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1、关于核酸的降解和核苷酸代谢 第1页，讲稿共44张，创作于星期二 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，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。分解产生嘌呤、嘧啶、核糖、脱氧核糖和磷酸，然后被吸收。吸吸收收到到体体内内的的嘌嘌呤呤和和嘧嘧啶啶，大大部部分分被被分分解解，少少部部分分可可再再利利 用用，合合成成核核苷酸。苷酸。人人和和动动物物所所需需的的核核酸酸无无须须直直接接依依赖赖于于食食物物，只只要要食食物物中中有有足足够够的的磷酸盐，、糖和蛋白质，核酸就能在体内正常合成。磷酸盐，、糖和蛋白质，核
2、酸就能在体内正常合成。第一节第一节 核酸的酶促降解核酸的酶促降解第2页，讲稿共44张，创作于星期二核酸酶核酸酶限制性内切酶限制性内切酶 核酸酶核酸酶 核苷酸酶核苷酸酶 核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶 核酸核酸 核苷酸核苷酸 核苷核苷 碱基碱基+戊糖戊糖-1-P磷酸磷酸第3页，讲稿共44张，创作于星期二核核 酸酸 酶酶1、核酸酶的分类（1 1）根据对底物的）根据对底物的 专一性分为专一性分为（2 2）根据切割位点分为核糖核酸酶(RNase)脱氧核糖核酸酶(DNase)非特异性核酸酶核酸内切酶核酸外切酶2、核酸酶的作用特点第4页，讲稿共44张，创作于星期二外切核酸酶对核酸的水解位点外切核酸酶对核酸的水解
3、位点5 p p p pOHB p p p p3BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶（55端外切端外切5 5得得3 3）蛇毒磷酸二酯酶蛇毒磷酸二酯酶（33端外切端外切3 3得得5 5）第5页，讲稿共44张，创作于星期二内切核酸酶对内切核酸酶对RNA的水解位点示意图的水解位点示意图5 p p p pOHPyPuPyPy1 p p pGACU p p pGA3RNAase IRNAase IRNAase T1RNAase T1Pu：嘌呤：嘌呤 Py：嘧啶：嘧啶 第6页，讲稿共44张，创作于星期二限制性内切酶限制性内切酶 原核生物中存在着一类能识别外源原核生物中存在着一类能识别外源原核生物中存在
4、着一类能识别外源原核生物中存在着一类能识别外源DNADNADNADNA双螺旋中双螺旋中双螺旋中双螺旋中4-84-84-84-8个碱基对所个碱基对所个碱基对所个碱基对所组成的特异的具有二重旋转对称性的组成的特异的具有二重旋转对称性的组成的特异的具有二重旋转对称性的组成的特异的具有二重旋转对称性的回文序列回文序列回文序列回文序列，并在此序列的某位，并在此序列的某位，并在此序列的某位，并在此序列的某位点水解点水解点水解点水解DNADNADNADNA双螺旋链，产生双螺旋链，产生双螺旋链，产生双螺旋链，产生粘性末端粘性末端粘性末端粘性末端或或或或平末端平末端平末端平末端，这类酶称为限制性内切，这类酶称为
5、限制性内切，这类酶称为限制性内切，这类酶称为限制性内切酶（酶（酶（酶（ristriction endonucleaseristriction endonucleaseristriction endonucleaseristriction endonuclease）。）。）。）。第7页，讲稿共44张，创作于星期二第8页，讲稿共44张，创作于星期二限制性内切酶的命名和意义限制性内切酶的命名和意义Eco R I序号序号属名属名属名属名种名种名种名种名株名株名例：例：例：例：Eco R IEco R I，这是从大肠杆菌（，这是从大肠杆菌（，这是从大肠杆菌（，这是从大肠杆菌（E.coliE.coli）R
6、 R菌珠中分离出的一种限制性内切酶菌珠中分离出的一种限制性内切酶菌珠中分离出的一种限制性内切酶菌珠中分离出的一种限制性内切酶限制酶的命名：E.coRI第一位：第一位：属名属名E（大写）（大写）第二、三位：种名的头两个字母小写第二、三位：种名的头两个字母小写co第四位：第四位：菌株菌株R第五位：第五位：从该细菌中分离出来的这一类酶的编号从该细菌中分离出来的这一类酶的编号第9页，讲稿共44张，创作于星期二 限制性内切酶是分析染色体结构、制作限制性内切酶是分析染色体结构、制作DNADNA限制图限制图谱、进行谱、进行DNADNA序列测定和基因分离、基因体外重组等研究序列测定和基因分离、基因体外重组等研
7、究中不可缺少的工具，是一把天赐的神刀，用来解剖纤细的中不可缺少的工具，是一把天赐的神刀，用来解剖纤细的DNADNA分子。分子。第10页，讲稿共44张，创作于星期二第二节第二节 核苷酸的降解核苷酸的降解 核苷酸酶核苷酸酶 核苷酶核苷酶核苷酸核苷酸 核苷核苷 碱基碱基+（脱氧）戊糖（脱氧）戊糖-1-P磷酸磷酸第11页，讲稿共44张，创作于星期二一一 嘌呤的分解代谢嘌呤的分解代谢 首先在各自的脱氨酶的作用下水解脱氨，脱氨反应可首先在各自的脱氨酶的作用下水解脱氨，脱氨反应可发生在嘌呤碱、核苷及核苷酸水平上。发生在嘌呤碱、核苷及核苷酸水平上。第12页，讲稿共44张，创作于星期二 不同种类的生物分解嘌呤的
8、能力不同，产不同种类的生物分解嘌呤的能力不同，产物也不同。物也不同。人、灵长类、鸟类、某些爬虫类将人、灵长类、鸟类、某些爬虫类将嘌呤分解成嘌呤分解成尿酸尿酸，其他生物还可将尿酸进一步，其他生物还可将尿酸进一步分解成分解成尿囊素尿囊素、尿囊酸尿囊酸、尿素尿素、甚至、甚至CO2、NH3。第13页，讲稿共44张，创作于星期二嘌嘌呤呤的的分分解解第14页，讲稿共44张，创作于星期二 排尿酸动物：灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类排尿酸动物：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：硬骨鱼类排尿囊酸动物：硬骨鱼
9、类 排尿素动物：大多数鱼类、两栖类排尿素动物：大多数鱼类、两栖类 某些低等动物能将尿素进一步分解成某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和和CO2排出。排出。植植物物分分解解嘌嘌呤呤的的途途径径与与动动物物相相似似，产产生生各各种种中中间间产产物物（尿尿囊囊素素、尿尿囊酸、尿素、囊酸、尿素、NH3）。）。微生物分解嘌呤类物质，生成微生物分解嘌呤类物质，生成NH3、CO2及有机酸（甲酸、乙酸、及有机酸（甲酸、乙酸、乳酸、等）。乳酸、等）。第15页，讲稿共44张，创作于星期二二 嘧啶的分解嘧啶的分解 胞苷脱氢酶胞苷脱氢酶 尿苷酶尿苷酶 胞苷胞苷 尿苷尿苷 尿嘧啶尿嘧啶 脱氧胸苷酶脱氧胸苷酶 脱氧胸
10、苷脱氧胸苷 胸腺嘧啶胸腺嘧啶NH3核糖核糖脱氧核糖脱氧核糖第16页，讲稿共44张，创作于星期二嘧嘧啶啶的的分分解解第17页，讲稿共44张，创作于星期二第三节第三节 核苷酸的合成代谢核苷酸的合成代谢一、核糖核苷酸的生物合成二、脱氧核糖核苷酸的生物合成第18页，讲稿共44张，创作于星期二一、核糖核苷酸的生物合成1 1、嘌呤核苷酸的生物合成、嘌呤核苷酸的生物合成(1)从头合成途径(2)补救途径2 2、嘧啶核苷酸的生物合成、嘧啶核苷酸的生物合成(1)从头合成途径(2)补救合成途径补救合成途径第19页，讲稿共44张，创作于星期二1 1、嘌呤核苷酸的生物合成、嘌呤核苷酸的生物合成(1)(1)从头合成途径从
11、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.Gly：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 第20页，讲稿共44张，创作于星期二来自谷氨酰胺的酰胺氮来自谷氨酰胺的酰胺氮来自来自“甲酸盐甲酸盐”来自天冬氨酸来自天冬氨酸来自甘氨酸来自甘氨酸来自来自CO2来自来自“甲酸
12、盐甲酸盐”第21页，讲稿共44张，创作于星期二 IMP合成概况：合成概况：R-5-P5-氨基咪唑核苷酸，形成了咪唑环，氨基咪唑核苷酸，形成了咪唑环，第一阶段第一阶段:5-氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸IMP，在，在5-氨基咪唑核苷酸分子上形氨基咪唑核苷酸分子上形成另一个环状结构（嘧啶环），形成成另一个环状结构（嘧啶环），形成IMP。第二阶段第二阶段:第22页，讲稿共44张，创作于星期二5-5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸5-5-磷酸磷酸核糖胺核糖胺甘氨酸甘氨酸甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸5-5-氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸5-5
13、-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-羧核苷酸羧核苷酸IMP的的的的 生物合成生物合成生物合成生物合成5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-琥珀基琥珀基-甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-氨氨甲酰核苷酸甲酰核苷酸5-5-甲酰氨基咪唑甲酰氨基咪唑-4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸（IMPIMP）甲酰甲酰THFATHFA延胡索酸延胡索酸甲酰甲酰THFATHFAFH4FH4CHO第23页，讲稿共44张，创作于星期二总反应式：5-磷酸核糖+CO2+甲川THFA+甲酰THFA+2Gln+Gly+Asp+5ATP IMP+2THFA+2Glu+延胡索酸+4ADP+1A
14、MP+4Pi+PPi第24页，讲稿共44张，创作于星期二2、腺嘌呤核苷酸的合成（腺嘌呤核苷酸的合成（AMP）IMP+Asp+GTPAMP +延胡索酸腺苷酸琥珀酸合成酶腺苷酸琥珀酸+GDP+PI腺苷酸琥珀酸裂解酶第25页，讲稿共44张，创作于星期二3、鸟嘌呤核苷酸的合成鸟嘌呤核苷酸的合成 IMP+NAD+H2OIMP脱氢酶黄嘌呤核苷酸+NADH+H+黄嘌呤核苷酸+Gln（或NH4+）+ATP+H2OGMP合成酶GMP+Glu+AMP+PPi第26页，讲稿共44张，创作于星期二IMP转变为转变为GMP和和AMP第27页，讲稿共44张，创作于星期二（2）补救途径（）补救途径（salvage path
15、way）利用已有的碱基和核苷合成核苷酸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）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 第28页，讲稿共44张，创作于星期二(adenine phosohoribosyl transferase)(hypoxanthine-guanine phosohoribosyl transferase)嘌呤核苷酸的从头合成与补救途径之间存在平衡。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：鸟嘌呤磷酸综
16、合症就是由于次黄嘌呤：鸟嘌呤磷酸核糖转移酶缺陷，核糖转移酶缺陷，AMP合成增加，大量积累尿酸，肾结石和痛风。合成增加，大量积累尿酸，肾结石和痛风。第29页，讲稿共44张，创作于星期二核苷激酶途径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激酶的作用下与ATP反应，生成腺嘌呤核苷酸。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磷酸化酶核苷核苷 +Pi腺苷腺苷 +ATP腺苷激酶腺苷激酶腺苷酸腺苷酸 +ADP第30页，讲稿共44张，创作于星期二节约节约能量和一些氨基酸的消耗。能量和一些氨
17、基酸的消耗。有些组织（如脑、骨髓）不能从头合成嘌呤核苷酸，有些组织（如脑、骨髓）不能从头合成嘌呤核苷酸，只能只能进进行嘌呤核苷酸的补救合成。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。完全缺失的患儿，表现为自毁容貌综合症。嘌呤核苷酸补救合成的生理意义嘌呤核苷酸补救合成的生理意义第31页，讲稿共44张，创作于星期二先合成嘧啶环先合成嘧啶环，然后再和，然后再和PRPP作用形成核苷酸。作用形成核苷酸。相同处相同处：都有从头合成途径和补救途径。：都有从头合成途径和补救途径。UMP CMPTMP与嘌呤核苷酸合成的与嘌呤核苷酸合成的显著不同处显著不同处：2 嘧啶核苷酸的生物合成
18、嘧啶核苷酸的生物合成 第32页，讲稿共44张，创作于星期二嘧啶环上各原子的来源嘧啶环上各原子的来源 天冬氨酸天冬氨酸CO2NH3NNCCCC654321H2N-CO-P氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸合成前体：合成前体：氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸、Asp 第33页，讲稿共44张，创作于星期二（1）尿苷酸（尿苷酸（UMP）的合成：）的合成：从头合成途径（从头合成途径（De novo synthesis）第一阶段：合成氨甲酰磷酸第一阶段：合成氨甲酰磷酸 第二阶段第二阶段:嘧啶核的形成嘧啶核的形成第三阶段：形成尿苷酸第三阶段：形成尿苷酸,第34页，讲稿共44张，创作于星期二尿嘧啶核苷酸合成途径尿嘧啶核苷酸合成途径第3
19、5页，讲稿共44张，创作于星期二 补救途径（补救途径（salvage pathway）尿苷磷酸化酶尿苷磷酸化酶UraR-1-PPiU（尿苷）（尿苷）尿苷激酶尿苷激酶UMPATPADP 尿嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶磷酸核糖转移酶 UraPRPPPPi第36页，讲稿共44张，创作于星期二嘧啶核苷酸补救合成途径嘧啶核苷酸补救合成途径尿嘧啶尿嘧啶+PRPP尿嘧啶尿嘧啶+1-P-核糖核糖尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷+ATPUMP+PPi尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷+PiUMP+ADP第37页，讲稿共44张，创作于星期二（2）胞苷酸（胞苷酸（CMP）的合成）的合成UMP CMP+NH3第38页，讲稿共44张，创作于星期二补
20、救途径补救途径 Cyt +PRPP CMP+PPi 胞苷激酶胞苷激酶CMPCATPADP (胞苷胞苷)第39页，讲稿共44张，创作于星期二（3）脱氧核苷酸的合成脱氧核苷酸的合成 核苷二磷酸的还原核苷二磷酸的还原 第40页，讲稿共44张，创作于星期二核糖核苷酸的还原反应核糖核苷酸的还原反应硫氧还蛋白硫氧还蛋白核糖核酸还原酶系核糖核酸还原酶系硫氧还蛋白还原酶硫氧还蛋白还原酶核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶核苷二磷酸还原酶核苷二磷酸还原酶NADP+NADPH+H+硫氧还蛋白硫氧还蛋白还原酶还原酶FADATP、Mg2+硫氧还蛋白硫氧还蛋白（还原型）（还原型）SHSH硫氧还蛋白硫氧还蛋白（氧化型）（氧化
21、型）SSOP-P-CH2NOHOH核糖核苷二磷酸核糖核苷二磷酸OP-P-CH2NOHH+H2O脱氧核糖核苷二磷酸脱氧核糖核苷二磷酸第41页，讲稿共44张，创作于星期二 脱氧胸苷酸（脱氧胸苷酸（dTMP）的合成）的合成 UMPdTMP 要解决二个问题要解决二个问题:糖基的脱氧糖基的脱氧 碱基的甲基化，先脱氧后甲基化，高等动物中碱基的甲基化，先脱氧后甲基化，高等动物中 在在DP水平上脱氧，在水平上脱氧，在MP水平上甲基化水平上甲基化 UMP UDP dUDP dUMP dTMP-(O)+CH3第42页，讲稿共44张，创作于星期二脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成 胸腺嘧啶核苷酸合成酶胸腺嘧啶核苷酸合成酶NADPH+H+SerNADP+Gly N5、N10CH2 FH4 FH2二氢叶酸还二氢叶酸还原酶原酶Ser羟甲基羟甲基转移酶转移酶ONHNOdR-PCH3ONHNOdR-P第43页，讲稿共44张，创作于星期二感谢大家观看第44页，讲稿共44张，创作于星期二