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第第第第 第第第第第 第第第第第第第第 第第第第 第第第第第第第第第第第第第 第第第第 UDP-Glc 第第第第 CDP- 第 第 CDP- 第第第第第第第第第第第ATP GTP 第第第第第第第第第第第第第 NAD FAD CoA 第第第第 cAMP cGMP

第十二章 核苷酸代谢 核苷酸的生物功能 ①合成核酸 ②是多种生物合成的活性中间物 糖原合成, UDP-Glc。 磷脂合成, CDP- 乙醇胺, CDP- 二脂酰甘油。

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第十二章 核苷酸代谢 核苷酸的生物功能 ①合成核酸 ②是多种生物合成的活性中间物 糖原合成, UDP-Glc。 磷脂合成, CDP- 乙醇胺, CDP- 二脂酰甘油。 ③生物能量的载体 ATP、GTP ④ 腺苷酸是三种重要辅酶的组分 NAD、FAD、CoA ⑤ 信号分子 cAMP、cGMP. 核酸酶. 核苷酸酶. 核苷磷酸化酶. 核酸. 核苷酸. 核苷 + 磷酸. 碱基 + 戊糖-1-磷酸. 食物中的核酸,经肠道酶系降解成各种核苷酸,分解产生嘌呤、嘧啶、核糖、脱氧核糖和磷酸,然后被吸收。 - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: 第十二章 核苷酸代谢 核苷酸的生物功能 ①合成核酸 ②是多种生物合成的活性中间物 糖原合成, UDP-Glc。 磷脂合成, CDP- 乙醇胺, CDP- 二脂酰甘油。

第十二章 核苷酸代谢核苷酸的生物功能① 合成核酸② 是多种生物合成的活性中间物 糖原合成, UDP-Glc 。磷脂合成, CDP- 乙

醇胺, CDP- 二脂酰甘油。③ 生物能量的载体 ATP 、 GTP④腺苷酸是三种重要辅酶的组分NAD 、 FAD 、 CoA⑤信号分子 cAMP 、 cGMP

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食物中的核酸,经肠道酶系降解成各种核苷酸,分解产生嘌呤、嘧啶、核糖、脱氧核糖和磷酸,然后被吸收。

吸收到体内的嘌呤和嘧啶,大部分被分解,少部分可再利用,合成核苷酸。

人和动物所需的核酸无须直接依赖于食物,只要食物中有足够的磷酸盐、糖和蛋白质,核酸就能在体内正常合成。

核酸的分解代谢:

核酸核酸酶

核苷酸核苷酸酶

核苷 + 磷酸核苷磷酸化酶

碱基 + 戊糖 -1- 磷酸

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第一节      核酸和核苷酸的分解代谢

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。

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1    、 核糖核酸酶

只 水 解 RNA 磷 酸 二 酯 键 的 酶( RNase ),不同的 RNase 专一性不同。

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’ - 鸟苷酸与其它核苷酸的5’-OH 间的键。

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2    、 脱氧核糖核酸酶 只能水解 DNA 磷酸二酯键的酶。 DNase

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。

牛胰脱氧核糖核酸酶( DNaseⅠ ),降解产物为 3’- 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 3ˊ-OH 和 5ˊ-P 。

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3    、 非特异性核酸酶 既可水解 RNA ,又可水解 DNA 磷酸二酯键

的核酸酶。 小球菌核酸酶是内切酶,可作用于 RNA 或变

性的 DNA ,产生 3’- 核苷酸或寡核苷酸。 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。

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二、  核苷酸的降解

1    、 核苷酸酶 (磷酸单脂酶)

2    、 核苷酶 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

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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 + H2O

核苷水解酶碱基 + 核糖

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三、  嘌呤碱的分解

首先在各自的脱氨酶的作用下水解脱氨,脱氨反应可发生在嘌呤碱、核苷及核苷酸水平上。

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不同种类的生物分解嘌呤碱的能力不同

尿酸:灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类尿囊素:哺乳动物(灵长类除外)、腹足类尿囊酸:硬骨鱼类尿素:大多数鱼类、两栖类NH3: 低等动物植物与动物相似 - 产生尿囊素、尿囊酸、尿素、

NH3。

微生物 - 产生 NH3、 CO2 及有机酸

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四、  嘧啶碱的分解 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。

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第二节    嘌呤核苷酸的合成

一、  从头合成 由 5’- 磷酸核糖 -1’- 焦磷酸( 5’-

PRPP )开始,先合成次黄嘌呤核苷酸,然后由次黄嘌呤核苷酸( IMP )转化为腺嘌呤核苷酸和鸟嘌呤核苷酸。

嘌 呤 环 合 成 的 前 体 : CO2 、 甲 酸盐、 Gln 、 Asp 、 Gly

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1    、 次黄嘌呤核苷酸的合成( IMP )

5- 磷酸核糖 + ATP磷酸核糖焦磷酸激酶

5`-PRPP + AMP

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( 1 )、    磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶(转氨)5- 磷酸核糖焦磷酸 + Gln → 5- 磷酸核糖胺 + Glu +

ppi使原来 α- 构型的核糖转化成 β 构型( 2 )、    甘氨酰胺核苷酸合成酶5- 磷酸核糖胺 +Gly+ATP → 甘氨酰胺核苷酸 +ADP+Pi( 3 )、    甘氨酰胺核苷酸转甲酰基酶甘氨酰胺核苷酸 + N 5 N 10- 甲川 FH4 + H2O → 甲酰甘

氨酰胺核苷酸 + FH4

甲川基可由甲酸或氨基酸供给。

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( 4 )、    甲酰甘氨脒核苷酸合成酶 甲酰甘氨酰胺核苷酸 + Gln + ATP + H2O →

甲酰甘氨脒核苷酸 + Glu + ADP + pi 受重氮丝氨酸和 6- 重氮 -5- 氧 - 正亮氨酸不可逆抑制,

这两种抗菌素与 Gln 有类似结构。

( 5 )、    氨基咪唑核苷酸合成酶 甲酰甘氨脒核苷酸 + ATP → 5- 氨基咪唑核苷酸 + ADP + Pi

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( 6 )、 氨基咪唑核苷酸羧化酶 5- 氨基咪唑核苷酸 +CO2 →

5- 氨基咪唑 -4 羧酸核苷酸( 7 )、 氨基咪唑琥珀基氨甲酰核苷酸合成酶 5- 氨基咪唑 -4- 羧酸核苷酸 +Asp+ATP → 5- 氨基咪唑 4- ( N- 琥珀基)氨甲酰核苷

酸( 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 + 延胡索酸

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( 9 )、 氨基咪唑氨甲酰核苷酸转甲酰基酶 5- 氨基咪唑 -4- 氨甲酰核苷酸 +N10- 甲酰 FH4 → 5-

甲酰胺基咪唑 -4- 氨甲酰核苷酸 +FH4

( 10 )、次黄嘌呤核苷酸环水解酶 5- 甲酰胺基咪唑 -4- 氨甲酰核苷酸 → 次黄嘌呤核苷

酸 +H2O

总反应式:5- 磷酸核糖 + CO2 + 甲川 THFA + 甲酰 THFA + 2Gln

+ Gly + Asp + 5ATP →IMP + 2THFA + 2Glu + 延胡索酸 + 4ADP + 1AMP +

4Pi + PPi

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2 、腺嘌呤核苷酸的合成( AMP )

IMP + Asp + GTP

AMP + 延胡索酸

腺 苷 酸 琥 珀 酸 合 成酶

腺苷酸琥珀酸 +GDP + Pi

腺 苷 酸 琥 珀 酸 裂 解酶

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从头合成: CO2 、 2 个甲酸盐、 2 个 Gln 、 1 个Gly 、( 1+1 )个 Asp 、( 6+1 )个 ATP ,产生 2 个 Glu 、( 1+1 )个延胡索酸。

Asp 的结构类似物羽田杀菌素,可强烈抑制腺苷酸

琥珀酸合成酶的活性,阻止 AMP 生成。羽田杀菌素: N- 羟基 -N- 甲酰 -Gly

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3    、 IMP + NAD + +H2O

IMP 脱氢酶黄嘌呤核苷酸 + NADH + H+

鸟嘌呤核苷酸的合成

IMP + NAD + +H2O

IMP 脱氢酶黄嘌呤核苷酸 + NADH + H+

黄嘌呤核苷酸 + Gln (或 NH4+ )

+ ATP + H2O

GMP 合成酶 GMP + Glu +

AMP + PPi

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4    、 AMP 、 GMP 生物合成的调节

5- 磷酸核糖焦磷酸转酰胺酶是关键酶,可被终产物 AMP 、 GMP 反馈抑制。

AMP 过量可反馈抑制自身的合成。 GMP 过量可反馈抑制自身的合成。

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5    、 药物对嘌呤核苷酸合成的影响

① 羽田杀菌素与 Asp 竞争腺苷酸琥珀酸合成酶,阻止次黄嘌呤核

苷酸转化成 AMP 。② 重氮乙酰丝氨酸、 6- 重氮 -5- 氧正亮氨酸,是

Gln 的结构类似物,抑制 Gln 参与的反应。③ 氨基蝶呤、氨甲蝶呤 叶酸的结构类似物,能与二氢叶酸还原酶发

生不可逆结合,阻止 FH4 的生成,从而抑制 FH4参与的各种一碳单位转移反应。

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二、  补救途径1    、 磷酸核糖转移酶途径(重要途径) 嘌呤碱和 5-PRPP 在特异的磷酸核糖转移酶的

作用下生成嘌呤核苷酸

嘌呤核苷 + 磷酸核苷磷酸化酶

嘌呤碱 + 戊糖 -1- 磷酸

腺嘌呤 + 5-PRPP

腺 嘌 呤 磷 酸 核 糖 转 移酶 AMP + PPi

次 黄 嘌 呤 ( 鸟 嘌 呤 ) + 5-PRPP

次黄嘌呤:鸟嘌呤磷酸核糖转移酶

IMP ( GMP )+ PPi

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2、核苷激酶途径 腺嘌呤在核苷磷酸化酶作用下转化为腺嘌呤核

苷,后者在核苷磷酸激酶的作用下与 ATP 反应,生成腺嘌呤核苷酸。

碱基 + 核糖 -1- 磷酸核苷磷酸化酶

核苷 + Pi

腺苷 + ATP腺苷激酶

腺苷酸 + ADP

嘌呤核苷酸的从头合成与补救途径之间存在平衡。 Lesch-Nyan 综合症就是由于次黄嘌呤:鸟嘌呤磷酸核糖转移酶缺陷, AMP 合成增加,大量积累尿酸,肾结石和痛风。

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第三节     嘧啶核苷酸的合成一、  从头合成

与嘌呤核苷酸合成不同,在合成嘧啶核苷酸时,首先合成嘧啶环,再与磷酸核糖结合,生成尿嘧啶核苷酸,最后由尿嘧啶核苷酸转化为胞嘧啶核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸。

合成前体:氨甲酰磷酸、 Asp

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1    、 尿嘧啶核苷酸的合成

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氨甲酰磷酸的合成:

Gln +HCO3 - + 2ATP

氨甲酰磷酸合成酶

氨 甲 酰 磷 酸 +Glu + 2ADP + Pi

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天冬氨酸转氨甲酰酶氨甲酰磷酸 + Asp 氨甲酰天冬氨酸 + Pi

二氢乳清酸酶氨甲酰天冬氨酸 二氢乳清酸 + H2O

二 氢 乳 清 酸 脱 氢 酶 /FAD 、 FMN二 氢 乳 清 酸 +

NAD+

乳清酸 + NADH + H+

乳清苷酸焦磷酸化酶/Mg2+乳清酸 + PRPP 乳清苷酸 + PPi

乳清苷酸脱羧酶乳清苷酸 UMP + CO2

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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。

UMP + ATP

尿嘧啶核苷酸激酶/ Mg2+

UDP + ADP

UDP + ATP核苷二磷酸激酶/ Mg2+

UTP + ADP

CTP 合成酶UTP + Gln ( NH4

+ ) + ATP + H2O

CTP + Glu +ADP+ Pi

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3、嘧啶核苷酸生物合成的调节(大肠杆菌)

氨甲酰磷酸合成酶: 受 UMP 反馈抑制天冬氨酸转氨甲酰酶: 受 CTP 反馈抑制CTP 合成酶: 受 CTP 反馈抑制

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4    、 药物对嘧啶核苷酸合成的影响

5-氟尿嘧啶抑制胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成。 5-氟尿嘧啶在人体内转变成相应的核苷酸,

再转变成脱氧核苷酸,可抑制脱氧胸腺嘧啶核酸合成酶,干扰尿嘧啶脱氧核苷酸经甲基化生成脱氧胸苷的过程, DNA 合成受阻。

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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 。

嘧啶碱 + 1- 磷酸核糖

核苷磷酸化酶嘧啶核苷 + Pi

尿苷(胞苷) + ATP

尿 苷 激 酶 /Mg2+

UMP ( CMP ) + ADP

( 2 )磷酸核糖转移酶途径(胞嘧啶不行)

尿嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶 + 5-PRPP UMP + PPi

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第四节      脱氧核苷酸的合成 脱氧核糖核苷酸是由相应的核糖核苷酸衍生而

来的。( 1 )腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶核糖核苷酸经还原,将核糖第二位碳原子的氧脱去,即成为相应的脱氧核糖核苷酸。

( 2 )胸腺嘧啶脱氧核糖核苷酸:先由尿嘧啶核糖核苷酸还原形成尿嘧啶脱氧核糖核苷酸,然后尿嘧啶再经甲基化转变成胸腺嘧啶。

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一、  核糖核苷酸的还原

ADP 、 GDP 、 CDP 、 UDP均可分别被还原 成 相 应 的 脱 氧 核 糖 核 苷 酸 :dADP 、 dGDP 、 dCDP 、 dUDP 等,其中dUDP 甲基化,生成 dTDP 。

还原反应一般在核苷二磷酸( NDP )水平上进行, ATP 、 dATP 、 dTTP 、 dGTP 是还原酶的变构效应物,个别微生物(赖氏乳菌杆菌)在核苷三磷酸水平上还原( NTP )。

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1    、 核苷酸还原酶系

由硫氧还蛋白、硫氧还蛋白还原酶和核苷酸

还原酶( B1 、 B2 )三部分组成。 B1 、 B2亚基结合后,才具有催化活性。 B1上的巯基和 B2上的酪氨酸残基是活性

中心的催化基因。 另外核苷酸还原酶所需的还原当量还可来自谷胱甘肽。

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2    、 核苷酸还原酶结构模型及催化机理

B1亚基上有两个调节部位,一个影响整个酶的活性(一级调节部位),另一个调节对底物的专一性(底物结合部位)

一级调节部位: ATP 是生物合成的信号分子,而 dATP 是核苷酸被还原的信号。

底物调节部位: .① 与 ATP 结合,可促进嘧啶类的 UDP 、 CDP 还原成 dUDP 、 dCDP ;② 与 dTTP 或 dGTP 结 合 , 可 促 使GDP ( ADP )还原成 dGDP ( dADP )

催化机理 自由基催化转换模型。

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3、脱氧核苷酸的补救途径(脱氧核苷激酶途径)脱氧核苷酸也能利用已有的碱基或核苷进行合成

(补救途径),但只有脱氧核苷激酶途径,不存在类似的磷酸核糖转移酶途径

核苷磷酸化酶碱基 + 脱氧核糖 -1- 磷酸

脱氧核苷 + 磷酸

脱氧核苷激酶脱氧核苷 ATP 脱氧核苷酸 + ADP

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二、  胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成

胸腺嘧啶核苷酸合成酶dUMP + N5,N10- 亚甲

基 THFAdTMP + 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+

Ser 羟 甲 基 转 移酶Ser + THFA Gly+N5,N10-亚甲基 THFA+H2O

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第五节    辅酶核苷酸的生物合成 NAD 、 NADP 是脱氢辅酶,在生物氧化还

原系统中传递氢。合成途径:( 1 )烟酸单核苷酸焦磷酸化酶( 2 )脱酰胺 -NAD 焦磷酸化酶( 3 ) NAD 合成酶 NADP 的合成: NAD 激酶催化 NAD 与

ATP 反应,使 NAD 的腺苷酸残基的核糖 2’-OH 磷酸化,生成 NADP 。