第八章第八章核酸代谢和蛋白核酸代谢和蛋白质的生物合成质的生物合成第一节第一节 核核 苷苷 酸酸 代代 谢谢Metabolism of Nucleotides 一、核酸的化学组成一、核酸的化学组成1. 元素组成：元素组成： C、H、O、N、P（910%）2. 分子组成：分子组成： 碱基（碱基（base）：）：嘌呤碱，嘧啶碱嘌呤碱，嘧啶碱 戊糖（戊糖（ribose）：）：核糖，脱氧核糖核糖，脱氧核糖 磷酸磷酸（phosphate）戊戊 糖糖（构成（构成RNARNA）（构成（构成DNADNA）12345嘌呤（嘌呤（purine）腺嘌呤腺嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤 嘧啶嘧啶（pyrimidine） 尿嘧啶尿嘧啶胸腺嘧啶胸腺嘧啶胞嘧啶胞嘧啶其中中主要是、；中主要是、；以及少量的稀有碱基核苷核苷 ：AR, GR, UR, CR脱氧核苷脱氧核苷 ：AdR, GdR, TdR, CdR二、核酸的组成方式二、核酸的组成方式1. 核苷（核苷（ribonucleoside）的形成的形成 碱基和核糖或脱氧核糖通过碱基和核糖或脱氧核糖通过糖苷键糖苷键连接形成连接形成核苷核苷或或脱氧核苷脱氧核苷11核苷酸核苷酸： AMP, GMP, UMP, CMP AMP, GMP, UMP, CMP脱氧脱氧核苷酸核苷酸： dAMPdAMP, , dGMPdGMP, , dTMPdTMP, , dCMPdCMP 2. 核苷酸（核苷酸（ribonucleotide）的形成的形成 核苷核苷 (脱氧核苷脱氧核苷) 和磷酸以和磷酸以磷酸酯键磷酸酯键连接形成连接形成核苷酸核苷酸(脱氧核苷酸脱氧核苷酸) C CA AGC55端端3端端3. 核酸的形成核酸的形成 核苷酸之间以核苷酸之间以磷酸二酯键磷酸二酯键连接形连接形成成多核苷酸链多核苷酸链，即，即核酸核酸核苷酸的生物功用核苷酸的生物功用l作为核酸合成的原料作为核酸合成的原料l体内能量的利用形式体内能量的利用形式l参与代谢和生理调节参与代谢和生理调节l组成辅酶组成辅酶l活化中间代谢物活化中间代谢物二、核苷酸的消化与吸收二、核苷酸的消化与吸收食物核蛋白食物核蛋白蛋白质蛋白质核酸核酸（RNA及DNA）胃酸胃酸单核苷酸单核苷酸胰核酸酶胰核酸酶核苷核苷磷酸磷酸胰、肠核苷酸酶胰、肠核苷酸酶碱基碱基戊糖戊糖核苷酶核苷酶嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤核苷酸的分解代谢Metabolism of Purine Nucleotidesv组织细胞中的嘌呤核苷酸首先在核苷酸组织细胞中的嘌呤核苷酸首先在核苷酸酶的作用下水解为核苷。
核苷经核苷磷酶的作用下水解为核苷核苷经核苷磷酸化酶催化，磷酸解生成酸化酶催化，磷酸解生成1-磷酸核糖和磷酸核糖和嘌呤碱1-磷酸核糖转变成为磷酸核糖转变成为5-磷酸核糖，磷酸核糖，进入磷酸戊糖途径进入磷酸戊糖途径v而嘌呤碱进一步代谢，最终氧化生成尿而嘌呤碱进一步代谢，最终氧化生成尿酸随尿排出酸随尿排出嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤核苷酸的分解代谢核苷酸核苷酸核苷核苷核苷酸酶核苷酸酶Pi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶碱基碱基1- 1-磷酸核糖磷酸核糖v人体内的嘌呤的分解主要在肝、小肠及人体内的嘌呤的分解主要在肝、小肠及肾脏中进行正常人血中尿酸较低，约肾脏中进行正常人血中尿酸较低，约为为0.12-0.36mmol/L当血浆中尿酸高于当血浆中尿酸高于0.48mmol/L，尿酸盐晶体沉积于关节、，尿酸盐晶体沉积于关节、软组织、软骨及肾等处，导致关节炎、软组织、软骨及肾等处，导致关节炎、尿路结石、肾疾病，称痛风症，进食高尿路结石、肾疾病，称痛风症，进食高嘌呤或恶性肿瘤等均可使尿酸含量升高嘌呤或恶性肿瘤等均可使尿酸含量升高二、嘧啶核苷酸的分解代谢二、嘧啶核苷酸的分解代谢嘧啶碱嘧啶碱1-磷酸核糖磷酸核糖嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸核苷核苷 核苷酸酶核苷酸酶PPi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶胞嘧啶胞嘧啶NH3尿嘧啶尿嘧啶二氢尿嘧啶二氢尿嘧啶 H2OCO2 + NH3-丙氨酸丙氨酸胸腺嘧啶胸腺嘧啶-脲基异丁酸脲基异丁酸-氨基异丁酸氨基异丁酸H2O丙二酸单酰丙二酸单酰CoA乙酰乙酰CoATAC肝肝尿素尿素甲基丙二酸单酰甲基丙二酸单酰CoA琥珀酰琥珀酰CoATAC糖异生糖异生二、嘌呤核苷酸的合成代谢二、嘌呤核苷酸的合成代谢l从头合成途径从头合成途径( (de novo synthesis pathway) )l补救合成途径补救合成途径( (salvage synthesis pathway) ) l嘌呤核苷酸的结构嘌呤核苷酸的结构GMPAMP嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸的的从从头头合合成成途途径径是是指指利利用用磷磷酸酸核核糖糖、氨氨基基酸酸、一一碳碳单单位位及及二二氧氧化化碳碳等等简简单单物物质质为为原原料料，经经过过一一系系列列酶酶促促反反应应，合合成成嘌嘌呤呤核核苷酸的途径。
苷酸的途径 肝肝是是体体内内从从头头合合成成嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸的的主主要要器器官官，其其次次是是小小肠肠和和胸胸腺腺，而而脑脑、骨骨髓髓则则无无法法进进行行此此合成途径合成途径一）嘌呤核苷酸的从头合成（一）嘌呤核苷酸的从头合成定义定义合成部位合成部位嘌呤碱合成的元素来源嘌呤碱合成的元素来源CO2天冬氨酸天冬氨酸甲酰基甲酰基（一碳单位）（一碳单位）甘氨酸甘氨酸甲酰基甲酰基（一碳单位）（一碳单位）谷氨酰胺谷氨酰胺（酰胺基）（酰胺基）过程过程1. IMP的合成的合成2. AMP和和GMP的生成的生成R-5-P（5-磷酸核糖）磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶合成酶PRPP（5-磷酸核糖磷酸核糖1-焦磷酸）焦磷酸）在谷氨酰胺、甘氨酸、一在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及天冬碳单位、二氧化碳及天冬氨酸的逐步参与下氨酸的逐步参与下 IMP （次黄嘌呤核苷酸）（次黄嘌呤核苷酸） AMP GMPH2N-1-R-5-P（5-磷酸核糖胺）磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸酰胺转移酶酰胺转移酶 利利用用体体内内游游离离的的嘌嘌呤呤或或嘌嘌呤呤核核苷苷，经经过过简简单单的的反反应应，合合成成嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸的的过过程程，称称为为补救合成（或重新利用）途径。
补救合成（或重新利用）途径二）嘌呤核苷酸的补救合成途径（二）嘌呤核苷酸的补救合成途径定义定义腺嘌呤腺嘌呤 + PRPPAMP + PPiAPRT腺嘌呤核苷腺嘌呤核苷腺苷激酶腺苷激酶ATPADPAMP鸟嘌呤鸟嘌呤 + PRPPHGPRTGMP + PPi次黄嘌呤次黄嘌呤 + PRPPIMP+ PPiHGPRT3. 合成过程合成过程lAPRT为腺嘌呤磷酸核糖转移酶，为腺嘌呤磷酸核糖转移酶，HGPRT为次黄嘌呤为次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶鸟嘌呤磷酸核糖转移酶补救合成的生理意义补救合成的生理意义l补救合成节省从头合成时的能量和一些补救合成节省从头合成时的能量和一些氨基酸的消耗氨基酸的消耗l体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能体内某些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成进行补救合成嘧啶核苷酸的代谢嘧啶核苷酸的代谢Metabolism of Pyrimidine Nucleotidesl嘧啶核苷酸的结构嘧啶核苷酸的结构l从头合成途径从头合成途径l补救合成途径补救合成途径一、嘧啶核苷酸的合成代谢一、嘧啶核苷酸的合成代谢（二）嘧啶核苷酸的从头合成（二）嘧啶核苷酸的从头合成主要是肝细胞胞液主要是肝细胞胞液嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸的的从从头头合合成成是是指指利利用用磷磷酸酸核核糖糖、氨氨基基酸酸、一一碳碳单单位位及及二二氧氧化化碳碳等等简简单单物物质质为为原原料料，经经过过一一系系列列酶酶促促反反应应，合合成成嘧嘧啶啶核苷酸的途径。
核苷酸的途径 定义定义合成部位合成部位嘧啶合成的元素来源嘧啶合成的元素来源氨基甲氨基甲酰磷酸酰磷酸天冬氨酸天冬氨酸合成过程合成过程1. 尿嘧啶核苷酸的合成尿嘧啶核苷酸的合成谷氨酰胺谷氨酰胺 +CO+CO2 2氨基甲酰磷氨基甲酰磷酸合成酶酸合成酶II2ATP2ADP+Pi 氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸由由PRPPPRPP提供磷提供磷酸核糖，合成尿甘酸（酸核糖，合成尿甘酸（UMPUMP）2. 胞嘧啶核苷酸的合成胞嘧啶核苷酸的合成ATPADP尿苷酸激酶尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶合成酶谷氨酰胺谷氨酰胺ATP谷氨酸谷氨酸ADP+Pi脱氧核糖核苷酸的生成脱氧核糖核苷酸的生成在核苷二磷酸水平上进行在核苷二磷酸水平上进行（N代表代表A、G、U、C等碱基）等碱基）dNDP+ ATP激酶dNTP+ ADP（三）DNA的生物合成复制v基因基因v概念：是指概念：是指DNA分子上携带着遗传信息的碱分子上携带着遗传信息的碱基序列片段，是遗传的功能单位基序列片段，是遗传的功能单位v特征：特征：1、携带遗传信息、携带遗传信息 2、基因能被复制、基因能被复制 3、基因能突变、基因能突变中心法则中心法则 反映了从反映了从DNADNARNARNA蛋白质的遗传信息主蛋白质的遗传信息主流，揭示了生物体内遗传信息的贮存、传递和流，揭示了生物体内遗传信息的贮存、传递和表达的规律表达的规律。
转录RNA翻翻译蛋白蛋白质DNA RNA （病毒）病毒）复制复制复制复制翻翻译 蛋白蛋白质 （病毒）（病毒）反反转录 复制：复制：以亲代以亲代DNADNA或或RNARNA为模板，为模板，根据根据碱基配对的原则碱基配对的原则，在一系列酶，在一系列酶的作用下，生成与亲代相同的子代的作用下，生成与亲代相同的子代DNADNA或或RNARNA的过程一、 DNA的复制复制的方式DNADNA的半保留复制的半保留复制( (一一)DNA)DNA的半保留复制的半保留复制1.1.定义定义： 以以亲代亲代DNADNA双链双链为模板以为模板以碱基互补碱基互补方式合方式合成子成子代代DNADNA，这样这样新形成的子代新形成的子代DNADNA中，一条链来自亲中，一条链来自亲代代DNADNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方而另一条链则是新合成的，这种复制方式叫式叫半保留复制半保留复制v原料原料：DNA复制的原料是四种复制的原料是四种dNTP(包括包括dATP、dGTP、dCTP、dTTP)v复制所需的酶类：复制所需的酶类：1. 解链酶解链酶(又称又称解螺旋酶或螺旋酶解螺旋酶或螺旋酶,helicase)解链酶作用作用：断裂互补碱基间的氢键：断裂互补碱基间的氢键, ,使使DNADNA双链分离形成双链分离形成单链（复制叉）。
并有单链蛋白附着于单链，防止单链（复制叉）并有单链蛋白附着于单链，防止单链重新结合成双链单链重新结合成双链2.引物酶(Primase)53 5RNA引物引物55RNA引物引物3 它是一种依它是一种依赖DNA的的RNA聚合酶，此聚合酶，此酶以酶以DNA为模板，催化四种核糖核苷酸合模板，催化四种核糖核苷酸合成短片成短片RNA作作为DNA合成的引物合成的引物3. DNA聚合酶聚合酶（DNA polymerase, DNA pol） 即依赖于即依赖于DNA的的DNA聚合酶（聚合酶（DDDP）：以以DNA为模板链，合成子代为模板链，合成子代DNA，模板可以是双模板可以是双链，也可以是单链链，也可以是单链DNA，催化，催化四种脱氧核四种脱氧核苷三磷酸在苷三磷酸在RNA引物的引物的3 OH聚合形成聚合形成DNA片段片段合成方向：合成方向：5 3 n 4. DNA连接酶连接酶(DNA Ligase)作用：在有模板指导的条件下，催化2个DNA片段通过3 ,5 -磷酸二酯键连接在一起形成更大的DNA片段 DNA的复制过程 复制的起始 链的延长 复制的终止复制的起始1.在拓扑异构酶、解链酶及单链在拓扑异构酶、解链酶及单链DNA 结合蛋白结合蛋白的共同作用下，的共同作用下，DNA解旋、解链，解旋、解链，形成复制形成复制叉叉。
2.RNA引物的生成引物的生成 在引物酶的作用下，以单链在引物酶的作用下，以单链的的DNA为模板，按碱基互补的规律（为模板，按碱基互补的规律（A-U, T-A, C-G）合成一个短链，并以此合成）。