第十四章核酸的降解和核苷酸的生物合成本与专

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1、第十四章第十四章 核酸的降解和核酸的降解和核苷酸的生物合成核苷酸的生物合成第一部分第一部分 概论概论核苷酸的重要性：核苷酸的重要性：作为合成核酸的原料作为合成核酸的原料：如用：如用ATP，GTP，CTP，UTP合成合成RNA，用，用dATP，dGTP，dCTP，dTTP合成合成DNA。作为能量的贮存和供应形式作为能量的贮存和供应形式：除：除ATP之外，还有之外，还有GTP，UTP，CTP等。等。参与代谢或生理活动的调节参与代谢或生理活动的调节：如环核苷酸：如环核苷酸cAMP和和cGMP作为激素的第二信使。作为激素的第二信使。参与构成酶的辅酶或辅基参与构成酶的辅酶或辅基：如在：如在NAD+，NA

2、DP+，FAD，FMN，CoA中均含有核苷酸的成分。中均含有核苷酸的成分。作为代谢中间物的载体作为代谢中间物的载体：如用：如用UDP携带糖基，用携带糖基，用CDP携带胆碱，胆胺或甘油二酯，用腺苷携带蛋氨酸携带胆碱，胆胺或甘油二酯，用腺苷携带蛋氨酸（SAM）等。）等。第二部分第二部分 核酸的分解核酸的分解核酸的分解过程核酸核酸 核苷酸核苷酸 核苷核苷+磷酸磷酸碱基碱基+戊糖戊糖18.1 核酸的的分解代谢核酸的的分解代谢 18.1.1 核酸的降解核酸的降解 作用于核酸的作用于核酸的磷酸二酯键磷酸二酯键酶称为核酸酶。酶称为核酸酶。1、DNA酶和酶和RNA酶酶2、核酸外切酶核酸外切酶n 核酸外切酶作用

3、于核酸外切酶作用于核酸链的一端核酸链的一端，逐个水解下核，逐个水解下核苷酸。苷酸。q 非特异的磷酸二酯酶非特异的磷酸二酯酶q 特异的磷酸二酯酶特异的磷酸二酯酶n 如：蛇毒磷酸二酯酶，牛脾磷酸二酯酶。如：蛇毒磷酸二酯酶，牛脾磷酸二酯酶。3、核酸内切酶核酸内切酶n 核酸内切酶特异地水解多核苷酸内部的键，核酸内切酶特异地水解多核苷酸内部的键，它们是特异性较强的磷酸二酯酶它们是特异性较强的磷酸二酯酶。4、限制性核酸内切酶、限制性核酸内切酶 在细菌细胞内存在一类能识别并水解外源双在细菌细胞内存在一类能识别并水解外源双链链DNA的核酸内切酶。的核酸内切酶。18.1.2核苷酸的降解核苷酸的降解 1、核苷酸的

4、降解核苷酸的降解n 非特异性的磷酸单酯酶能作用于一切核苷酸。非特异性的磷酸单酯酶能作用于一切核苷酸。n 特异性核苷酸酶：特异性核苷酸酶：3 3/-核苷酸酶或核苷酸酶或5 5/-核苷酸酶核苷酸酶。2、核苷的降解核苷的降解在核甘酶的作用下：在核甘酶的作用下：18.1.3 嘌呤的降解嘌呤的降解 不同种类的生物分解嘌呤碱的酶系不一不同种类的生物分解嘌呤碱的酶系不一样，因而代谢产物各不相同。样，因而代谢产物各不相同。嘌呤的分解还可以在核苷（酸）的水平上进行。18.1.4 嘧啶的降解嘧啶的降解n 不同种类的生物对嘧啶的分解过程不一样。第三部分第三部分 核苷酸的合成核苷酸的合成18.2 核苷酸的生物合成核苷

5、酸的生物合成 18.2.1 嘌呤嘌呤核糖核糖核苷酸的合成核苷酸的合成n生物体内不是先合成嘌呤碱，再与核糖和磷酸结合生物体内不是先合成嘌呤碱，再与核糖和磷酸结合成核苷酸，而是从成核苷酸，而是从5-磷酸核糖焦磷酸开始磷酸核糖焦磷酸开始，经过一，经过一系列酶促反应，生成系列酶促反应，生成次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸，然后再转变，然后再转变为其他嘌呤核苷酸。为其他嘌呤核苷酸。1 1、从头合成途径、从头合成途径 利用一些简单的前体物，如利用一些简单的前体物，如5-5-磷酸核糖，氨基酸，一碳磷酸核糖，氨基酸，一碳单位及单位及COCO2 2等，逐步合成嘌呤核苷酸的过程称为从头合成途等，逐步合成嘌呤核苷酸的过

6、程称为从头合成途径。径。这一途径主要见于肝脏，其次为小肠和胸腺。这一途径主要见于肝脏，其次为小肠和胸腺。（）次黄嘌呤核苷酸（次黄嘌呤核苷酸（IMP）的合成的合成第一阶段第一阶段第二阶段第二阶段由嘌呤环合成过程总图可概括以下要点由嘌呤环合成过程总图可概括以下要点：n 嘌呤核苷酸的合成特点是首先直接形成嘌呤核苷酸的合成特点是首先直接形成次次黄嘌呤核苷酸黄嘌呤核苷酸（亦称肌苷酸）。（亦称肌苷酸）。n5-磷酸核糖磷酸核糖-1-焦磷酸（焦磷酸（PRPP）是核苷酸中是核苷酸中磷酸核糖部分磷酸核糖部分的供体。的供体。n 嘌呤的各个原子是在嘌呤的各个原子是在PRPP的的C-1位置上逐渐加位置上逐渐加上去的。上

7、去的。n在在5-磷酸核糖胺的氨基位置，磷酸核糖胺的氨基位置，由甘氨酸、甲酰由甘氨酸、甲酰四氢叶酸四氢叶酸、谷氨酰胺谷氨酰胺先后提供先后提供C和和N原子形成嘌原子形成嘌呤的咪唑环。呤的咪唑环。n 由由CO2、天冬氨酸天冬氨酸、甲酰四氢叶酸甲酰四氢叶酸先后提供六先后提供六元环上的其他原子形成六元环，最后合成次黄元环上的其他原子形成六元环，最后合成次黄嘌呤核苷酸。嘌呤核苷酸。（2）由由IMP转化为转化为AMP和和GMP的过程的过程2、补救合成途径、补救合成途径n 核苷酸也可以由嘌呤碱基或嘌呤核苷合成，称之为核苷酸也可以由嘌呤碱基或嘌呤核苷合成，称之为补救合成途径。补救合成途径。n（1）由嘌呤和）由嘌

8、呤和PRPP生成：生成：腺嘌呤腺嘌呤+PRPPAMP+PPi 次黄嘌呤次黄嘌呤+PRPPIMP+PPi 鸟嘌呤鸟嘌呤+PRPPGMP+PPi 从头合成途径受从头合成途径受AMPAMP和和GMPGMP的反馈抑制，第一的反馈抑制，第一步转酰胺酶受二者抑制，分枝后的第一步只受步转酰胺酶受二者抑制，分枝后的第一步只受自身抑制。从头合成与补救途径之间有平衡。自身抑制。从头合成与补救途径之间有平衡。先天缺乏次黄嘌呤先天缺乏次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶称鸟嘌呤磷酸核糖转移酶称为莱为莱-纳二氏综合症，纳二氏综合症，X X染色体隐性遗传。染色体隐性遗传。患者尿酸和患者尿酸和PRPPPRPP水平高，从头合成加速

9、，导致水平高，从头合成加速，导致痛风和自残。痛风和自残。正常大脑中次黄嘌呤正常大脑中次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶鸟嘌呤磷酸核糖转移酶活力高，而从头合成酶活力低，对补救途径依活力高，而从头合成酶活力低，对补救途径依赖较大。赖较大。别嘌呤醇可降低尿酸浓度，但不能降低别嘌呤醇可降低尿酸浓度，但不能降低PRPPPRPP浓浓度，不能防止自残。度，不能防止自残。（2）由核苷生成嘌呤核苷酸合成的调节PRPP5-磷酸核糖胺次黄苷酸腺苷酸鸟苷酸PRPP酰胺转移酶酰胺转移酶腺苷琥珀酸合成酶腺苷琥珀酸合成酶次黄嘌呤核苷酸脱氢酶次黄嘌呤核苷酸脱氢酶18.2.2 嘧啶核苷酸的合成嘧啶核苷酸的合成n与嘌呤核苷酸不同，在

10、合成嘧啶核苷酸时首先形成嘧啶环，再与磷酸核糖结合成为乳清苷酸，然后生成尿嘧啶核苷酸。其他嘧啶核苷酸则由尿嘧啶核苷酸转变而成。n1、从头合成途径从头合成途径(1)尿嘧啶核苷酸（尿嘧啶核苷酸（UMP）的合成的合成尿嘧啶核苷酸的生物合成途径要点：尿嘧啶核苷酸的生物合成途径要点：n 嘧啶核苷酸的合成主要先组装嘧啶环，然后再与磷酸核糖结合。n 该过程首先是形成乳清酸（嘧啶环结构）。n5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP)也是嘧啶核苷酸合成中磷酸核糖的供体，。（2）胞嘧啶核苷酸（）胞嘧啶核苷酸（CTP）的合成：的合成：说明：由UTP（三磷酸水平）转变为CTP。2、补救合成途径补救合成途径（1）尿嘧啶补救途径

11、：与5-磷酸核糖焦磷酸反应：先产生尿嘧啶核苷，再生成尿嘧啶核苷酸：（2）胞嘧啶的补救合成途径嘧啶核苷酸生物合成的调节CO2+ATP+谷氨酰胺胺甲酰磷酸胺甲酰天冬氨酸UMPUTPCTP胺甲酰磷酸合成酶胺甲酰磷酸合成酶天冬氨酸转氨甲酰酶天冬氨酸转氨甲酰酶CTP合成酶合成酶ASP18.3 脱氧核糖核苷酸的生物合成脱氧核糖核苷酸的生物合成n植物体中核苷酸向脱氧核糖核苷酸的转化植物体中核苷酸向脱氧核糖核苷酸的转化了解甚少，但在动物和细菌中还原作用通了解甚少，但在动物和细菌中还原作用通常是在常是在核苷二磷酸水平上发生的核苷二磷酸水平上发生的。18.2.1 核糖核苷二磷酸的还原过程核糖核苷二磷酸的还原过程1

12、8.2.2 脱氧胸腺嘧啶核苷酸脱氧胸腺嘧啶核苷酸(dTMP)的形成：的形成：1、以dUMP为原料，合成dTMP。（1）dUMP的生成2、补救合成途径补救合成途径:TMP的生物合成概括为：18.4（脱氧）核苷酸转变为多磷酸脱氧）核苷酸转变为多磷酸（脱氧）核苷酸脱氧）核苷酸n四种四种（脱氧）核苷酸一磷酸在四种脱氧）核苷酸一磷酸在四种（脱氧）核苷酸一磷酸脱氧）核苷酸一磷酸激酶的作用下转化为激酶的作用下转化为（脱氧）核苷二磷酸。脱氧）核苷二磷酸。n 核苷二磷酸与核苷三磷酸可在核苷二磷酸激酶下相互转化。核苷二磷酸与核苷三磷酸可在核苷二磷酸激酶下相互转化。各种核苷酸合成与转化的相互关系：第四部分第四部分

13、代谢的联系代谢的联系一、代谢网络一、代谢网络（一）糖、脂和蛋白质的关系：通过（一）糖、脂和蛋白质的关系：通过6 6磷磷酸葡萄糖、丙酮酸和乙酰辅酶酸葡萄糖、丙酮酸和乙酰辅酶A A三个中间三个中间物相互联系。脂类中的甘油、糖类和蛋物相互联系。脂类中的甘油、糖类和蛋白质之间可互相转化白质之间可互相转化脂肪酸在植物和微生物体内可通过乙醛酸脂肪酸在植物和微生物体内可通过乙醛酸循环由乙酰辅酶循环由乙酰辅酶A A合成琥珀酸，然后转变合成琥珀酸，然后转变为糖类或蛋白质，而动物体内不存在乙为糖类或蛋白质，而动物体内不存在乙醛酸循环，一般不能由乙酰辅酶醛酸循环，一般不能由乙酰辅酶A A生成糖生成糖和蛋白质。和蛋白

14、质。（二）核酸与代谢的关系：（二）核酸与代谢的关系：核酸不是重要的碳源、氮源和能源，核酸不是重要的碳源、氮源和能源，但核酸通过控制蛋白质的合成可影响细但核酸通过控制蛋白质的合成可影响细胞的组成成分和代谢类型。胞的组成成分和代谢类型。许多核苷酸在代谢中起着重要作用，许多核苷酸在代谢中起着重要作用，如如ATPATP、辅酶等。另一方面，核酸的代谢辅酶等。另一方面，核酸的代谢也受其他物质，特别是蛋白质的影响。也受其他物质，特别是蛋白质的影响。（三）各种物质在代谢中是彼此影响、相（三）各种物质在代谢中是彼此影响、相互转化和密切联系的。互转化和密切联系的。三羧酸循环不仅是各种物质共同的代三羧酸循环不仅是各

15、种物质共同的代谢途径，而且是他们互相联系的渠道。谢途径，而且是他们互相联系的渠道。二、分解代谢与合成代谢的单向性二、分解代谢与合成代谢的单向性虽然酶促反应是可逆的，但在生物体内，虽然酶促反应是可逆的，但在生物体内，代谢过程是单向的。一些关键部位的代代谢过程是单向的。一些关键部位的代谢是由不同的酶催化正反应和逆反应的。谢是由不同的酶催化正反应和逆反应的。这样可使两种反应都处于热力学的有利这样可使两种反应都处于热力学的有利状态。状态。一般一般 酮酸脱羧的反应、激酶催化的反应、酮酸脱羧的反应、激酶催化的反应、羧化反应等都是不可逆的。这些反应常羧化反应等都是不可逆的。这些反应常受到严密调控，成为关键步骤受到严密调控，成为关键步骤三、能量的代谢三、能量的代谢（一）（一）ATPATP是通用的能量载体是通用的能量载体（二）（二）NADPHNADPH以还原力的形式携带能量以还原力的形式携带能量（三）（三）ATPATP、还原力和构造单元用于生物合还原力和构造单元用于生物合成成