第33章核酸的降解和核苷酸代谢.ppt

第33章 核酸的降解 和核苷酸代谢,第33章 核酸的降解和核苷酸代谢,核酸和核苷酸的降解代谢 核苷酸的生物合成 辅酶核苷酸的生物合成,一、核酸和核苷酸的降解,核酸,核苷酸,核酸酶,（磷酸二酯酶）,核苷 + 磷酸,核苷酸酶,（磷酸单酯酶）,戌糖-1-磷酸 + 碱基 （嘌呤或嘧啶碱）,核苷磷酸化酶,一、核酸和核苷酸的降解,1、核酸的解聚,磷酸二酯酶 （核酸酶）,核糖核酸酶 核酸内切酶,脱氧核糖酸酶 核酸外切酶,磷酸二酯酶 （核酸酶）,也有非特异性的磷酸二酯酶，如蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸 二酯酶（均为核酸外切酶），对核糖核酸和脱氧核糖核酸均 能水解，但前者是从核苷酸链的3-端开始，逐个水解下来5 -核苷酸，后者从核苷酸链的5-端开始，逐个水解下来3-核 苷酸。,一、核酸和核苷酸的降解,1、核酸的解聚,蛇毒磷酸二酯酶,牛脾磷酸二酯酶,一、核酸和核苷酸的降解,1、核酸的解聚,蛇毒磷酸二酯酶,牛脾磷酸二酯酶,5,3,一、核酸和核苷酸的降解,2、核苷酸的降解,磷酸单酯酶 （核苷磷酸化酶）,3-核苷酸酶,也有非特异性的磷酸单酯酶，对一切核苷酸均能作用，无论 磷酸基在2、3或5位置均可被水解下来。,5-核苷酸酶,核苷 + 磷酸,核苷 + H2O,碱基 + 戌糖-1-磷酸,碱基 + 戌糖,核苷磷酸化酶,核苷水解酶,（对脱氧核糖核苷不起作用）,一、核酸和核苷酸的降解,3、嘌呤碱的分解,嘌呤碱的分解首先是在各种脱氨酶的作用下水解脱去氨基。,腺嘌呤核苷酸,腺嘌呤核苷,腺嘌呤,次黄嘌呤核苷酸,次黄嘌呤核苷,次黄嘌呤,核苷酸酶,核苷磷酸化酶,核苷酸酶,核苷磷酸化酶,腺嘌呤核苷酸 脱氨酶,腺嘌呤核苷 脱氨酶,腺嘌呤 脱氨酶,鸟嘌呤,黄嘌呤,鸟嘌呤脱氨酶,一、核酸和核苷酸的降解,3、嘌呤碱的分解,黄嘌呤和次黄嘌呤可继续被分解。,黄嘌呤氧化酶,尿酸氧化酶,次黄嘌呤,黄嘌呤,尿酸（排尿酸动物）,黄嘌呤氧化酶,尿囊素 （除人猿外的哺乳动物）,尿囊酸 （硬骨鱼类）,尿囊素酶,尿素+乙醛酸 （鱼类、两栖类）,尿囊酸酶,氨+二氧化碳 （低等动物）,一、核酸和核苷酸的降解,4、嘧啶碱的分解,胞嘧啶需要先脱氨生成尿嘧啶后才继续被分解。,胞嘧啶脱氨生成尿嘧啶，后 者经还原生成二氢嘧啶（DHU） 最后环开裂生成-脲基丙酸， 水解后生成-丙氨酸。,一、核酸和核苷酸的降解,4、嘧啶碱的分解,胸腺嘧啶分解与尿嘧啶相似，先 还原成二氢胸腺嘧啶，再环裂解 生成-脲基异丁酸，后者水解生 成-氨基异丁酸。,二、核苷酸的生物合成,1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成,嘌呤环的元素来源,二、核苷酸的生物合成,1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成,生物体是从5-磷酸核糖焦磷酸开始，经一系列酶促反应，生 成次黄嘌呤核苷酸，再转变成其它嘌呤核苷酸。,起始步骤：,5-磷酸核糖,5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）,焦磷酸激酶,二、核苷酸的生物合成,1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成,Step 1：,5-磷酸核糖胺,PRPP,磷酸核糖焦磷酸 转酰胺酶,二、核苷酸的生物合成,1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成,Step 2：,5-磷酸核糖胺,甘氨酰胺核苷酸 合成酶,甘氨酰胺核苷酸,二、核苷酸的生物合成,1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成,Step 3：,甘氨酰胺核苷酸 转甲酰基酶,甘氨酰胺核苷酸,甲酰甘氨酰胺核苷酸,二、核苷酸的生物合成,1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成,Step 4：,甲酰甘氨脒核苷酸 合成酶,甲酰甘氨酰胺核苷酸,甲酰甘氨脒核苷酸,二、核苷酸的生物合成,1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成,Step 5：,氨基咪唑核苷酸 合成酶,5-氨基咪唑核苷酸,甲酰甘氨脒核苷酸,二、核苷酸的生物合成,1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成,Step 6：,氨基咪唑核苷酸羧化酶,5-氨基咪唑核苷酸,5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸,二、核苷酸的生物合成,1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成,Step 7：,氨基咪唑琥珀基氨甲酰核苷酸 合成酶,5-氨基咪唑-4-（N-琥珀基） 氨甲酰核苷酸,5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸,二、核苷酸的生物合成,1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成,Step 8：,腺苷酸琥珀酸裂解酶,5-氨基咪唑-4-（N-琥珀基） 氨甲酰核苷酸,5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸,二、核苷酸的生物合成,1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成,Step 9：,氨基咪唑氨甲酰核苷酸转甲酰基酶,5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸,5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸,二、核苷酸的生物合成,1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成,Step 10：,次黄嘌呤核苷酸合酶,5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸,次黄嘌呤核苷酸,二、核苷酸的生物合成,1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成,生物体内由次黄 嘌呤核苷酸经氨 基化或氧化分别 生成腺嘌呤核苷 酸和鸟嘌呤核苷 酸。,二、核苷酸的生物合成,1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成,生物体内除了能以简单前体物质“从头合成”（de novo syn- thesis）核苷酸外，还能由预先形成的碱基与核苷合成核苷 酸，此称为“补救”途径（salvage）。,核苷 + 磷酸,碱基 + 戌糖-1-磷酸,核苷磷酸化酶,核苷 + ATP,核苷磷酸激酶,核苷酸 + ADP,腺嘌呤 + 5-磷酸核糖焦磷酸,磷酸核糖转移酶,核苷酸 + PPi,二、核苷酸的生物合成,1、嘌呤核糖核苷酸的生物合成,嘌呤核苷酸的从头合成受其二个终产物腺苷酸和鸟苷酸的 反馈控制。,二、核苷酸的生物合成,2、嘧啶核糖核苷酸的生物合成,嘧啶核苷酸的嘧啶环由氨甲酰磷酸和天冬氨酸合成的。 与嘌呤核苷酸合成不同的是，它首先形成嘧啶环，再与磷 酸核糖结合形成乳清苷酸，然后生成尿嘧啶，其它嘧啶核 苷酸则由尿嘧啶核苷酸转变而成。,二、核苷酸的生物合成,2、嘧啶核糖核苷酸的生物合成,氨甲酰磷酸的生成,二、核苷酸的生物合成,2、嘧啶核糖核苷酸的生物合成,天冬氨酸转氨甲酰酶,二氢乳清酸酶,二氢乳清酸脱氢酶,乳清苷酸焦磷酸化酶,乳清苷酸脱羧酶,乳清苷酸,二、核苷酸的生物合成,2、嘧啶核糖核苷酸的生物合成,由尿嘧啶核苷酸转化成胞嘧啶核苷酸是在尿嘧啶核苷三 磷酸水平上进行的。即UMP在尿嘧啶核苷酸激酶下磷酸生 成UDP，后者在核苷二磷酸激酶下生成UTP。,胞嘧啶核苷合成酶,二、核苷酸的生物合成,2、嘧啶核糖核苷酸的生物合成,生物体也可利用已有的嘧啶碱与核苷合成嘧啶核苷酸。,UMP + PPi,尿嘧啶 + 5-磷酸核糖焦磷酸,UMP磷酸核糖转移酶,尿嘧啶 + 1-磷酸核糖,尿苷磷酸化酶,尿嘧啶核苷 + Pi,尿嘧啶核苷 + ATP,尿苷激酶,UMP + ADP,二、核苷酸的生物合成,2、嘧啶核糖核苷酸的生物合成,嘧啶核苷酸生物合成的反馈调节,二、核苷酸的生物合成,3、脱氧核糖核苷酸的生物合成,脱氧核糖核苷酸由相应的核糖核苷酸还原形成。,核糖核苷酸还原酶,Arthur Kornberg won the 1959 Nobel Prize in Medicine for his discovery of the mechanism in the biological synthesis of deoxyribonucleic acid (before Watson and Crick won theirs!),二、核苷酸的生物合成,3、脱氧核糖核苷酸的生物合成,核糖核苷酸还原酶 由R1和R2二个亚基组成，它们分开时没有酶活性； R1亚基酶活性调节位点影响整个酶活性，ATP结合使酶活化，dATP结合使酶抑制； R1亚基第二个调节位点是底物特异性位点，当ATP和dATP结合有利于UDP和CDP的还原，当dTTP或dGTP结合时分别促进GDP和ADP的还原； R2的二条亚基各有一个酪氨酰基和一个双核铁(Fe3+)辅因子； 通常核糖核苷酸是在核苷二磷酸水平上被还原的。,二、核苷酸的生物合成,3、脱氧核糖核苷酸的生物合成,核糖核苷酸还原酶,二、核苷酸的生物合成,3、脱氧核糖核苷酸的生物合成,核糖核苷酸还原需要二个氢，其最终的给体是NADPH,硫氧还蛋白,谷氧还蛋白,二、核苷酸的生物合成,3、脱氧核糖核苷酸的生物合成,胸腺嘧啶脱氧核苷 酸（ dTMP）由尿 嘧啶脱氧核糖核苷 酸（dUMP）甲基 化而成。,三、辅酶核苷酸的生物合成,1、烟酰胺核苷酸的生物合成,烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 磷酸（NADP）在生物氧化中起氢传递体的作用。由烟酸 合成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸需要三步反应。,烟酸 + 5-磷酸核糖焦磷酸,烟酸单核苷酸 + PPi,烟酸单核苷酸 焦磷酸化酶,烟酸单核苷酸 + ATP,脱酰胺-NAD + PPi,脱酰胺-NAD 焦磷酸化酶,NAD+Glu + AMP + PPi,脱酰胺-NAD + Gln +ATP,NAD合成酶,三、辅酶核苷酸的生物合成,1、烟酰胺核苷酸的生物合成,烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 磷酸（NADP）在生物氧化中起氢传递体的作用。由烟酸 合成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸需要三步反应。,NAD + ATP,NADP + ADP,NAD激酶,三、辅酶核苷酸的生物合成,2、黄素核苷酸的生物合成,黄素单核苷酸（FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）在 生物氧化中起氢和电子传递体的作用。,核黄素 + ATP,FMN + ADP,黄素激酶 Mg2+,FMN + ATP,FAD + PPi,FAD焦磷酸化酶,三、辅酶核苷酸的生物合成,3、辅酶A的生物合成,CoA的四个组成部分： -巯基乙胺 泛酸 磷酸 腺苷酸,三、辅酶核苷酸的生物合成,3、辅酶A的生物合成,CoA的合成步骤： 泛酸4-磷酸泛酸 4-磷酸泛酰半胱氨酸 4-磷酸泛酰巯基乙胺 脱磷酸辅酶A CoA,三、辅酶核苷酸的生物合成,3、辅酶A的生物合成,Step 1：,ATP,ADP,泛酸激酶,泛酸,4-磷酸泛酸,三、辅酶核苷酸的生物合成,3、辅酶A的生物合成,Step 2：,Cys+ATP,ADP+Pi,磷酸泛酰半胱氨酸合成酶,4-磷酸泛酰半胱氨酸,4-磷酸泛酸,三、辅酶核苷酸的生物合成,3、辅酶A的生物合成,Step 3：,CO2,磷酸泛酰半胱氨酸脱羧酶,4-磷酸泛酰半胱氨酸,4-磷酸泛酰巯基乙胺,三、辅酶核苷酸的生物合成,3、辅酶A的生物合成,Step 4：,PPi,焦磷酸化酶,脱磷酸辅酶A,4-磷酸泛酰巯基乙胺,ATP,三、辅酶核苷酸的生物合成,3、辅酶A的生物合成,Step 4：,ADP,脱磷酸辅酶A激酶,脱磷酸辅酶A,ATP,辅酶A,