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1、第八章 含氮化合物代谢 周口师范学院生命科学系 (2008. 11),一、 核酸的酶促降解,二、核苷酸的分解代谢,三、核苷酸的合成代谢,第一节 核苷酸的代谢,核酸,核酸酶,单核苷酸,磷酸单脂酶,核苷 + 磷酸,嘧啶（嘌呤）,核糖（脱氧核糖）,核苷酶,核苷磷酸化酶,嘧啶（嘌呤）,核糖-1-磷酸,脱氧核糖-1-磷酸,核糖-5-磷酸,磷酸戊糖途径,醛缩酶,乙醛,甘油醛-3-磷酸,一、核酸的酶促降解,核酸酶,核酸酶的分类,（1）根据对底物的 专一性分为,（2）根据切割位点分为,A.核酸外切酶：作用于核酸链的末端（3端或5端），逐个水解下核苷酸。 脱氧核糖核酸外切酶：只作用DNA 核糖核酸外切酶:只作用
2、于RNA B.核酸内切酶:从核酸分子内部切断3，5-磷酸二酯键。,C.限制性内切酶：在细菌细胞内存在的一类能识别并水解外源双链DNA的核酸内切酶，可用于特异切割DNA,常作为工具酶。,核酸酶,外切核酸酶对核酸的水解位点,5,OH,B,3,B,B,B,B,B,B,B,牛脾磷酸二酯酶（ 5端外切得3 -核苷酸）,蛇毒磷酸二酯酶（ 3端外切得5-核苷酸）,限制性内切酶,原核生物中存在着一类能识别外源DNA双螺旋中4-8个碱基对所组成的特异的具有二重旋转对称性的回文序列，并在此序列的某位点水解DNA双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这类酶称为限制性内切酶（ristriction endonuclease
3、）。,常用的DNA限制性内切酶的专一性,酶,辨认的序列和切口,说明, A G C T T C G A , G G A T C C C C T A G G , A G A T C T T C T A G A , G A A T T C C T T A A G , A A G C T T T T C G A A , G T C G A C C A G C T G , C C C G G G G G G C C C ,Bam H I,Alu I,Bgl I,Eco R I,Hind ,Sal I,Sma I,四核苷酸，平端切口,六核苷酸，平端切口,六核苷酸，粘端切口,六核苷酸，粘端切口,六核苷酸，粘
4、端切口,六核苷酸，粘端切口,六核苷酸，粘端切口,限制性内切酶的命名和意义,Eco R I,序号,属名,种名,株名,例：Eco R I，这是从大肠杆菌（Ecoli）R菌珠中分离出的一种限制性内切酶,限制性内切酶是分析染色体结构、制作DNA限制图谱、进行DNA序列测定和基因分离、基因体外重组等研究中不可缺少的工具，是一把天赐的神刀，用来解剖纤细的DNA分子。,二、核苷酸的降解,嘌呤的降解 嘧啶的降解,腺嘌呤 鸟嘌呤 H2O H2O NH3 NH3 次黄嘌呤 黄嘌呤 H2O+O2 H2O2 H2O+O2 H2O2 尿囊素 尿酸 H2O CO2+H2O2 2H2O+O2 尿囊酸 尿素 + 乙醛酸 H2
5、O 2H2O 4NH3 + 2CO2,（植物）,腺嘌呤脱氨酶,鸟嘌呤脱氨酶,黄嘌呤氧化酶,黄嘌呤 氧化酶,尿酸氧化酶,尿囊 素酶,尿囊酸酶,脲酶,嘌呤的降解,这是一个氧化降解过程，不同生物降解的产物不同。,嘧啶碱的降解过程主要在肝细胞中进行。 不同的嘧啶碱其分解代谢途径和产物不同。,嘧啶的降解,这是一个还原降解过程。,胞嘧啶和尿嘧啶的降解,胸腺嘧啶的降解,三 核苷酸的合成代谢,A 核苷酸的生物合成,C 核苷酸合成的调节及意义,B 各种核苷酸的相互转变,A 核苷酸的生物合成,1、嘌呤核苷酸的生物合成,(1) 从头合成途径,(2) 补救途径,2、嘧啶核苷酸的生物合成,(1) 从头合成途径,(2)
6、补救合成途径,通过利用一些简单的前体物，如5-磷酸核糖，氨基酸，一碳单位及CO2等，逐步合成核苷酸的过程称为从头合成途径(de novo synthesis)。 这一途径主要见于肝，其次为小肠和胸腺。 所有合成反应在胞液中进行。,从头合成途径,补救合成途径,又称再利用合成途径(salvage pathway)。指利用分解代谢产生的自由嘌呤碱合成核苷酸的过程。 这一途径可在大多数组织细胞中进行。,四氢叶酸（FH4）是一碳单位的载体,特点：,先形成IMP(次黄嘌呤核苷酸)，然后在单磷酸的水平上转变成AMP、GMP。,IMP合成从5-P-核糖开始的，在ATP参与下先形成PRPP(5 -磷酸核糖焦磷酸
7、),嘌呤的各个原子是在PRPP的C1上逐渐加上去的。由Asp、Gln、 Gly、甲酸、CO2 提供N和C ，合成时先形成右环，再形成左环。,(1.1) 嘌呤核苷酸的从头合成,嘌呤环上各原子的来源,来自谷氨酰胺的酰胺氮,来自“甲酸盐”,来自天冬氨酸,来自甘氨酸,来自CO2,来自“甲酸盐”,次黄苷酸（IMP）的合成： 首先在磷酸核糖焦磷酸合成酶的催化下，消耗ATP，由5-磷酸核糖合成PRPP(1-焦磷酸-5-磷酸核糖)。 PRPP再经过大约10步反应，合成第一个嘌呤核苷酸次黄苷酸（IMP）。,在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的参与下，逐步合成,IMP,IMP的合成过程,腺苷酸（AM
8、P）与鸟苷酸（GMP）的合成,IMP在腺苷酸代琥珀酸合成酶的催化下，由天冬氨酸提供氨基合成腺苷酸代琥珀酸（AMP-S），然后裂解产生腺苷酸（AMP）。 IMP也可在IMP脱氢酶的催化下，以NAD+为受氢体，脱氢氧化为黄苷酸 (XMP），后者再在鸟苷酸合成酶催化下，由谷氨酰胺提供氨基合成鸟苷酸（GMP）。,核糖核苷酸的还原-脱氧核苷酸合成,硫氧还蛋白 硫氧还蛋白还原酶核糖核苷酸还原酶,核糖核酸还原酶系,核糖核苷酸还原酶,三磷酸嘌呤核苷的合成,磷酸核糖转移酶,嘌呤+PRPP,A(G)MP+PPi,嘌呤+1-P-核糖,嘌呤核苷,A(G)MP,ATP ADP,（1.2） 嘌呤核苷酸的补救合成过程,2.
9、1 嘧啶核苷酸从头合成途径,c、UMP转变为CTP,a、嘧啶环上原子的来源,b、UMP的从头合成,其合成与嘌呤核苷酸的合成不同，先由氨甲酰磷酸与天冬氨酸形成嘧啶环，再与核糖磷酸（PRPP）结合形成 UMP，其关键的中间产物是乳清酸。胞苷酸则由尿苷酸在三磷酸的水平上转变而来。,d、脱氧嘧啶核苷酸的合成,嘧啶环上各原子的来源,天冬氨酸,CO2,NH3,N,N,C,C,C,C,6,5,4,3,2,1,氨甲酰磷酸,嘧啶核苷酸的嘧啶环是由氨甲酰磷酸和天冬氨酸合成的。,在氨基甲酰磷酸合成酶的催化下，以Gln，CO2，ATP为原料合氨基甲酰磷酸。,尿苷酸UMP从头合成途径,氨基甲酰磷酸在天冬氨酸转氨甲酰酶的
10、催化下，转移一分子天冬氨酸，从而合成氨甲酰天冬氨酸，然后再经脱氢、脱羧、环化等反应，合成第一个嘧啶核苷酸，即UMP。,UMP的合成过程,胞苷酸的合成,脱氧嘧啶核苷酸的合成,脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成,胸腺嘧啶核苷酸合成酶,NADPH+H+Ser,NADP+Gly,N5、N10CH2 FH4 FH2,二氢叶酸还原酶,Ser羟甲基转移酶,O,N,HN,O,dR-P,CH3,O,N,HN,O,dR-P,（2.2）嘧啶核苷酸补救合成途径,尿嘧啶+PRPP,尿嘧啶+1-P-核糖,尿嘧啶核苷+ATP,UMP+PPi,尿嘧啶核苷+Pi,UMP+ADP,核苷酸的合成及相互关系,1.嘌呤核苷酸从头合成的调节,核苷
11、酸合成的调节及意义,2.抗代谢药物对嘌呤核苷酸合成的抑制,3.嘧啶核苷酸从头合成的调节,4.抗代谢药物对嘧啶核苷酸合成的抑制,1.嘌呤核苷酸从头合成的调节,+,+,GTP,能够抑制嘌呤核苷酸合成的一些抗代谢药物，通常是属于嘌呤、氨基酸或叶酸的类似物，主要通过对代谢酶的竞争性抑制作用，来干扰或抑制嘌呤核苷酸的合成，因而具有抗肿瘤治疗作用。,2.抗代谢药物对嘌呤核苷酸合成的抑制,嘌呤类似物 临床上应用较多的嘌呤类似物包括6-巯基嘌呤（6-mercaptopurine，6-MP）、6-巯基鸟嘌呤、8-氮杂鸟嘌呤等。 6-MP的化学结构与次黄嘌呤类似，因而可以抑制IMP转变为AMP或GMP，从而干扰嘌
12、呤核苷酸的合成。,次黄嘌呤 (hypoxanthine, H ),6-巯基嘌呤 (6-mercaptopurine, 6-MP),氨基酸类似物 临床上应用较多的氨基酸类似物包括氮杂丝氨酸（azaserine）和6-重氮-5-氧正亮氨酸（diazonorleucine）。 这些氨基酸类似物的分子结构与谷氨酰胺类似，因而可干扰谷氨酰胺在嘌呤核苷酸合成中的作用，抑制嘌呤核苷酸的合成。 叶酸类似物 临床上应用较多的叶酸类似物包括氨蝶呤（aminopterin）及甲氨蝶呤（methotrexate，MTX），这些叶酸类似物能竞争性抑制二氢叶酸还原酶，减少体内四氢叶酸的生成，使嘌呤核苷酸合成过程中所需一碳
13、单位的供应受阻而抑制其合成。,作用环节,3.嘧啶核苷酸从头合成的调节,4.抗代谢药物对嘧啶核苷酸合成的抑制,能够抑制嘧啶核苷酸合成的抗代谢药物也是一些嘧啶类似物、氨基酸类似物、叶酸类似物及核苷类似物，通过对酶的竞争性抑制而干扰或抑制嘧啶核苷酸的合成。,嘧啶类似物： 主要的抗代谢嘧啶类似物是5-氟尿嘧啶（5-FU）。5-FU在体内可转变为F-dUMP，其结构与dUMP相似，可竞争性抑制胸苷酸合酶的活性，从而抑制胸苷酸的合成。,胸腺嘧啶(T),5-氟尿嘧啶(5-FU),氨基酸类似物： 氮杂丝氨酸类似谷氨酰胺，可抑制CTP的合成。 叶酸类似物： 氨甲蝶呤干扰叶酸代谢，使dUMP不能被甲基化生成dTM
14、P。,核苷类似物： 阿糖胞苷和环胞苷属于核苷类似物，能抑制CDP还原成dCDP。,嘧啶核苷酸类似物的作用环节,第二节 氨基酸代谢,Metabolism of Amino Acids,氨基酸（amino acids)是蛋白质(protein)的基本组成单位。 氨基酸代谢包括合成代谢和分解代谢。 本章主要讨论氨基酸的分解代谢。,一 蛋白质的营养作用,Nutritional Function of Protein,1）蛋白质营养的重要性,是构成组织细胞的重要成分。 参与组织细胞的更新和修补。 参与物质代谢及生理功能的调控。 氧化供能，可占所需能量的18%。 其他功能：如转运、凝血、免疫、记忆、识别等
15、均与蛋白质有关。,2）蛋白质的需要量和营养价值,人体每日须分解一定量的组织蛋白质，并以含氮终产物的形式排出体外。同时，须从食物中摄取一定量的蛋白质，以维持正常生理活动之需。 由于食物中的含氮物主要是蛋白质，故可用氮的摄入量来代表蛋白质的摄入量。,氮平衡：,体内蛋白质的合成与分解处于动态平衡中，故每日氮的摄入量与排出量也维持着动态平衡，这种动态平衡就称为氮平衡(nitrogen balance)。,氮总平衡：每日摄入氮量与排出氮量大致相等，表示体内蛋白质的合成量与分解量大致相等，称为氮总平衡。此种情况见于正常成人。,氮平衡的类型：,氮正平衡： 每日摄入氮量大于排出氮量，表明体内蛋白质的合成量大于分解量，称为氮正平衡。此种情况见于儿童、孕妇、病后恢复期。,氮负平衡：每日摄入氮量小于排出氮量，表明体内蛋白质的合成量小于分解量，称为氮负平衡。此种情况见于消耗性疾病患者（结核、肿瘤），饥饿者。,根据计算，正常成人每日最低分解约20g蛋白质。由于食物蛋白质与人体蛋白质组成的差异，故每日食物蛋白质的最低需要量为30 50g。 为了长期保持氮总平衡，正常成人每日蛋白质的生理
