核酸代谢与生物氧化课件.ppt

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1、第十二章 核酸代谢,第一节 核酸的合成代谢,一、核苷酸的合成代谢（P186）,(一)从头合成途径,用氨基酸、一碳单位、CO2和磷酸核糖等简单物质为原料，经过一系列酶促反应合成嘌呤(或嘧啶)核苷酸的途径.,(二)补救合成途径,用体内游离的嘌呤(或嘧啶)为原料经过比较简单的反应合成核苷酸的过程,合成的原料:CO2、甲酰基、氨基酸、5-磷酸核糖等,合成的场所:肝脏的胞液,合成的过程:三个阶段,1.5-磷酸核糖的活化,2.次黄嘌呤核苷酸的合成,3.腺苷酸和鸟苷酸的合成,(一)、从头合成途径,甲酰基(一碳单位),甘氨酸,CO2,Asp,甲酰基(一碳单位),Gln(酰胺基),甘氨当中站,谷氮坐两边,左上天

2、冬氨,头顶CO2,嘌呤分子中各原子的来源,(一)、从头合成途径的反应过程,1.5-磷酸核糖的活化,一、嘌呤核苷酸的合成代谢,P187,2.次黄嘌呤核苷酸的合成,3.腺苷酸和鸟苷酸的合成,P188,AMP,腺苷酸激酶,ADP,腺苷酸激酶,ATP,GMP,鸟苷酸激酶,GDP,鸟苷酸激酶,GTP,AMP,GMP,XMP,AMPS,IMP,4.腺苷酸和鸟苷酸的相互转变,腺苷酸代琥珀酸,黄嘌呤核苷酸,次黄嘌呤核苷酸,腺嘌呤核苷酸,鸟嘌呤核苷酸,有两条合成途径,(1)嘌呤碱与PRPP直接合成嘌呤核苷酸,次黄嘌呤,次黄嘌呤核苷酸,鸟嘌呤,鸟嘌呤核苷酸,PRPP,PPi,腺嘌呤,腺嘌呤核苷酸,腺嘌呤磷酸核糖转

3、移酶,（APRT）,HGPRT活性高,APRT活性低,(二)、补救合成途径,腺嘌呤+1-磷酸核糖,腺苷+Pi,核苷磷酸化酶,(2)腺嘌呤与1-磷酸核糖生成腺苷,再生成腺嘌呤核苷酸,腺苷+ATP,腺苷激酶,腺苷酸+ADP,生理意义,减少从头合成时能量和原料的消耗,节省:,作为某些器官(脑,骨髓和脾)合成核苷酸的途径,(一)、从头合成途径,先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖连接生成嘧啶核苷酸.,天冬氨酸,CO2,谷氨酰胺,二、嘧啶核苷酸的合成代谢,(一)从头合成途径的反应过程,1.尿嘧啶核苷酸的合成-6步反应,CO2+Gln,2ATP,Glu,2ADP+Pi,氨基甲酰磷酸,氨基甲酰磷酸合成酶II,氨基

4、甲酰磷酸,+,Pi,Asp,氨基甲酰天冬氨酸,NAD+,NADH+H+,乳清酸,二氢乳清酸,H2O,乳清酸,PRPP,PPi,乳清酸核苷酸(OMP),CO2,尿嘧啶核苷酸(UMP),ATP,尿苷酸激酶,UDP,UMP,二磷酸 尿苷激酶,ADP,UTP,Gln,ATP,Glu,ADP+Pi,ATP,ADP,CTP,CTP合成酶,2.胞嘧啶核苷酸的合成,二、嘧啶核苷酸的合成代谢,(二)、补救合成途径,嘧啶+PRPP,嘧啶核苷酸+PPi,嘧啶磷酸核糖转移酶,尿嘧啶,胸腺嘧啶,乳清酸,胞嘧啶,嘧啶核苷+ATP,嘧啶核苷酸+ADP,核苷激酶,胸苷激酶,TK,与恶性肿瘤,在核苷二磷酸水平被还原而成,NAD

5、PH+H+,NADP+H2O,dNDP,NDP,三、脱氧核糖核苷酸的合成,脱氧核苷酸的具体生成过程,NDP,dNDP,NADP+,NADPH+H+,还原型硫氧化 还原蛋白-(SH)2,核糖核苷酸还原酶,Mg2+,硫氧化还原蛋白还原酶(FAD),NDP,dNDP,ADP,dADP,GDP,dGDP,UDP,dUDP,CDP,dCDP,TDP,dTDP,dNDP+ATP,dNTP+ADP,dCDP+ATP,dCTP+ADP,dUDP+ATP,dUTP+ADP,dGDP+ATP,dGTP+ADP,dADP+ATP,dATP+ADP,dCMP,dUDP,Pi,NH3,dUMP,dTMP合成酶,FH2,

6、N5,N10-甲叉FH4,FH4,NADPH+H+,NADP+,dTMP,ATP,激酶,dTDP,激酶,ADP,dTTP,ATP,ADP,dTMP,嘌呤核苷酸与嘧啶核苷酸合成的比较,相同点,1.合成原料基本相同,嘌呤核苷酸,嘧啶核苷酸,2.合成部位对高等动物来说,主要在肝脏,3.都有2种合成途径(从头和补救途径),4.都是先合成一个与之有关的核苷酸,然后在此基础上进一步合成核苷酸,不同点,1.在5-P-R基础上合成嘌呤环,2.最先合成的核苷酸是 IMP,3.在IMP基础上完成AMP和GMP的合成,1.先合成嘧啶环再与 5-P-R结合,2.先合成UMP,3.以UMP为基础,完成CTP,dTMP的

7、合成,总结,5-P-R,PRPP,IMP,dAMP,GMP,dGMP,AMP,dADP,GDP,dGDP,ADP,dATP,GTP,dGTP,ATP,UMP,CMP,dUMP,UDP,CDP,dUDP,UTP,CTP,dUTP,dTMP,dCMP,dTDP,dCDP,dTTP,dCTP,CO2+Gln,H2N-CO-P,OMP,核苷酸的从头合成过程总结,dUDP,dCMP,dUMP,第二节 核酸的分解代谢,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

8、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。核酸的分解代谢：,核苷酸分解代谢 大致过程,核苷酸,核苷,Pi,Pi,1-磷酸核糖,碱基,补救途径,分解代谢,5-磷酸核糖,PRPP,终末产物经尿排出,核苷酸酶,磷酸化酶,1-磷酸核糖 变位酶,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（实质是磷酸二脂酶）。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：外切酶（作用于核酸链末端）、内切酶（作用于核酸链内部的磷酸二酯键）。,一、核酸的分解,1、

9、核糖核酸酶只水解RNA磷酸二酯键的酶（RNase）。2、脱氧核糖核酸酶只能水解DNA磷酸二酯键的酶。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。,1、核苷酸酶（磷酸单脂酶）水解核苷酸，产生核苷和磷酸。非特异性磷酸单酯酶：不论磷酸基在戊糖的2、3、5，都能水解下来。特异性磷酸单酯酶：只能水解3核苷酸或5核苷酸（3核苷酸酶、5核苷酸酶）,二、核苷酸的降解代谢,核苷磷酸化酶：广泛存在，反应可逆。,核苷水解酶：主要存在于植物、微生物中，只水解核糖核苷，不可逆,2、核苷酶,P192图12-5,三、嘌呤碱的分解,O,（脱氨基）,（氧化）,（脱氨基）,（氧化）,（分解）,（分解）,（

10、分解）,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,P193图12-6 人和某些动物体内脱氨基过程有的发生在核苷或核苷酸上。脱下的NH3可进一步转化成尿素排出。,四、嘧啶碱的分解,脱氨基,还原,开环水解,水解,还原,开环水解,水解,第三节 遗传工程,P193-195自学基因工程的定义限制性内切酶的定义常见的基因载体,第十三章 生物氧化,一、生物氧化的概念和特点。糖

11、，脂，蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分解，生成CO2，H2O并释放出能量，这个过程称生物氧化。生物氧化是需氧细胞呼吸代谢过程中的一系列氧化还原作用，又称细胞氧化或细胞呼吸。特点：反应条件温和，多步反应，逐步放能。生物氧化在活细胞中进行，pH中性，反应条件温和，一系列酶和电子传递体参与氧化过程，逐步氧化，逐步释放能量，转化成ATP。真核细胞，生物氧化多在线粒体内进行，在不含线粒体的原核细胞中，生物氧化在细胞膜上进行。,生物氧化的三阶段第一阶段：多糖，脂，蛋白质等分解为结构单位单糖、甘油与脂肪酸、氨基酸，该阶段几乎不释放化学能。第二阶段：结构单位经糖酵解、脂肪酸氧化、氨基酸氧化等各自的降解途径分

12、解为丙酮酸、乙酰CoA等少数几种共同的中间代谢物物，这些共同的中间代谢物在不同种类物质的代谢间起着枢纽作用。该阶段释放少量的能量。第三阶段：丙酮酸、乙酰CoA等经过三羧酸循环彻底氧化为CO2、H2O。释放大量的能量。在第二、第三阶段中，氧化脱下的电子（H-）经过一个氧化的电子传递过程（氧化电子传递链）最终传给O2，并生成ATP，以这种方式生成ATP的作用称为氧化磷酸化作用，它是一种很重要的将生物氧化和能量生成相偶连的机制。生物氧化的终产物是CO2和H2O,一、高能磷酸化合物的类型 P196-197 1、磷氧键型（1）、酰基磷酸化合物。3磷酸甘油酸磷酸，乙酰磷酸，氨甲酰磷酸，酰基腺苷酸，氨酰腺苷

13、酸。（2）、焦磷酸化合物。无机焦磷酸，ATP，ADP（3）、烯醇式磷酸化合物。磷酸烯醇式丙酮酸。2、氮磷键型磷酸肌酸，磷酸精氨酸。3、硫酯键型3一磷酸腺苷一5一磷酰硫酸，酰基辅酶A。4、甲硫键型S一腺苷甲硫氨酸。,第一节 高能磷酸化合物,二、ATP的特殊作用,1、是细胞内产能反应和需能反应的化学偶联剂。2、在磷酸基转移中的作用。例：G-6-P是Glc的一种活化形式。已糖激酶催化：Glc+ATPG-6-P+ADP。3-磷酸甘油是甘油的活化形式，能参与脂肪合成。甘油激酶：甘油+ATP3一磷酸甘油+ADP。（三）磷酸肌酸、磷酸精氨酸的储能作用 磷酸肌酸是易兴奋组织（如肌肉、脑、神经）唯一的能起暂时储

14、能作用的物质。磷酸精氨酸是无脊椎动物肌肉中的储能物质,第二节 呼吸链,呼吸链是指按一定顺序排列相互衔接的传递氢或电子到分子氧的一系列传递体的总轨道。,二、氧化电子传递过程生物氧化过程中形成的还原型辅酶（NADH和FADH2），通过电子传递途径，使其重新氧化，此过程称为电子传递过程。在电子传递过程中，还原型辅酶中的氢以负质子（H-）形式脱下，其电子经一系列的电子传递体（电子传递链）转移，最后转移到分子氧上，质子和离子型氧结合生成H2O。,三、氧化电子传递链 由NADH到O2的氧化电子传递链主要包括FMN、辅酶Q（CoQ）、细胞色素b、c1、c、a,a3及一些铁硫蛋白。氧化电子传递链位于原核生物的

15、质膜上，真核生物中位于线粒体的内膜上。细胞内供能物质的彻底氧化产物是CO2、H2O其中CO2主要是在三羟酸循环中产生，水是在电子传递过程的最后阶段产生。,四、电子传递链的酶和电子载体呼吸链中的电子载体都是和蛋白质结合存在（包括NAD+、FMN、铁硫中心、细胞色素）。这些蛋白质大都是水不溶性的，嵌在线粒体的内膜上。NAD+是许多脱氢酶的辅酶，FMN（黄素单核苷）是NADH脱氢酶的辅酶。1、NAD+和NADP+脱氢酶分别与NAD+或NADP+结合，催化底物脱氢，这类酶称为与NAD（P）相关的脱氢酶，多数脱氢酶以NAD+为辅酶，少数以NADP+为辅酶（如G-6-P脱氢酶）少数酶能以NAD+或NADP

16、+两种辅酶（Glu脱氢酶）。,2、NADH脱氢酶以及其它黄素蛋白酶类NADH脱氢酶含FMN辅基，铁-硫中心。铁硫中心铁的价态变化（Fe3+Fe2+）可以将电子从FMN辅基上转移到呼吸链下一成员辅酶Q上。含有核黄素辅基的酶还包括琥珀酸脱氢酶、脂酰CoA脱氢酶等。3、辅酶Q（泛醌）电子传递链上唯一的非蛋白质成分。辅酶Q在线粒体中有两种存在形式：膜结合型、游离型。辅酶Q不仅可以接受FMN上的氢（NADH脱氢酶），还可以接受线粒体FADH2上的氢（如琥珀酸脱氢酶、脂酰CoA脱氢酶以及其它黄素酶类）。,4、细胞色素类。细胞色素类是含铁的电子传递体，铁原子处于卟啉的结构中心，构成血红素。细胞色素类是呼吸链

17、中将电子从辅酶Q传递到O2的专一酶类。线粒体的电子传递链至少含有5种不同的细胞色素：b、c、c1、.a、a3.细胞色素b有两种存在形式：b562、b566细胞色素c是唯一可溶性的细胞色素，同源性很强，可作为生物系统发生关系的一个指标。细胞色素a、a3是以复合物的形式存在，又称细胞色素氧化酶，将电子从细胞色素c传到分子O2。,五、电子传递抑制剂阻断呼吸链中某一部位的电子传递。1、鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素都可阻断电子由NADH向CoQ传递。2、抗霉素A抑制电子从细胞色素b向细胞色素c1传递3、氰化物、硫化氢、叠氮化物、CO等。阻断电子从细胞色素aa3 向O2传递,第三节 氧化磷酸化作用氧化磷酸化

18、作用：电子沿着氧化电子传递链传递的过程中所伴随的将ADP磷酸化为ATP的作用，或者说是ATP的生成与氧化电子传递链相偶联的磷酸化作用。底物水平磷酸化作用：是指ATP的形成直接与一个代谢中间物上的磷酸基团转移相偶联的作用。糖酵解中1,3-二磷酸甘油酸，磷酸烯醇丙酮酸。1、方程式：NADP+H+3ADP+3Pi+1/2O2 NAD+3H2O+3ATP,2、几个概念：（1）P/O比一对电子通过呼吸链传至氧所产生的ATP的分子数。NADH3ATP，FADH22ATP（2）ATP生成部位（磷酸化的部位）：部位：NADH与CoQ之间。部位：细胞色素b和细胞色素c之间的部位。部位：细胞色素a和氧之间的部位。,（3）、呼吸控制 ADP作为关键物质，对氧化磷酸化的调节作用称为呼吸控制。（4）、解偶联剂，（2.4硝基苯酚）电子传递过程和ATP形成过程相分离，电子传递仍可进行，但不能形成ATP。（5）、氧化磷酸化抑制剂：抑制O2的利用和ATP的形成。,七、氧化磷酸化的偶联机理 P204图13-4,