第十三章核酸代谢.ppt
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1、第十三章 核酸代谢 预备知识 第一节 核酸的降解和核苷酸代谢 第二节 DNA的复制和修复 第三节 RNA的生物合成和加工 本节小结 DNA与RNA 核酸的生物功能 DNA是主要的遗传物质 RNA参与蛋白质的生物合成 三类RNA共同控制着蛋白质的生物合成 RNA功能的多样性 核苷酸的功用 合成核酸的原料 体内能量的利用形式:ATP,GTP,CTP,UTP 参与代谢和生理调节:cAMP,cGMP 组成辅酶:FAD,NAD+,NADP+ 活化中间代谢物: UDPG,CDP-DG,SAM 核糖核苷酸和脱氧核糖核苷酸 腺嘌呤核苷酸 (5-AMP) NN NH2 N N O HH OHHO HH CH2O
2、P O O O 5 胞嘧啶脱氧核苷酸 (5-dCMP) N O HH HHO HH CH2 5 O NH2 N OP O O O 5 5 均为 -糖 苷键 磷酸酯键 作用于核酸分子中磷酸二酯键的酶. 1. 根据对底物的专一性可分为: (1)核糖核酸酶(Nase): (2)脱氧核糖核酸酶Nase (3)非特异性核酸酶 2. 根据酶的作用方式分:核酸内切酶、核酸外切酶 。 核酸酶 U(或C ) 5 P 3 U(或C ) P 3 G 5 3 U(或C、A ) P 3 牛胰核糖核酸酶(RNaseI)-作用位点是嘧啶 核苷-3-磷酸与其它核苷酸间的连接键。 核糖核酸酶T1(RNaseT1)-作用位点是3
3、 -鸟 苷酸与其它核苷酸的5-OH间的键。 (1)核糖核酸酶(Nase): (2)脱氧核糖核酸酶Nase 牛胰脱氧核糖核酸酶(DNaseI)可切割双链和 单链DNA。产物是以5-磷酸为末端的寡核苷酸。 限制性核酸内切酶:细菌体内能识别并水解外 源双源DNA的核酸内切酶,产生3-OH和5-P。 (3)非特异性核酸酶 蛇毒磷酸二酯酶能从RNA或DNA链的游离的3- OH 逐个水解,生成5-核苷酸。 牛脾磷酸二脂酶从游离的5-OH开始逐个 水解,生成3核苷酸。 2. 根据酶的作用方式分:核酸内切酶、核酸外切酶。 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
4、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 核苷磷酸化酶:广泛存在,反应可逆。 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 第一节 核酸的降解和核苷酸代谢 一、核酸的酶促降解 二、嘌呤碱和嘧啶碱的分解 三、核苷酸的生物合成 核酸 磷酸 核苷酸 核苷 磷酸-戊糖碱基 水 解 核酸酶 核苷酸酶 核苷磷酸化酶 何处去? 进入磷酸戊糖途径 或重新合成核酸 ? 分解 合成 一、核酸的酶促降解 nucleic acid nucleotide phosphate (磷酸二酯酶) (磷酸单酯酶) base pur
5、ine pyrimidine DNA RNARNA 外切酶外切酶 内切酶内切酶 特定部位的特定部位的限制性内切酶限制性内切酶 反应部位:主要肝、肾、小肠 代谢终产物:尿酸 重要的酶:黄嘌呤氧化酶 血浆中尿酸含量(正常值): 0.12-0.36mmol/L, (2-6mg%) (一)嘌呤核苷酸的分解代谢 嘌呤核苷酸的分解代谢历程 Uric acid 嘌呤代谢异常的一种疾病 代谢异常的突出表现是尿酸生成过多, 使血尿酸 临床表现:尿酸含量过高,血中尿酸含 量升高,难溶性的尿酸盐沉积于关节和软 骨及肾等处,导致关节炎、尿路结石及肾 疾病。 血中尿酸含量:超过8mg% 痛风症 别嘌呤醇治疗痛风症的机理
6、 (1)抑制黄嘌呤氧化酶,从而抑制尿酸的生成 (2)同时反馈抑制嘌呤核苷酸从头合成的酶系 核苷酸酶 核苷磷酸化酶 嘧啶核苷酸 核苷 嘧啶 C、U:CO2、NH3、 -丙氨酸 终产物 T:CO2、NH3、 -氨基异丁酸 (二)嘧啶核苷酸的分解代谢 嘧啶核苷酸的分解代谢历程 -丙氨酸 二、嘌呤和嘧啶的分解 在各种脱氨酶作用下水解脱去氨基。390页 脱氨基作用主要在核糖、核苷酸和碱基三个水平进行。 不同种类的生物分解嘌呤的能力不同,终产物也不同 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 排尿囊酸动物:硬骨鱼类 排尿素动物:大多数鱼类、两栖类 某些低等
7、动物能将尿素进一步分解成NH3和CO2排出。 植物分解嘌呤的途径与动物相似,产生各种中间产物(尿 囊素、尿囊酸、尿素、NH3)。 微生物分解嘌呤类物质,生成NH3、CO2及有机酸(甲 酸、乙酸、乳酸、等)。 (一)嘌呤的分解 嘌呤碱的分解嘌呤碱的分解 嘌呤碱包括嘌呤碱包括: : A A- -腺嘌呤、腺嘌呤、G G- -鸟嘌呤鸟嘌呤 vvA-A-腺嘌呤的分解腺嘌呤的分解 不同种类动物将尿酸直排或进行不同程度的继续降解排出 体外。H2O2在SOD(超氧化物歧化酶)或过氧化氢酶作用 下分解为H2O。 在人体中嘌呤碱基的分解是不开环,而不断在环外不断加 氧氧化的过程。 vv G-G-鸟嘌呤分解与鸟嘌呤
8、分解与A A类似类似 共同分解中产物为黄嘌呤,产物也是尿酸。 若浓度过高会引起尿结石、风湿性关节炎。 核糖 脱氨基酶 A-腺嘌呤 腺苷 次黄苷 核苷磷酸化酶 核糖-1-磷酸 次黄嘌呤 黄嘌呤氧化酶 H2O O2 黄嘌呤氧化酶 H2O O2 黄嘌呤黄嘌呤 尿酸 (二)嘧啶的分解 有氨基的首先水解脱氨基。391页 人和某些动物体内脱氨基过程有的发生在核苷或核苷酸上。 脱下的NH3可进一步转化成尿素排出。 嘧啶碱包括 :U-U-尿嘧啶,C-C-胞嘧啶,T-T-胸腺嘧啶 嘧啶环在相应的水解酶催化下,从解开嘧啶环开始逐个的水 解各个骨架原子最终释放出CO2,NH3,同时生成相应的酸。 尿嘧啶与胞嘧啶的分
9、解类似,分解产物为乙酸。 胸腺嘧啶分解终产物为-氨基异丁酸 胞嘧啶胞嘧啶 NH3 NH3 尿嘧啶尿嘧啶 NADPH+H+ NADPH+ 2 CO2 - -丙氨酸丙氨酸 NH3 CH3 CO2 乙酸乙酸 乙酸+3NH3+2CO2 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 NADPH+H+ NADPH+ CO2+NH3 - - 氨基异丁酸氨基异丁酸 -氨基异丁酸 +CO2+NH3 排出体外或进入有机酸 代谢。 CO22 3 三、核苷酸的生物合成 1.从“头合成”途径:利用磷酸核糖、氨基利用磷酸核糖、氨基 酸及酸及COCO 2 2 等简单物质为原料,经一系列酶促等简单物质为原料,经一系列酶促 反应,合成嘌呤核苷酸的途径。反
10、应,合成嘌呤核苷酸的途径。 2.2.补救合成途径:利用体内游离的嘌呤核苷补救合成途径:利用体内游离的嘌呤核苷 或嘧啶核苷,经过简单的反应过程,合成核或嘧啶核苷,经过简单的反应过程,合成核 苷酸的途径。苷酸的途径。 (一)核苷酸生物合成的基本途径 核苷酸生物合成途径概括 补救途径从头合成 核苷 辅酶 碱基 核糖核苷酸 核糖、氨基酸、CO2、NH3 脱氧核苷 脱氧核苷酸 RNA DNA (二) 嘌呤核苷酸的合成 甘氨坐中间,谷氮站两边,左手开天门,头顶二氧碳。 1.从头合成 (1)嘌呤碱合成的元素来源 “从头合成”中碱基各原子来源 嘌嘌 呤呤 碱碱 天冬氨酸天冬氨酸 谷氨酰胺谷氨酰胺 甘氨酸甘氨酸
11、 甲酸甲酸 甲酸甲酸 CO2 通过放射性同位素法推断 磷酸核糖C1上逐个安插成嘌呤碱成分,形成A(G)MP。 (2)从头合成途径 ATPAMP 5-磷酸核糖PRPP 焦磷酸激酶,镁离子。 磷酸核糖焦磷酸合成酶 PRPP 5-磷酸核糖胺 IMP AMP GMP PRPP R-5-P5-磷酸核糖 O OHOH CH2 O P OH ATP AMP PRPP 磷酸核糖焦磷酸 O OHOH CH2 O P O P Gln Glu PRA 1-氨基-5-磷酸核苷 O OHOH CH2 O PNH2 P ATP Gly 甘氨酰胺核苷酸 O OHOH CH2 O P NH C H2CNH2 O FH4 51
12、0 N ,N-CH=FH4 甲酰甘氨酰核苷酸 O OHOH CH2 O P NH C H2CNH O CHO GluGln 甲酰甘氨咪核苷酸 O OHOH CH2 O P NH C H2CNH CHO HN H2O 5-氨基咪唑核苷酸 O OHOH CH2 O P H2N H CH NC C N CO2 5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸 O OHOH CH2 O P O C H2N CH NC C N HO 5-甲酰氨基-4-氨基甲酰 咪唑核苷酸 (FAICAR) O OHOH CH2 O P O N C CH NC C N H H N HC O H2O IMP 次黄嘌呤核苷酸 O OHOH CH
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