核酸分解及核苷酸的代谢
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核酸降解和核苷酸代谢
R-5'-P
R-5'-P
5-氨基咪唑-4-羧酸 核苷酸（CAIR）
5-氨基咪唑核苷酸 （AIR）
甲酰甘氨咪核苷酸 （FGAM）
O
C
HO
C
C H2N
N Asp
H2O
ATP
CH
N
合成酶
R-5'-PFra bibliotekCOOH OC
HC N C H
CH2
C
H2N COOH
延胡索酸 N
CH
N
裂解酶
R-5'-P
O
C
H2N
C
C H2N
二、嘌呤核苷酸的降解
AMP
GMP
嘌呤核苷酸的结构
AMP GMP
H(I) 黄嘌呤氧化酶
（次黄嘌呤）
X
G
（黄嘌呤）
黄嘌呤 氧化酶
嘌呤碱的最终 代谢产物
腺嘌呤脱氨酶含量极少 腺苷脱氨酶和腺苷酸脱氨酶活性较高
腺嘌呤脱氨基主要在 核苷和核苷酸水平
鸟嘌呤脱氨酶分布广
鸟嘌呤脱氨基主要 在碱基水平
嘌呤类在核苷酸、核苷和碱基三个水平上的降解
1. 从头合成途径
（1）尿嘧啶核苷酸的合成
2ATP 2ADP+Pi
Gln + HCO3氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ
(CPS-Ⅱ )
H2N C OPO3H2 + Glu
O
氨甲酰磷酸
CO2 + NH3 + H2O
2ATP N-乙酰谷氨酸
2ADP+Pi
氨基甲酰磷酸
Pi
线粒体
鸟氨酸
瓜氨酸
鸟氨酸循环
鸟氨酸
尿素
生物化学核酸与核苷酸代谢
生物化学核酸与核苷酸代谢核酸是生物体内重要的生物大分子之一，它在细胞中起着重要的功能。
核苷酸是核酸的基本组成单元，包括核苷和磷酸。
在生物体内，核酸通过一系列复杂的代谢途径参与了许多重要生物过程，如DNA和RNA的合成、信息传递和遗传改变等。
本文将对核酸与核苷酸的代谢过程进行详细介绍。
核酸的合成主要包括两个过程，即碱基合成功能的合成和核苷酸合成功能的合成。
在碱基合成功能的合成中，脱氨核苷酸（dNTP）被氨基酸转氨酶催化生成脱氨核苷酸（dNDP）和谷氨酸。
在核苷酸合成过程中，核苷酸被核苷酸合成酶催化，通过与降解核酸的反应途径相反的途径将核苷酸合成为核苷酸骨架。
核苷酸的合成主要发生在细胞核内。
在细胞质中生成的核苷酸会通过细胞核膜进行运输，然后通过核孔复合体进入细胞核。
核苷酸的合成过程非常复杂，涉及多个酶和辅酶的参与。
核苷酸代谢的主要途径包括核苷酸的降解、拆分和再利用。
核苷酸降解主要通过核苷酸酶催化，将核苷酸分解成核苷和磷酸。
然后，核苷被腺苷脱氨酶催化，去除氨基团形成脱氨核苷。
最后，脱氨核苷被核苷酸酶催化，分解成基础核糖和异黄嘌呤酸。
核苷酸代谢的拆分过程可以产生能量和分子间的信号分子。
其中，核苷酸降解产生的能量在生物体内的许多代谢过程中发挥重要作用。
核苷酸的再利用过程主要发生在细胞质中。
在这个过程中，核苷酸通过多个酶和辅酶的催化作用，被合成为新的核苷酸。
这个过程称为核苷酸逆转录。
核酸和核苷酸代谢的异常可能导致许多疾病的发生。
例如，核酸代谢疾病在新生儿中比较常见，表现为尿中有大量的核苷、核糖和核苷酸。
遗传性疾病X染色体连锁性核苷酸酶缺乏症是由于核苷酸酶缺乏引起的，会导致血清脱氨核苷水平升高。
碱基合成功能的异常或缺陷也会引发一些疾病，如DNA合成的紊乱可能导致DNA复制错误和突变。
总之，核酸和核苷酸在生物体内发挥着重要的生理和生化功能，包括DNA和RNA的合成、遗传修复、能量和信号传导等重要过程。
核酸与核苷酸的代谢过程非常复杂，涉及多个酶和辅酶的参与。
核酸的降解及核苷酸的代谢概述核酸是一种高分
3、合成特点：嘌呤核苷酸的合成并不是先单独合成嘌呤环，再与磷酸和核
糖结合成嘌呤核苷酸，而是合成开始就从5— —R起沿着合成核苷酸的途径，
经过11步酶促反应，先合成次黄嘌呤核苷酸（IMP），再转变为其它的嘌呤核苷
酸，因此称之为“从头合成途径”。
4、IMP的合成：从5——R→→→IMP十一步反应中，催化第一步反应的 酶是磷酸核糖焦磷酸激酶，第二步反应由磷酸核糖转酰胺酶（氨基转移酶）催化 这二个酶均是可调节酶
①排尿酸药物，如水杨酸、辛可劳、丙磺舒等。可降低肾小管对尿酸的重吸 收， 增加尿酸排出。
（2） 嘌呤氧化酶抑制剂：别嘌呤醇 其结构与次黄嘌呤很相似，可竞争性抑制黄嘌呤氧化酶，以减少尿酸的产生， 故可治疗痛风症（一种继发性嘌呤核苷酸代谢紊乱症，由于尿酸在体内积累所至
）二。 2、嘌呤核苷酸的合成代谢：
用同位素标记的化合物做实验，证明生物体内合成嘌呤环的前体有：
第一节
核酸的消化与吸收
食物中所含的核酸和蛋白质结合，故消化过程开始之前，核酸先在胃酸 作用下与蛋白质分开：食物中核蛋白 H+ 蛋白质、核酸（DNA、RNA）
一、消化：
（一）部位：小肠
RNA酶：水解核糖核酸
胰液—核酸酶
DNA酶：水解脱氧核糖核酸
（二）参与消化的酶：
多核苷酸酶：
小肠液—
（三）消化过程：
核苷酸酶：
可能是因为体内如脾、脑、骨髓等重要组织器官不能从头合成嘌呤核苷酸，而主要通过补 救途径合成嘌呤核苷酸。
（三）嘌呤核苷酸合成代谢的调节：
二个长负反馈： GDP
磷酸核糖焦磷酸激酶
ADP
GMP、GTP 二个短负反馈： GMP
AMP
磷酸核糖氨基转移酶 次黄嘌呤核苷酸脱酶 腺苷琥珀酸合成酶
第16章 核酸的降解和核苷酸代谢
第十六章 核酸的降解和核苷酸代谢
核酸的基本结构单位是核苷酸。核酸代谢与核苷酸代谢密切相 关。这是一类在代谢上极为重要的物质，它们几乎参与细胞的所有 生化过程。
核酸降解产生核苷酸，核苷酸还能进一步分解。在生物体内， 核苷酸可由其他化合物所合成。某些辅酶的合成与核苷酸代谢亦有 关。
核苷酸的作用： （1）核苷酸是核酸生物合成的前体。 （2）核苷酸衍生物是许多生物合成的活性中间物。例如，UDP－ 葡萄糖和CDP－二脂酰甘油分别是糖原和磷酸甘油酯合成的中间 物。 （3）ATP是生物能量代谢中通用的高能化合物。 （4）腺苷酸是三种重要辅酶（烟酰胺核苷酸、黄素腺嘌呤二核苷 酸和辅酶A）的组分。 （5）某些核苷酸是代谢的调节物质。如cAMP和cGMP是许多种激 素引起生理效应的中间介质。
(四)由嘌呤碱和核苷合成核苷酸 生物体内除能以简单前体物质“从头合成”核苷酸外，尚能由预 先形成的碱基和核苷合成核苷酸，这是对核苷酸代谢的一种“补救” 作用，以便更经济地利用已有的成分。 前已提到，核苷磷酸化酶所催化的转核糖基反应是可逆的。在特 异的核苷磷酸化酶作用下，各种碱基可与1—磷酸核糖反应生成核苷：
二、核苷酸的降解
核苷酸水解下磷酸即成为核苷。生物体内广泛存在的磷的磷酸单酯酶对一切核苷酸都能作用，无论磷酸基在 核苷的2’、3’或5’位置上都可被水解下来。某些特异性强的磷酸单酯 酶只能水解3’—核苷酸或5’—核苷酸，则分别称为3’—核苷酸酶或 5’—核苷酸酶。
(二)胸腺嘧啶核苷酸的合成
第三节 辅酶核苷酸的生物合成 生物体内尚有多种核苷酸衍生物作为辅酶而起作用。其中重要 的有：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸、黄素 单核苷酸、黄素腺嘌呤二核苷酸及辅酶A。这几种辅酶核苷酸可在体 内自由存在。现将其生物合成途径分别叙述如下： 一、烟酰胺核苷酸的合成
核酸的基本结构单位是核苷酸。核酸代谢与核苷酸代谢密切相 关。这是一类在代谢上极为重要的物质，它们几乎参与细胞的所有 生化过程。
核酸降解产生核苷酸，核苷酸还能进一步分解。在生物体内， 核苷酸可由其他化合物所合成。某些辅酶的合成与核苷酸代谢亦有 关。
核苷酸的作用： （1）核苷酸是核酸生物合成的前体。 （2）核苷酸衍生物是许多生物合成的活性中间物。例如，UDP－ 葡萄糖和CDP－二脂酰甘油分别是糖原和磷酸甘油酯合成的中间 物。 （3）ATP是生物能量代谢中通用的高能化合物。 （4）腺苷酸是三种重要辅酶（烟酰胺核苷酸、黄素腺嘌呤二核苷 酸和辅酶A）的组分。 （5）某些核苷酸是代谢的调节物质。如cAMP和cGMP是许多种激 素引起生理效应的中间介质。
(四)由嘌呤碱和核苷合成核苷酸 生物体内除能以简单前体物质“从头合成”核苷酸外，尚能由预 先形成的碱基和核苷合成核苷酸，这是对核苷酸代谢的一种“补救” 作用，以便更经济地利用已有的成分。 前已提到，核苷磷酸化酶所催化的转核糖基反应是可逆的。在特 异的核苷磷酸化酶作用下，各种碱基可与1—磷酸核糖反应生成核苷：
二、核苷酸的降解
核苷酸水解下磷酸即成为核苷。生物体内广泛存在的磷的磷酸单酯酶对一切核苷酸都能作用，无论磷酸基在 核苷的2’、3’或5’位置上都可被水解下来。某些特异性强的磷酸单酯 酶只能水解3’—核苷酸或5’—核苷酸，则分别称为3’—核苷酸酶或 5’—核苷酸酶。
(二)胸腺嘧啶核苷酸的合成
第三节 辅酶核苷酸的生物合成 生物体内尚有多种核苷酸衍生物作为辅酶而起作用。其中重要 的有：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸、黄素 单核苷酸、黄素腺嘌呤二核苷酸及辅酶A。这几种辅酶核苷酸可在体 内自由存在。现将其生物合成途径分别叙述如下： 一、烟酰胺核苷酸的合成
生物化学_09 核酸降解和核苷酸的代谢
IMP转变为GMP和 转变为GMP （3）IMP转变为GMP和AMP
2、 补救途径
(利用已有的碱基和核苷合成核苷酸) (1) 磷酸核糖转移酶途径（重要途径）
核苷磷酸化酶
嘌呤核苷 + 磷酸 腺嘌呤 + 5-PRPP
次黄嘌呤(鸟嘌呤) 磷酸核糖转移酶
嘌呤碱 + 戊糖-1-磷酸 AMP + PPi
腺嘌呤磷酸核糖转移酶
基因组DNA 基因组 不被切割
限制—修饰的酶学假说 限制 修饰的酶学假说 1968年，Meselson 和Yuan发现了 型限制性核酸内切酶 年 发现了I型限制性核酸内切酶 发现了 1970年，Smith和Wilcox从流感嗜血杆菌中分离纯化了 年 和 从流感嗜血杆菌中分离纯化了 第一个II型限制性核酸内切酶 第一个 型限制性核酸内切酶Hind II 型限制性核酸内切酶
（2）尿嘧啶核苷酸的合成 ）
天冬氨酸转氨甲酰酶 二氢乳清酸酶
乳清苷酸焦磷酸化酶／Mg2+ 二氢乳清酸脱氢酶
乳清苷酸脱羧酶
（3） 胞嘧啶核苷酸的合成
尿嘧啶核苷三磷酸可直接与NH3（细菌）或Gln（动物） 细菌） 尿嘧啶核苷三磷酸可直接与 （动物） 反应，生成胞嘧啶核苷三磷酸。 反应，生成胞嘧啶核苷三磷酸。
二、脱氧核糖核酸酶
只能水解DNA磷酸二酯键的酶。 只能水解DNA磷酸二酯键的酶。 DNA磷酸二酯键的酶 牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseⅠ） 牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseⅠ）： 可切割双链和单链DNA 降解产物为3 DNA， 可切割双链和单链 DNA， 降解产物为 3’ - 磷酸 为末端的寡核苷酸。 为末端的寡核苷酸。 限制性核酸内切酶： 限制性核酸内切酶： 细菌产生的、能识别并特异切割外源DNA DNA特定 细菌产生的 、 能识别并特异切割外源 DNA 特定 中的磷酸二脂键( 序列中的磷酸二脂键 对碱基序列专一） 序列中的磷酸二脂键(对碱基序列专一）的核酸内 切酶。 切酶。
生物化学笔记- 核苷酸的降解和核苷酸代谢
第十五章核苷酸的降解和核苷酸代谢第一节分解代谢一、核酸的降解核酸由磷酸二酯酶水解，有核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、内切酶和外切酶之分。
蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶都是外切酶，既可水解DNA，又可水解RNA，但蛇毒磷酸二酯酶从3’端水解，生成5’-核苷酸；牛脾磷酸二酯酶从5’端水解，生成3’-核苷酸。
细胞内还有限制性内切酶，可水解外源DNA。
二、核苷酸的降解核苷酸由磷酸单酯酶水解成核苷和磷酸，特异性强的酶只水解5’-核苷酸，称为5’-核苷酸酶，或相反。
核苷磷酸化酶将核苷分解为碱基和戊糖-1-磷酸，核苷水解酶生成碱基和戊糖。
核糖-1-磷酸可被磷酸核糖变位酶催化为核糖-5-磷酸，进入戊糖支路或合成PRPP。
三、嘌呤的分解（一）水解脱氨：腺嘌呤生成次黄嘌呤，鸟嘌呤生成黄嘌呤。
也可在核苷或核苷酸水平上脱氨。
（二）氧化：次黄嘌呤生成黄嘌呤，再氧化生成尿酸。
都由黄嘌呤氧化酶催化，生成过氧化氢。
别嘌呤醇是自杀底物，其氧化产物与酶活性中心的Mo4+紧密结合，有强烈抑制作用。
可防止尿酸钠沉积，用于治疗痛风。
（三）鸟类可将其他含氮物质转化为尿酸，而某些生物可将尿酸继续氧化分解为氨和CO2。
四、嘧啶的分解胞嘧啶先脱氨生成尿嘧啶，再还原成二氢尿嘧啶，然后开环，水解生成β-丙氨酸，可转氨参加有机酸代谢。
胸腺嘧啶与尿嘧啶相似，还原、开环、水解生成β-氨基异丁酸，可直接从尿排出，也可转氨生成甲基丙二酸半醛，最后生成琥珀酰辅酶A，进入三羧酸循环。
第二节合成代谢一、嘌呤核糖核苷酸的合成（一）从头合成途径1.嘌呤环的元素来源2.IMP的合成：其磷酸核糖部分由PRPP提供，由5-磷酸核糖与ATP在磷酸核糖焦磷酸激酶催化下生成。
IMP的合成有10步，分两个阶段，先生成咪唑环，再生成次黄嘌呤。
首先由谷氨酰胺的氨基取代焦磷酸，再连接甘氨酸、甲川基，甘氨酸的羰基生成氨基后环化，生成5-氨基咪唑核苷酸。
然后羧化，得到天冬氨酸的氨基，甲酰化，最后脱水闭环，生成IMP。
核酸的降解和核苷酸代谢 (2)
对于儿童，做父母，做教师的责任，便是如何教导他们，使之成为健康活泼，有丰富知识，有政治觉悟和良好体现的现代中国儿童，现代中国人。 ——陈鹤琴 你犯错误时，等别人都来了再骂你的是敌人，等别人都走了骂你的是朋友。 现代的婚姻并不是情感的产物，更多的是竞争的结晶，选配偶其实就是变相的竞争上岗，而小三就是原配最大的竞争对手。 道德修养能达到的最高价段，是认识到我们应该控制我们的思想。--达尔文 思想是根基，理想是嫩绿的芽胚，在这上面生长出人类的思想活动行为热情激情的大树。——苏霍姆林斯基 知者乐水，仁者乐山。知者动，仁者静。知者乐，仁者寿。——《论语·雍也》
核酸的降解和核苷 酸代谢 (2)
核酸
核酸酶
核苷酸
核苷 核苷酸酶 磷酸
戊糖 核苷酶 碱基
嘧啶分解 嘌呤分解
1 核酸的酶促降解
• 核酸酶
– 对底物的作用位点：
• 核酸外切酶 • 核酸内切酶
– 对底物的选择性：
• 核糖核酸酶 • 脱氧核糖核酸酶 • 限制性内切酶(具有位点专一性)
1.1 核酸酶
1.外切核酸酶对核酸的水解位点
当体内核酸大量分解(白血病、恶性肿瘤等)或食入 高嘌呤食物时，血中尿酸水平升高，超过 0.48mmol/L(8mg/dl)时，尿酸盐过饱和形成结晶， 沉积于关节、软组织、软骨及肾等处，而导致关节 炎、尿路结石及肾疾患，称为痛风症。
痛风的尿酸钠结晶
痛风的药物治疗：别嘌呤醇
别嘌呤醇
次黄嘌呤
别黄嘌呤
痛风症的治疗机制
核苷的直接利用
尿苷磷酸化酶
尿嘧啶+ 1-磷酸核糖
尿嘧啶核苷 + Pi
尿苷激酶
尿苷/胞苷+ATP
UMP/CMP + ADP
核酸的降解和核苷 酸代谢 (2)
核酸
核酸酶
核苷酸
核苷 核苷酸酶 磷酸
戊糖 核苷酶 碱基
嘧啶分解 嘌呤分解
1 核酸的酶促降解
• 核酸酶
– 对底物的作用位点：
• 核酸外切酶 • 核酸内切酶
– 对底物的选择性：
• 核糖核酸酶 • 脱氧核糖核酸酶 • 限制性内切酶(具有位点专一性)
1.1 核酸酶
1.外切核酸酶对核酸的水解位点
当体内核酸大量分解(白血病、恶性肿瘤等)或食入 高嘌呤食物时，血中尿酸水平升高，超过 0.48mmol/L(8mg/dl)时，尿酸盐过饱和形成结晶， 沉积于关节、软组织、软骨及肾等处，而导致关节 炎、尿路结石及肾疾患，称为痛风症。
痛风的尿酸钠结晶
痛风的药物治疗：别嘌呤醇
别嘌呤醇
次黄嘌呤
别黄嘌呤
痛风症的治疗机制
核苷的直接利用
尿苷磷酸化酶
尿嘧啶+ 1-磷酸核糖
尿嘧啶核苷 + Pi
尿苷激酶
尿苷/胞苷+ATP
UMP/CMP + ADP
第十章-核酸的降解与核苷酸的代谢
2、关于嘌呤核苷酸的合成描述正确的是 （ ）
A．利用氨基酸、一碳单位和CO2为原料，首先合成嘌呤环再与 5-磷酸核糖结合而成
B．以一碳单位、CO2、NH3和5—磷酸核糖为原料直接合成 C．5—磷酸核糖为起始物，在酶的催化下与ATP作用生成PRPP， 再与氨基酸、CO2和一碳单位作用，逐步形成嘌呤核苷酸 D．在氨基甲酰磷酸的基础上，逐步合成嘌呤核苷酸
碱基
分解
合成
进入戊糖磷酸途径 或重新合成核酸
一、嘌呤碱的分解代谢
AMP
GMP
（一）嘌呤碱的分解过程 1、代谢场所
•代谢场所：肝脏、小肠及肾脏 •生物体内嘌呤的分解可分别在碱基、核苷、核苷 酸水平上进行，进行的反应有脱氨、氧化等。
2、代谢过程
1） 在碱基水平上
嘌 呤 的 分 解
2）在核苷酸水平上
FH4
NADPH+H+
UTP
CTP合成酶 丝氨酸
NADP
谷 AT氨P酰胺胸胸前前““谷 A一D氨P一酸+滩Pi滩屎屎” N”ADP
dUDP
H2O
O
O
Pi
dUMP的C5甲基化而来
HN
thymidylate synthase
HN
CH3
NH3
H2O
dCMP
ON dR 5'
dUMdPUMdP
P N5,A尿NT胸苷P10苷酸-激C酸酶HA合D2成P-F酶HUD4P
O
二磷酸核苷激酶
N
AFTPH2
dR 5' P
ADP
N5,N10-CH2-FHF4Hr2e还d原uF酶cHFtHa22NsAeDPH+H+NA+DHP+H dTMP
核酸的降解和核苷酸的代谢
二 、核苷酸的生物降解
1、嘌呤的分解
嘌呤碱包括：A-腺嘌呤、G-鸟嘌呤
不同动物嘌呤代谢的最终产物也不同 人、猿以及鸟类、爬虫类和大多数昆虫：尿酸
其他哺乳动物、双翅目昆虫：尿囊素
硬骨鱼类：尿囊酸
尿囊素酶
尿酸酶
大多数鱼类、两栖类：尿素 尿囊酸酶
• 某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和 CO2排出。
Py Pu Py Py
G
A
C
U
G
A
1´
p
p
p
p
p
p
p
p
p
p OH
5´
3´
RNAase I
RNAase I
RNAase T1
RNAase T1
Pu ：嘌呤
Py：嘧啶
RNA: DNA:
RNase(酶稳定、耐高温) DNase(种类多、工具酶)
作用类别：
核酸内切酶： 磷酸二酯酶，作用点在核酸内部，产 物是寡核苷酸链。 核酸外切酶： 磷酸单酯酶，作用于核酸两端，产物 是单核苷酸。
甘油醛-3-磷酸
1.核酸酶
核酸酶的分类
核糖核酸酶(RNase)：只水解RNA磷酸
根据对底物的 专一性分为
二酯键的酶（RNase）
脱氧核糖核酸酶(DNase)：只能水解
DNA磷酸二酯键的酶。
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
核酸内切酶 根据切割位点分为
核酸外切酶
内切核酸酶对RNA的水解位点示意图
来自NH3 氨甲酰磷酸
来自CO2
4
C
N3
C5
C2
C6
1
N
来自天冬氨酸
第十二章核酸降解与核苷酸代谢ppt课件
（2）磷酸单酯酶与核苷酸酶催化核苷酸水 解，生成磷酸和核苷。
（3）核苷经核苷酸水解生成碱基和戊糖
二、碱基的代谢 1、嘌
呤 的 分 解
2、嘧 啶 的 分 解
第二节 核苷酸合成
一、从头合成 1、嘌呤核苷酸合成 （1）嘌呤环各元素来源
（2） 合 成 途 径
（3）合成特点
a、先经合成氨甲酸磷酸，再与天冬氨酸硫含 生成乳清酸,再被转移至SPRPP的CI’上生 成乳清酸核苷酸。
b、乳清酸核苷酸经脱羧及转氨基因生成尿苷 酸、胞苷酸。
二、补救合成途径
由磷酸核糖转移酶催化将未合成或代谢中 产生的碱基转移至磷酸核糖的C1‘羟基上而 形成核苷酸。
三、脱氧核苷酸的合成
DNA中所含脱氧核苷酸由核糖核苷二磷 酸水平还原而成
四、DNA胸苷酸合成
1、由dump经胸苷酸合成酶还原并从亚甲 基四氢叶酸转甲基而生成dtmp
第十二章 核酸降解与核苷酸代谢 第一节 核酸降解
一、核酸的降解 1、核酸的分解过程
核苷酸 核苷酸酶 H2O
核苷＋Pi
核苷磷酸化酶
核苷＋Pi
嘌呤碱或嘧啶碱＋戊糖-1-磷酸
核苷＋H2O 核苷水解酶 嘌呤碱或嘧啶碱＋戊糖
2、核酸的降解
（1）水解核苷酸之间连接的3‘，5’磷酸二 脂键，生成多核苷酸电离或单核苷酸催化 水解的酶为核酸酶，水解核酸分子内的磷 酸二酯键的核酸酶为内环酶，从核酸-端逐 个水解核苷酸的酶为外 氧胸苷，过后经胸苷酸酶催化与ATP反应 生成胸苷酸。
（3）核苷经核苷酸水解生成碱基和戊糖
二、碱基的代谢 1、嘌
呤 的 分 解
2、嘧 啶 的 分 解
第二节 核苷酸合成
一、从头合成 1、嘌呤核苷酸合成 （1）嘌呤环各元素来源
（2） 合 成 途 径
（3）合成特点
a、先经合成氨甲酸磷酸，再与天冬氨酸硫含 生成乳清酸,再被转移至SPRPP的CI’上生 成乳清酸核苷酸。
b、乳清酸核苷酸经脱羧及转氨基因生成尿苷 酸、胞苷酸。
二、补救合成途径
由磷酸核糖转移酶催化将未合成或代谢中 产生的碱基转移至磷酸核糖的C1‘羟基上而 形成核苷酸。
三、脱氧核苷酸的合成
DNA中所含脱氧核苷酸由核糖核苷二磷 酸水平还原而成
四、DNA胸苷酸合成
1、由dump经胸苷酸合成酶还原并从亚甲 基四氢叶酸转甲基而生成dtmp
第十二章 核酸降解与核苷酸代谢 第一节 核酸降解
一、核酸的降解 1、核酸的分解过程
核苷酸 核苷酸酶 H2O
核苷＋Pi
核苷磷酸化酶
核苷＋Pi
嘌呤碱或嘧啶碱＋戊糖-1-磷酸
核苷＋H2O 核苷水解酶 嘌呤碱或嘧啶碱＋戊糖
2、核酸的降解
（1）水解核苷酸之间连接的3‘，5’磷酸二 脂键，生成多核苷酸电离或单核苷酸催化 水解的酶为核酸酶，水解核酸分子内的磷 酸二酯键的核酸酶为内环酶，从核酸-端逐 个水解核苷酸的酶为外 氧胸苷，过后经胸苷酸酶催化与ATP反应 生成胸苷酸。
生物化学第33章核酸的降解和核苷酸代谢
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药物治疗
针对核酸降解和核苷酸代谢异 常的疾病，可采用药物治疗， 如使用核酸酶抑制剂、核苷酸 类似物等。
基因治疗
对于由基因突变引起的核酸降 解和核苷酸代谢异常疾病，基 因治疗是一种潜在的治疗方法 ，如通过基因编辑技术修复突 变基因。
饮食调整
饮食调整可帮助改善核苷酸代 谢异常，如减少高嘌呤食物的 摄入以降低血尿酸水平。
调节代谢
核酸降解产生的核苷酸及其代谢产物可以调节细胞 内核苷酸代谢相关酶的活性，从而影响核苷酸代谢 的速率和方向。
维持平衡
核酸降解与核苷酸代谢之间的动态平衡对于维持细 胞内核苷酸稳态至关重要，核酸降解的异常可能导 致核苷酸代谢紊乱。
核苷酸代谢对核酸降解的反馈作用
80%
产物反馈
核苷酸代谢产生的某些产物可以 反馈抑制核酸降解相关酶的活性 ，从而调节核酸降解的速率。
嘧啶核苷酸的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ谢
嘧啶核苷酸的合成
先合成嘧啶环，再与磷酸核糖相连生 成嘧啶核苷酸。合成的部位主要在肝 和小肠黏膜中。
嘧啶核苷酸的分解
嘧啶碱基分解代谢是先去除环外氨基生 成嘧啶，再氧化开环，最终生成CO2、 β-丙氨酸及β-氨基异丁酸等。
核苷酸代谢的调控与意义
核苷酸代谢的调控
核苷酸代谢受到多种因素的调控，包括底物浓度、酶活性、基因表达等。此外， 核苷酸代谢还与细胞周期、细胞增殖和分化等生理过程密切相关。
核苷酸代谢的意义
核苷酸是生物体内重要的组成成分，参与遗传信息的传递和表达。同时，核苷 酸也是多种生物活性物质的合成前体，如辅酶、激素等。因此，核苷酸代谢对 于维持生物体的正常生理功能具有重要意义。
核苷酸的代谢
O HN O
胸腺嘧啶核苷酸合成酶
O N dR-P
HN O N dR-P
CH3
N5、N10 亚甲基 FH4
二氢叶酸 还原酶 Ser羟甲基 羟甲基 转移酶
FH2
NADP++Gly
NADPH+H++Ser
核 苷 酸 的 合 成 及 相 互 关 系
3、 、
核糖核苷酸的还原反应
NADP+
硫氧还蛋白 还原酶
腺苷酸代琥珀酸
腺苷酸
3、鸟嘌呤核苷酸的合成
次黄嘌呤核苷酸
黄嘌呤核苷酸
黄嘌呤核苷酸 细菌直接以氨作为氨基供体
鸟苷酸
4、由嘌呤碱和核苷合成核苷酸
“补救”途径 补救” (脑和骨髓 脑和骨髓) 脑和骨髓 主要发生在肝 主要发生在肝 内外源 核苷 脏，常因各种 核酸分解 抑制物甚至生 抑制物甚至生 理紧张导致其 理紧张导致其 、Pi 碱基、 碱基 中的某些酶缺 乏，影响细胞 生长。 生长。 脱氧核苷 核酸类补品原理所在 可提高康复速度 DNA
延胡索酸
5-氨基咪唑 -4-氨甲酰核苷酸
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
5-甲酰氨基咪唑 -4-氨甲酰核苷酸
次黄嘌呤核苷酸
H
腺苷酸代琥珀酸 腺苷酸
次黄嘌呤 核苷酸 黄嘌呤核苷酸 鸟苷酸
2、腺嘌呤核苷酸的合成 腺嘌呤核苷酸的合成
次黄嘌呤 核苷酸
腺苷酸代琥珀酸
谷胱甘肽 还原酶
2GSH
NADPH+H+
NADP+
核糖核苷酸还原酶示意图
底物特异性 调节位点 酶活 性 调节位点
有利于UDP和CDP还原 促进ADP和GDP还原
胸腺嘧啶核苷酸合成酶
O N dR-P
HN O N dR-P
CH3
N5、N10 亚甲基 FH4
二氢叶酸 还原酶 Ser羟甲基 羟甲基 转移酶
FH2
NADP++Gly
NADPH+H++Ser
核 苷 酸 的 合 成 及 相 互 关 系
3、 、
核糖核苷酸的还原反应
NADP+
硫氧还蛋白 还原酶
腺苷酸代琥珀酸
腺苷酸
3、鸟嘌呤核苷酸的合成
次黄嘌呤核苷酸
黄嘌呤核苷酸
黄嘌呤核苷酸 细菌直接以氨作为氨基供体
鸟苷酸
4、由嘌呤碱和核苷合成核苷酸
“补救”途径 补救” (脑和骨髓 脑和骨髓) 脑和骨髓 主要发生在肝 主要发生在肝 内外源 核苷 脏，常因各种 核酸分解 抑制物甚至生 抑制物甚至生 理紧张导致其 理紧张导致其 、Pi 碱基、 碱基 中的某些酶缺 乏，影响细胞 生长。 生长。 脱氧核苷 核酸类补品原理所在 可提高康复速度 DNA
延胡索酸
5-氨基咪唑 -4-氨甲酰核苷酸
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
5-甲酰氨基咪唑 -4-氨甲酰核苷酸
次黄嘌呤核苷酸
H
腺苷酸代琥珀酸 腺苷酸
次黄嘌呤 核苷酸 黄嘌呤核苷酸 鸟苷酸
2、腺嘌呤核苷酸的合成 腺嘌呤核苷酸的合成
次黄嘌呤 核苷酸
腺苷酸代琥珀酸
谷胱甘肽 还原酶
2GSH
NADPH+H+
NADP+
核糖核苷酸还原酶示意图
底物特异性 调节位点 酶活 性 调节位点
有利于UDP和CDP还原 促进ADP和GDP还原
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Chapter 9 nucleic acid & their catabolism
但RNA功能的多样性,体现在: ①控制蛋白质合成; ②作用于RNA转录后加工与修饰; ③基因表达与细胞功能的调节; ④生物催化与其他细胞持家功能; ⑤遗传信息的加工与进化. 病毒RNA是上述功能RNA的游离成分.
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9.2.1.4.核苷酸nucleotide 核苷中戊糖的3'或5'羟基结合1~3个磷酸而形成核 苷酸,它是核苷的磷酸酯.5'位的磷酸可省略编号. 细胞内有一些游离存在的多磷酸核苷酸,它们是 核酸合成的前体,重要的辅酶和能量载体.最常见的 是腺苷三磷酸(5'-adenosine phosphate,ATP). 3', 5'或2', 5'可形成环状核苷酸,这是细胞功能的 调节分子和信号分子,如3', 5'-环化腺苷酸(3', 5'cyclic adenylic acid,cAMP)及3', 5'-环化鸟苷酸(3', 5'-cycli cguanylic acid,cGMP).
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9.2.2.DNA的一级结构 核酸的共价结构就是核酸的一级结构,指核酸的 核苷酸序列,是核苷酸聚合的大分子,无分支结构. 9.2.2.1.DNA的分子量 DNA分子量大,在106~1012范围内,包含的碱基 对数在103~109,通常一个染色体包含一个DNA分子. 生物越高等,DNA分子量越大,因功能增加,调 控和重复序列的比例大.人类基因组的大小为3.2 Gb (109bp),编码蛋白质的基因大约为31000个,酵母 细胞的编码基因为6000,果蝇为13000,蠕虫18000, 而植物为26000.
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9.2.核酸的结构 核酸是多聚核苷酸,结构如下所示: 碱基+戊糖→核苷(+磷酸)→核苷酸(×n)→核酸(多核苷 酸)(×2)→染色体 9.2.1.核酸的基本组成 核酸由核苷酸组成,核苷酸可分为(核糖)核苷 酸[(ribo)nucleotide]和脱氧(核糖)核苷酸[deoxy (ribo)nucleotide]两类.对核酸和蛋白质系统来说, 核苷酸相当于氨基酸,碱基相当于氨基酸的功能基.
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9.1.1.2.核糖核酸ribonucleic acid,RNA 参与蛋白质合成的RNA有三类: 转移RNA:transfer RNA,tRNA 核糖体RNA:ribosomal RNA,rRNA 信使RNA:messenger RNA,mRNA 还有小RNA(small RNA,sRNA,分子约300个核 苷酸左右或更小).其命名方式有: ⑴.按大小命名:如4.5S RNA,5S RNA等. ⑵.按凝胶电泳中7S位置命名:分出两个RNA条带, 分别称为7SK RNA和7SL RNA.
9.1.2.核酸的功能 9.1.2.1.DNA是主要的遗传物质 1944年O. Avery等从有荚膜,菌落光滑的Ⅲ型肺炎 球菌中提取纯化的DNA,加到无荚膜,菌落粗糙的Ⅱ 型细菌培养物中,发现DNA能使一部分ⅡR型细胞获 得合成ⅢS型细胞特有的荚膜多糖的能力.若将DNA 酶降解,转化能力失去.实验证明DNA是转化物质, 已转化细菌的后代仍保留合成Ⅲ型荚膜的能力,说明 此性状可以遗传给后代. 基因是染色体上占有一定位置的遗传单位.三个 基本属性:可通过复制将遗传信息由亲代传递给子 代;可转录对表型有一定的效应;可突变形成各种等 位基因.DNA具有基因的所有属性,基因是DNA的一 个片段.但有些病毒的基因组是RNA,基因是RNA的 一个片段. Chapter 9 nucleic acid & their catabolism
第九章 核酸分解及核苷酸的代谢
核酸是重要的生物大分子,是生物化学和分子 生物学研究的重要对象和领域. 9.1.核酸概述 9.1.1.核酸的种类和分布 9.1.1.1.脱氧核糖核酸deoxynucleic acid,DNA 原核细胞DNA集中在核区,真核细胞DNA在核 内形成染色体(染色质)时,DNA占49.2%,蛋白 质占48.5%,其余为无机盐和脂类. 线粒体,叶绿体细胞器也含有DNA,在细胞核 DNA控制下可进行半自主复制.
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⑶.按细胞中位置命名:如核内小RNA(snRNA), 核仁小RNA(snoRNA),胞质小RNA(scRNA). ⑷.按已知功能命名:如反义RNA(antisense RNA),核酶(ribozyme)等. 原核和真核生物的tRNA的大小和结构基本相同. 原核生物核糖体小亚基含16S rRNA,大亚基含5S 和23S rRNA;高等真核生物核糖体小亚基含18S rRNA, 大亚基含5S,5.8S和28S rRNA;低等真核生物的小亚 基含17S rRNA,大亚基含5S,5.8S和26S rRNA. 原核生物的mRNA由功能相近的基因组成操纵子, 产生多顺反子mRNA.真核生物有5'端帽子, 3'polyA尾巴,以及非翻译区调控序列,不形成操纵 子和多顺反子. Chapter 9 nucleic acid & their catabolism
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9.2.1.2.戊糖pentose 9.2.1.3.核苷nucleoside 核苷是1)或嘌呤 的第九位氮原子(N9)结合,一般称为N-糖苷键. 假尿嘧啶核苷ψ:核糖与尿嘧啶的第五位碳(C5) 结合,在tRNA和rRNA中存在. W(Y)核苷(Wyosine):为二甲基三杂环碱 基,存在于如酵母的苯丙氨酸的tRAN中. Q核苷(Quenosine):2-氨-6-羟嘌呤核苷,存在 于一些tRAN中.
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9.2.2.2.DNA的碱基组成 有种的特异性,不同物种的DNA碱基组成不同, 同种的不同组织和器官的细胞核DNA碱基组成一样, 不受生长发育,营养状况以及环境条件的影响. 1950年Chargaff总结出生物碱基组成的规律,被称 为Chargaff规则: 1.腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等,即A=T. 2.鸟嘌呤和胞嘧啶的摩尔数也相等,即G=C. 3. A和C总数等于G和T,即A+C=G+T.可推论出 A+G=C+T. 4.年龄,营养状况和环境不影响细胞核内DNA的碱 基组成.
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原核生物染色体DNA,质粒DNA,真核生物细胞 器DNA都是环状双链DNA.质粒是细菌的染色体外基 因,它们能够自主复制,并给出附加的性状. 真核生物染色体是线型双链DNA,末端具有高度 重复序列形成的端粒结构,是DNA的保护结构. 病毒必须在宿主细胞才能生存,可看作游牧基因. 动物病毒DNA通常是双链线型(痘病毒,虹彩病毒, 疱疹病毒和腺病毒的DNA)或环型(乳头瘤病毒,多 瘤病毒,杆状病毒和嗜肝DNA病毒等).植物病毒基 因组多为RNA,噬菌体DNA多为双链线型. DNA含量在一个个体的每个细胞中是基本恒定的.
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许多生物碱是嘌呤的衍生物: 尿酸uric acid:2,6,8-三羟嘌呤,嘌呤代谢产物 黄嘌呤xanthine:2,6-二羟嘌呤,嘌呤代谢产物 次黄嘌呤hypoxanthine:6-羟基嘌呤,嘌呤代谢产物 茶叶碱theophylline:1,3-二甲基黄嘌呤 可可碱theobromine:3,7-二甲基黄嘌吟 咖啡碱(咖啡因)caffeine:1,3,7-三甲基黄嘌呤 玉米素zeatin:N6-异戊烯腺嘌呤). 激动素kinetin:N6-呋喃甲基腺嘌呤
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9.2.2.3.细胞DNA的含量 细胞中DNA含量恒定,单倍体生殖细胞的DNA含 量正好是双倍体体细胞的一半. 生物进化程度越高,细胞中DNA含量(C值)越 高.如细菌每个细胞含DNA约0.01 pg,而高等动物每 个细胞约含6pg,比细菌多近千倍. C值矛盾C value paradox:细胞DNA含量与进化程 度不平行,相等进化程度的生物在不同物种间细胞 DNA含量差别很大.如昆虫,两栖类之间细胞DNA含 量可以相差数十倍,开花植物可相差数百倍.许多物 种的DNA含量大于人类的5.06pg.因DNA有重复序 列,染色体外基因和细胞器基因,植物的多倍体.
9.1.3.核酸研究的前景 9.1.3.1.生物技术的兴起 以DNA重组技术为基础的技术是分子生物学的第 二次革命,包括DNA切割技术,分子克隆和快速测 序. 工具酶:用于基因操作的酶,包括DNA连接酶, DNA聚合酶,逆转录酶等. 基因工程或遗传工程:DNA重组技术用于改变生 物体的性状,改造基因,以至改造物种的工作.
9.1.2.2.RNA参与蛋白质的生物合成 rRNA约占细胞总RNA的80%,装配者并催化; tRNA占细胞总RNA的15%,是转换器,携带氨基 酸并翻译. mRNA占细胞总RNA的3%~5%,是信使,携带 DNA的遗传信息,起模板作用. 9.1.2.3.RNA功能的多样性 RNA的核心作用是DNA到蛋白质的中间传递体.
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