第1页：第9章 核酸的降解与核苷酸代谢
9核酸的降解与核苷酸代谢Chapter 9 Metabolism of Nucleotides
第2页：本章重点与难点
- 本章重点与难点重点：了解核酸的酶促降解及核苷酸合成与分解途径特点，掌握嘌呤环、嘧啶环的原子来源；
- 了解核苷酸水解酶类，特别是限制性内切酶作用的特点。
- 难点：嘌呤核苷酸与嘧啶核苷酸合成途径异同点，不同种类的生物分解嘌呤碱的终产物。
第3页：核酸的降解与核酸酶类
第一节核酸的降解与核酸酶类
第4页：核酸的降解食物核蛋白蛋白质核酸胃酸核苷酸
一、核酸的降解食物核蛋白蛋白质核酸（RNA及DNA）胃酸核苷酸胰核酸酶核苷磷酸胰、肠核苷酸酶碱基戊糖核苷酶
第5页：核酸酶的定义及分类核酸酶是指所有可以水解
- 1、核酸酶的定义及分类核酸酶是指所有可以水解核酸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。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
- •核酸外切酶：5´→3´或3´→5´核酸外切酶
- 二、核酸酶（Nuclease）
第6页：参与DNA的合成与修复及
- 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生物体内的核酸酶负责细胞内外催化核酸的降解
- 2、核酸酶的功能
第7页：核苷酸的代谢
第二节核苷酸的代谢
第8页：核苷酸代谢的动态单核苷酸库氨基酸葡萄糖磷
一、核苷酸代谢的动态单核苷酸库氨基酸葡萄糖磷酸核苷酸的从头合成核酸的降解核苷酸的降解产物的再利用核苷酸的降解核酸的合成
第9页：嘌呤核苷酸的分解代谢
- 嘌呤核苷酸的结构GMPAMP
- 二、嘌呤核苷酸的分解代谢Metabolism of Purine Nucleotides
第10页：嘌呤核苷酸的合成代谢从头合成途径利用氨基
(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
第11页：嘌呤核苷酸的从头合成途径是指利用磷酸核糖
- 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。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
- 1、嘌呤核苷酸的从头合成
- •定义
- •合成部位
第12页：嘌呤碱合成的元素来源CO2天冬氨酸甲酰基
•嘌呤碱合成的元素来源CO2天冬氨酸甲酰基（一碳单位）甘氨酸甲酰基（一碳单位）谷氨酰胺（酰胺基）
第13页：
第14页：磷酸核糖
- 合成原料：天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳基团、CO
- 2、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
第15页：过程1. IMP的合成
- •过程
- 1. IMP的合成
- 2. AMP和GMP的生成
第16页：R-5-PATPAMPPRPP合成酶PP
R-5-P（5-磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P（5’－磷酸核糖－1’－焦磷酸）PRPP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IMPAMPGMPH2N-1-R-5´-P（5´-磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酸酰胺转移酶
第17页：磷酸核糖酰胺转移酶②
- 1）IMP的合成过程
- ①磷酸核糖酰胺转移酶
- ②GAR合成酶
- ③转甲酰基酶
- ④FGAM合成酶
- ⑤AIR合成酶
第18页：
第19页：
第20页：IMP脱氢酶②腺苷酸代琥珀酸裂解酶④
- ①腺苷酸代琥珀酸合成酶
- ③IMP脱氢酶
- ②腺苷酸代琥珀酸裂解酶
- ④GMP合成酶2）AMP和GMP的生成
第21页：AMPADPATPADPATP激酶
AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶
第22页：嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成
- •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
- •嘌呤核苷酸从头合成特点
第23页：从头合成的调节R-5-
•从头合成的调节R-5-PATPPRPP合成酶PRPP酰胺转移酶PRAIMP腺苷酸代琥珀酸AMPADPATPXMPGMPGDPGTP++_____IMP腺苷酸代琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATPGTP__++调节方式：反馈调节和交叉调节
第24页：嘌呤核苷酸的补救合成途径
- 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
- 2、嘌呤核苷酸的补救合成途径
- •定义
第25页：腺嘌呤磷酸核糖转移酶次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸
- 腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adenine phosphoribosyl transferase, APRT)次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT)腺苷激酶(adenosine kinase)
- •参与补救合成的酶
第26页：合成过程腺嘌呤核苷腺苷激酶
- 腺嘌呤+PRPPAMP + PPiAPRT次黄嘌呤+PRPPIMP + PPiHGPRT鸟嘌呤+PRPPHGPRTGMP + PPi
- •合成过程腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP
第27页：补救合成的生理意义补救合成节省从头合成时
- •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。
第28页：嘌呤核苷酸的相互转变
3、嘌呤核苷酸的相互转变IMPAMP腺苷酸代琥珀酸XMPGMPNH3腺苷酸脱氨酶鸟苷酸还原酶NADPH+H+NADP+NH3
第29页：脱氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上进
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）
第30页：dNDP+ATP激酶
dNDP+ATP激酶dNTP+ ADP二磷酸脱氧核苷NDPdNDP二磷酸核糖核苷NADP+NADPH + H+核糖核苷酸还原酶，Mg2+还原型硫氧化还原蛋白-(SH)2氧化型硫氧化还原蛋白SS硫氧化还原蛋白还原酶（FAD）脱氧核苷酸的生成
第31页：嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤
- 5、嘌呤核苷酸的抗代谢物
- •嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、氨基酸或叶酸等的类似物。叶酸类似物氨基酸类似物嘌呤类似物氨蝶呤氨甲蝶呤等氮杂丝氨酸等6-巯基嘌呤6-巯基鸟嘌呤8-氮杂鸟嘌呤等
第32页：能够抑制嘌呤核苷酸合成的一些抗代谢药物
- 能够抑制嘌呤核苷酸合成的一些抗代谢药物，通常是属于嘌呤、氨基酸或叶酸的类似物，主要通过对代谢酶的竞争性抑制作用，来干扰或抑制嘌呤核苷酸的合成，因而具有抗肿瘤治疗作用。
- 在临床上应用较多的嘌呤核苷酸类似物主要是6-巯基嘌呤（6-MP）。
- 6-MP的化学结构与次黄嘌呤类似，因而可以抑制IMP转变为AMP或GMP，从而干扰嘌呤核苷酸的合成
第33页：6-巯基嘌呤的结构
- 次黄嘌呤(
- H)6-巯基嘌呤(6-MP)
- •6-巯基嘌呤的结构
第34页：甲酰甘氨酰胺核苷酸
- 甲酰甘氨酰胺核苷酸（FGAR）PRPP谷氨酰胺（Gln）=PRA甘氨酰胺核苷酸（GAR）==甲酰甘氨脒核苷酸（FGAM）5-氨基异咪唑-4-甲酰胺核苷酸（AICAR）=5-甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸（FAICAR）IMP次黄嘌呤（
- H）PRPPPPi=AMP=PRPPPPi=腺嘌呤（
- A）GMP==PRPPPPi鸟嘌呤(
- G)6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP6-MP氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸MTXMTX目录
第35页：
第36页：嘌呤核苷酸的分解代谢核苷酸核苷核苷酸酶P
（二）嘌呤核苷酸的分解代谢核苷酸核苷核苷酸酶Pi核苷磷酸化酶碱基1-磷酸核糖
第37页：嘌呤碱的最终代谢产物
嘌呤碱的最终代谢产物AMPGMPH（次黄嘌呤）GX（黄嘌呤）黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶
第38页：
第39页：不同种类的生物分解嘌呤碱的能力不同
- 不同种类的生物分解嘌呤碱的能力不同，因此，终产物也不同。
- 排尿酸动物：灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类排尿囊素动物：哺乳动物（灵长类除外）、腹足类排尿囊酸动物：硬骨鱼类排尿素动物：大多数鱼类、两栖类某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和CO2排出。
- 植物分解嘌呤的途径与动物相似，产生各种中间产物（尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）。
- 微生物分解嘌呤类物质，生成NH3、CO2及有机酸（甲酸、乙酸、乳酸、等）。
第40页：
第41页：痛风症患者由于体内嘌呤核苷酸分解代谢异常
- 痛风症患者由于体内嘌呤核苷酸分解代谢异常，可致血中尿酸水平升高，以尿酸钠晶体沉积于软骨、关节、软组织及肾脏，临床上表现为皮下结节，关节疼痛等。
- 痛风症的治疗机制
第42页：鸟嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤尿酸黄嘌呤氧化酶黄嘌
鸟嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤尿酸黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶别嘌呤醇
第43页：嘧啶核苷酸的代谢
第44页：从头合成途径补救合成途径嘧啶核苷酸的合成
从头合成途径补救合成途径（一）嘧啶核苷酸的合成代谢
第45页：嘧啶核苷酸的从头合成主要是肝细胞胞液嘧啶
- 1、嘧啶核苷酸的从头合成主要是肝细胞胞液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
- •定义
- •合成部位
第46页：嘧啶合成的元素来源氨基甲酰磷酸天冬氨酸
•嘧啶合成的元素来源氨基甲酰磷酸天冬氨酸
第47页：磷酸核糖
- 合成原料：谷氨酰胺、天冬氨酸、CO
- 2、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
第48页：合成过程1）尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺+
•合成过程1）尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺+HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶II2ATP2ADP+Pi谷氨酸+氨基甲酰磷酸
第49页：
第50页：
第51页：胞嘧啶核苷酸的合成
2）胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶谷氨酰胺ATP谷氨酸ADP+Pi
第52页：dTMP或TMP的生成
3）dTMP或TMP的生成TMP合酶N5, N10-甲烯FH4FH2FH2还原酶FH4NADP+NADPH+H+dUMP脱氧胸苷一磷酸dTMPUDP脱氧核苷酸还原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMP
第53页：从头合成的调节---
•从头合成的调节---ATP + CO2+谷氨酰胺氨基甲酰磷酸UMP氨基甲酸天冬氨酸UTPCTP天冬氨酸嘌呤核苷酸ATP + 5-磷酸核糖嘧啶核苷酸PRPP-
第54页：嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶+
2、嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶+PRPP磷酸嘧啶核苷+PPi嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶核苷+ATP尿苷激酶UMP +ADP胸腺嘧啶核苷+ATP胸苷激酶TMP +ADP
第55页：嘧啶类似物胸腺嘧啶5-氟尿嘧啶
- 3、嘧啶核苷酸的抗代谢物
- •嘧啶类似物胸腺嘧啶(
- T)5-氟尿嘧啶(5-FU)
第56页：某些改变了核糖结构的核苷类似物
•某些改变了核糖结构的核苷类似物
第57页：能够抑制嘧啶核苷酸合成的抗代谢药物也是一
- 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。
第58页：氮杂丝氨酸阿糖胞苷氨甲碟呤氮杂丝氨酸
UMPUTPCTPCDPdCDPUDPdUDPdUMPdTMP氮杂丝氨酸阿糖胞苷氨甲碟呤氮杂丝氨酸
第59页：嘧啶核苷酸的分解代谢嘧啶碱1-磷酸核糖嘧
（二）嘧啶核苷酸的分解代谢嘧啶碱1-磷酸核糖嘧啶核苷酸核苷核苷酸酶PPi核苷磷酸化酶
第60页：胞嘧啶NH3尿嘧啶二氢尿嘧啶H2
胞嘧啶NH3尿嘧啶二氢尿嘧啶H2OCO2+ NH3β-丙氨酸胸腺嘧啶β-脲基异丁酸β-氨基异丁酸H2O丙二酸单酰CoA乙酰CoATCA肝尿素甲基丙二酸单酰CoA琥珀酰CoATCA糖异生
