核酸與核苷酸代謝

1、第十二章 核酸與核苷酸代謝核酸核酸核苷酸核苷酸磷酸（磷酸（P）核苷核苷戊糖（戊糖（R）堿基（堿基（B）復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)： 核核 糖糖 脫氧核糖脫氧核糖254321HOHHHHOCHHOHOOH2OOHHHOCHHOHH12345HH戊糖：戊糖：2NHNNNN1NNHNNOH N22NHONNH1HNNOHOHNNOHOCH3嘌呤：嘌呤：嘧啶：嘧啶：腺嘌呤（腺嘌呤（A）鳥嘌呤（鳥嘌呤（ G）胞嘧啶（胞嘧啶（C） 尿嘧啶（尿嘧啶（U） 胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T）核苷酸：核苷酸：ONNNH2OOCH2POOHHOOHH11磷酸脫氧胞苷（磷酸脫氧胞苷（dCMP）由磷酸、戊糖和堿基三種成分構(gòu)成的化合物由磷酸、戊

2、糖和堿基三種成分構(gòu)成的化合物第一節(jié) 核酸的消化和吸收食物核蛋白食物核蛋白蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)核酸（核酸（RNA及及DNA）胃酸胃酸單核苷酸單核苷酸胰核酸酶胰核酸酶核苷核苷磷酸磷酸胰、腸核苷酸酶胰、腸核苷酸酶磷酸磷酸戊糖戊糖磷酸酶磷酸酶磷酸戊糖磷酸戊糖含氮堿（嘌呤或嘧啶）含氮堿（嘌呤或嘧啶）核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶H3PO4食物中核酸的消化食物中核酸的消化核苷酸核苷酸(nucleotide)是構(gòu)成核酸是構(gòu)成核酸(nucleic acid)的的基本單位，人體所需的核苷酸都是由機體基本單位，人體所需的核苷酸都是由機體自身自身合成合成的。的。食物中的核酸或核苷酸類物質(zhì)基本上不能被人食物中的核酸或核苷酸類物質(zhì)基

3、本上不能被人體利用。體利用。 在核酸類物質(zhì)的在核酸類物質(zhì)的水解產(chǎn)物中，只有水解產(chǎn)物中，只有磷磷酸酸和和戊糖戊糖可被吸收利用?？杀晃绽谩?吸收吸收 單核苷酸、核苷、單核苷酸、核苷、P、R、B均可在小腸吸收。均可在小腸吸收。 單核苷酸、核苷吸收進入腸粘膜細胞后可再繼單核苷酸、核苷吸收進入腸粘膜細胞后可再繼續(xù)水解。續(xù)水解。 吸收后的去向吸收后的去向 P、R可被機體利用可被機體利用 B很少利用、分解后排出。很少利用、分解后排出。吸收及吸收后的去向吸收及吸收后的去向核苷酸類物質(zhì)在人體具有多方面的生理功用：核苷酸類物質(zhì)在人體具有多方面的生理功用： 作為合成核酸的原料作為合成核酸的原料：如：如ATP，G

4、TP，CTP，UTP用于合成用于合成RNA，dATP，dGTP，dCTP，dTTP用于合成用于合成DNA。 作為能量的貯存和供應(yīng)形式作為能量的貯存和供應(yīng)形式：除：除ATP之外，之外，還有還有GTP，UTP，CTP等。等。 參與代謝或生理活動的調(diào)節(jié)參與代謝或生理活動的調(diào)節(jié)：如環(huán)核苷酸：如環(huán)核苷酸cAMP和和cGMP作為激素的第二信使。作為激素的第二信使。 核苷酸類物質(zhì)的生理功用核苷酸類物質(zhì)的生理功用 參與構(gòu)成酶的輔酶或輔基參與構(gòu)成酶的輔酶或輔基：如在：如在NAD+，NADP+，F(xiàn)AD，F(xiàn)MN，CoA中均含有核苷酸的中均含有核苷酸的成分。成分。 作為代謝中間物的載體作為代謝中間物的載體：如用：如用

5、UDP攜帶糖基，攜帶糖基，用用CDP攜帶膽堿，乙醇胺或甘油二酯，用攜帶膽堿，乙醇胺或甘油二酯，用腺苷腺苷攜帶蛋氨酸（形成攜帶蛋氨酸（形成SAM）等。）等。第二節(jié) 核酸的分解代謝一、核酸的分解一、核酸的分解核酸酶：核酸酶：能使核酸水解的磷酸二酯酶能使核酸水解的磷酸二酯酶RNA酶：酶：水解水解RNA的酶的酶DNA酶：酶：水解水解DNA的酶的酶核酸內(nèi)切酶：核酸內(nèi)切酶：能水解核酸分子內(nèi)部磷酸二酯鍵能水解核酸分子內(nèi)部磷酸二酯鍵的酶的酶核酸外切酶：核酸外切酶：能切割末端單核苷酸的酶。能切割末端單核苷酸的酶。核苷酸核苷酸核苷核苷核苷酸酶核苷酸酶Pi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶堿基堿基1- 1-磷酸核糖磷酸核糖二

6、、單核苷酸的分解二、單核苷酸的分解三、嘌呤的分解三、嘌呤的分解嘌呤核苷酸的分解首先是在嘌呤核苷酸的分解首先是在核苷酸酶核苷酸酶的催化下，的催化下，脫去磷酸生成嘌呤核苷，然后再在脫去磷酸生成嘌呤核苷，然后再在核苷磷酸化核苷磷酸化酶酶的催化下分解生成嘌呤堿，最后在的催化下分解生成嘌呤堿，最后在黃嘌呤氧黃嘌呤氧化酶化酶的作用下氧化生成的作用下氧化生成尿酸尿酸(uric acid)，再經(jīng)尿，再經(jīng)尿液排出體外。液排出體外。嘌呤核苷酸的分解嘌呤核苷酸的分解黃嘌呤黃嘌呤氧化酶氧化酶尿酸尿酸核苷酸酶核苷酸酶AMP腺苷腺苷H2OPi核苷酸酶核苷酸酶GMP鳥苷鳥苷H2OPi腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷脫氨酶脫氨酶次黃苷次

7、黃苷H2ONH3鳥嘌呤鳥嘌呤脫氨酶脫氨酶黃嘌呤黃嘌呤H2ONH3核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶次黃嘌呤次黃嘌呤PiR-1-P核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶鳥嘌呤鳥嘌呤PiR-1-P尿酸尿酸是嘌呤核苷酸在人體內(nèi)分解代謝的是嘌呤核苷酸在人體內(nèi)分解代謝的終產(chǎn)物終產(chǎn)物。正常人血漿中尿酸含量約為正常人血漿中尿酸含量約為0.120.36mmol/L (26mg%)。尿酸水溶性較差，當血漿中尿酸含量超過尿酸水溶性較差，當血漿中尿酸含量超過8mg%時，即可形成尿酸鹽晶體。時，即可形成尿酸鹽晶體。痛風(fēng)癥痛風(fēng)癥患者由于體內(nèi)患者由于體內(nèi)嘌呤核苷酸分解代謝異常嘌呤核苷酸分解代謝異常，可致血中可致血中尿酸水平升高尿酸水平升高，以，

8、以尿酸鈉尿酸鈉晶體沉積于晶體沉積于軟骨、關(guān)節(jié)、軟組織及腎，導(dǎo)致關(guān)節(jié)炎、尿路軟骨、關(guān)節(jié)、軟組織及腎，導(dǎo)致關(guān)節(jié)炎、尿路結(jié)石和腎疾病。結(jié)石和腎疾病。臨床上常用臨床上常用別嘌呤醇別嘌呤醇（allopurinol）治療痛風(fēng)）治療痛風(fēng)癥。癥。鳥嘌呤鳥嘌呤次黃嘌呤次黃嘌呤黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶黃嘌呤黃嘌呤尿酸尿酸黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶別嘌呤醇別嘌呤醇痛風(fēng)癥的治療機制痛風(fēng)癥的治療機制別嘌呤醇別嘌呤醇的分子結(jié)構(gòu)與的分子結(jié)構(gòu)與次黃嘌呤次黃嘌呤類似，可競爭類似，可競爭性抑制性抑制黃嘌呤氧化酶黃嘌呤氧化酶的活性，從而減少體內(nèi)的活性，從而減少體內(nèi)尿尿酸酸的生成。的生成。同時，同時，別嘌呤別嘌呤與與PRPP(5-磷酸

9、核糖磷酸核糖-1-焦磷酸鹽焦磷酸鹽)反應(yīng)生成的反應(yīng)生成的別嘌呤核苷酸別嘌呤核苷酸，可反饋抑制嘌呤核，可反饋抑制嘌呤核苷酸從頭合成途徑的關(guān)鍵酶。苷酸從頭合成途徑的關(guān)鍵酶。四、嘧啶的分解四、嘧啶的分解嘧啶核苷酸可首先在嘧啶核苷酸可首先在核苷酸酶核苷酸酶和和核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶的催化下，除去磷酸和核糖，產(chǎn)生的嘧啶堿可的催化下，除去磷酸和核糖，產(chǎn)生的嘧啶堿可在體內(nèi)進一步分解代謝。在體內(nèi)進一步分解代謝。嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸嘧啶核苷嘧啶核苷核苷酸酶核苷酸酶PiH2O嘧啶堿嘧啶堿1-磷酸核糖磷酸核糖核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶Pi嘧啶堿的降解過程主要在嘧啶堿的降解過程主要在肝細胞肝細胞中進行。中進行。不同類

10、型的嘧啶堿，其分解代謝的途徑和終產(chǎn)不同類型的嘧啶堿，其分解代謝的途徑和終產(chǎn)物不同物不同。胞嘧啶胞嘧啶NH3尿嘧啶尿嘧啶二氫尿嘧啶二氫尿嘧啶 H2OCO2 + NH3-丙氨酸丙氨酸胸腺嘧啶胸腺嘧啶-脲基異丁酸脲基異丁酸-氨基異丁酸氨基異丁酸H2O丙二酸單酰丙二酸單酰CoA乙酰乙酰CoATCA肝肝尿素尿素甲基丙二酸單酰甲基丙二酸單酰CoA琥珀酰琥珀酰CoATCA還原還原-脲基丙酸脲基丙酸糖異生糖異生第三節(jié) 核苷酸的生物合成一、嘌呤核苷酸的合成一、嘌呤核苷酸的合成從頭合成途徑從頭合成途徑(de novo synthesis pathway)補救合成途徑補救合成途徑(salvage pathway)通

11、過利用一些簡單的前體物，如通過利用一些簡單的前體物，如5-磷酸核糖，氨磷酸核糖，氨基酸，一碳單位及基酸，一碳單位及CO2等，逐步合成嘌呤核苷酸等，逐步合成嘌呤核苷酸的過程稱為的過程稱為從頭合成途徑從頭合成途徑(de novo synthesis)。這一途徑主要見于這一途徑主要見于肝肝，其次為，其次為小腸小腸和和胸腺胸腺。 所所有合成反應(yīng)在有合成反應(yīng)在胞液胞液中進行。中進行。而而腦、骨髓腦、骨髓則無法則無法進行此合成途徑。進行此合成途徑。1、嘌呤核苷酸的從頭合成：、嘌呤核苷酸的從頭合成：嘌呤堿合成的元素來源嘌呤堿合成的元素來源CO2甲?；柞；?N10-CHO FH4 ）甲?；柞；∟10-

12、CHO FH4）天冬氨酸天冬氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺（酰胺基）（酰胺基）甘氨酸甘氨酸從頭合成途徑過程：從頭合成途徑過程：1. IMP的合成的合成2. AMP和和GMP的合成的合成在谷氨酰胺、甘氨酸、在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳單位、二氧化碳一碳單位、二氧化碳及天冬氨酸的參與下，及天冬氨酸的參與下，逐步合成逐步合成IMPR-5-P（5-磷酸核糖）磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶合成酶PRPP（1-焦磷酸焦磷酸-5-磷酸核糖磷酸核糖 ）次黃嘌呤核苷酸（次黃嘌呤核苷酸（IMP）的合成）的合成腺苷酸代琥珀酸合成酶腺苷酸代琥珀酸合成酶 IMP脫氫酶脫氫酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶腺苷酸代琥珀酸裂解酶 GMP合成酶

13、合成酶腺苷酸（腺苷酸（AMP）與鳥苷酸（）與鳥苷酸（GMP）的合成）的合成 嘌呤核苷酸是在嘌呤核苷酸是在磷酸核糖磷酸核糖分子上逐步合成的。分子上逐步合成的。 先合成先合成IMP再轉(zhuǎn)化生成再轉(zhuǎn)化生成AMP、GMP。嘌呤核苷酸從頭合成特點嘌呤核苷酸從頭合成特點腦、骨髓等組織由于缺乏有關(guān)酶類，不能按照腦、骨髓等組織由于缺乏有關(guān)酶類，不能按照“從頭合成從頭合成”的途徑合成嘌呤核苷酸，必須依的途徑合成嘌呤核苷酸，必須依靠從肝臟等運來的靠從肝臟等運來的嘌呤嘌呤和和核苷核苷合成嘌呤核苷酸，合成嘌呤核苷酸，稱為稱為補救合成途徑補救合成途徑。這一途徑可在大多數(shù)組織細胞中進行。這一途徑可在大多數(shù)組織細胞中進行。2

14、、嘌呤核苷酸的補救合成：、嘌呤核苷酸的補救合成：腺嘌呤腺嘌呤 + + PRPPAMP + PPiAPRT次黃嘌呤次黃嘌呤 + + PRPPIMP + PPiHGPRT鳥嘌呤鳥嘌呤 + + PRPPHGPRTGMP + PPi腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（APRT）次黃嘌呤次黃嘌呤-鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（HGPRT）腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷腺苷激酶腺苷激酶ATPADPAMP腺嘌呤腺嘌呤 + 1-磷酸核糖磷酸核糖嘌呤核苷酸的補救合成過程嘌呤核苷酸的補救合成過程3 3、ATPATP和和GTPGTP的生成：的生成： AMP/GMPADP/GDP核苷單磷酸激酶核苷單磷酸激

15、酶ATP ADPATP/GTP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶ATP ADPdATP/dGTP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶ATP ADPdADP/dGDPNADPH+H+NADP+H2O核糖核苷酸還原酶核糖核苷酸還原酶合成合成RNA合成合成DNA嘌呤核苷酸的相互轉(zhuǎn)變嘌呤核苷酸的相互轉(zhuǎn)變IMPIMPAMPAMP腺苷酸代腺苷酸代琥珀酸琥珀酸XMPXMPGMPGMPNH3腺苷酸脫氨酶腺苷酸脫氨酶鳥苷酸還原酶鳥苷酸還原酶NADPH+H+ NADP+NH3二、嘧啶核苷酸的合成二、嘧啶核苷酸的合成從頭合成途徑從頭合成途徑(de novo synthesis pathway)補救合成途徑補救合成途徑(salva

16、ge pathway)嘧啶核苷酸的從頭合成嘧啶核苷酸的從頭合成是指利用磷酸核糖、氨是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳單位及二氧化碳等簡單物質(zhì)為原料，基酸、一碳單位及二氧化碳等簡單物質(zhì)為原料，經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)，合成嘧啶核苷酸的途徑。經(jīng)過一系列酶促反應(yīng)，合成嘧啶核苷酸的途徑。該合成過程主要在該合成過程主要在肝細胞肝細胞的的胞液胞液中進行。中進行。 （一）嘧啶核苷酸的從頭合成：（一）嘧啶核苷酸的從頭合成：嘧啶合成的元素來源嘧啶合成的元素來源氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸GlnCO2AspC5C4N3C2C6N1| 尿苷酸的合成：尿苷酸的合成：在在氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶的催化下，以的催化下，以G

17、ln，CO2，ATP為原料合成為原料合成氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸。1. 1. 從頭合成途徑的反應(yīng)過程：從頭合成途徑的反應(yīng)過程：Gln + CO2 氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸 + Glu氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶2ATP2ADP + Pi兩種氨基甲酰磷酸合成酶的比較兩種氨基甲酰磷酸合成酶的比較UMP的合成過程的合成過程 胞苷酸的合成：胞苷酸的合成： CTPGln+ATPGlu+ADP+PiCTP合成酶合成酶UMPUDPATPADP核苷單磷核苷單磷酸激酶酸激酶UTPATPADP核苷二磷核苷二磷酸激酶酸激酶合成合成RNA嘧啶核苷酸從頭合成特點嘧啶核苷酸從頭合成特點 先合成嘧啶環(huán)，后與先合成嘧

18、啶環(huán)，后與R-5-P結(jié)合。結(jié)合。 先合成先合成UMP、再轉(zhuǎn)化生成、再轉(zhuǎn)化生成CTP、dTMP等等尿嘧啶尿嘧啶 + + PRPPUMP + PPi尿嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶尿嘧啶磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶ATP尿苷激酶尿苷激酶MgMg2+2+UMP尿嘧啶尿嘧啶 + + 1-磷酸核糖磷酸核糖尿苷磷酸化酶尿苷磷酸化酶尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷 +Pi（2）嘧啶核苷酸的補救合成：）嘧啶核苷酸的補救合成：三、脫氧核糖核苷酸的合成三、脫氧核糖核苷酸的合成核糖核苷酸的還原核糖核苷酸的還原硫氧化還原蛋白還原酶硫氧化還原蛋白還原酶(FAD)NADPH + H+NADP+dNDP + ATP 激酶激酶dNTP + ADP氧化型硫氧氧化型硫氧化還原蛋白化還原蛋白SS核糖核苷酸還原酶核糖核苷酸還原酶SHSH還原型硫氧還原型硫氧化還原蛋白化還原蛋白NDP dNDP + H2O二磷酸核糖核苷二磷酸核糖核苷二磷酸脫氧核苷二磷酸脫氧核苷(ADP/GDP/CDP)(dADP/dGDP/dCDP)磷酸酶磷酸酶CTPCDPH2O Pi核糖核苷酸還原酶核糖核苷酸還原酶dCDPNADPH+H+ NADP+H2ON5,N10-CH