第九章核酸代谢
生物化学-核苷酸代谢
①二氢叶酸还原酶 ②核苷酸甘氨酰胺 （GAR）转甲酰酶 ③5-甲酰氨基咪唑4-甲酰胺核苷酸 （AICAR0转甲酰 酶
嘌呤核苷酸合成和 嘧啶核苷酸合成
氨蝶呤和甲 氨蝶呤
叶酸
①急性白血病 ②头颈部肿瘤 ③妊娠滋养细 胞瘤 ④成骨肉瘤 ⑤淋巴癌 ⑥肝癌 ⑦乳腺癌 ⑧卵巢癌
嘌呤核苷酸合成
部分核苷酸代谢类似物的临床应用
原 因
调节失常
遗传缺陷
临床特点
嘌呤产生和排谢过多
遗传类型
x-染色体连锁隐性 遗传
1．嘌呤核苷酸代谢障碍
Lesch-Nyhan HGPRT 综合征
嘌呤产生排泄多,脑性瘫痪、 x-染色体连锁隐性 自毁容貌症 遗传
免疫缺陷症, ①腺苷脱氨酶
②嘌呤核苷磷酸化酶 肾结石 黄嘌呤尿 APRT 黄嘌呤氧化酶
遗传缺陷
氮杂丝氨酸 5-氨基咪唑-4甲酰胺核苷酸 腺嘌呤 次黄嘌呤 鸟嘌呤 甲酰甘氨咪 核苷酸
部分核苷酸代谢类似物的临床应用
药物名称 正常代谢物 治疗的疾病 ①白血病 ②自身免疫性病 ③妊娠滋养细胞肿 瘤 主要作用的酶 ①IMP脱氢酶 ②腺苷酸代琥珀 酸合成酶 黄嘌呤氧化酶 作用的代谢途径 嘌呤核苷酸合成 6-巯基嘌呤 嘌呤核苷酸
第二节 核酸的降解与核苷酸代谢
食物核蛋白
一、 核 酸 与 核 苷 酸 降 解
生物化学第9章-核酸结构、功能与核苷酸代谢教材
第九章核酸结构、功能与核苷酸代谢【授课时间】4学时第一节核酸的化学组成【目的要求】掌握核酸（DNA和RNA）的分子组成、核苷酸的连接方式、键的方向性。
【教学内容】1．详细介绍：碱基2．一般介绍：戊糖3．一般介绍：核苷4．一般介绍：核苷酸5．详细介绍：核酸中核苷酸的连接方式【重点、难点】重点：核酸组成与核苷酸的连接【授课时间】0.25学时第二节DNA的结构与功能【目的要求】1．掌握DNA的二级结构的特点。
2．掌握DNA的生物学功能。
【教学内容】1．一般介绍：DNA的一级结构2．重点介绍：DNA的二级结构3．一般介绍：DNA的超级结构4．一般介绍：DNA的功能【重点、难点】重点：DNA的二级结构难点：DNA的超级结构【授课学时】1学时第三节RNA的结构与功能【目的要求】1．掌握RNA的种类与功能。
mRNA和tRNA的结构特点。
2．了解核酸酶的分类与功能。
3．了解其他小分子RNA。
【教学内容】1．详细介绍：mRNA的结构与功能2．详细介绍：tRNA的结构与功能3．详细介绍：rRNA的结构与功能4．一般介绍：小分子核内RNA5．一般介绍：核酶【重点、难点】重点：mRNA、tRNA的结构与功能【授课学时】0．5学时第四节核酸的理化性质【目的要求】1．掌握DNA的变性和复性概念和特点2．熟悉核酸分子杂交原理。
3．熟悉核酸的一般性质【教学内容】1．一般介绍：核酸的一般性质2．详细介绍：核酸的紫外吸收3．重点介绍：核酸的变性与复性【重点、难点】重点：核酸的变性与复性【授课学时】1学时第五节核苷酸代谢【目的要求】1．熟悉核苷酸合成途径的原料、主要步骤及特点。
核苷酸分解代谢的终产物。
2．熟悉脱氧核苷酸的生成3．了解嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸的抗代谢物及其抗肿瘤作用的生化机理。
4．了解尿酸以及痛风症与血中尿酸含量的关系。
【教学内容】1．一般介绍：嘌呤核苷酸的合成2．一般介绍：嘧啶核苷酸的合成3．详细介绍：脱氧核糖核苷酸的生成4．详细介绍：核苷酸的相互转化5．一般介绍：核苷酸分解代谢【重点、难点】难点：嘌呤、嘧啶类抗代谢物及其抗肿瘤作用的生化机理【授课学时】1．25学时第九章核酸结构、功能与核苷酸代谢第一节核酸的化学组成第二节DNA的结构与功能第三节RNA的结构与功能第四节核酸的理化性质第五节核苷酸代谢第一节核酸的化学组成时间15ˊ教学内容核酸分为脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)和核糖核酸(ribonucleic acid，RNA)。
第九章核酸的酶促降解及核苷酸代谢
c、UMP转变为CTP
CTP合成酶
UMP UDP UTP
CTP
ATP Gln H2O
嘧啶环上各原子的来源
来自NH3 来自CO2
4
C
N3
C5
C2
C6
1
N
来自天冬氨酸
尿嘧嘧啶+PRPP 尿嘧啶+1-P-核糖 尿嘧啶核苷+ATP
UMP+PPi 尿嘧啶核苷+Pi UMP+ADP
-CH=NH
H-CO-CH2OH -CH= -CH2-CH3
亚氨甲基 甲酰基 甲醇基 次甲基 亚甲基
甲基
一碳基团转移酶的辅酶：FH4 一碳基团四氢叶酸化合物的结构和命名
叶酸和 四氢叶酸（FH4）
叶 酸
四
氢
H
叶
10
酸
5
H
CHOCH2
N5N，5-NC1H0-OC-HF2H-F4 H4
一碳基团的 S-腺苷蛋氨酸 来源与转变
参与 甲基化反应
N5-CH2-FH4
丝氨酸 FH4
NAD+
NDAH+H+ N5 ， N10 -CH2-FH4还原酶
N5 N10 - CH2-FH4
为胸腺嘧啶合 成提供甲基
NAD+ NDAH+H+
N5 ， N10 -CH2-FH4脱氢酶
组氨酸 FH4 苷氨酸
N5， N10 = CH-FH4
参与嘌呤合成
核酸的酶促降解和核苷酸代谢
本章重点讨论核酸酶的类别和特点，对核 苷酸的生物合成和分解代谢作一般介绍。
第一节 核酸的酶促降解 第二节 核苷酸的分解代谢 第三节 核苷酸的合成代谢
第九章核酸代谢-课件
第九章核酸代谢
核酸的降解
核苷酸的合成 核苷酸库 核苷酸的降解
核酸的合成
核苷酸是核酸的基本结构单位， 它不属于营养必需物质
第一节 核酸的消化吸收
核酸(RNA与DNA)
(磷酸二酯酶) 胰核酸酶 RNA酶 DNA酶
单核苷酸
(磷酸单酯酶) 胰、肠核苷酸酶
磷酸
核苷
核苷酶
碱基
戊糖
第二节 核酸的代谢
一、 单核苷酸的合成 （一）嘌呤核苷酸合成
（磷酸核糖焦磷酸） PRPP合成酶（5′-磷酸核糖）
谷氨酰胺 酰胺转移酶
谷氨酸
H2N-1′-R-5′-P （5´-磷酸核糖胺）
在甘氨酸、一碳单位、
谷氨酰胺、二氧化碳及
天冬氨酸的逐步参与下
IM
(次黄P嘌呤核苷酸)
a. IMP的合成过程
① 磷酸核糖酰胺转移酶 ② GAR合成酶 ③ 转甲酰基酶 ④ FGAM合成酶 ⑤ AIR合成酶
（3）原料
•嘧啶环
GLn CO2
氨基甲 酰磷酸
天冬氨酸
磷酸核糖：磷酸核糖焦磷酸
（4）合成过程
a.尿嘧啶核苷酸的合成
谷氨酰胺 + HCO3-
氨基甲酰磷 酸合成酶II
2ATP 2ADP+Pi
谷氨酸 + 氨基甲酰磷酸
b.胞嘧啶核苷酸的合成
尿苷酸激酶
UDP
ATP
ADP
二磷酸核苷激酶
ATP
ADP
UTP
谷氨酰胺 嘌呤环中第4、5位碳原子来自甘氨酸。
磷酸核糖的来源 5－磷酸核糖
5′-磷酸核糖-1′-焦磷酸PRPP）
(4)过程
a.IMP的合成:生物体嘌呤核苷酸合成途 径中首先合成的是IMP
生物化学之核苷酸代谢
生尿酸，同时补救途径不通会引起嘌呤核苷
酸从头合成速度增加，更加大量累积尿酸， 从而导致肾结石和痛风
3、脱氧核苷酸的生成
O P -P O N 核糖核苷酸还原酶 OH
硫 化 原 白 氧 还 蛋
CH2
O P -P CH2 O
N
OH NDP
SH
硫 化 原 白 氧 还 蛋
OH S S
H dNDP
SH 硫氧化还原蛋白还原酶 NADP NADP H
次黄嘌呤核苷酸 IMP
ATP和GTP的生成
HOOCCH CHCOOH 2 O C C N O OH OH C N N CH GTP Asp H N P O CH2 HC NH C C N O OH OH OH 腺苷酸代琥珀酸 OH C N N CH 延胡索酸 HC P O CH2 N O C N CH
Glu
P O CH2 OH
OH
OH
XMP
GMP
(Xanthosine monophosphate)
嘌呤核苷酸从头合成的调节
原则之一：满足需求，防止供过于求。
(-) (+) R-5-P
PRPP合 成 酶
(-) (+) PRPP (-) PAR (-) IMP XMP (-) GMP GDP GTP
次黄嘌呤
6-巯 基 嘌 呤 6MP (6-mercaptopurine)
SH
OH H N HC P O CH2 OH C C N O OH C N N CH H N HC P O CH2 OH
C C N O OH C N N CH
次 黄 嘌 呤 核 苷 酸 (IMP)
6-巯 基 嘌 呤 核 苷 酸
嘌呤核苷酸的抗代谢物-2
第九章核酸的降解与核苷酸代谢-课件
第三节 核苷酸的生物合成
一 总论
二 “从头合成”中碱基各原子来源
通过放射性同位素法推断
天冬氨酸
CN CN CC NN C 一碳单位
CO2 甘氨酸
6
1
5
23 4
7 8
9
一碳单位
嘌 呤 碱
谷氨酰胺 磷酸核糖C1上逐个安插成嘌呤碱成分，形成A(G)MP。
“补救”途径 “从头合成”途径（通常情况下占95%）
A. 天门冬氨酸、谷氨酰胺、 CO2 B. 谷氨酸、谷氨酰胺、天门冬氨酸
C. 天冬氨酸、CO2、甘氨酸 D. CO2、谷氨酰胺、苯丙氨酸 8. 嘌呤环上的四个氮原子来源于
A.天门冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸
B.天门冬氨酸、谷氨酰胺、氨
C.天门冬氨酸、甘氨酸
D.甘氨酸、谷氨酰胺、氨
E. 尿素、氨
The end
(脑和骨髓)
核糖、氨基酸、CO2、NH3、Pi
内源酸解主脏抑理外核分，要制紧常发物张因导生甚各致在至碱核肝种生其基糖、Pi 中的某些酶缺 乏，影响细胞 生长。 脱氧核糖
辅酶
核糖核苷酸 脱氧核糖核苷酸
RNA
核酸类补品原理所在 可提高康复速度
DNA
记忆法
甘氨坐中间，谷氮站两边； 左手开天门，头顶二氧碳； 两个碳单位，一边分一个。
3.嘌呤从头合成的关键步骤是
A. 由PRPP与谷氨酸合成磷酸核糖胺
B.由PRPP与谷氨酰胺合成磷酸核糖胺
C.谷氨酰胺全部加入到磷酸核糖单位中
D.N5N10甲炔四氢叶酸提供的甲酰基与甘氨酰胺核苷酸形成甲酰甘 氨酰胺核苷酸
E. CO2与氨基咪唑核苷酸生成5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸
4. 人类，嘌呤的主要分解产物是
第九章 核苷酸代谢
图9-7
嘧啶的元素来源
（2）嘧啶核苷酸从头合成的特点 嘧啶核苷酸从头合成途径不同于嘌呤核苷酸 的合成。其特点是： ①合成所需要的酶系大多在胞液内，但个别酶 如二氢乳清酸脱氢酶则位于线粒体内。 ②合成从CO2和谷氨酰胺开始，经6步反应先合 成出尿嘧啶核苷酸（UMP）。 ③由UMP出发再合成其它的嘧啶核苷酸。
2) 嘧啶核苷酸的负性调节同样由合成产物的反 馈抑制进行调节。主要集中在对4个关键酶的反 馈抑制上。
第一个关键酶是氨基甲酰磷酸合成酶Ⅱ （CPSⅡ），由UMP反馈抑制。 第二个关键酶是天冬氨酸转氨基甲酰酶 (CAT)，由UMP和CTP反馈抑制。
第三个关键酶是磷酸核糖焦磷酸激酶 （OPRT），由ADP和GDP反馈抑制。 第四个关键酶是CTP合成酶(CTPS)，由CTP反 馈抑制。CTP对天冬氨酸转氨酶的反馈调节为变 构调节。该酶有6个催化亚基和6个调节亚基。当 CTP浓度升高时，CTP就与调节亚基结合，使调节 亚基和催化亚基逐步变构，从而使酶由活性状态 逐步转变为无活性状态，实现反馈抑制调节。
图9-3
嘌呤核苷酸的从头合成
图9-4
由IMP合成AMP和GMP
(5) 嘌呤核苷酸从头合成的调节 细胞和机体能够对嘌呤核苷酸的从头合成 进行调节，以保持细胞和机体内相对稳定的嘌呤 核苷酸供应。嘌呤核 苷酸从头合成的调节包 括正性调节和负性调节两种方式。 正性调节是指促进嘌呤核苷酸合成的调节。 而负性调节是指抑制嘌呤核苷酸合成的调节。
1）正性调节表现为前后两端调节 前端正性调节主要是对两个关键酶的促进作用。这 两个关键酶是PRPPK和GPAT，底物ATP、5’-磷酸核糖和 PRPP分别促进其活性，增加IMP的合成。 后端正性调节主要是由ATP促进GMP合成酶和GTP促 进腺苷酸代琥珀酸合成酶这两个关键酶的活性，增加 GTP和ATP的合成。
核酸的降解
第九章核酸的酶促降解和核苷酸代谢核酸在生物体内核酸酶、核苷酸酶、核苷酶等的作用下，分解为氨、尿素、尿囊素、尿囊酸、尿酸等终产物，排泄到体外。
在核酸的分解过程中，产生的核糖可以沿磷酸戊糖途径代谢，产生的核苷酸及其衍生物几乎参与细胞的所有生化过程。
如A TP是生物体内的通用能源；腺苷酸还是几种重要辅酶的组成成分；cAMP和cGMP作为激素作用的第二信使，是生物体内物质代谢的重要调节物质。
第一节核酸的分解代谢动物和异养型微生物可以分泌消化酶来分解食物中的核蛋白和核酸类物质，以获得各种核苷酸、核苷及嘌呤碱、嘧啶碱和戊糖。
植物一般不能消化体外的有机物质。
但所有生物细胞都含有与核酸代谢有关的酶类，能使细胞内的核酸分解，促使核酸更新。
在体内，核酸的分解过程如下：嘌呤碱和嘧啶碱+ 戊糖—1—磷酸。
一、核酸的降解（解聚）在生物体内能催化磷酸二酯键水解而使核酸解聚的酶，称为核酸酶。
其中专一作用于RNA的称为核糖核酸酶（RNase）；专一水解DNA的称为脱氧核糖核酸酶（DNase）。
核糖核酸酶和脱氧核糖核酸酶中，能水解核酸分子内部磷酸二酯键的酶称为核酸内切酶（Endonuclease）；而能从DNA或RNA以及低聚多核苷链的一端逐个水解下单核苷酸的酶称为核酸外切酶（Exonuclease)。
二、核苷酸的降解各种单核苷酸受细胞内磷酸单酯酶或核苷酸酶的作用水解为核苷和磷酸。
核苷在核苷酶的作用下进一步分解。
核苷酶的种类很多，可以分为两大类：一类是核苷磷酸化酶（Nucleoside Phosphorylase），一类是核酸水解酶（Nucleoside hydrolase）。
三、碱基的分解1．嘌呤的分解嘌呤碱的分解首先是在各种脱氨酶的作用下脱去氨基。
在许多动物体内广泛含有鸟嘌呤脱氨酶，可以催化鸟嘌呤水解脱氨生成黄嘌呤。
但腺嘌呤脱氨酶含量极少，而腺苷脱氨酶和腺苷酸脱氨酶活性很高。
因此，腺嘌呤的脱氨反应是在腺苷酸和腺苷的水平上进行的。
生物化学教案——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一、核苷酸的生物功能①合成核酸②是多种生物合成的活性中间物糖原合成，UDP-Glc。
磷脂合成，CDP-乙醇胺，CDP-二脂酰甘油。
③生物能量的载体ATP、GTP④腺苷酸是三种重要辅酶的组分NAD、FAD、CoA⑤信号分子cAMP、cGMP二、核酸和核苷酸的分解代谢食物中的核酸，经肠道酶系降解成各种核苷酸，再在相关酶作用下，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。
因此所谓的“核酸保健品”不过是一个骗局而已。
1、核酸的酶促降解核酸是核苷酸以3’、5’-磷酸二酯键连成的高聚物，核酸分解代谢的第一步就是分解为核苷酸，作用于磷酸二酯键的酶称核酸酶（实质是磷酸二酯酶）。
根据对底物的专一性可分为：核糖核酸酶、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。
1）核糖核酸酶只水解RNA磷酸二酯键的酶（RNase），不同的RNase专一性不同。
如：牛胰核糖核酸酶（RNaseI），作用位点是嘧啶核苷-3’-磷酸与其它核苷酸间的连接键。
核糖核酸酶T1（RNaseT1），作用位点是3’-鸟苷酸与其它核苷酸的5’-OH间的键。
2）脱氧核糖核酸酶只能水解DNA磷酸二酯键的酶。
DNase牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseI）可切割双链和单链DNA。
产物是以5’-磷酸为末端的寡核苷酸。
如：牛胰脱氧核糖核酸酶（DNase Ⅰ），降解产物为3’-磷酸为末端的寡核苷酸。
限制性核酸内切酶：细菌体内能识别并水解外源双源DNA的核酸内切酶，产生3ˊ-OH 和5ˊ-P。
PstⅠ切割后，形成3ˊ-OH 单链粘性末端。
EcoRⅠ切割后，形成5ˊ-P单链粘性末端。
3）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。
第九章核苷酸代谢及核酸生物学功能(修改)10学时
母链DNA
复制过程中形成 的复制叉
子代DNA
DNA半保留复制的证据：
细菌 （含 15N-DNA) 普通培养基 第一代 普通培养基 第二代 细菌DNA双链
15N-DNA
普通DNA
普通DNA 重DNA
重DNA 密度梯度离心
14N-DNA
• 半保留复制的意义
按半保留复制方式，子代DNA与亲代DNA
的碱基序列一致，即子代保留了亲代的全部遗
三、核苷酸的分解代谢
磷酸
HMS途径
戊糖
核苷酸
核苷
碱基 继续分解 作为补 救途径 的底物
1. 嘌呤核苷酸的分解代谢
嘌呤核苷酸
核苷酸酶
Pi
核苷
核苷磷酸化酶
1-磷酸核糖
嘌呤碱基
AMP GMP
黄嘌呤氧化酶 （次黄嘌呤）
H
X
黄嘌呤 氧化酶
G
（黄嘌呤）
嘌呤碱的最终 代谢产物
2. 嘧啶核苷酸的分解代谢
活性：1. 53 的聚合活性
2. 核酸外切酶活性
53 的聚合活性
• 核酸外切酶活性
5´
AG C T T C A G G A T A
3´
| | | | | | | | | | |
3´
?
5´
T C G AA G T C C T A G C G A C
• 3 5外切酶活性 能辨认错配的碱基对，并将其水解。 • 5 3外切酶活性 能切除合成起始时的RNA引物或突变的 DNA片段。
IMP生成总反应过程
（2）AMP和GMP的生成
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
生物化学基础靳利娥第9章 核酸代谢
谷氨酸 + 氨基甲酰磷酸
氨基甲酰磷酸合成酶（CPS）的区别
尿嘧啶核苷酸从头合成 1. 经转酰、环化、脱水、脱氢等合成嘧啶环 2. 催化反应的酶为多功能酶 3. 共六步反应
第五步 获得磷酸核糖
第二步 限速步骤
第四步 嘧啶环生成 反应部位：线粒体
第三步 环化
第六步 产生生成
2 胞嘧啶核苷酸的合成
核苷酸激酶
尿嘧啶 + PRPP
磷酸嘧啶核苷 + PPi
尿嘧啶核苷 + ATP 尿苷激酶
UMP +ADP
胞嘧啶可被尿苷激酶催化生成胞嘧啶核苷酸。
ATP作用生成5-磷酸核糖焦磷酸(PRPP)，然后用 于单核苷酸的合成。
二、嘌呤核苷酸的合成代谢
一、从头合成途径 (de novo synthesis pathway) 定义：利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二
氧化碳等原料，经一系列酶促反应合成嘌呤核苷 酸的途径。主要部位:：肝、小肠和胸腺（脑和骨 髓不进行） 二、补救合成途径(salvage synthesis pathway)
断核苷酸的生成，是抗癌作用的节点所在
嘌 呤 合 成 调 节 机 制
嘌呤抗代谢物分子结构
嘌呤类似物
叶酸类似物
氨基酸类似物
三、嘧啶核苷酸的合成代谢
从头合成途径(de novo synthesis pathway) 补救合成途径(salvage synthesis pathway)
（一）嘧啶核苷酸的从头合成
(hypoxanthine- guanine phosphoribosyl transferase, HGPRT) • 胞苷激酶 (kinase)
3 补救合成过程
生物化学基础(靳利娥)第9章 核酸代谢
鸟嘌呤＋ 鸟嘌呤＋H2O
鸟嘌呤脱氨酶
黄嘌呤＋ 黄嘌呤＋NH3
尿酸的生成
尿酸 尿酸氧化酶
尿囊素
尿囊素酶
尿囊酸
尿囊酸酶
尿素 尿素酶
尿酸的排泄方式
尿酸 人，灵长类，短毛狗，鸟类、爬虫类、软 灵长类，短毛狗，鸟类、爬虫类、 体动物、海鞘类、 体动物、海鞘类、昆虫 哺乳动物（灵长类除外）、腹足类 哺乳动物（灵长类除外）、腹足类 ）、 硬骨鱼 大多数鱼类、两栖类、 大多数鱼类、两栖类、淡水瓣鳃类
单核苷（DNA 与RNA特异） 单核苷酸
特异DNA 顺序
限制性内切酶
• 定义：特定核苷酸序列处切开核苷酸之间3’,5’-磷酸二酯 定义：特定核苷酸序列处切开核苷酸之间 磷酸二酯 断裂或产生缺口。 键，使DNA断裂或产生缺口。 断裂或产生缺口 • 如果识别序列的碱基经过修饰，限制性内切酶就不作用。 如果识别序列的碱基经过修饰，限制性内切酶就不作用。 通常寄主DNA在特定核苷酸序列处被甲基化而得到保护 在特定核苷酸序列处被甲基化而得到保护 通常寄主 则被分解。 ，但外源DNA则被分解。 但外源 则被分解 • Ⅰ型限制性内切酶既能催化宿主DNA的甲基化，又催化 的甲基化， 型限制性内切酶既能催化宿主 的甲基化 非甲基化的DNA的水解； 的水解； 非甲基化的 的水解 • Ⅱ型限制性内切酶只催化非甲基化的 的水解。 型限制性内切酶只催化非甲基化的DNA的水解。 只催化非甲基化的 的水解
IMP合成四至六步 合成四至六步 合成
4. 甲酰甘氨酰胺核苷酸与谷氨酰胺反应为 甲酰甘氨咪唑核苷酸 酶： 甲酰甘氨咪唑核苷酸合成酶 5.甲酰甘氨咪唑核苷酸脱水环化为5-氨基 5.甲酰甘氨咪唑核苷酸脱水环化为5 甲酰甘氨咪唑核苷酸脱水环化为 咪唑核苷酸（ 生成嘌呤完整五元环） 咪唑核苷酸（ 生成嘌呤完整五元环） 5-氨基咪唑核苷酸与羧化生成5 6. 5-氨基咪唑核苷酸与羧化生成5-氨基咪 唑-4-羧酸核苷酸 酶： 氨基咪唑核苷酸羧化酶
第九章核酸降解和核苷酸代谢优秀课件
➢ 嘧啶的降解：嘧啶碱的分解过程比较复杂，包括水 解脱氨基作用、氨化、还原、水解和脱羧基作用等。
嘌 呤 核 苷 酸 分 解
人体嘌呤分解代谢的特点
H2N CH2 CH2 COOH
β -丙氨酸
CO2 + NH3
H2N CH2 CH COOH CH3
β -氨基异丁酸
核苷酸的生物合成
生物体内的核苷酸，可以直接利用细胞中自由存在 的碱基和核苷合成（补救途径），也可以利用氨基 酸和某些小分子物质为原料，经一系列酶促反应从 头合成核苷酸（从头合成途径）。
RNA酶A 逆转录酶
降解RNA 补平反应，合成cDNA或制探针
碱性磷酸酶
切除核酸末端磷酸基
核苷酸的进一步水解
H2
核苷酸 O
H2 O
5-Pi-戊糖+碱基
仅在E.Coli和棕 色固氮菌中发现
碱基＋戊糖 仅对植物和微生
物的核糖核苷酸
H2 O
核苷+ Pi Pi
碱基＋1-Pi-戊糖
核苷酸分解代谢
➢ 核苷酸水解，产生磷酸和核苷。核苷可在核苷酶的 作用下进一步分解为戊糖和碱基。
限制性内切酶的命名
限制酶由三部分构成，即菌种名（斜写）、菌系 编号、分离顺序。
HindⅢ前三个字母来自于菌种名称H. influenzae， “ｄ”表示菌系为ｄ型血清型；“Ⅲ”表示分离到的 第三个限制酶。
EcoRI—Escherichia coli RI HindⅢ—Haemophilus influensae d Ⅲ SacI (II)—Streptomyces achromagenes I (Ⅱ)
生物化学核酸的降解与核苷酸代谢ppt课件
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
•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)
分布 氮源
肝细胞线粒体中 氨
变构激活剂 N-乙酰谷氨酸
功能
胞） 谷氨酰胺 无 嘧啶 合成
（2）胞嘧啶核苷酸的合成
尿苷酸激酶
ATP
ADP
二磷酸核苷激酶
UDP
ATP
ADP
UTP
CTP合成酶
谷氨酰胺 ATP
谷氨酸 ADP+Pi
（3） dTMP或TMP的生成
脱氧核苷酸还原酶
合成原料：谷氨酰胺、天冬氨酸、 CO2、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
•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II
2ATP 2ADP+Pi
谷氨酸 + 氨基甲酰磷酸
氨基甲酰磷酸合成酶 I、II 的区别
CPS-I
__
_
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甲壳类动物、软体动物
各种生物嘌呤碱的代谢产物
嘌呤代谢产物
排泄动物
尿酸
人类、灵长类动物、鸟类、昆虫
尿囊素
除灵长类外其它哺乳类动物
尿囊酸
某些硬骨鱼类
尿素、乙醛酸 大多数鱼类、两栖类动物
氨、二氧化碳 甲壳类动物、软体动物
3. 嘧啶的降解
❖ 嘧啶核苷酸可首先在核苷酸酶和核苷磷 酸化酶的催化下，除去磷酸和核糖，产生的 嘧啶碱可在体内进一步分解代谢。不同的嘧 啶碱其分解代谢的产物不同，其降解过程主 要在肝脏进行。
N7 C8
N9
来自甘氨 酸
来自甲 酸—一 碳单位
来自谷氨酰胺的酰 胺氮
❖ 过程： 5-磷酸核糖+ATP PRPP合成酶PRPP+AMP
天冬氨酸
甘氨酸
1
谷氨酰胺
一碳单位
CO2
IMP
2
AMP GMP
酰胺转移酶 PP-1-R-5-P
Gln Glu
H2N-1-R-5-P
5-磷酸核糖胺PRA
甘氨酸
GAR 合成酶
脱氧核糖核酸外切酶：只作用DNA 核糖核酸外切酶:只作用于RNA
B.核酸内切酶:从核酸分子内部切断3’，5’-磷酸二酯键。 （磷酸二酯酶）
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。
❖ 具有识别双链DNA分子中特定核苷酸序列， 并由此切割DNA双链的核酸内切酶统称为 限制性核酸内切酶。
NH
ATP
Mg2+
H2C CHO O=C
NH R-5'-P
转甲酰基酶 H2C-NH2
O=C
FH4
N10-甲酰 FA4
NH
R-5'-P
甲酰甘氨酰胺核苷酸FGAR
甘氨酰胺核苷酸GAR
NH H2C CHO O=C
NH
Gln
ATP
Glu
Mg2+
NH H2C CHO HN=C
NH
R-5'-P
甲酰甘氨酰胺核苷酸 FGAR
体内核苷酸主要是5‘-核苷酸，核糖核 苷酸浓度（mmol）远大于脱氧核糖核 苷酸（μmol）。ATP最多。
体内核苷酸的来源：
★体内合成：完全能够满足机体需要。
★体内核酸的降解；
★食物核酸消化吸收：
第一节 核酸的分解代谢
1. 核酸的酶促降解 2. 嘌呤的降解： 3. 嘧啶的降解：
1. 核酸的酶促降解
第九章 核苷酸代谢
Metabolism of nucleic acid
❖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。
❖ 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：如用ATP，GTP，CTP， UTP合成RNA，用dATP，dGTP，dCTP，dTTP 合成DNA。
胞嘧啶
尿嘧啶
胸腺嘧啶
二氢尿嘧啶
β-脲基丙酸 CO2 +NH3
β-脲基异丁酸
H2N-CH2-CH2-COOH β-丙氨酸
H2N-CH2-CH-COOH CH3
β-氨基异丁酸
β-氨基异丁酸可随尿排出，化疗、放疗患者↑
第二节 核苷酸的合成代谢
基本途径
从头合成
ATP
（CO2/NH3/AA/戊糖） 核苷酸
❖ 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。
❖ 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，胆胺或甘油二酯，用腺苷携带 蛋氨酸等。
HC N
C
HOOC H
C
H2N
CH
N R-5'-P
Mg2+
合成酶
天冬 氨酸
ATP
5-氨基咪唑4-（N-琥珀酸）-甲酰胺核苷酸SAICAR
O
5-氨基咪唑 4-（N-琥珀酸） -甲酰胺核苷酸
SAICAR
CN
H2 N
C
裂解酶
C
H2N
CH N
延胡索酸
R-5'-P
5-氨基咪唑4-甲酰
O
胺核苷酸AICAR
次黄嘌呤
黄嘌呤
H2O+O2 H2O2 除灵长类外其
它哺乳类动物 尿酸氧H化2酶O2
尿囊素
尿酸
H2O+O2 黄嘌呤氧化酶
人类、灵长类动物、
（植物H）2O 尿囊酸
CO2+H2O2 2H2O+O2 尿囊酸酶 尿素 + 乙醛酸
鸟类、昆虫 大多数鱼类、两
某些硬H骨2O 鱼类
2H2O
脲酶
栖类动物
4NH3 + 2CO2
2、补救合成途径：
利用体内游离的碱基或核苷，经过 简单反应过程合成核苷酸。主要在脑、 骨髓等组织进行。次要合成途径。
一、嘌呤核苷酸的合成：
（一）嘌呤核苷酸的从头合成途径
❖ 原料：天冬氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、一碳
单位、CO2、PRPP来自
CO2
来自天冬氨 酸
来自甲 酸—一 碳单位
C6
N1 C5
C2 C4 N3
HC N
5-氨基咪 唑核苷酸 AIR
C CH H2N N
R-5'-P
R-5'-P
甲酰甘胺咪唑核苷酸FGAM
ATP Mg2+
K+
AIR合 成酶
HC N
O
C CH 羧化酶
CN
H2N N R-5'-P CO2
HO C CH C
5-氨基咪唑核苷酸AIR
HOOC
O
H2N
N R-5'-P
H2C
CN
5-氨基咪唑4-羧酸核苷酸CAIR
2、 嘌呤的降解：
❖ 嘌呤核苷酸的分解首先是在核苷酸酶的催化下， 脱去磷酸生成嘌呤核苷，然后再在核苷酶的催化下 分解生成嘌呤碱，最后氧化生成尿酸(uric acid)， 经尿液排出体外。
过程：
AMP
GMP
黄嘌呤氧化酶
次黄嘌呤
黄嘌呤
尿酸
腺嘌呤
鸟嘌呤
H2O 腺嘌呤脱氨H酶2O
鸟嘌呤脱氨酶
NH3
黄嘌呤N氧H化3 酶
半合成（补救合成）
（d）NDP
补救途径
核苷 碱基
从头合成
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
核糖、氨基酸、CO2、NH3
核糖核苷酸
辅酶
脱氧核苷
脱氧核苷酸
RNA
DNA
一、嘌呤核苷酸的合成代谢：
❖ 核苷酸合成的2条途径：
1、从头合成途径：
利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位、 二氧化碳等简单化合物为原料，经一系 列酶促反应合成核苷酸的过程。主要在 肝进行。主要的合成途径。
核酸酶
核酸
磷酸单脂酶
单核苷酸
核苷磷酸化酶
磷酸
核苷
核苷酶
嘧啶（嘌呤） 嘧啶（嘌呤） 核糖（脱氧核糖）
核糖-1-磷酸
脱氧核糖-1-磷酸
醛缩酶
核糖-5-磷酸 乙醛
磷酸戊糖途径
甘油醛-3-磷酸
核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶称为核酸酶,按其作用 位置分为:
A.核酸外切酶：作用于核酸链的末端（3’端或5’端）， 逐个水解下核苷酸。（磷酸单酯酶）