生物化学核酸与核苷酸代谢
生物化学-核苷酸代谢
①二氢叶酸还原酶 ②核苷酸甘氨酰胺 （GAR）转甲酰酶 ③5-甲酰氨基咪唑4-甲酰胺核苷酸 （AICAR0转甲酰 酶
嘌呤核苷酸合成和 嘧啶核苷酸合成
氨蝶呤和甲 氨蝶呤
叶酸
①急性白血病 ②头颈部肿瘤 ③妊娠滋养细 胞瘤 ④成骨肉瘤 ⑤淋巴癌 ⑥肝癌 ⑦乳腺癌 ⑧卵巢癌
嘌呤核苷酸合成
部分核苷酸代谢类似物的临床应用
原 因
调节失常
遗传缺陷
临床特点
嘌呤产生和排谢过多
遗传类型
x-染色体连锁隐性 遗传
1．嘌呤核苷酸代谢障碍
Lesch-Nyhan HGPRT 综合征
嘌呤产生排泄多,脑性瘫痪、 x-染色体连锁隐性 自毁容貌症 遗传
免疫缺陷症, ①腺苷脱氨酶
②嘌呤核苷磷酸化酶 肾结石 黄嘌呤尿 APRT 黄嘌呤氧化酶
遗传缺陷
氮杂丝氨酸 5-氨基咪唑-4甲酰胺核苷酸 腺嘌呤 次黄嘌呤 鸟嘌呤 甲酰甘氨咪 核苷酸
部分核苷酸代谢类似物的临床应用
药物名称 正常代谢物 治疗的疾病 ①白血病 ②自身免疫性病 ③妊娠滋养细胞肿 瘤 主要作用的酶 ①IMP脱氢酶 ②腺苷酸代琥珀 酸合成酶 黄嘌呤氧化酶 作用的代谢途径 嘌呤核苷酸合成 6-巯基嘌呤 嘌呤核苷酸
第二节 核酸的降解与核苷酸代谢
食物核蛋白
一、 核 酸 与 核 苷 酸 降 解
生物化学第9章-核酸结构、功能与核苷酸代谢教材
第九章核酸结构、功能与核苷酸代谢【授课时间】4学时第一节核酸的化学组成【目的要求】掌握核酸（DNA和RNA）的分子组成、核苷酸的连接方式、键的方向性。
【教学内容】1．详细介绍：碱基2．一般介绍：戊糖3．一般介绍：核苷4．一般介绍：核苷酸5．详细介绍：核酸中核苷酸的连接方式【重点、难点】重点：核酸组成与核苷酸的连接【授课时间】0.25学时第二节DNA的结构与功能【目的要求】1．掌握DNA的二级结构的特点。
2．掌握DNA的生物学功能。
【教学内容】1．一般介绍：DNA的一级结构2．重点介绍：DNA的二级结构3．一般介绍：DNA的超级结构4．一般介绍：DNA的功能【重点、难点】重点：DNA的二级结构难点：DNA的超级结构【授课学时】1学时第三节RNA的结构与功能【目的要求】1．掌握RNA的种类与功能。
mRNA和tRNA的结构特点。
2．了解核酸酶的分类与功能。
3．了解其他小分子RNA。
【教学内容】1．详细介绍：mRNA的结构与功能2．详细介绍：tRNA的结构与功能3．详细介绍：rRNA的结构与功能4．一般介绍：小分子核内RNA5．一般介绍：核酶【重点、难点】重点：mRNA、tRNA的结构与功能【授课学时】0．5学时第四节核酸的理化性质【目的要求】1．掌握DNA的变性和复性概念和特点2．熟悉核酸分子杂交原理。
3．熟悉核酸的一般性质【教学内容】1．一般介绍：核酸的一般性质2．详细介绍：核酸的紫外吸收3．重点介绍：核酸的变性与复性【重点、难点】重点：核酸的变性与复性【授课学时】1学时第五节核苷酸代谢【目的要求】1．熟悉核苷酸合成途径的原料、主要步骤及特点。
核苷酸分解代谢的终产物。
2．熟悉脱氧核苷酸的生成3．了解嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸的抗代谢物及其抗肿瘤作用的生化机理。
4．了解尿酸以及痛风症与血中尿酸含量的关系。
【教学内容】1．一般介绍：嘌呤核苷酸的合成2．一般介绍：嘧啶核苷酸的合成3．详细介绍：脱氧核糖核苷酸的生成4．详细介绍：核苷酸的相互转化5．一般介绍：核苷酸分解代谢【重点、难点】难点：嘌呤、嘧啶类抗代谢物及其抗肿瘤作用的生化机理【授课学时】1．25学时第九章核酸结构、功能与核苷酸代谢第一节核酸的化学组成第二节DNA的结构与功能第三节RNA的结构与功能第四节核酸的理化性质第五节核苷酸代谢第一节核酸的化学组成时间15ˊ教学内容核酸分为脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)和核糖核酸(ribonucleic acid，RNA)。
生物分子与生物化学反应
生物分子与生物化学反应生物分子和生物化学反应是生物学中非常重要的研究领域。
生物分子指的是生物体内所存在的各种有机化合物，如蛋白质、核酸、碳水化合物和脂质等。
而生物化学反应则是指在生物体内发生的各种化学反应过程，包括代谢、合成、降解等。
1. 蛋白质与氨基酸代谢蛋白质是生物分子中最为重要的一类，它们由氨基酸组成。
氨基酸代谢是生物体内一系列与氨基酸相关的化学反应过程。
其中包括氨基酸的合成和降解。
蛋白质的合成是通过蛋白质合成酶催化，将氨基酸按照一定的顺序连接起来形成多肽链，最终形成功能完整的蛋白质。
2. 核酸与核苷酸代谢核酸是储存和传递遗传信息的重要生物分子，包括DNA和RNA。
核苷酸则是核酸的组成单元。
核酸代谢涉及DNA和RNA的合成、复制、修复和降解等过程。
这些反应由一系列酶催化完成，具有高度的准确性和特异性，确保了遗传信息的稳定性和可靠性。
3. 碳水化合物代谢碳水化合物是生物体内储存和产生能量的主要物质。
碳水化合物的代谢包括糖原的合成和降解，糖类的氧化解磷酸化反应以及糖酵解和糖异生等过程。
碳水化合物代谢是维持生物体能量平衡的关键环节，通过一系列的反应将碳水化合物转化为能量供给其他生物化学反应。
4. 脂质代谢脂质是构成细胞膜的重要组成部分，并参与细胞信号传导和代谢调控等功能。
脂质代谢包括脂类的合成、降解和转运等过程。
其中，脂类的合成通常发生在内质网和高尔基体中，而降解则主要发生在线粒体中。
脂质代谢的紊乱会导致一系列的疾病，如高血脂症和肥胖症等。
5. 酶催化反应生物化学反应中的许多反应需要酶的催化。
酶是一类高效、高选择性的生物催化剂，可以加速反应速率，降低活化能。
酶催化反应不仅广泛参与细胞内的代谢过程，也在其他生物体内起到关键作用，如消化系统中的酶促反应。
酶还具有高度的特异性，可以通过底物的空间结构和化学反应特点来选择性催化特定的反应。
综上所述，生物分子与生物化学反应密不可分，相互作用形成了细胞内的复杂网络。
生物化学之核苷酸代谢
生尿酸，同时补救途径不通会引起嘌呤核苷
酸从头合成速度增加，更加大量累积尿酸， 从而导致肾结石和痛风
3、脱氧核苷酸的生成
O P -P O N 核糖核苷酸还原酶 OH
硫 化 原 白 氧 还 蛋
CH2
O P -P CH2 O
N
OH NDP
SH
硫 化 原 白 氧 还 蛋
OH S S
H dNDP
SH 硫氧化还原蛋白还原酶 NADP NADP H
次黄嘌呤核苷酸 IMP
ATP和GTP的生成
HOOCCH CHCOOH 2 O C C N O OH OH C N N CH GTP Asp H N P O CH2 HC NH C C N O OH OH OH 腺苷酸代琥珀酸 OH C N N CH 延胡索酸 HC P O CH2 N O C N CH
Glu
P O CH2 OH
OH
OH
XMP
GMP
(Xanthosine monophosphate)
嘌呤核苷酸从头合成的调节
原则之一：满足需求，防止供过于求。
(-) (+) R-5-P
PRPP合 成 酶
(-) (+) PRPP (-) PAR (-) IMP XMP (-) GMP GDP GTP
次黄嘌呤
6-巯 基 嘌 呤 6MP (6-mercaptopurine)
SH
OH H N HC P O CH2 OH C C N O OH C N N CH H N HC P O CH2 OH
C C N O OH C N N CH
次 黄 嘌 呤 核 苷 酸 (IMP)
6-巯 基 嘌 呤 核 苷 酸
嘌呤核苷酸的抗代谢物-2
生物化学核苷酸代谢
生物化学核苷酸代谢核苷酸代谢是生物体内重要的生化过程，涉及到核酸合成、降解、修复、信号传递等多个方面。
核苷酸由碱基、糖和磷酸组成，其代谢在细胞中是高度调控和平衡的。
核苷酸合成主要通过转氨基树酸循环和核苷酸分子的合成反应进行。
在转氨基树酸循环中，核苷酸前体物质首先被转化为碱基，然后与多磷酸核糖（PRPP）反应生成核苷酸。
在核苷酸分子的合成过程中，磷酸化反应是关键步骤。
首先，核苷酸前体物质通过化学反应与其他辅助分子发生磷酸化，生成亲核试剂；然后亲核试剂与其他原子或分子发生进一步反应，最终形成核苷酸分子。
核苷酸降解是核酸的代谢终点。
核苷酸降解主要通过核苷酸酶和核酸酶的作用进行。
核苷酸首先被分解为核苷和糖酸，然后再被分解为碱基、磷酸和其他代谢产物。
核苷酸的降解产物在细胞中可以被重新利用，参与核酸合成或其他代谢途径。
核苷酸修复是为了纠正核苷酸中的损伤或错误。
核酸在细胞中会受到化学、物理和生物性的损伤。
这些损伤可能导致突变和疾病的发生。
核苷酸修复过程中的多个酶参与到检测和修复核酸中的损伤。
例如，碱基切割酶可以识别含有损伤碱基的DNA链，然后切割并去除这些损伤碱基。
然后，DNA聚合酶、连接酶和重排序酶等修复酶可以填补被切割的DNA链，并确保修复后的DNA链的完整性。
核苷酸在细胞中还扮演着重要的信号传递和调控作用。
一些核苷酸可以作为二级信使，传递细胞内外的信号，调控细胞的生理和代谢过程。
例如，环磷酸腺苷（cAMP）和磷腺苷酸（cGMP）是细胞内常见的二级信使，它们通过激活蛋白激酶A、蛋白激酶G等酶的信号通路，参与细胞的增殖、分化、凋亡等生理过程。
总结起来，核苷酸代谢是生物体内重要的生化过程，它涉及核酸的合成、降解、修复以及信号传递等多个方面。
核苷酸代谢的平衡和调控对细胞活动的正常进行至关重要，异常的核苷酸代谢可能导致疾病的发生。
因此，对核苷酸代谢的深入研究，有助于揭示生命活动的机制和疾病发生的原因，也为药物研发和治疗提供了理论基础。
核苷酸代谢生物化学
核苷一磷酸的分解
核苷一磷酸在磷酸酶的作用下，将其中的特殊化学键转移给特殊化学物质，生成 相应的单糖和磷酸。
单糖进一步发生代谢，而磷酸则参与其他生化反应。
核苷二磷酸的分解
核苷二磷酸在磷酸酶的作用下，将其中的特殊化学键转移给特殊化学物质，生成相应的单糖和磷酸。
单糖进一步发生代谢，而磷酸则参与其他生化反应。
04
核苷酸代谢的调控
酶的调节
01
酶的激活与抑制
酶的活性可以通过共价修饰（如磷酸化、去磷酸化）、变构效应、与配
体的结合等方式进行激活或抑制，从而调节核苷酸代谢的速度和方向。
Hale Waihona Puke 02酶的浓度调节酶的合成和降解可以调节其在细胞内的浓度，进而影响核苷酸代谢的速
率。
核苷酸的分解代谢
嘌呤核苷酸的分解
嘌呤核苷酸首先在核苷酸酶的作用下 ，将其中的特殊化学键转移给特殊化 学物质，生成相应的嘌呤衍生物和磷 酸核糖。
嘌呤衍生物进一步分解为尿酸，而磷 酸核糖则进一步发生代谢。
嘧啶核苷酸的分解
嘧啶核苷酸在核苷酸酶的作用下，将 其中的特殊化学键转移给特殊化学物 质，生成相应的嘧啶衍生物和磷酸核 糖。
合成过程包括脱氧、磷酸化等步骤，最终 形成脱氧核苷酸。
脱氧核苷酸是DNA的重要组成部分，对 维持生物体的遗传信息具有重要意义。
核苷三磷酸的合成
核苷三磷酸是由核苷二磷酸在激酶催化下 合成的。
合成过程需要消耗能量，如ATP等。
核苷三磷酸是RNA的重要组成部分，对 维持生物体的正常代谢具有重要意义。
03
细胞信号转导的调节
信号转导蛋白
细胞内的信号转导蛋白可以感知 核苷酸代谢产物的浓度，进而调 节核苷酸代谢酶的活性。
生物化学_09 核酸降解和核苷酸的代谢
IMP转变为GMP和 转变为GMP （3）IMP转变为GMP和AMP
2、 补救途径
(利用已有的碱基和核苷合成核苷酸) (1) 磷酸核糖转移酶途径（重要途径）
核苷磷酸化酶
嘌呤核苷 + 磷酸 腺嘌呤 + 5-PRPP
次黄嘌呤(鸟嘌呤) 磷酸核糖转移酶
嘌呤碱 + 戊糖-1-磷酸 AMP + PPi
腺嘌呤磷酸核糖转移酶
基因组DNA 基因组 不被切割
限制—修饰的酶学假说 限制 修饰的酶学假说 1968年，Meselson 和Yuan发现了 型限制性核酸内切酶 年 发现了I型限制性核酸内切酶 发现了 1970年，Smith和Wilcox从流感嗜血杆菌中分离纯化了 年 和 从流感嗜血杆菌中分离纯化了 第一个II型限制性核酸内切酶 第一个 型限制性核酸内切酶Hind II 型限制性核酸内切酶
（2）尿嘧啶核苷酸的合成 ）
天冬氨酸转氨甲酰酶 二氢乳清酸酶
乳清苷酸焦磷酸化酶／Mg2+ 二氢乳清酸脱氢酶
乳清苷酸脱羧酶
（3） 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（动物） 细菌） 尿嘧啶核苷三磷酸可直接与 （动物） 反应，生成胞嘧啶核苷三磷酸。 反应，生成胞嘧啶核苷三磷酸。
二、脱氧核糖核酸酶
只能水解DNA磷酸二酯键的酶。 只能水解DNA磷酸二酯键的酶。 DNA磷酸二酯键的酶 牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseⅠ） 牛胰脱氧核糖核酸酶（DNaseⅠ）： 可切割双链和单链DNA 降解产物为3 DNA， 可切割双链和单链 DNA， 降解产物为 3’ - 磷酸 为末端的寡核苷酸。 为末端的寡核苷酸。 限制性核酸内切酶： 限制性核酸内切酶： 细菌产生的、能识别并特异切割外源DNA DNA特定 细菌产生的 、 能识别并特异切割外源 DNA 特定 中的磷酸二脂键( 序列中的磷酸二脂键 对碱基序列专一） 序列中的磷酸二脂键(对碱基序列专一）的核酸内 切酶。 切酶。
生物化学下-第33章 核酸的降解与核苷酸代谢
磷酸核糖焦磷 酸激酶 转酰胺酶
次黄嘌呤核苷 酸脱氢酶
➢ 嘌呤核苷酸合成的抗代谢物
抗代谢物的概念:在化学结构上与正常代谢物（底物 或辅酶）结构相似，具有竞争性拮抗正常代谢的 物质。
机制:竞争性抑制或“以假乱真”方式干扰或阻断核 苷酸的合成代谢，进而阻止核酸及蛋白质的生物 合成。
尿囊酸酶
尿囊素酶
尿囊酸 （硬骨鱼类）
小 AMP 结
GMP
嘌呤碱的最终 代谢产物
I
H 黄嘌呤氧化酶
X
G
黄嘌呤氧化酶
OH
N
N
OH
HO
N
N H
尿 酸 (uric acid)
3、代谢产物
•排尿酸动物：灵长类、鸟类、昆虫、排尿酸爬虫类 •排尿囊素动物：哺乳动物（灵长类除外）、腹足类 •排尿囊酸动物：硬骨鱼类 •排尿素动物：大多数鱼类、两栖类 •某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和CO2排出。 •植物分解嘌呤的途径与动物相似，产生各种中间产物 （尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）。 •微生物分解嘌呤类物质，生成NH3、CO2及有机酸（甲 酸、乙酸、乳酸、等）。
Lesch-Nyhan综合症（莱-尼综合症）：也称为自毁容貌 症，是由于次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶的遗传缺陷 引起的。缺乏该酶使得次黄嘌呤和鸟嘌呤不能转换为 IMP和GMP，而是降解为尿酸，过量尿酸将导致LeschNyhan综合症。手舞足蹈，咬指咬唇强迫自残。
5、嘌呤核苷酸 生物合成的调节
（二）嘌呤核苷酸的合成
1、 从头合成的概念及部位
①定义
利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳 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。
②合成部位
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生物化学核酸与核苷酸代谢
核酸是生物体内重要的生物大分子之一，它在细胞中起着重要的功能。
核苷酸是核酸的基本组成单元，包括核苷和磷酸。
在生物体内，核酸通过
一系列复杂的代谢途径参与了许多重要生物过程，如DNA和RNA的合成、
信息传递和遗传改变等。
本文将对核酸与核苷酸的代谢过程进行详细介绍。
核酸的合成主要包括两个过程，即碱基合成功能的合成和核苷酸合成
功能的合成。
在碱基合成功能的合成中，脱氨核苷酸（dNTP）被氨基酸转
氨酶催化生成脱氨核苷酸（dNDP）和谷氨酸。
在核苷酸合成过程中，核苷
酸被核苷酸合成酶催化，通过与降解核酸的反应途径相反的途径将核苷酸
合成为核苷酸骨架。
核苷酸的合成主要发生在细胞核内。
在细胞质中生成的核苷酸会通过
细胞核膜进行运输，然后通过核孔复合体进入细胞核。
核苷酸的合成过程
非常复杂，涉及多个酶和辅酶的参与。
核苷酸代谢的主要途径包括核苷酸的降解、拆分和再利用。
核苷酸降
解主要通过核苷酸酶催化，将核苷酸分解成核苷和磷酸。
然后，核苷被腺
苷脱氨酶催化，去除氨基团形成脱氨核苷。
最后，脱氨核苷被核苷酸酶催化，分解成基础核糖和异黄嘌呤酸。
核苷酸代谢的拆分过程可以产生能量
和分子间的信号分子。
其中，核苷酸降解产生的能量在生物体内的许多代
谢过程中发挥重要作用。
核苷酸的再利用过程主要发生在细胞质中。
在这个过程中，核苷酸通
过多个酶和辅酶的催化作用，被合成为新的核苷酸。
这个过程称为核苷酸
逆转录。
核酸和核苷酸代谢的异常可能导致许多疾病的发生。
例如，核酸代谢疾病在新生儿中比较常见，表现为尿中有大量的核苷、核糖和核苷酸。
遗传性疾病X染色体连锁性核苷酸酶缺乏症是由于核苷酸酶缺乏引起的，会导致血清脱氨核苷水平升高。
碱基合成功能的异常或缺陷也会引发一些疾病，如DNA合成的紊乱可能导致DNA复制错误和突变。
总之，核酸和核苷酸在生物体内发挥着重要的生理和生化功能，包括DNA和RNA的合成、遗传修复、能量和信号传导等重要过程。
核酸与核苷酸的代谢过程非常复杂，涉及多个酶和辅酶的参与。
核酸代谢异常可能导致许多疾病的发生。
对核酸与核苷酸代谢的深入研究将有助于进一步理解生物体内生物过程的调控机制，并有望为相关疾病的治疗提供新的靶点和策略。