生物化学核酸酶促降解和核苷酸代谢 课件.ppt

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1、1,1,第十章 核酸酶促降解与核苷酸代谢,核酸怎样分解成核苷酸 核苷酸又怎样进一步分解 生物怎样合成核苷酸,主要内容,2,2,核酸中的含氮碱基,3,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。,第一节 核酸的酶促降解,4,4,一、核酸酶,二、限制性内切酶,核酸酶 核苷酸酶 核苷磷酸化酶 核酸 核苷酸 核苷 碱基+戊糖-1-P,磷酸,第一节 核酸酶和核酸的降解

2、,5,5,6,6,核 酸 酶(磷酸二酯酶）,1、核酸酶的分类,（1）根据对底物的 专一性分为,（2）根据切割位点分为,7,外切核酸酶对核酸的水解位点,5,OH,B,3,B,B,B,B,B,B,B,牛脾磷酸二酯酶（5端外切5得3）,蛇毒磷酸二酯酶（3端外切3得5）,8,8,原核生物中存在着一类能识别外源DNA双螺旋中4-8个碱基对所组成的特异的具有二重旋转对称性的回文序列，并在此序列的某位点水解DNA双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这类酶称为限制性内切酶（ristriction endonuclease）。,限制性内切酶,9,9,10,限制性内切酶的命名和意义,Eco R I,序号,属名,种名,

3、株名,例：Eco R I，这是从大肠杆菌（E.coli）R菌珠中分离出的一种限制性内切酶,限制酶的命名：E.coR I第一位：属名E（大写）第二、三位：种名的头两个字母小写co第四位：菌株R第五位：从该细菌中分离出来的这一类酶的编号,11,11,酶,辨认的序列和切口,说明,A G C T T C G A,G G A T C C C C T A G G,A G A T C T T C T A G A,G A A T T C C T T A A G,A A G C T T T T C G A A,G T C G A C C A G C T G,C C C G G G G G G C C C,Bam

4、 H I,Alu I,Bgl I,Eco R I,Hind,Sal I,Sma I,四核苷酸，平端切口,六核苷酸，平端切口,六核苷酸，粘端切口,六核苷酸，粘端切口,六核苷酸，粘端切口,六核苷酸，粘端切口,六核苷酸，粘端切口,常用的DNA限制性内切酶的专一性,12,限制性内切酶是分析染色体结构、制作DNA限制图谱、进行DNA序列测定和基因分离、基因体外重组等研究中不可缺少的工具，是一把天赐的神刀，用来解剖纤细的DNA分子。,13,13,第二节 核苷酸的降解,二、嘧啶的降解,一、嘌呤的降解,核苷酸酶 核苷磷酸化酶核苷酸 核苷 碱基+（脱氧）戊糖-1-P,磷酸,14,14,核苷酸的降解过程,15,1

5、5,一、嘌呤碱的分解代谢,嘌呤（鸟嘌呤和腺嘌呤）均经脱氨氧化转变为黄嘌呤再进行降解。由于不同种类的生物的降解酶系不一样，因而降解的终产物也不同：尿酸(uric acid)：人类、灵长类、鸟类、爬行动物和大多数昆虫；尿囊素：非灵长目哺乳动物、腹足类；尿囊酸：某些硬骨鱼；尿酸和乙醛酸：大多数鱼类、两栖类；氨和二氧化碳：海洋腔肠动物和甲壳动物。,16,嘌呤的分解,17,17,尿酸是嘌呤核苷酸在人体内分解代谢的终产物。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。,18,二 嘧啶的分解,胞苷脱氢酶 尿苷酶

6、胞苷 尿苷 尿嘧啶,脱氧胸苷酶 脱氧胸苷 胸腺嘧啶,NH3,核糖,脱氧核糖,19,嘧啶的分解,20,20,第二节 核苷酸的生物合成代谢,21,一、核糖核苷酸的生物合成,1、嘌呤核苷酸的生物合成,(1)从头合成途径,(2)补救途径,2、嘧啶核苷酸的生物合成,(1)从头合成途径,(2)补救合成途径,22,1、嘌呤核苷酸的生物合成,(1)从头合成途径,由5-磷酸核糖-1-焦磷酸（5-PRPP）开始，先合成次黄嘌呤核苷酸，然后由次黄嘌呤核苷酸（IMP）转化为腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸。嘌呤环合成的前体：CO2、甲酸盐、Gln、Asp、Gly嘌呤环的元素来源及掺入顺序A.Gln提供-NH2：N 9B.G

7、ly：C4、C5、N7C.5.10-甲川FHFA：C8D.Gln提供-NH2：N3闭环E CO2：C 6F.Asp提供-NH2：N 1G 10-甲酰THFA：C 2,23,来自谷氨酰胺的酰胺氮,来自“甲酸盐”,来自天冬氨酸,来自甘氨酸,来自CO2,来自“甲酸盐”,24,IMP合成概况：,R-5-P5-氨基咪唑核苷酸，形成了咪唑环，,第一阶段:,5-氨基咪唑核苷酸IMP，在5-氨基咪唑核苷酸分子上形成另一个环状结构（嘧啶环），形成IMP。,第二阶段:,25,5-磷酸核糖焦磷酸,5-磷酸核糖胺,甘氨酸,甘氨酰胺核苷酸,甲酰甘氨酰胺核苷酸,甲酰甘氨咪核苷酸,5-氨基咪唑核苷酸,5-氨基咪唑-4-羧核

8、苷酸,IMP的 生物合成,5-氨基咪唑-4-琥珀基-甲酰胺核苷酸,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,次黄嘌呤核苷酸（IMP）,甲酰THFA,延胡索酸,甲酰THFA,FH4,FH4CHO,26,IMP转变为GMP和AMP,27,（2）补救途径（salvage pathway）,利用已有的碱基和核苷合成核苷酸 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,phosphoribosyl transferase,28,(adenine phosohoribosyl transferase),(hypoxanthine-

9、guanine phosohoribosyl transferase),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。,29,核苷激酶途径腺嘌呤在核苷磷酸化酶作用下转化为腺嘌呤核苷，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,30,节约能量和一些氨基酸的消耗。有些组织（如脑、骨髓）不能从头合成嘌呤核苷酸，只能进行嘌呤核苷酸的补救合成。HGPRT完全缺失的患儿，表现为自毁容貌综合症。

10、,嘌呤核苷酸补救合成的生理意义,31,先合成嘧啶环，然后再和PRPP作用形成核苷酸。,相同处：都有从头合成途径和补救途径。,与嘌呤核苷酸合成的显著不同处：,2 嘧啶核苷酸的生物合成,32,嘧啶环上各原子的来源,天冬氨酸,CO2,NH3,N,N,C,C,C,C,6,5,4,3,2,1,氨甲酰磷酸,合成前体：氨甲酰磷酸、Asp,33,（1）尿苷酸（UMP）的合成：,从头合成途径（De novo synthesis）,第一阶段：合成氨甲酰磷酸,第二阶段:嘧啶核的形成,第三阶段：形成尿苷酸,34,尿嘧啶核苷酸合成途径,35,补救途径（salvage pathway）,36,嘧啶核苷酸补救合成途径,尿嘧

11、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,37,（2）胞苷酸（CMP）的合成,38,补救途径,39,（3）脱氧核苷酸的合成,核苷二磷酸的还原,40,核糖核苷酸的还原反应,核苷二磷酸还原酶,41,脱氧胸苷酸（dTMP）的合成,UMPdTMP,要解决二个问题:糖基的脱氧,碱基的甲基化，先脱氧后甲基化，高等动物中 在DP水平上脱氧，在MP水平上甲基化,42,核苷酸的合成及相互关系,43,43,3、嘌呤核苷酸合成代谢的调节,44,44,核苷酸合成抑制剂,45,45,甘氨酸,谷氨酰胺酰胺基,甲酸盐,CO2,甲酸盐,天冬氨酸,46,46,氨甲

12、酰磷酸,天冬氨酸,一、选择题1、嘌呤环中第4位和第5位碳原子来自下列哪种化合物？（）A、甘氨酸 B、天冬氨酸 C、丙氨酸 D、谷氨酸 2、嘌呤核苷酸的嘌呤核上第1位N原子来自（）A、Gly B、Gln C、ASP D、甲酸 3、dTMP合成的直接前体是：（）A dUMP B、TMP C、TDP D、dUDP二、名词解释核苷酸的从头合成和补救途径,47,48,核苷酸代谢,1嘌呤核苷酸从头合成时首先合成的前体是（）A.CMP B.AMP C.IMPD.XMP E.ADP2下列关于嘌呤核甘酸从头合成的叙述哪项是正确的（）A.嘌呤环的氨原子于均来自氨基酸的氨基B.合成过程中不会产生自由嘌呤碱C.氨基甲

13、酰磷酸为嘌呤环提供氨甲酰基D.由IMP合成AMP和GMP均由ATP供能E.次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶催化IMP转变成CMP,48,49,3人体内嘌呤苷酸分解代谢的主要终产物是（）A.尿素 B.肌酸 C.肌酸肝D.尿酸 E.-丙氨酸4最直接联系核苷酸合成与糖代谢的物质是（）A.葡萄糖 B.6-磷酸葡萄糖 C.1-磷葡萄糖 D.1.6-二磷酸果糖 E.5-磷酸核糖5嘧啶环中的两个氮原子来自（）A.谷氨酰胺和氨 B.谷氨酰胺和天冬酰胺C.谷氨胺和谷氨酸 D.谷氨酸和氨基甲酰磷酸E.天冬氨酸和氨基甲酰磷酸,49,50,6下列哪种物质不是嘌呤核苷从头合成的直接原料（）A.甘氨酸 B.天冬氨酸 C.谷氨

14、酸D.CO2 E.一碳单位7HGPRT（次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶）参与下哪种反应（）A.嘌呤核苷酸从头合成 B.嘧啶核苷酸从头合成C.嘌呤核苷酸补救合成 D.嘧啶按苷酸补救合成E.嘌呤核苷酸分解代谢8嘧啶核苷酸合成中，生成氨基甲酰磷酸的部位是（）A.线粒体 B.微粒体 C.胞浆D.溶酶体 E.细胞核,50,51,9能在全内分解产生-氨基异丁酸的核苷酸是（）A.CMP B.AMP C.TMPD.UMP E.IMP10嘧啶核苷酸从头合成的特点是（）A.在5-磷酸核糖上合成碱基 B.由FH4提供一碳单位C.先合成氨基甲酰磷酸 D.甘氨酸完整地参入11.下列哪种物质的合成需要谷氨酰胺分子上的酰胺基

15、（）A.TMP上的两个氮原子 B.嘌呤环上的两个氮原子C.UMP上的两个氮原子 D.嘧啶环上的两个氮原子E.腺嘌呤上的氨基,51,52,1下列哪些情况可能与痛风症的产生有关（）A.嘌呤核苷酸分解增加 B.嘧啶核苷酸合成增加 C.尿酸生成过多 D.尿酸排泄障碍 E.以上说法均正确2嘌呤核苷酸合成和嘧核苷酸合成共同需要的物质是（）A.延胡索酸 B.天冬氨酸 C.谷氨酰胺D.5-磷酸核糖 E.以上说法均正确,52,53,问答题：简述核苷酸的生物学功能（1）作为核酸合成的原料。（2）构成能量物质，如ATP、GTP、CTP等。（3）参与代谢和生理调节，如cAMP是体内重要第二信使物质，参与信号转导。（4）组成辅酶,如腺苷是多种辅酶的组成部分。（5）组成活性中间代谢物。核苷酸是多种活性中间代谢物的载体，如：UDP-葡萄糖，CDP-苷油二酯、SAM等。,53,