核酸的降解与核苷酸代谢9MetabolismofNucl.ppt

9 核酸的降解与核苷酸代谢,Chapter 9 Metabolism of Nucleotides,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。,第一节 核酸的降解与核酸酶类,一、核酸的降解,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：53或35核酸外切酶。,二、核 酸 酶（Nuclease）,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,第二节 核苷酸的代谢,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,嘌呤核苷酸的结构,GMP,AMP,二、嘌呤核苷酸的分解代谢Metabolism of Purine Nucleotides,(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,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,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）,合成原料：天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳基团、CO2、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。,过程,1.IMP的合成,2.AMP和GMP的生成,R-5-P（5-磷酸核糖）,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,IMP,H2N-1-R-5-P（5-磷酸核糖胺）,1）IMP的合成过程,磷酸核糖酰胺转移酶 GAR合成酶 转甲酰基酶 FGAM合成酶 AIR合成酶,目 录,IMP生成总反应过程,目 录,腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMP脱氢酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶 GMP合成酶,2）AMP和GMP的生成,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,从头合成的调节,PRPP,PRA,GTP,+,+,调节方式：反馈调节和交叉调节,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,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,合成过程,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。,3、嘌呤核苷酸的相互转变,4、脱氧核糖核苷酸的生成,二磷酸脱氧核苷,NDP,dNDP,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,硫氧化还原蛋白还原酶（FAD）,脱氧核苷酸的生成,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。,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,次黄嘌呤(H),6-巯基嘌呤(6-MP),6-巯基嘌呤的结构,目 录,（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,嘌呤碱的最终代谢产物,AMP,GMP,H（次黄嘌呤）,G,X（黄嘌呤）,黄嘌呤氧化酶,黄嘌呤氧化酶,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）。,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,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,嘧啶核苷酸的结构,三、嘧啶核苷酸的代谢,从头合成途径补救合成途径,（一）嘧啶核苷酸的合成代谢,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,嘧啶合成的元素来源,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,2）胞嘧啶核苷酸的合成,UDP,UTP,3）dTMP或TMP的生成,dUMP,脱氧胸苷一磷酸dTMP,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,UTP,CTP,天冬氨酸,嘌呤核苷酸,ATP+5-磷酸核糖,嘧啶核苷酸,PRPP,2、嘧啶核苷酸的补救合成,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),某些改变了核糖结构的核苷类似物,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。,氮杂丝氨酸,阿糖胞苷,氨甲碟呤,氮杂丝氨酸,（二）嘧啶核苷酸的分解代谢,胞嘧啶,NH3,尿嘧啶,二氢尿嘧啶,H2O,CO2+NH3,-丙氨酸,胸腺嘧啶,-脲基异丁酸,-氨基异丁酸,H2O,丙二酸单酰CoA,乙酰CoA,TCA,肝,尿素,甲基丙二酸单酰CoA,琥珀酰CoA,TCA,糖异生,