第十章核酸的酶促降解及核苷酸代谢 【目的与要求】 1、了解核酸的酶促降解及降解所用的酶 2、掌握嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸的分解代谢： 3、掌握嘌吟核苷酸、嘧啶核苷酸从头合成途径、补教合成途径及其生理意义。 【教学内容】 1、核酸的酶促降解 2、核苷酸的降解 3、核糖核苷酸的合成代谢 【重点与难点】 1、嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸的分解代谢。 2、嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸从头合成。 3、脱氧胸腺嘧啶核苷酸的生成。 【教学方法】 多媒体授课。 【教学时数】 3学时
第十章 核酸的酶促降解及核苷酸代谢 【目的与要求】 1、 了解核酸的酶促降解及降解所用的酶； 2、 掌握嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸的分解代谢； 3、 掌握嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸从头合成途径、补救合成途径及其生理意义。 【教学内容】 1、核酸的酶促降解 2、核苷酸的降解 3、核糖核苷酸的合成代谢 【重点与难点】 1、嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸的分解代谢。 2、嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸从头合成。 3、脱氧胸腺嘧啶核苷酸的生成。 【教学方法】 多媒体授课。 【教学时数】 3 学时
第一节概述 一、核酸的消化与吸收 胃酸 蛋白质 →接酸(RNA及DNA) 胰核酸酶 、肠核苷酸 磷酸 苷 二、核苷酸的生物功用 ●作为核酸合成的原料 ·体内能量的利用形式 ·参与代谢和生理调节 ·组成辅酶 ·活化中间代谢物 第二节核酸的分解代谢 一、核酸的酶促降解 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：内切酶、外切酶 二、核苷酸的分解 >核苷酸酶 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) >核苷酶 两种： ①核苷磷酸化酶：广泛存在，反应可逆。 核苷+磷酸 核苷磷酸化酶碱基+戊糖1磷酸
第一节 概述 一、核酸的消化与吸收 二、核苷酸的生物功用 ⚫ 作为核酸合成的原料 ⚫ 体内能量的利用形式 ⚫ 参与代谢和生理调节 ⚫ 组成辅酶 ⚫ 活化中间代谢物 第二节 核酸的分解代谢 一、核酸的酶促降解 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：内切酶、外切酶。 二、核苷酸的分解 ➢ 核苷酸酶 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） ➢ 核苷酶 两种： ① 核苷磷酸化酶：广泛存在，反应可逆。 食物核蛋白 蛋白质 核酸（RNA及DNA） 胃酸 核苷酸 胰核酸酶 核苷 磷酸 胰、肠核苷酸酶 碱基 戊糖 核苷酶 核苷 + 磷酸 核苷磷酸化酶 碱基 + 戊糖-1-磷酸
②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 核糖核苷+H,0 核苷水解酶，碱基+核糖 三、嘌吟核苷酸的分解代谢 体内嘌岭核苷酸的分解代谢主要在肝脏、小肠及肾脏中进行。正常生理情况下，嘌呤 合成与分解处于相对平衡状态，所以尿酸的生成与排泄也较恒定。 当人体内核酸大量分解时，血中尿酸水平升高，当超过0.48mmoL时，尿酸盐将过 饱合而导致关节炎、尿路结石及肾疾患，称为痛风症。 HO Rb- Rb b-@ HP族酸 技酸 黄哪呼核查 HO N:P Ribose-1-P 0 次黄时氢化 黄理 鸟事冷以氯商 O,+HO HO, N:HO 0+H0 H0, 翼厚种氟化腰 临床上常用别嘌吟醇(allopurinol)治疗痛风症。别嘌岭醇与次黄嘌吟结构类似，只是分 子中N,与C2互换了位置，故可抑制黄嘌呤氧化酶，从而抑制尿酸的生成。同时，别嘌 呤在体内经代谢转变，与PRPP生成别嘌呤核苷酸，不仅消耗了PRPP,使其含量下降 而且还能反馈抑制PRPP酰胺转移酶，阻断嘌吟核苷酸的从头合成
② 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 三、嘌呤核苷酸的分解代谢 体内嘌呤核苷酸的分解代谢主要在肝脏、小肠及肾脏中进行。正常生理情况下，嘌呤 合成与分解处于相对平衡状态，所以尿酸的生成与排泄也较恒定。 当人体内核酸大量分解时，血中尿酸水平升高，当超过 0.48mmol/L 时，尿酸盐将过 饱合而导致关节炎、尿路结石及肾疾患，称为痛风症。 临床上常用别嘌呤醇(allopurinol)治疗痛风症。别嘌呤醇与次黄嘌呤结构类似，只是分 子中 N8，与 C2 互换了位置，故可抑制黄嘌呤氧化酶，从而抑制尿酸的生成。同时，别嘌 呤在体内经代谢转变，与 PRPP 生成别嘌呤核苷酸，不仅消耗了 PRPP，使其含量下降， 而且还能反馈抑制 PRPP 酰胺转移酶，阻断嘌呤核苷酸的从头合成。 核苷水解酶 核糖核苷+ H2O 碱基 + 核糖
四、嘧啶核苷酸的分解代谢 H NADPH NADP H 二氢肉酿吃院 NADI 00H 一聚基界丁酸 H,O、 00H NH,个00， NH,HO HN CH. H,N-CH,-CH-C0OB H.N-CH-CH;COOH CH. B=服系丙酸 B-氯第异T眼 单酰CoA 甲基丙二酸单酰CoA ,酰CoA 琥珀酰CoA TCA 糖异生 第三节核苷酸的合成代谢 一、嘌呤核苷酸的合成代谢 嘌呤核苷酸的结构
四、嘧啶核苷酸的分解代谢 第三节 核苷酸的合成代谢 一、嘌呤核苷酸的合成代谢 嘌呤核苷酸的结构 乙酰CoA TCA TCA 甲基丙二酸单酰CoA 琥珀酰 CoA 糖异生 丙二酸单酰CoA
NH2 ·从头合成途径 ·补救合成途径 (一)嘌吟核苷酸的从头合成 1、定义 嘌呤核苷酸的从头合成途径是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单 物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌岭核苷酸的途径。 2、合成部位 肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小肠和胸腺，而脑、骨髓则无法进 行此合成途径。 3、嘌吟碱合成的元素来源 C0 甘氨酸 甲酰基（一碳单位） 甲酰基（一碳单位） 谷氨酰胺（酰胺基） 4、过程 >IMP的合成 >AMP和GMP的生成
⚫ 从头合成途径 ⚫ 补救合成途径 （一）嘌呤核苷酸的从头合成 1、定义 嘌呤核苷酸的从头合成途径是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单 物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸的途径。 2、合成部位 肝是体内从头合成嘌呤核苷酸的主要器官，其次是小肠和胸腺，而脑、骨髓则无法进 行此合成途径。 3、嘌呤碱合成的元素来源 4、过程 ➢ IMP 的合成 ➢ AMP 和 GMP 的生成 CO2 甘氨酸 谷氨酰胺（酰胺基） 甲酰基（一碳单位） 甲酰基（一碳单位）
R-5-P 5一磷酸核糖 ATP PRPP合成酶 AMP PP-1-R-5-P 谷氨酸酰胺膜酸核糖焦磷酸 酰胺转移酶 谷氨酸 HzN-1-R-5_p 之N。-甲快FH4H闲谷氨酰酸谷氨酸 G舞薇技韩德于人TP,MgH,C-N NH CHO CHO 、转甲酰基所0=心、 TP,M 2C H HN=C NH H2C-NH2 R-5'-P R-5'-P R-5-P 0=C-0H 核苷酸(GAR) 核苷酸(FCAM 甘氨酸 ATP合成 Mg2+ K* HOOC H20 天冬氨酸 CH ,H0 CH HOOC C02 H2N 合成職 一酸化摩H,N _5'-p R-5'-P 5-氨基咪唑-4羧 5氨基咪唑核 SAI 酸核苷酸(CAIR) 酸(AIR) 延胡索酸 解碱 甲酰FHFH 外水群 -5'-P 5-甲酰胺基咪唑 次黄嘌吟核苷酸 5一氨基咪唑4-甲酰 酸 胺核苷酸(AICAR) (FAICAR (IMP)
AMPATP PP.1-R-5-P ←①万 R.5-p PRPP合成酶 (5-磷酸核糖) (磷酸核糖焦磷酸) 谷氨酰胺 酰胺转移酶 谷酸 HN-1-R-5-p (5-磷酸核糖胺) 在谷氨酰胺、甘氨酸、一 碳单位、二氧化碳及天冬 AMP IMP --->GM 5、嘌呤核苷酸从头合成特点 >嘌吟核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。 >IMP的合成需5个ATP,6个高能磷酸键。 >AMP或GMP的合成又需1个ATP (二)嘌呤核苷酸的补救合成途径 1、定义 利用体内游离的嘌吟或嘌吟核苷，经过简单的反应，合成嘌吟核苷酸的过程，称为补 救合成（或重新利用）途径。 2、参与补救合成的酶 >腺嘌呤磷酸核糖转移酶(APRT >次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT >腺苷激酶(adenosine kinase)) 3、合成过程
5、嘌呤核苷酸从头合成特点 ➢ 嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成的。 ➢ IMP 的合成需 5 个 ATP，6 个高能磷酸键。 ➢ AMP 或 GMP 的合成又需 1 个 ATP （二）嘌呤核苷酸的补救合成途径 1、定义 利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应，合成嘌呤核苷酸的过程，称为补 救合成（或重新利用）途径。 2、参与补救合成的酶 ➢ 腺嘌呤磷酸核糖转移酶(APRT) ➢ 次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT) ➢ 腺苷激酶(adenosine kinase) 3、合成过程 R-5-P （5-磷酸核糖） AMP ATP PRPP合成酶 PP-1-R-5-P （磷酸核糖焦磷酸） 在谷氨酰胺、甘氨酸、一 碳单位、二氧化碳及天冬 氨酸的逐步参与下 IMP AMP H2N-1-R-5´-P （5´-磷酸核糖胺） 谷氨酰胺 谷氨酸 酰胺转移酶 GMP GMP GMP
降毫*+P限PP APRT→AMP+m 鸟+PRP_HGPRT→GNMP+P阳 牌苷激南 AMP ATP ADP 4、补救合成的生理意义 >补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。 >体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。 二、嘧啶核苷酸的合成代谢 ●嘧啶核苷酸的结构 国习B闲 从头合成途径 补救合成途径 (一)从头合成 1、定义 密啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质 为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途径。 2、合成部位 主要是肝细胞胞液 2、嘧啶合成的元素来源
4、补救合成的生理意义 ➢ 补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗。 ➢ 体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。 二、嘧啶核苷酸的合成代谢 从头合成途径 补救合成途径 （一）从头合成 1、定义 嘧啶核苷酸的从头合成是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质 为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸的途径。 2、合成部位 主要是肝细胞胞液 2、嘧啶合成的元素来源 腺嘌呤 + PRPP AMP + PPi APRT 次黄嘌呤 + PRPP IMP + PPi HGPRT 鸟嘌呤 + PRPP HGPRT GMP + PPi 腺嘌呤核苷 腺苷激酶 ATP ADP AMP
谷氨酰胺 天冬氨酸 02 3、合成过程 (1)尿嘧啶核苷酸的合成 C02+谷氨酰胺 2ATP NH2 HOOC 0 基本器将靠种职心GH, b-® HaN CECOOH P 氨基甲酰磷酸 天冬氨酸 氨甲酰天冬氨酸 二氢乳清酸科 H20 H HN 脱氧酶 HN CH2 COOH PP PRPP O COOH NADH+H'AND02 CH COOH R-5'-P 乳清酸 二氢乳清酸 乳消酸核苷酸 (OMP) 脱羧酶 尿嘧啶核苷酸 (UMP) R-5'-P (2)胞嘧啶核苷酸的合成 尿嘧啶核苷三磷酸可直接与NH(细菌)或G(植物)反应，生成胞嘧啶核苷三磷 酸。 UMP+AP尿曙啶核苷酸激酶/Mg UDP +ADP UDP+ATP 苷二酸激/NgUP+ADP CTP合成酶 UTP Gln (NH*)+ATP +H2O- CTP+Glu+ADP+Pi
3、合成过程 （1） 尿嘧啶核苷酸的合成 （2）胞嘧啶核苷酸的合成 尿嘧啶核苷三磷酸可直接与 NH3（细菌）或 Gln（植物）反应，生成胞嘧啶核苷三磷 酸。 UDP + ADP 尿嘧啶核苷酸激酶／Mg2+ UMP + ATP UTP + ADP 核苷二磷酸激酶／Mg2+ UDP + ATP CTP 合成酶 UTP + Gln（NH4 +）+ ATP + H2O CTP + Glu +ADP+ Pi
(二)补救途径 (1)嘧啶核苷激酶途径（重要途径） 嘧啶碱与1-磷酸核糖生成嘧啶核苷，然后由尿苷激酶催化尿苷和胞苷形成UMP和 CMP。 核苷磷酸化酶 嘧啶碱+1磷酸核糖 、嘧啶核苷+P 尿苷激酶/Mg2 尿苷（胞苷）+AIP UMP (CMP)+ADP (2)磷酸核糖转移酶途径（胞嘧啶不行） 尿嘧啶+5-PRPP 尿嘧啶骑酸核糖转移酯UMP十PPi (三)脱氧核苷酸的合成 I、DNA与RNA有两方面不同： 1)其核苷酸中戊糖为2-脱氧核糖而非核糖 2)含有胞腺嘧啶碱基，不含尿嘧啶碱基。 A、G、C核糖核苷二磷酸的还原： 核糖核苷酸的还原反应 个氧还蛋白 NADPH+H 还酶 FAD SH 装还的 (氧化型) -P-CH P.PA 核糖苷酸还原酶 +H,0 核糖技苷二骚酸 脱氧核糖枝苷二磷 2、胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成 由尿嘧啶脱氧核苷酸(dUMP)经甲基化生成。 Ser提供甲基，NADPH提供还原当量。 dUMP+N5,NIo.亚甲基THFA 胸腺嘧啶核苷酸合成酶 dMP+二氢叶酸 7,&-二氢叶酸+NADPH+H 二氢叶酸还原酶 5.6.7.8-THFA+NDAP
核糖核苷酸的还原反应 核糖核苷酸还原酶 NADP+ NADPH+H+ 硫氧还蛋白 还原酶 FAD ATP 、Mg2+ 硫氧还蛋白 （还原型） SH SH 硫氧还蛋白 （氧化型） S S NADP+ NADPH+H+ 硫氧还蛋白 还原酶 FAD ATP 、Mg2+ 硫氧还蛋白 （还原型） SH SH 硫氧还蛋白 （氧化型） S S O P-P-CH2 N OH OH 核糖核苷二磷酸 O P-P-CH2 N OH OH 核糖核苷二磷酸 O P-P-CH2 N OH H + H2O 脱氧核糖核苷二磷酸 O P-P-CH2 N OH H + H2O 脱氧核糖核苷二磷酸 （二）补救途径 （1） 嘧啶核苷激酶途径（重要途径） 嘧啶碱与 1-磷酸核糖生成嘧啶核苷，然后由尿苷激酶催化尿苷和胞苷形成 UMP 和 CMP。 （2） 磷酸核糖转移酶途径（胞嘧啶不行） （三）脱氧核苷酸的合成 1、DNA 与 RNA 有两方面不同： 1）其核苷酸中戊糖为 2-脱氧核糖而非核糖； 2）含有胸腺嘧啶碱基，不含尿嘧啶碱基。 A、G、C 核糖核苷二磷酸的还原： 2、胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成 由尿嘧啶脱氧核苷酸（dUMP）经甲基化生成。 Ser 提供甲基，NADPH 提供还原当量。 嘧啶碱 + 1-磷酸核糖 核苷磷酸化酶 嘧啶核苷 + Pi 尿嘧啶磷酸核糖转移酶 尿嘧啶 + 5-PRPP UMP + PPi 尿苷（胞苷） + ATP 尿苷激酶／Mg2+ UMP（CMP） + ADP 胸腺嘧啶核苷酸合成酶 dUMP + N5 ,N10 -亚甲基 THFA dTMP + 二氢叶酸 二氢叶酸还原酶 7，8-二氢叶酸 + NADPH + H+ 5，6，7，8-THFA + NDAP+