激酶途径核苷激酶途径腺嘌呤在核苷磷酸化酶作用下转化为腺嘌

14、呤核苷，后者在核苷磷酸激酶的作用下与ATP反应，生成腺嘌呤核苷酸。碱基+核糖-1-磷酸核苷磷酸化酶核苷 +Pi腺苷 +ATP腺苷激酶腺苷酸 +ADP嘌呤核苷酸的从头合成与补救途径之间存在平衡。Lesch-Nyan综合症就是由于次黄嘌呤：鸟嘌呤磷酸核糖转移酶缺陷，AMP合成增加，大量积累尿酸，肾结石和痛风。第29页，此课件共43页哦第三节第三节嘧啶核苷酸的合成嘧啶核苷酸的合成一、一、从头合成从头合成与嘌呤核苷酸合成不同，在合成嘧啶核苷酸时，首先合成嘧啶环，再与磷酸核糖结合，生成尿嘧啶核苷酸，最后由尿嘧啶核苷酸转化为胞嘧啶核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸。合成前体：氨甲酰磷酸、Asp第30页，此课件共4

15、3页哦第31页，此课件共43页哦1、尿嘧啶核苷酸的合成尿嘧啶核苷酸的合成第32页，此课件共43页哦氨甲酰磷酸的合成：Gln+HCO3-+2ATP氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸+Glu+2ADP+Pi第33页，此课件共43页哦天冬氨酸转氨甲酰酶氨甲酰磷酸+Asp氨甲酰天冬氨酸+Pi二氢乳清酸酶氨甲酰天冬氨酸二氢乳清酸 +H2O二氢乳清酸脱氢酶FAD、FMN二 氢 乳 清 酸 +NAD+乳清酸 +NADH+H+乳清苷酸焦磷酸化酶Mg2+乳清酸 +PRPP乳清苷酸 +PPi乳清苷酸脱羧酶乳清苷酸UMP +CO2第34页，此课件共43页哦2、胞嘧啶核苷酸的合成胞嘧啶核苷酸的合成尿嘧啶核苷三磷酸可直接与NH

16、3（细菌）或Gln（植物）反应，生成胞嘧啶核苷三磷酸。UMP +ATP尿嘧啶核苷酸激酶Mg2+UDP +ADPUDP +ATP核苷二磷酸激酶Mg2+UTP +ADPCTP合成酶UTP+Gln（NH4+）+ATP+H2OCTP+Glu+ADP+Pi第35页，此课件共43页哦3、嘧啶核苷酸生物合成的调节（大肠杆菌）嘧啶核苷酸生物合成的调节（大肠杆菌）氨甲酰磷酸合成酶：受UMP反馈抑制天冬氨酸转氨甲酰酶：受CTP反馈抑制CTP合成酶：受CTP反馈抑制第36页，此课件共43页哦4、药物对嘧啶核苷酸合成的影响药物对嘧啶核苷酸合成的影响5-氟尿嘧啶抑制胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成。5-氟尿嘧啶在人体内转变成相

17、应的核苷酸，再转变成脱氧核苷酸，可抑制脱氧胸腺嘧啶核酸合成酶，干扰尿嘧啶脱氧核苷酸经甲基化生成脱氧胸苷的过程，DNA合成受阻。第37页，此课件共43页哦二、二、补救途径补救途径（1）嘧啶核苷激酶途径（重要途径）嘧啶碱与1-磷酸核糖生成嘧啶核苷，然后由尿苷激酶催化尿苷和胞苷形成UMP和CMP。嘧啶碱 +1-磷酸核糖核苷磷酸化酶嘧啶核苷 +Pi尿苷（胞苷）+ATP尿 苷 激 酶 Mg2+UMP（CMP）+ADP （2）磷酸核糖转移酶途径（胞嘧啶不行）尿嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶 +5-PRPPUMP +PPi第38页，此课件共43页哦第四节第四节 脱氧核苷酸的合成脱氧核苷酸的合成脱氧核糖核苷酸是由相

18、应的核糖核苷酸衍生而来的。（1）腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶核糖核苷酸经还原，将核糖第二位碳原子的氧脱去，即成为相应的脱氧核糖核苷酸。（2）胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸：先由尿嘧啶核糖核苷酸还原形成尿嘧啶脱氧核糖核苷酸，然后尿嘧啶再经甲基化转变成胸腺嘧啶。第39页，此课件共43页哦一、一、核糖核苷酸的还原核糖核苷酸的还原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，其中dUDP甲基化，生成dTDP。还原反应一般在核苷二磷酸（NDP）水平上进行，ATP、dATP、dTTP、dGTP是还原酶的变构效应物，个别微生物（赖氏乳菌杆菌）在核苷三磷酸水平

19、上还原（NTP）。第40页，此课件共43页哦1、核苷酸还原酶系核苷酸还原酶系由硫氧还蛋白、硫氧还蛋白还原酶和核苷酸还原酶（B1、B2）三部分组成。B1、B2亚基结合后，才具有催化活性。B1上的巯基和B2上的酪氨酸残基是活性中心的催化基因。另外核苷酸还原酶所需的还原当量还可来自谷胱甘肽。第41页，此课件共43页哦2、核苷酸还原酶结构模型及催化机理核苷酸还原酶结构模型及催化机理B1亚基上有两个调节部位，一个影响整个酶的活性（一级调节部位），另一个调节对底物的专一性（底物结合部位）一级调节部位：ATP是生物合成的信号分子，而dATP是核苷酸被还原的信号。底物调节部位：.与ATP结合，可促进嘧啶类的UDP、CDP还原成dUDP、dCDP；与dTTP或dGTP结合，可促使GDP（ADP）还原成dGDP（dADP）催化机理自由基催化转换模型。第42页，此课件共43页哦3、脱氧核苷酸的补救途径（脱氧核苷激酶途径）脱氧核苷酸的补救途径（脱氧核苷激酶途径）脱氧核苷酸也能利用已有的碱基或核苷进行合成（补救途径），但只有脱氧核苷激酶途径，不存在类似的磷酸核糖转移酶途径核苷磷酸化酶碱基 +脱氧核糖-1-磷酸脱氧核苷+磷酸脱氧核苷激酶脱氧核苷 ATP脱氧核苷酸+ADP第43页，此课件共43页哦