核酸化学与核苷酸代谢课件

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1、 核核酸酸化化学学与与核核苷苷酸酸代代谢谢 概述核酸与蛋白质一样，是一切生物机体不可缺少的组成部分。核酸是生命遗传信息的携带者和传递者，它不仅对于生命的延续，生物物种遗传特性的保持，生长发育，细胞分化等起着重要的作用，而且与生物变异，如肿瘤、遗传病、代谢病等也密切相关。因此，核酸是现代生物化学、分子生物学和医学的重要基础之一。核酸是由核苷酸组成的具有复杂三维结构的大分子化合物，是遗传的物质基础。第六节第六节 核酸酶核酸酶本章要讲述的主要内容本章要讲述的主要内容 第一节第一节 核酸的化学组成核酸的化学组成第二节第二节 核酸的一级结构核酸的一级结构第三节第三节 DNADNA的空间结构与功能的空间结

2、构与功能第五节第五节 核酸的理化性质核酸的理化性质 及其应用及其应用第四节第四节 RNARNA的空间结构与功能的空间结构与功能第一节第一节 核酸的化学组成核酸的化学组成脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸(deoxyribonucliec acid DNA), 磷酸磷酸(phosphate)一一. 核酸的种类核酸的种类二二.核酸的化学组成核酸的化学组成碱基碱基(base)戊糖戊糖(pentose)核糖核酸（核糖核酸（ribonucliec acid, RNA)核酸核酸核苷酸核苷酸核酸酶核酸酶核核 酸酸 的的 种种 类类脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸(DNA)核糖核酸（核糖核酸（RNA)两类核酸的基本化学组成比较

3、两类核酸的基本化学组成比较 DNA RNA 嘌呤碱嘌呤碱 腺嘌呤腺嘌呤 (A ) 腺嘌呤腺嘌呤 (A) （Purine bases ） 鸟嘌呤鸟嘌呤 (G) 鸟嘌呤鸟嘌呤 (G) 碱基碱基(Base) 嘧啶碱嘧啶碱 胞嘧啶胞嘧啶 (C) 胞嘧啶胞嘧啶(C) （Pyrimidine bases） 胸腺嘧啶胸腺嘧啶(T) 尿嘧啶尿嘧啶 (U)戊糖戊糖 D-2-脱氧核糖脱氧核糖 D-核糖核糖(Pentose) 酸酸 磷酸磷酸 磷酸磷酸(Acid)CNCCCNNNCHHHNH2嘌呤碱嘌呤碱123456789CNCHCCCNNHCHNH2CNCCCCNNHCHOH2N腺嘌呤腺嘌呤(A)鸟嘌呤鸟嘌呤(G)

4、626HCHNHCCHCHNNH2OCCHNCHCHNHOONCHNCHCCHHOOCHNCCCHNHCH3胞嘧啶（胞嘧啶（C）尿嘧啶（尿嘧啶（U）胸腺嘧啶（胸腺嘧啶（T）123456核糖核酸（核糖核酸（RNA）脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸（DNA）核酸核酸核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸戊糖戊糖碱基碱基核核 酸酸 的的 组组 成成核酸酶水解核酸酶水解由戊糖和碱基以糖苷键连接而成由戊糖和碱基以糖苷键连接而成核核 苷苷脱氧核糖脱氧核糖核糖核糖嘌呤碱基嘌呤碱基嘧啶碱基嘧啶碱基CNCHCCCNNHCHNH2+CNCHCCCNNHCHNH2腺苷腺苷9CNCHCCCNNHCHNH2+CNCHCCCNNHCHN

5、H2脱氧腺苷脱氧腺苷91由核苷的戊由核苷的戊糖羟基被磷糖羟基被磷酸酯化而成酸酯化而成5 核苷酸的命名核苷酸的命名含一个磷酸基团：核苷一磷酸（含一个磷酸基团：核苷一磷酸（NMPNMP）含两个磷酸基团：核苷二磷酸（含两个磷酸基团：核苷二磷酸（NDPNDP）含三个磷酸基团：核苷三磷酸（含三个磷酸基团：核苷三磷酸（NTPNTP）N 代表各种碱基的名称代表各种碱基的名称环化核苷酸：环化核苷酸：cNMPcNMPO第二节第二节 DNA的结构与功能的结构与功能一、一、DNA的结构的结构二、二、DNA的生物学功能的生物学功能1. DNA的一级结构的一级结构2. DNA的二级结构的二级结构3. DNA的三级结构的

6、三级结构携带并传递遗传信息携带并传递遗传信息四种脱氧核糖核苷酸四种脱氧核糖核苷酸通过通过3、5 -磷酸二酯磷酸二酯键彼此连接而形成的键彼此连接而形成的直线形或环线形分子直线形或环线形分子.DNA分子中核苷分子中核苷酸的排列顺序酸的排列顺序.核苷酸链的书写方法核苷酸链的书写方法双螺旋结构双螺旋结构即即DNA分子的空间结构分子的空间结构1.Chargaff 碱基组成规律碱基组成规律2.DNA晶体的晶体的X-射线图谱研究射线图谱研究 各原子之间的键长、键角各原子之间的键长、键角一、一、 DNA分子模型建立分子模型建立由由James Watson和和Francis Crick提出提出(1) 腺嘌呤和胸

7、腺嘧啶的摩尔数相等腺嘌呤和胸腺嘧啶的摩尔数相等. A=T 鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相等鸟嘌呤与胞嘧啶的摩尔数相等. G=C嘌呤总数嘌呤总数=嘧啶总数嘧啶总数 A+G=C+T(2) DNA的组成具有种的特异性的组成具有种的特异性 (3) DNA的碱基组成没有组织的特异性的碱基组成没有组织的特异性, 且较为稳定且较为稳定,不随年龄、营养状态、不随年龄、营养状态、 环境改变的影响环境改变的影响Chargaff 碱基组成规律碱基组成规律分子双螺旋结构模型要点分子双螺旋结构模型要点1. 1. 由两条反向平由两条反向平行的脱氧多核苷酸（两行的脱氧多核苷酸（两条链的走向为条链的走向为5 533和和3 355）

8、，围绕一），围绕一中心轴（假想轴）构成中心轴（假想轴）构成右手双螺旋结构。右手双螺旋结构。彼此间以磷酸二酯键相彼此间以磷酸二酯键相连，构成的骨架。连，构成的骨架。2. 2. 碱基在双螺旋内侧。碱基在双螺旋内侧。双链中相对的碱基按双链中相对的碱基按和和通过通过氢键配对连接，形成氢键配对连接，形成互补互补. .磷酸基与脱氧核糖在外侧，磷酸基与脱氧核糖在外侧，5C35C35C 糖环平面与中心糖环平面与中心轴平行。轴平行。3. 3. 碱基平面与中心碱基平面与中心 轴垂直，各相邻轴垂直，各相邻 平面部分重叠。平面部分重叠。3.4nm4.4.双螺旋的直径为双螺旋的直径为2nm2nm沿轴向，每个碱基平面沿轴

9、向，每个碱基平面的距离为的距离为0.34nm0.34nm每圈螺旋含有每圈螺旋含有1010对对核苷酸，其轴向距核苷酸，其轴向距为为3.4nm3.4nm, , (3) 离子键离子键5.5.维持维持DNADNA双螺旋稳定的作用力双螺旋稳定的作用力(1)(1) 互补碱基间的氢键互补碱基间的氢键(2) 使碱基平面堆积的平面间范德华力使碱基平面堆积的平面间范德华力, 又称碱基堆积力又称碱基堆积力二、二、DNADNA结构的多样性结构的多样性A-DNAA-DNA：右手螺旋：右手螺旋B-DNAB-DNA：Watson-CrickWatson-Crick模型，右手螺旋模型，右手螺旋生理条件下生理条件下DNADNA

10、最稳定最稳定的结构形式的结构形式Z-DNAZ-DNA：左手左手螺旋螺旋DNA 的的 三三 级级 结结 构构原核生物原核生物真核生物真核生物没有典型的细胞核结构，没有典型的细胞核结构，真核生物的三级结构是由分真核生物的三级结构是由分子与组蛋白子与组蛋白(histine)和非组蛋白和非组蛋白(nonhistineprotein,NHP)结合组成。结合组成。被认为是原核生物的三级结构被认为是原核生物的三级结构被认为是真核生物的三级结构被认为是真核生物的三级结构超螺旋结构超螺旋结构核小体结构核小体结构DNA 超超 螺螺 旋旋 结结 构构H2A、H2B、H3和和H4各两分子各两分子组成组蛋白八聚体，构成

11、组成组蛋白八聚体，构成核心组蛋白核心组蛋白双螺旋双螺旋DNA以左手超螺旋的方式绕核心颗粒以左手超螺旋的方式绕核心颗粒1.75圈，缠绕在圈，缠绕在核心组蛋白核心组蛋白表面，构成表面，构成核心颗粒核心颗粒核心颗粒核心颗粒和和 连接区连接区DNA及附着在连接区及附着在连接区DNA上的上的 组蛋白组蛋白H1构成构成核小体核小体一个个核小体连接成串珠状结构一个个核小体连接成串珠状结构染色单体染色单体折叠折叠折叠折叠第三节第三节 RNA的结构和功能的结构和功能一、一、 RNA的类型的类型1. 核蛋白体核蛋白体RNA(ribosomal RNA, rRNA)3. 转运转运RNA (transfer RNA,

12、 tRNA)2. 信使信使RNA (messenger RNA, mRNA)4. 不均一核不均一核RNA(HnRNA)二、二、 RNA的结构与功能的结构与功能5.5.小核小核RNA(SnRNA)RNA(SnRNA)mRNAmRNA的结构与功能的结构与功能一一 、 mRNA的结构特点的结构特点(1) 3末端有多聚腺嘌呤的结构末端有多聚腺嘌呤的结构(polyA)(2) 5末端具有帽子结构末端具有帽子结构(m7GpppNm) (3) 一种一种 mRNA只含有一条多肽链的信息只含有一条多肽链的信息由由HnRNAHnRNA经过剪接而成经过剪接而成半衰期最短，几分钟到数小时半衰期最短，几分钟到数小时二二

13、、 mRNA的功能的功能蛋白质合成的直接模板蛋白质合成的直接模板 把核内把核内DNADNA的碱基顺序（遗传信息）的碱基顺序（遗传信息），按照碱基互补的原则，抄袭并转送，按照碱基互补的原则，抄袭并转送至胞质，在蛋白质合成中用以翻译成至胞质，在蛋白质合成中用以翻译成蛋白质中氨基酸的排列顺序蛋白质中氨基酸的排列顺序。tRNA 的结构与功能的结构与功能 1. 分子量最小一类分子量最小一类RNA,占占RNA总量总量10-25% 2. 分子中含有分子中含有10%-20%的稀有碱基的稀有碱基一、一、tRNA的结构特点的结构特点如假尿嘧啶（如假尿嘧啶（）, 二氢尿嘧啶（二氢尿嘧啶（DHU）, 甲基化碱基（甲基

14、化碱基（mG,mA)等等 3. 3末端有末端有CCA-OH, 是携带氨基酸的部位是携带氨基酸的部位 4. 具有识别密码子功能的反密码子具有识别密码子功能的反密码子 5. 二级结构为三叶草形二级结构为三叶草形, 有三个环状结构有三个环状结构（DHU环、环、T 环、反密码环环、反密码环） 三级结构为三级结构为“倒倒L”形形二、二、tRNA的功能的功能在蛋白质的合成过程中作为各种氨在蛋白质的合成过程中作为各种氨基酸的载体并将其转呈给基酸的载体并将其转呈给mRNAtRNA的三级结构的三级结构rRNA的结构与功能的结构与功能一、一、 rRNA的结构特点的结构特点1. 含量最丰富含量最丰富,约占总约占总R

15、NA的的80%以上以上2. 与核蛋白体蛋白结合成核蛋白体与核蛋白体蛋白结合成核蛋白体, rRNA 与蛋白质既可分离与蛋白质既可分离,又可结合又可结合3. 核蛋白体由大小两个亚基构成核蛋白体由大小两个亚基构成,两亚基两亚基呈不呈不 规则形状规则形状,聚合时中间有裂缝聚合时中间有裂缝,可通过可通过mRNA 二、二、 rRNA的功能的功能是细胞内蛋白质合成的场所是细胞内蛋白质合成的场所其他小分子其他小分子RNA小核小核RNARNA（SnRNA)SnRNA)、小核仁小核仁RNA(SnoRNA)RNA(SnoRNA)、小胞质小胞质RNARNA（scRNA/7SL-RNA)scRNA/7SL-RNA) 功

16、能：参与功能：参与HnRNA和和rRNA的转运和加工的转运和加工原原核核生生物物核核糖糖体体的的亚亚基基组组成成原原核核生生物物核核蛋蛋白白体体真真核核生生物物核核蛋蛋白白体体核核 酶酶某些某些RNA分子本身具有自我催分子本身具有自我催化能力，可以完成化能力，可以完成rRNA的剪接。的剪接。这些这些RNA称为核酶（称为核酶（ribozyme)意义：扩充了酶的范围，使之意义：扩充了酶的范围，使之不再局限于蛋白质。不再局限于蛋白质。第四节第四节 核酸的理化性质核酸的理化性质一、一、 核酸的粘度核酸的粘度二、核酸的紫外吸收特性二、核酸的紫外吸收特性三、核酸的变性、复性及其分子杂交三、核酸的变性、复性

17、及其分子杂交 一一 、 核核 酸酸 的的 粘粘 度度* * 分子量越大粘度也越大分子量越大粘度也越大分子比分子小，粘度也就小分子比分子小，粘度也就小* * 生物分子的空间结构也影响粘度生物分子的空间结构也影响粘度。线形分子线形分子 无规线团分子无规线团分子 球形分子球形分子二、核酸的紫外吸收特性二、核酸的紫外吸收特性嘌呤碱和嘧啶碱嘌呤碱和嘧啶碱有共轭双键，都有共轭双键，都能强烈吸收紫外能强烈吸收紫外光，最大吸收波光，最大吸收波长为长为260nm蛋白质对紫外蛋白质对紫外光的最大吸收光的最大吸收波长是波长是280nm紫外分光光度法检测核酸的纯度紫外分光光度法检测核酸的纯度通过测定波长在通过测定波长

18、在260nm260nm和和280nm280nm处吸光度的处吸光度的比值比值(A(A260260A A280280) )来估计核酸样品的纯度来估计核酸样品的纯度DNADNA溶液：溶液： A A260260A A280280=1.8=1.8 RNARNA溶液：溶液：A A260260A A280280= 2.0= 2.0方法方法：在波长在波长260nm260nm紫外线下，吸光度为紫外线下，吸光度为1.001.00时，时，紫外分光光度法估计核酸的浓度紫外分光光度法估计核酸的浓度取取5l5l双链双链DNADNA样品样品, ,加水稀释至加水稀释至1ml1ml。以。以1ml1ml纯水作为参照测定波长在纯水

19、作为参照测定波长在260nm260nm处的吸光度值处的吸光度值( (260260),),假如测得稀释样品的假如测得稀释样品的260260值为值为0.5000.500，相当于相当于50g/ml50g/ml的双链的双链DNA,DNA,40g/ml40g/ml的单链的单链DNADNA或或RNA, RNA, 20g/ml20g/ml的单链寡核苷酸的单链寡核苷酸问问题题1那么原液中那么原液中DNADNA的浓度是的浓度是？g/mlg/ml三、核酸的变性、复性及其分子杂交三、核酸的变性、复性及其分子杂交( (一一) ) 变性变性(二二) 复性复性(三三) 分子杂交分子杂交(一) 核核 酸酸 的的 变变 性性

20、1. 概念概念 核酸分子的双螺旋结构解开，氢键断裂核酸分子的双螺旋结构解开，氢键断裂（不涉及共价键的断裂），使双链分离，（不涉及共价键的断裂），使双链分离，这种现象称为核酸的变性这种现象称为核酸的变性2. 引起核酸变性的因素引起核酸变性的因素如乙醇、丙酮、尿素、酰胺等如乙醇、丙酮、尿素、酰胺等加热、加热、介质中的介质中的pHpH过酸或过碱、过酸或过碱、有机溶剂、有机溶剂、3. 核酸的变性与降解的区别核酸的变性与降解的区别 降解降解其过程是不可逆的。其过程是不可逆的。是指多核苷酸链中的磷酸二酯键断裂，是指多核苷酸链中的磷酸二酯键断裂，使分子量降低，使分子量降低，不发生分子量的变化。不发生分子量的

21、变化。一般是可逆的，一般是可逆的，变性变性4. 蛋白质和蛋白质和核酸的变性核酸的变性两者均不涉及共价键的断裂两者均不涉及共价键的断裂一级结构不破坏一级结构不破坏粘度下降，生物活性丧失粘度下降，生物活性丧失分子的热变性分子的热变性双螺旋结构即遭双螺旋结构即遭破坏，氢键断裂，双链破坏，氢键断裂，双链分离。分离。将的稀盐溶液加将的稀盐溶液加热至热至8095(或以上或以上)数分钟数分钟，d. 丧失生物活性丧失生物活性a. 260nm处的紫外吸收值升高处的紫外吸收值升高b. 粘度下降粘度下降c. 浮力、密度升高浮力、密度升高（增色效应增色效应）变变 性性 DNA 的的 特特 点点DNA解链曲线解链曲线拐

22、点所对应的温度，拐点所对应的温度，代表变性代表变性5050时温度，称为解链温时温度，称为解链温度，通常称为融解温度，通常称为融解温度。度。用符号用符号 TmTm 表示表示70708585之间之间“”形曲线形曲线TmTm值的大小主要与下列因素有关值的大小主要与下列因素有关中中对的含量对的含量碱基对的比例越高，碱基对的比例越高，TmTm值越高值越高pHpH和离子强度不变和离子强度不变, ,根据根据百分含量，百分含量，则可计算样品的则可计算样品的TmTm值值TmTm69.3 + 0.41*(69.3 + 0.41*() )TmTm4*(G+C)+2*(A+T)4*(G+C)+2*(A+T), (,

23、(小于小于20bp20bp) )介质中的离子强度介质中的离子强度离子强度低离子强度低TmTm值低值低变性温度范围较宽变性温度范围较宽离子强度大离子强度大TmTm值高值高变性温度范围较窄变性温度范围较窄的变性的变性双链的双链的RNA分子分子RNA-DNA 杂化分子杂化分子可变可变 性性中性中性pH条件下，三者条件下，三者Tm值大小为：值大小为：双链双链RNA分子分子RNA-DNA 杂化分子杂化分子DNA分子分子( (二二) ) 核酸的复性核酸的复性DNA热变性后的复性热变性后的复性,常常称为常常称为退火退火。变性的变性的DNA或或RNA在去除变性因素在去除变性因素并处于适当的条件下，并处于适当的

24、条件下，又可重新结合成为双螺旋结构又可重新结合成为双螺旋结构这一过程称为复性。这一过程称为复性。1.概念概念彼此分离的双链彼此分离的双链2. 复性过程复性过程两种情况两种情况（1）两条完全分开的单链通过随机碰撞形）两条完全分开的单链通过随机碰撞形 成互补短片段的双螺旋成互补短片段的双螺旋。（2）尚未配对的碱基很快地）尚未配对的碱基很快地 “对齐对齐”。迅速。迅速 形成双链直至双螺旋结构。形成双链直至双螺旋结构。复性后分子性质复性后分子性质一系列的理化性质随即恢复一系列的理化性质随即恢复d. 生物活性部分恢复生物活性部分恢复a. 260nm处的紫外吸收值下降处的紫外吸收值下降b. 粘度上升粘度上

25、升c. 浮力、密度降低浮力、密度降低（减色效应）（减色效应） (三三) 核酸分子杂交核酸分子杂交在一定条件下（适宜的温度、在一定条件下（适宜的温度、pH及离子强度）及离子强度），可按碱基互补原则复性形成双链，此过程，可按碱基互补原则复性形成双链，此过程称为核酸分子杂交。称为核酸分子杂交。1.概念概念 具有一定同源性的两条核酸单链，具有一定同源性的两条核酸单链，变性变性复性复性不完全同源核酸单链分子杂交不完全同源核酸单链分子杂交突环突环2.可发生杂交的核酸分子可发生杂交的核酸分子(1)两条同源的两条同源的DNA链链(2)两条同源的两条同源的RNA链链(3)一条一条DNA链一条链一条RNA链链3.

26、核酸杂交的应用核酸杂交的应用（1）测定核酸分子碱基组成）测定核酸分子碱基组成（2）检测某些因基因突变引起的疾病）检测某些因基因突变引起的疾病核核 酸酸 酶酶指所有可以水解核酸的酶。指所有可以水解核酸的酶。一、分类一、分类1. 按照作用底物的不同分按照作用底物的不同分DNADNA酶（酶（DNase):DNase): 水解水解DNADNARNARNA酶（酶（RNase):RNase): 水解水解RNARNA2. 按照作用的部位分按照作用的部位分核酸外切酶：核酸外切酶：作用于作用于5或或3 末端末端核酸内切酶：核酸内切酶： 作用于链的内部作用于链的内部二、二、限制性限制性核酸内切酶核酸内切酶作用于链

27、的内部，作用于链的内部，具有具有严格序列依赖性。严格序列依赖性。切切基因工程的基因工程的手术刀手术刀没有没有限制性内切酶限制性内切酶的发现和应用，就很难有的发现和应用，就很难有今天分子生物学与基因工程的快速发展。今天分子生物学与基因工程的快速发展。功能：功能：根据需要在特定的位点精确切割根据需要在特定的位点精确切割双链双链DNADNA分子分子是基因工程中是基因工程中最常用最常用的的工具酶工具酶之一。之一。核苷酸库核苷酸库核酸的降解核酸的降解核苷酸的合成核苷酸的合成核酸的合成核酸的合成核苷酸的降解核苷酸的降解核苷酸是核酸的基本结构单位，核苷酸是核酸的基本结构单位，它不属于营养必需物质它不属于营养

28、必需物质核苷酸代谢核苷酸代谢概述概述食物核蛋白食物核蛋白蛋白质蛋白质核酸核酸(RNA与与DNA)胰核酸酶胰核酸酶RNA酶酶DNA酶酶(磷酸二酯酶磷酸二酯酶)单核苷酸单核苷酸胰、肠核苷酸酶胰、肠核苷酸酶(磷酸单酯酶磷酸单酯酶)核苷核苷磷酸磷酸核苷酶核苷酶(水解或磷酸解水解或磷酸解)戊糖或磷酸戊糖戊糖或磷酸戊糖碱基碱基核酸的消化核酸的消化排出，很排出，很少利用少利用核苷酸的生理功用作为核酸合成的原料作为核酸合成的原料-最主要的功能最主要的功能体内能量的利用形式体内能量的利用形式参与代谢与生理调节参与代谢与生理调节-cAMP, cGMP组成辅酶组成辅酶-NAD,FAD, CoA活化中间代谢物活化中间

29、代谢物-UDPG, CDP-DG, SAM ATP-主要形式；主要形式；GTP-蛋白质合成蛋白质合成 UTP-糖原合成；糖原合成；CTP-磷脂合成磷脂合成利用本章知识，评价利用本章知识，评价“珍奥核酸珍奥核酸”的功能的功能第一节 嘌呤核苷酸代谢一、一、嘌呤核苷酸的合成代谢嘌呤核苷酸的合成代谢( (一一) ) 嘌呤核苷酸的从头合成嘌呤核苷酸的从头合成( (二二) ) 嘌呤核苷酸的补救合成嘌呤核苷酸的补救合成( (三三) ) 嘌呤核苷酸的相互转变嘌呤核苷酸的相互转变( (四四) ) 脱氧脱氧( (核酸核酸) )核苷酸的生成核苷酸的生成( (五五) ) 嘌呤嘌呤核苷酸的抗代谢物核苷酸的抗代谢物二、二

30、、嘌呤核苷酸的分解代谢嘌呤核苷酸的分解代谢一、嘌呤核苷酸的合成代谢一、嘌呤核苷酸的合成代谢(一一)、从头合成途径、从头合成途径 1.概念概念：用磷酸核糖、氨基酸、一碳用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及单位及CO2等简单物质为原料，经过一等简单物质为原料，经过一系列酶促反应合成嘌呤核苷酸的途径系列酶促反应合成嘌呤核苷酸的途径. 2.原料原料：5磷酸核糖、谷氨酰胺、磷酸核糖、谷氨酰胺、一碳单位、甘氨酸、一碳单位、甘氨酸、CO2、天冬氨酸、天冬氨酸 N1C2N3C4C5C6N97NC8 甲酰基甲酰基(一碳单位一碳单位)甘氨酸甘氨酸CO2Asp甲酰基甲酰基(一碳单位一碳单位)Gln(酰胺基酰胺基)甘氨当中

31、站甘氨当中站, 谷氮坐两边谷氮坐两边,左上天冬氨左上天冬氨, 头顶头顶CO23.合成的合成的场所场所: 肝脏的胞液肝脏的胞液4.合成的合成的过程过程: 两个阶段。两个阶段。(1) 次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸(IMP)的合成的合成 (2) 腺苷酸腺苷酸(AMP)和鸟苷酸和鸟苷酸(GMP)的合成的合成 (1) IMP的合成的合成(11步反应，步反应，过程只需了解过程只需了解)R-5-PAMPPRPP合成酶合成酶PP-1-R-5-P(PRPP)ATP5-磷酸核糖磷酸核糖磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸反应过程：P_PAMPATPR-5-PC NCNNCHCOHNHC10步反应步反应IMPPP-1-R-

32、5-PGlnGlu酰胺转移酶酰胺转移酶酶酶3: 甘氨酰胺核苷酸合成酶甘氨酰胺核苷酸合成酶H2N-1-R-5-PH2C-NH2O=C-OHGly酶酶3 ATP, Mg2+H2C-NH2O=CNHR-5-P甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸(GAR)PRA转甲酰基酶转甲酰基酶FH4H2C-NH2O=CNHR-5-P甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸(GAR)N5,N10-甲炔基甲炔基FH4H2CO=CNHR-5-PNHCHOH2CCNHR-5-PNHCHOHN=Glu甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸(FGAR)甲酰甘氨咪核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸(FGAM)GlnATP,Mg2+H2CCNHR-5-PNHCH

33、OHN=AIR合成酶合成酶ATP,Mg2+,K+H2OCH2N-HCNR-5-PNCH甲甲酰酰甘甘氨氨咪咪核核苷苷酸酸(FGAM)5-氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸(AIR)R-5-PCH2NCNNCHCOHOCO2羧化酶羧化酶5-氨基咪唑氨基咪唑-4-羧基羧基核苷酸核苷酸(CAIR)R-5-PCH2NCNNCHCOHOR-5-PCH2NCNNCHCONHHCH2CHOOCHOOCNHHHCH2CHOOCHOOCAsp5-氨基咪唑氨基咪唑-4-羧基羧基核苷酸核苷酸(CAIR)5-氨基咪唑氨基咪唑-4-(N-琥珀酸琥珀酸)-甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸(SAICAR)ATP,Mg2+合成酶合成酶R-5

34、-PCH2NCNNCHCONHHOOCHCH2CHOOC5-氨基咪唑氨基咪唑-4-(N-琥珀酸琥珀酸)-甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸(SAICAR)R-5-PCH2NCNNCHCOH2NCOOHCHHCHOOC5-氨基咪唑氨基咪唑-4-甲酰胺甲酰胺核苷酸核苷酸(AICAR)裂解酶裂解酶延胡索酸延胡索酸R-5-PCH2NCNNCHCOH2N5-氨基咪唑氨基咪唑-4-甲酰胺甲酰胺核苷酸核苷酸(AICAR)5-甲酰胺基咪唑甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸(FAICAR)N10甲酰甲酰FH4FH4转甲酰酶转甲酰酶K+R-5-PC NCNNCHCOH2NHCOHR-5-PCNCNNCHCOHHNH

35、COHR-5-PC NCNNCHCOHNHC5-甲酰胺基咪唑甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸(FAICAR)H2O次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸(IMP)环水解酶环水解酶11(2) 腺苷酸和鸟苷酸的合成腺苷酸和鸟苷酸的合成R-5-PC NCNNCHCOHNHCIMPR-5-PC NCNNCHCNHCNHHOOCCH2CHCOOH腺苷酸代琥珀酸合成酶腺苷酸代琥珀酸合成酶AMPSAsp, Mg2+,GTPR-5-PC NCNNCHCNHCNHHOOCCH2CHCOOHR-5-PC NCNNCHCNHCNH2COOHCHHCHOOC腺苷酸代琥珀酸腺苷酸代琥珀酸(AMPS)腺苷酸腺苷酸(AMP

36、)延胡索酸延胡索酸腺苷酸代琥珀酸腺苷酸代琥珀酸裂解酶裂解酶R-5-PC NCNNCHCOHNHCIMPR-5-PC NCNNCHCOHNCONAD+H2ONADH+H+XMP黄嘌呤核苷酸黄嘌呤核苷酸IMP脱氢酶脱氢酶H2NR-5-PC NCNNCHCOHNCR-5-PC NCNNCHCOHNCOGlnGluGMP合成酶合成酶Mg2+, ATPXMPGMPAMP腺苷酸激酶腺苷酸激酶ADPATPADPATPADP腺苷酸激酶腺苷酸激酶ATPGMP鸟苷酸激酶鸟苷酸激酶GDPATPADPATPADP鸟苷酸激酶鸟苷酸激酶GTP2. 嘌呤核苷酸从头合成的调节嘌呤核苷酸从头合成的调节主要通过产物的负反馈调节主

37、要通过产物的负反馈调节调节包括调节包括: 2个长反馈和个长反馈和2个短反馈个短反馈ATPGTPR-5-PATPPRPP合成酶合成酶PRPP酰胺酰胺转移酶转移酶PRAIMPAMPSAMPADPXMPGMPGDP2个长反馈个长反馈2个短反馈个短反馈IMPAMPSXMPAMPADPGMPGDPGTPATPATPGTP一、嘌呤核苷酸的合成代谢一、嘌呤核苷酸的合成代谢(二二)、补救合成途径、补救合成途径有两条合成途径有两条合成途径(1) 嘌呤碱与嘌呤碱与PRPP直接合成嘌呤核苷酸直接合成嘌呤核苷酸次黄嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸鸟嘌呤鸟嘌呤鸟嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸次黄嘌呤次黄嘌呤-鸟嘌呤鸟嘌

38、呤磷酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶(HGPRT)PRPPPPi腺嘌呤腺嘌呤腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸腺嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶（APRT）HGPRT活性高活性高APRT活性低活性低90%嘌呤碱嘌呤碱一、嘌呤核苷酸的合成代谢一、嘌呤核苷酸的合成代谢腺嘌呤腺嘌呤+1-磷酸核糖磷酸核糖腺苷腺苷+Pi核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶(2) 腺嘌呤与腺嘌呤与1-磷酸核糖生成腺苷磷酸核糖生成腺苷, 再生成腺再生成腺嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸腺苷腺苷+ATP腺苷激酶腺苷激酶腺苷酸腺苷酸+ADP生理意义生理意义减少从头合成时能量和原料的消耗减少从头合成时能量和原料的消耗节省节省: 作为某些器官作为某些器官(脑脑,骨

39、髓和脾骨髓和脾)合成核苷酸的途径合成核苷酸的途径遗传疾病遗传疾病Lesch-Nyhan 莱莱-尼综合征尼综合征,自毁容貌综合征自毁容貌综合征HGPRT基因缺陷基因缺陷嘌呤合成过多，明显的高尿酸血症，痛风伴嘌呤合成过多，明显的高尿酸血症，痛风伴-罕见的性染色体罕见的性染色体X连锁遗传病连锁遗传病疾病生化本质疾病生化本质:行为行为, 称之为称之为自毁容貌综合征自毁容貌综合征.大脑瘫痪、智力减退、舞蹈手足综合征大脑瘫痪、智力减退、舞蹈手足综合征,身体身体和精神发育迟缓和精神发育迟缓, 有咬指咬唇的强迫性自残有咬指咬唇的强迫性自残(三三) 腺苷酸和鸟苷酸的相互转变腺苷酸和鸟苷酸的相互转变AMPGMPX

40、MPAMPSIMPNH3腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶NADP+NH3NADPH鸟苷酸还原酶鸟苷酸还原酶(四四) 脱氧脱氧(核糖核糖)核苷酸的合成核苷酸的合成在在核苷二磷酸水平核苷二磷酸水平被还原而成被还原而成OHOPOOHH碱基碱基HOHHHOOOHOPHOOHOPOHH碱基碱基HOHHHOOOHOPHONADPH+H+NADP+ +H2O核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶dNDPNDP脱氧核苷酸的具体生成过程脱氧核苷酸的具体生成过程NDPdNDPNADP+NADPH+H+还原型硫氧化还原型硫氧化还原蛋白还原蛋白-(SH)2氧化型硫氧化氧化型硫氧化S还原蛋白还原蛋白S核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶

41、,Mg2+硫氧化还原蛋白还原酶硫氧化还原蛋白还原酶(FAD)NDPdNDP核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶ADPdADP核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶GDPdGDP核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶UDPdUDP核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶CDPdCDP核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶TDPdTDPdNDP+ATPdNTP+ADP激酶激酶激酶激酶dCDP+ATPdCTP+ADPdUDP+ATPdUTP+ADP激酶激酶dGDP+ATPdGTP+ADP激酶激酶dADP+ATPdATP +ADP激酶激酶dTTP?dNDPdNMP+Pi磷酸酶磷酸酶下一节讲下一节讲 嘌呤核苷酸抗代谢物主要是一些嘌呤

42、、嘌呤核苷酸抗代谢物主要是一些嘌呤、氨基酸或叶酸等的类似物氨基酸或叶酸等的类似物 采用竞争性抑制或采用竞争性抑制或“以假乱真以假乱真”等方式抑等方式抑制合成代谢中的酶，从而干扰和阻断核苷酸制合成代谢中的酶，从而干扰和阻断核苷酸的合成的合成, 从而进一步阻止核酸以及蛋白质的从而进一步阻止核酸以及蛋白质的生物合成生物合成. 由于肿瘤的核酸与蛋白质代谢旺盛由于肿瘤的核酸与蛋白质代谢旺盛, 因此抗代谢物可用于肿瘤的化疗因此抗代谢物可用于肿瘤的化疗(五五) 嘌呤核苷酸的抗代谢物嘌呤核苷酸的抗代谢物一、嘌呤核苷酸的抗代谢物一、嘌呤核苷酸的抗代谢物1. 嘌呤类似物嘌呤类似物:8-氮杂鸟嘌呤氮杂鸟嘌呤N OH

43、NNNHN SHNNNHN SHNNNHH2NN OHNNNHN6-巯基鸟嘌呤巯基鸟嘌呤次黄嘌呤次黄嘌呤6-巯基嘌呤巯基嘌呤（6-MP）一、嘌呤核苷酸的抗代谢物一、嘌呤核苷酸的抗代谢物2. 氨基酸类似物氨基酸类似物 抑制有谷氨酰胺参与的反应抑制有谷氨酰胺参与的反应H2NCCH2CH2CHCOOHONH2N+ NCH2COCH2CHCOOHONH2N+ NCH2CCH2CH2CHCOOHONH2谷氨酰胺谷氨酰胺氮杂丝氨酸（重氮乙酰丝氨酸）氮杂丝氨酸（重氮乙酰丝氨酸）6-重氮重氮-5-氧正亮氨酸氧正亮氨酸一、嘌呤核苷酸的抗代谢物一、嘌呤核苷酸的抗代谢物3. 叶酸类似物叶酸类似物 抑制有一碳单位参与

44、的反应抑制有一碳单位参与的反应R=H，氨喋呤，氨喋呤R=CH3，氨甲喋呤氨甲喋呤N NH2NNNHH2NCH2NRCNCHOCH2CH2COOHCOOHHNNCHCH2NHCNCHOCH2CH2COOHCOOHHH2NNOHNH5,6,7,8四氢叶酸四氢叶酸PRPPGln6MP氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸PRAGARFGARFGAMMTX氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸AICARMTXFAICARIMPAMPGMPPRPPPPiPPiPRPP6MP6MP6MP氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸AIGPRPPPPi嘌呤核苷酸抗代谢物的作用嘌呤核苷酸抗代谢物的作用核苷酸分解代谢核苷酸分解代谢大致过程大致过程核苷酸核苷酸核苷核苷Pi

45、Pi1-磷酸核糖磷酸核糖碱基碱基补救途径补救途径 分解代谢分解代谢5-磷酸核糖磷酸核糖PRPP终末产物经尿排出终末产物经尿排出核苷酸酶核苷酸酶磷酸化酶磷酸化酶1-磷酸核糖磷酸核糖变位酶变位酶嘌呤核苷酸的分解代谢AMPIGMPGX黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶尿酸尿酸 正常人血浆尿酸含量：正常人血浆尿酸含量：0.120.36mmol/L 男男: 0.27mmol/L, 女女:0.21mmol/L 以尿酸及其钠盐形式存在以尿酸及其钠盐形式存在, 均难溶于水均难溶于水0.48mmol/L(8mg%), 析出结晶析出结晶, 沉积在关节和软骨等处沉积在关节和软骨等处 痛风症痛风症进食高

46、嘌呤膳食时进食高嘌呤膳食时体内核酸大量分解体内核酸大量分解(白血病白血病,恶性肿瘤）恶性肿瘤）肾脏疾病尿酸排泄障碍肾脏疾病尿酸排泄障碍血中尿酸血中尿酸临床上用别嘌呤醇治疗临床上用别嘌呤醇治疗别嘌呤醇治疗痛风症的作用机制别嘌呤醇治疗痛风症的作用机制C OHNNNHHNN OHNNNHCH次黄嘌呤次黄嘌呤别嘌呤醇别嘌呤醇PRPP别嘌呤醇核苷酸别嘌呤醇核苷酸嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸从头合成的酶从头合成的酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶嘌呤核苷酸合成嘌呤核苷酸合成反馈反馈第二节 嘧啶核苷酸代谢一、一、嘧啶核苷酸的合成代谢嘧啶核苷酸的合成代谢( (一一) ) 嘧啶核苷酸的从头合成嘧啶核苷酸的从头合成( (二二)

47、) 嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶核苷酸的补救合成( (三三) ) 嘧啶核苷酸的抗代谢物嘧啶核苷酸的抗代谢物二、二、嘧啶核苷酸的分解代谢嘧啶核苷酸的分解代谢一、嘧啶核苷酸的合成代谢一、嘧啶核苷酸的合成代谢(一一) 从头合成途径从头合成途径 先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖连接生先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖连接生成成嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸.NCNCCCAspCO2GlnNH2HCH2CHOOCHOOC(一一) 嘧啶核苷酸的从头合成嘧啶核苷酸的从头合成1. 从头合成途径反应过程从头合成途径反应过程(1) 尿嘧啶核苷酸的合成尿嘧啶核苷酸的合成-6步反应步反应HCO3_+Gln2ATPGlu2ADP+PiNH

48、2O=CO氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸合成酶氨基甲酰磷酸合成酶II P_NH2O=CO P氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸HOOCCH2CHCOOHH2N+COH2NCCH2CHCOOHNHOHO天冬氨酸氨基天冬氨酸氨基甲酰基转移酶甲酰基转移酶PiAsp氨基甲酰天冬氨酸氨基甲酰天冬氨酸OCOHNCCHHCHCOOHNHNAD+NADH+H+COHNCCHCCOOHNHO乳清酸乳清酸二氢乳清酸二氢乳清酸H2O脱氢酶脱氢酶二氢乳清酸酶二氢乳清酸酶COHNCCHCCOOHNHO乳清酸乳清酸COHNCCHCCOOHNOR-5-PPRPPPPi磷酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶乳清酸核苷酸乳清酸核苷酸(OMP

49、)COHNCCHCHNOR-5-PCO2尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸(UMP)脱羧酶脱羧酶ATP(2) 胞嘧啶核苷酸胞嘧啶核苷酸(CTP)的合成的合成COHNCCHCHNOR-5-P尿苷酸激酶尿苷酸激酶UDPUMP二磷酸二磷酸 尿苷激酶尿苷激酶ADPUTPCONCCHCHNNH2R-5-P-P-PGln, ATP Glu, ADP+Pi ATPADPCTPCTP合成酶合成酶COHNCCHCHNOdR-5-PdCMPdUDPPiNH3dUMPCOHNCC-CH3CHNOdR-5-PdTMP合成酶合成酶FH2N5,N10-甲烯甲烯FH4FH4FH2还原酶还原酶NADPH+H+NADP+dTMPATP激

50、酶激酶dTDP激酶激酶ADPdTTPATPADPdTMP(3) 脱氧胸腺嘧啶核苷酸脱氧胸腺嘧啶核苷酸(dTMP或或TMP)的合成的合成2. 从头合成的调节从头合成的调节ATP+CO2+GlnPRPP氨基甲酰磷酸氨基甲酰磷酸氨甲酰天冬氨酸氨甲酰天冬氨酸PRPPATP+ 5-磷酸核糖磷酸核糖OMPUMPUTPCTP嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸由合成产物对由合成产物对3个关键酶个关键酶酶酶1：CPS-II酶酶2：天冬氨酸氨甲酰转移酶：天冬氨酸氨甲酰转移酶酶酶3：PRPP合成酶合成酶Asp的的负反馈负反馈调节来实现。调节来实现。(二二) 嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶核苷酸的补救合成嘧啶嘧啶+P

51、RPP嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸+PPi嘧啶磷酸核糖转移酶嘧啶磷酸核糖转移酶尿尿嘧嘧啶啶胸胸腺腺嘧嘧啶啶乳乳清清酸酸胞胞嘧嘧啶啶嘧啶核苷嘧啶核苷+ATP嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸+ADP核苷激酶核苷激酶胸苷激酶胸苷激酶,TK与恶性肿瘤与恶性肿瘤总结总结5-P-RPRPPIMPdAMPGMPdGMPAMPdADPGDPdGDPADPdATPGTPdGTPATPUMPCMPdUMPUDPCDPdUDPUTPCTPdUTPdTMPdCMPdTDPdCDPdTTPdCTPCO2+GlnH2N-CO-POMP核苷酸的从头合成过程总结核苷酸的从头合成过程总结dUDPdCMPdUMP (三三) 嘧啶核苷酸的抗代谢物嘧啶

52、核苷酸的抗代谢物 嘧啶、嘧啶核苷类似物嘧啶、嘧啶核苷类似物:5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶阿糖胞苷阿糖胞苷环胞苷环胞苷NNHOOFHHOH2CHHHOOHHHOCCCNNCONH2HOH2CHHOHHHOCCCNNCNHHClOUMPUDPUTPdUDPdUMPdTMPCTPCDPdCDPMTX5FU阿糖胞苷阿糖胞苷氮杂丝氨酸氮杂丝氨酸二、嘧啶二、嘧啶核苷酸的分解代谢核苷酸的分解代谢嘧啶核苷酸嘧啶核苷酸磷酸酶磷酸酶嘧啶核苷嘧啶核苷核苷酶核苷酶嘧啶嘧啶CONCCHCHNNH2HCOHNCCHCHNOHNH3COHNCCH2CH2NOHNADPH+H+NADP+H2OCOH2NCCH2CH2NOHHOH2O

53、CO2+NH3H2N-CH2-CH2-COOH-丙氨酸丙氨酸胞嘧啶胞嘧啶尿嘧啶尿嘧啶COHNCC-CH3CHNOHNADPH+H+NADP+COHNCCH-CH3CH2NOHCOH2NCCH-CH3CH2NOHHOH2OCO2+NH3-氨基异丁酸氨基异丁酸H2N-CH2-CH-COOHCH3-脲基异丁酸脲基异丁酸H2O胸腺嘧啶胸腺嘧啶二氢胸腺嘧啶二氢胸腺嘧啶 嘧啶核苷酸与嘌呤核苷酸分解代谢最大嘧啶核苷酸与嘌呤核苷酸分解代谢最大的的不同不同是嘧啶环的裂解，最后生成是嘧啶环的裂解，最后生成-氨基酸氨基酸 嘧啶碱的降解产物嘧啶碱的降解产物易溶于水易溶于水，故嘧啶代，故嘧啶代谢异常的疾病较少。谢异常的疾病较少。 乳清酸尿症乳清酸尿症是缺乏从头合成途径酶所致是缺乏从头合成途径酶所致的的原发性遗传病原发性遗传病COHNCCHCCOOHNHO乳清酸乳清酸COHNCCHCCOOHNOR-5-PPRPPPPi磷酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶乳清酸核苷酸乳清酸核苷酸COHNCCHCHNOR-5-PCO2尿嘧啶核苷酸尿嘧啶核苷酸脱羧酶脱羧酶乳清酸尿症乳清酸尿症缺乏酶缺乏酶5和酶和酶6缺乏酶缺乏酶6用尿苷可治疗本病用尿苷可治疗本病机制机制：通过补救途径合成：通过补救途径合成UMP和和UTP，反馈，反馈抑制乳清酸合成抑制乳清酸合成