核酸的降解與核苷酸代謝課件

1、第十三章 核酸的降解和核苷酸代謝 第一節(jié) 核酸的酶促降解第二節(jié)核苷酸代謝 1DNA與RNA2核糖核苷酸和脫氧核糖核苷酸腺嘌呤核苷酸 （5-AMP）NNNH2NNOHHOHHOHHCH2OPOOO5胞嘧啶脫氧核苷酸 (5-dCMP)NOHHHHOHHCH25ONH2NOPOOO55均為-糖苷鍵磷酸酯鍵3核酸的生物功能DNA是主要的遺傳物質(zhì)RNA參與蛋白質(zhì)的生物合成RNA功能的多樣性4第一節(jié) 核酸的酶促降解核酸酶核苷酸酶核苷酶5一、核酸酶（水解產(chǎn)物為核苷酸或脫氧核苷酸）DNA酶（DNase）RNA酶（RNase）非特異性核酸酶核酸外切酶核酸內(nèi)切酶作用于單鏈或作用于雙鏈61.DNA酶（DNase）D

2、Nase I產(chǎn)物5位帶磷酸基團(tuán)DNase 產(chǎn)物3位帶磷酸基團(tuán)DNA限制性內(nèi)切酶產(chǎn)生3-OH和5-PCA53P3CA53P37DNA限制性內(nèi)切酶89限制性內(nèi)切酶的應(yīng)用價值?10限制性內(nèi)切酶生物學(xué)功能及應(yīng)用價值降解外面侵入的DNA，但不降解自身細(xì)胞中的DNA，因?yàn)樵谧陨鞤NA的酶切位點(diǎn)上經(jīng)甲基化修飾而受到保護(hù)。是基因工程、體外重組、基因的分離、測序最重要的工具酶（手術(shù)刀）。112.RNA酶（RNase）RNase I(牛胰核糖核酸酶)RNase T1RNase U2U(或C）53U(或C）P P3G53U(或C、A）PP 3A53U(或C、A）PP 3123.非特異性核酸酶蛇毒磷酸二酯酶 從3-O

3、H 逐個水解，生成5-核苷酸。牛脾磷酸二脂酶從5-OH開始逐個水解，生成3-核苷酸。134.核酸內(nèi)切酶與核酸外切酶DNA外切酶內(nèi)切酶14二、核苷酸酶 （產(chǎn)物為核苷或脫氧核苷和磷酸）非特異性磷酸單酯酶：特異性磷酸單酯酶：15三、核苷酶 （產(chǎn)物為核糖或脫氧核糖和堿基）核苷磷酸化酶核苷水解酶16核酸的水解產(chǎn)物戊糖（或脫氧戊糖）磷酸嘌呤堿和嘧啶堿HMS用于核苷酸合成參與細(xì)胞內(nèi)代謝？17第二節(jié)核苷酸代謝核苷酸的分解代謝核苷酸的合成代謝18核苷酸的功用合成核酸的原料 體內(nèi)能量的利用形式：ATP,GTP,CTP,UTP參與代謝和生理調(diào)節(jié)：cAMP,cGMP組成輔酶：FAD,NAD+,NADP+活化中間代謝物

4、：UDPG，CDP-DG，SAM19一、核苷酸的分解代謝嘌呤核苷酸的分解代謝嘧啶核苷酸的分解代謝201.嘌呤核苷酸的分解代謝 390頁不同種類的生物分解嘌呤終產(chǎn)物排尿酸動物：靈長類、鳥類、昆蟲、排尿酸爬蟲類其它排尿囊素/排尿囊酸/排尿素排尿酸動物反應(yīng)部位：主要肝、腎、小腸人體中嘌呤堿基的分解是不開環(huán)，在環(huán)外加氧氧化。重要的酶：黃嘌呤氧化酶血漿中尿酸含量（正常值）：0.12-0.36mmol/L21嘌呤核苷酸的分解代謝歷程（排尿酸動物）Uric acid22核糖脫氨基酶A-腺嘌呤腺苷次黃苷核苷磷酸化酶核糖-1-磷酸次黃嘌呤黃嘌呤氧化酶H2OO2黃嘌呤氧化酶H2OO2黃嘌呤尿酸23尿酸生成過多血尿

5、酸（超過8mg% ），難溶性的尿酸鹽沉積于關(guān)節(jié)和軟骨及腎等處，導(dǎo)致關(guān)節(jié)炎、尿路結(jié)石及腎疾病。痛風(fēng)癥（嘌呤代謝異常的一種疾?。?4別嘌呤醇治療痛風(fēng)癥的機(jī)理抑制黃嘌呤氧化酶反饋抑制嘌呤核苷酸從頭合成的酶系252. 嘧啶核苷酸的分解代謝 391頁嘧啶核苷酸 核苷 嘧啶 從解開嘧啶環(huán)開始逐個的水解終產(chǎn)物C和U：CO2、NH3、 -丙氨酸T：CO2、NH3、 -氨基異丁酸26胞嘧啶NH3NH3尿嘧啶NADPH+H+NADPH+2CO2 -丙氨酸 NH3 CH3 CO2 乙酸乙酸+3NH3+2CO2胸腺嘧啶NADPH+H+NADPH+CO2+NH3 -氨基異丁酸-氨基異丁酸+CO2+NH3排出體外或進(jìn)入有

6、機(jī)酸代謝。CO22327二、核苷酸的生物合成核苷酸生物合成的基本途徑嘌呤核苷酸的合成嘧啶核苷酸的合成核苷酸轉(zhuǎn)化成核苷三磷酸脫氧核苷酸的合成輔酶核苷酸的生物合成281.核苷酸生物合成的基本途徑 “從頭合成”途徑：利用磷酸核糖、氨基酸及CO2等簡單物質(zhì)為原料，經(jīng)一系列酶促反應(yīng)，合成嘌呤核苷酸的途徑。補(bǔ)救合成途徑：利用體內(nèi)游離的嘌呤核苷或嘧啶核苷，經(jīng)過簡單的反應(yīng)過程，合成核苷酸的途徑。292.嘌呤核苷酸的合成“從頭合成”途徑補(bǔ)救合成嘌呤核苷酸的抗代謝物30“從頭合成”途徑合成部位：主要在肝細(xì)胞液合成原料：磷酸核糖、氨基酸、一碳單位和CO2等合成方式在5-磷酸核糖的基礎(chǔ)上逐步合成嘌呤環(huán)。首先合成次黃嘌

7、呤核苷酸，再轉(zhuǎn)變成AMP，GMP重要酶：PRPP合成酶、PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶（嘌呤核苷酸合成的重要調(diào)節(jié)點(diǎn)）31PRPP5-磷酸核糖胺IMPAMPGMP5磷酸核糖32PRPP的生成33“從頭合成”中堿基各原子來源谷氨酰胺甲酸34嘌呤堿天冬氨酸谷氨酰胺甘氨酸甲酸甲酸CO235合成過程OR-5-P5-磷酸核糖 OOHOHCH2POHATP AMPPRPP磷酸核糖焦磷酸OOHOHCH2OPOPGln GluPRA1-氨基-5-磷酸核苷OOHOHCH2OPNH2PATPGly甘氨酰胺核苷酸OOHOHCH2OPNHCH2CNH2OFH4510N,N-CH=FH4甲酰甘氨酰核苷酸OOHOHCH2OPNHCH2

8、CNHOCHOGluGln甲酰甘氨咪核苷酸OOHOHCH2OPNHCH2CNHCHOHNH2O5-氨基咪唑核苷酸OOHOHCH2OPH2NHCHNCCNCO25-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸OOHOHCH2OPOCH2NCHNCCNHO36圖示合成過程5-甲酰氨基-4-氨基甲酰咪唑核苷酸 (FAICAR)OOHOHCH2OPONCCHNCCNHHNHCOH2OIMP次黃嘌呤核苷酸OOHOHCH2OPONCCHNCCNHNHCN10-CHO-FH45-氨基咪唑-4 -甲酰胺核苷酸OOHOHCH2OPONCH2NCHNCCNHHfumarateCOOHHCH2CCOOHOOHOHCH2OPOCH2NC

9、HNCCNNH5-氨基咪唑-4(N-琥珀酸)?-甲酰胺核苷酸Asp37嘌呤核苷酸從頭合成的調(diào)節(jié)抑制部位的酶均為變構(gòu)酶。合成原則38補(bǔ)救合成39補(bǔ)救合成及生理意義原料:已有的嘌呤堿、嘌呤核苷、PRPP重要的酶： 腺嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶（APRT） 次黃嘌呤鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(HGPRT) 節(jié)約能量和一些氨基酸的消耗。有些組織（如腦、骨髓）不能從頭合成嘌呤核苷酸，只能進(jìn)行嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成。40代謝異常狀況自毀容貌征：HGPRT完全缺失的患兒。臨床表現(xiàn)：智力發(fā)育障礙，攻擊性性格，肌肉痙攣，強(qiáng)制性自咬唇舌和指尖，尿中尿酸排出量過量，50mg/kg體重/24hr。分子基礎(chǔ)：HGPRT先天缺陷（隱性X

10、性鏈鎖遺傳） 腎結(jié)石和痛風(fēng)： 缺乏補(bǔ)救途徑會引起嘌呤核苷酸合成速度降低， 結(jié)果大量積累尿酸。41嘌呤核苷酸的抗代謝物抗代謝物有些人工合成的或天然存在的化合物的結(jié)構(gòu)與生物體內(nèi)的一些必需的代謝物很相似，將其引入生物體后，與體內(nèi)的必需代謝物會發(fā)生特異的拮抗作用從而影響生物體中的正常代謝，這些化合物稱為抗代謝物。42嘌呤核苷酸的抗代謝物-1436MP的作用部位及抗癌機(jī)理反饋抑制PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶從而抑制嘌呤核苷酸的從頭合成抑制IMP轉(zhuǎn)變?yōu)锳MP和GMP的反應(yīng)直接抑制HGPRT，阻斷嘌呤核苷酸的補(bǔ)救合成。44嘌呤核苷酸的抗代謝物-245嘌呤核苷酸的抗代謝物-3463. 嘧啶核苷酸的合成從頭合成途徑嘧啶核

11、苷酸從頭合成的調(diào)節(jié)嘧啶核苷酸的抗代謝物47從頭合成途徑合成部位：主要在肝細(xì)胞液。原料：Gln、CO2、Asp、R-5-P等合成方式：先合成嘧啶環(huán)，再與磷酸核糖相連。關(guān)鍵的中間化合物：是乳清酸。合成過程：先合成UMP，再轉(zhuǎn)變成其他嘧啶核苷酸。重要的酶：氨基甲酰磷酸合成酶II、天冬氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶、磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶。48合成過程49氨基甲酰磷酸合成酶的比較氨基甲酰磷酸合成酶II氨基甲酰酸合成酶I部 位肝細(xì)胞液肝線粒體底 物CO2、谷氨酰胺CO2、氨生成物合成嘧啶核苷酸合成尿素調(diào)節(jié)物受UMP抑制AGA為變構(gòu)激活劑意 義細(xì)胞增殖程度的指標(biāo)肝細(xì)胞分化程度的指標(biāo)50TMP合成的特點(diǎn)在胸苷酸合成酶催化下，由

12、dUMP甲基化生成.甲基供體；N5，N10-甲烯FH4dUMP來源：dUDP或dCMP51圖示52主要調(diào)節(jié)酶細(xì)菌：天冬氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶哺乳類動物細(xì)胞：氨基甲酰磷酸合成酶II多功能酶：受到阻遏或去阻遏調(diào)節(jié)PRPP合成酶：同時受嘧啶和嘌呤核苷酸反饋抑制 嘧啶核苷酸從頭合成的調(diào)節(jié)53圖示54嘧啶類似物：5-F-尿嘧啶（5-FU）谷氨酰胺類似物：氨雜絲氨酸類葉酸類似物：氨甲蝶呤（MTX）核苷類似物：阿糖胞苷、環(huán)胞苷嘧啶核苷酸的抗代謝物55嘧啶核苷酸的抗代謝物1565-FU的作用部位及抗癌機(jī)理5-FU在體內(nèi)活化為 FdUMP 和 FUTPFdUMP競爭性抑制dTMP合成酶，使dTMP生成減少FUTP以

13、FUMP的形式摻入RNA分子，影響其代謝57嘧啶核苷酸的抗代謝物2584. 核苷酸轉(zhuǎn)化成核苷三磷酸IMPAMPGMPADPGDPATPGTPdADPdATPdGDPdGTP59CTP和TTP的合成605.脫氧核苷酸的合成400頁核苷酸被還原成相應(yīng)的脫氧核糖核苷酸。催化此反應(yīng)的酶體系：核糖核苷酸還原酶，硫氧環(huán)蛋白，硫氧還蛋白還原酶及FAD、NADP等輔助因子。61dTTP的形成胸苷酸脫氧尿苷酸甲基是由胸苷酸合成酶催化的。四氫葉酸是甲基的供體，產(chǎn)物為脫氧胸苷酸（dTMP）和二氫葉酸。626.輔酶核苷酸的生物合成煙酰胺核苷酸的合成（NAD 、NADP）黃素核苷酸的合成（FMN、FAD）輔酶A的合成 63煙酰胺核苷酸的合成（NAD 、NADP）NAD的合成煙酸單核苷酸焦磷酸化酶脫酰胺- NAD 焦磷酸化酶NAD合成酶NADP的合成NAD激酶：催化NAD與ATP反應(yīng)，使NAD的腺苷酸殘基的核糖2-OH磷酸化，生成NADP 。64NAD 、NADP65FMN、