第八章核酸的降解和核苷酸代谢
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核酸降解和核苷酸代谢
R-5'-P
R-5'-P
5-氨基咪唑-4-羧酸 核苷酸（CAIR）
5-氨基咪唑核苷酸 （AIR）
甲酰甘氨咪核苷酸 （FGAM）
O
C
HO
C
C H2N
N Asp
H2O
ATP
CH
N
合成酶
R-5'-PFra bibliotekCOOH OC
HC N C H
CH2
C
H2N COOH
延胡索酸 N
CH
N
裂解酶
R-5'-P
O
C
H2N
C
C H2N
二、嘌呤核苷酸的降解
AMP
GMP
嘌呤核苷酸的结构
AMP GMP
H(I) 黄嘌呤氧化酶
（次黄嘌呤）
X
G
（黄嘌呤）
黄嘌呤 氧化酶
嘌呤碱的最终 代谢产物
腺嘌呤脱氨酶含量极少 腺苷脱氨酶和腺苷酸脱氨酶活性较高
腺嘌呤脱氨基主要在 核苷和核苷酸水平
鸟嘌呤脱氨酶分布广
鸟嘌呤脱氨基主要 在碱基水平
嘌呤类在核苷酸、核苷和碱基三个水平上的降解
1. 从头合成途径
（1）尿嘧啶核苷酸的合成
2ATP 2ADP+Pi
Gln + HCO3氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ
(CPS-Ⅱ )
H2N C OPO3H2 + Glu
O
氨甲酰磷酸
CO2 + NH3 + H2O
2ATP N-乙酰谷氨酸
2ADP+Pi
氨基甲酰磷酸
Pi
线粒体
鸟氨酸
瓜氨酸
鸟氨酸循环
鸟氨酸
尿素
核酸结构功能与核苷酸代谢
第八章核酸结构、功能与核苷酸代谢第八章核酸结构、功能与核苷酸代谢核酸(nucleic acid)根据所含戊糖差别，分为脱氧核糖核酸(DNA)导言:本章开始介绍，遗传物质的储存、和核糖核酸(RNA)。
DNA主要存在于细胞核，线粒体内也存在有DNA;传递和表达RNA存在于细胞质和细胞核内。
的有关内容。
画图讲解强调:T与U的区别。
由学生自己总结。
第一节核酸的化学组成核酸基本组成单位:核酸的基本组成单位是核苷酸;核苷酸完全水解一、碱基碱基是含氮杂环化合物，有两类:嘌呤与嘧定。
其中嘌呤分为腺嘌呤提问:DNA与RNA碱基的异同点。
二、戊糖 DNA中含β-D-2-脱氧核糖;RNA中含β-D-脱氧核糖。
三、核苷戊糖的第1位碳原子分别与嘌呤碱的第9位N原子和嘧啶碱的第1位N原子通过糖苷键相连接形成核苷。
戊糖若为脱氧核糖，称为脱氧核苷。
提问:几种核苷的命名。
四、核苷酸核苷与磷酸通过磷酸酯键连接，即为核苷酸。
含脱氧核糖者称为脱氧核糖核苷酸(脱氧核苷酸)。
生物体内多数生成5′-核苷酸。
DNA和RNA基本单位: 组成RNA的核糖核苷酸主要有AMP、GMP、CMP及UMP 4种; 组成DNA的脱氧核苷酸主要有 dAMP、dGMP、dCMP及 dTMP 4种。
游离的核苷酸: 在体内还存在有重要生理功能的游离核苷酸。
如3′、5′-环状腺苷酸(cAMP);3′、5′-环状鸟cGMP和激素的作用有非常密切关系，人们把cAMP称为苷酸等，cAMP、激素的“第二信使”。
ATP是体内能量的直接来源和利用形式。
细菌DNA中含有众多的非甲基化的CpG模体，此模体对哺乳动物的免疫细胞具有刺激作用。
研究人员正试图利用它进行疫苗的制备、肿瘤治疗与阻止免疫变态的反应的发生。
第二节 DNA的结构与功能3′-5′磷酸二酯键是每一、DNA的一级结构定义:DNA分子中核苷酸的排列顺序及其连接方式。
也可用碱基顺序来表示核酸的一级结构。
以3′-5′磷酸二酯键相连接。
核酸的降解及核苷酸的代谢概述核酸是一种高分
3、合成特点：嘌呤核苷酸的合成并不是先单独合成嘌呤环，再与磷酸和核
糖结合成嘌呤核苷酸，而是合成开始就从5— —R起沿着合成核苷酸的途径，
经过11步酶促反应，先合成次黄嘌呤核苷酸（IMP），再转变为其它的嘌呤核苷
酸，因此称之为“从头合成途径”。
4、IMP的合成：从5——R→→→IMP十一步反应中，催化第一步反应的 酶是磷酸核糖焦磷酸激酶，第二步反应由磷酸核糖转酰胺酶（氨基转移酶）催化 这二个酶均是可调节酶
①排尿酸药物，如水杨酸、辛可劳、丙磺舒等。可降低肾小管对尿酸的重吸 收， 增加尿酸排出。
（2） 嘌呤氧化酶抑制剂：别嘌呤醇 其结构与次黄嘌呤很相似，可竞争性抑制黄嘌呤氧化酶，以减少尿酸的产生， 故可治疗痛风症（一种继发性嘌呤核苷酸代谢紊乱症，由于尿酸在体内积累所至
）二。 2、嘌呤核苷酸的合成代谢：
用同位素标记的化合物做实验，证明生物体内合成嘌呤环的前体有：
第一节
核酸的消化与吸收
食物中所含的核酸和蛋白质结合，故消化过程开始之前，核酸先在胃酸 作用下与蛋白质分开：食物中核蛋白 H+ 蛋白质、核酸（DNA、RNA）
一、消化：
（一）部位：小肠
RNA酶：水解核糖核酸
胰液—核酸酶
DNA酶：水解脱氧核糖核酸
（二）参与消化的酶：
多核苷酸酶：
小肠液—
（三）消化过程：
核苷酸酶：
可能是因为体内如脾、脑、骨髓等重要组织器官不能从头合成嘌呤核苷酸，而主要通过补 救途径合成嘌呤核苷酸。
（三）嘌呤核苷酸合成代谢的调节：
二个长负反馈： GDP
磷酸核糖焦磷酸激酶
ADP
GMP、GTP 二个短负反馈： GMP
AMP
磷酸核糖氨基转移酶 次黄嘌呤核苷酸脱酶 腺苷琥珀酸合成酶
核酸的降解和核苷酸代谢
UMP（CMP） + ADP
（2）磷酸核糖转移酶途径（尿嘧啶）
尿嘧啶 + 5-PRPP
尿嘧啶磷酸核糖转移酶
UMP + PPi
精选课件
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。 一、 核糖核苷酸的还原
ADP GDP CDP UDP
dADP dGDP dCDP dUDP
dUMP
dTMP 还原反应一般在核苷二磷酸（NDP）水平上进行
核苷二磷酸激酶／Mg2+
UTP + ADP
CTP合成酶
UTP + Gln（NH4+）+ ATP + H2O
CTP + Glu +ADP+ Pi
精选课件
二、 补救途径 （1） 嘧啶核苷激酶途径（重要途径）
核苷磷酸化酶
嘧啶碱 + 1-磷酸核糖
嘧啶核苷 + Pi
尿苷激酶／Mg2+
尿苷（胞苷） + ATP
核酸的降解和核苷酸代谢 核酸的降解
各种功能
核酸
核苷酸 核苷+磷酸
核糖+碱基
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
核酸酶
核苷酸酶
核苷酸
核苷
+
核苷磷酸化酶
磷酸
碱基
+
戊糖-1-磷酸
精选课件
一、 核酸的酶促降解
生物化学ii(苏维恒)核酸的降解与核苷酸代谢PPT课件
核苷酸的利用
核苷酸是细胞内重要的能源物质 和生物大分子合成的原料，可以 用于DNA和RNA的合成，以及作 为信号分子和代谢调节分子。
04
核苷酸代谢的调控
核苷酸合成与分解的平衡
80%
合成与分解的动态平衡
核苷酸在细胞内不断合成与分解 ，维持着动态平衡，以满足细胞 正常的代谢需求。
100%
合成途径
核苷酸主要通过嘌呤和嘧啶合成 的途径进行合成，这些途径需要 多种酶的参与和特定的前体物质 。
授课对象
生物科学、生物技术专业本科生
课程大纲
介绍核酸的组成、结构及其在生物体内的功能； 讲解核酸的降解途径，包括内切核酸酶、外切核 酸酶等的作用机制；深入探讨核苷酸的合成与分 解代谢，包括嘌呤、嘧啶核苷酸的合成与分解过 程。
讲师介绍
95% 85% 75% 50% 45%
0 10 20 30 40 5
随着基因组学、蛋白质组学和代谢组 学等技术的发展，核苷酸代谢的研究 将更加深入和全面。未来，核苷酸代 谢研究将更加注重跨学科的合作与交 流，综合运用多种技术手段，从多个 角度全面揭示核苷酸代谢的奥秘。
展望未来，核苷酸代谢研究将在疾病 诊断和治疗方面发挥越来越重要的作 用。针对核苷酸代谢异常引起的疾病 ，将开发出更加有效的药物和治疗方 法，为人类的健康事业做出更大的贡 献。同时，随着核苷酸代谢研究的深 入，人们对于生命的认识也将更加全 面和深入，为生命科学的发展注入新 的活力。
生物化学II(苏维恒)核酸的降 解与核苷酸代谢PPT课件
目
CONTENCT
录
• 引言 • 核酸的降解 • 核苷酸的代谢 • 核苷酸代谢的调控 • 核苷酸代谢异常与疾病 • 总结与展望
01
引言
核苷酸是细胞内重要的能源物质 和生物大分子合成的原料，可以 用于DNA和RNA的合成，以及作 为信号分子和代谢调节分子。
04
核苷酸代谢的调控
核苷酸合成与分解的平衡
80%
合成与分解的动态平衡
核苷酸在细胞内不断合成与分解 ，维持着动态平衡，以满足细胞 正常的代谢需求。
100%
合成途径
核苷酸主要通过嘌呤和嘧啶合成 的途径进行合成，这些途径需要 多种酶的参与和特定的前体物质 。
授课对象
生物科学、生物技术专业本科生
课程大纲
介绍核酸的组成、结构及其在生物体内的功能； 讲解核酸的降解途径，包括内切核酸酶、外切核 酸酶等的作用机制；深入探讨核苷酸的合成与分 解代谢，包括嘌呤、嘧啶核苷酸的合成与分解过 程。
讲师介绍
95% 85% 75% 50% 45%
0 10 20 30 40 5
随着基因组学、蛋白质组学和代谢组 学等技术的发展，核苷酸代谢的研究 将更加深入和全面。未来，核苷酸代 谢研究将更加注重跨学科的合作与交 流，综合运用多种技术手段，从多个 角度全面揭示核苷酸代谢的奥秘。
展望未来，核苷酸代谢研究将在疾病 诊断和治疗方面发挥越来越重要的作 用。针对核苷酸代谢异常引起的疾病 ，将开发出更加有效的药物和治疗方 法，为人类的健康事业做出更大的贡 献。同时，随着核苷酸代谢研究的深 入，人们对于生命的认识也将更加全 面和深入，为生命科学的发展注入新 的活力。
生物化学II(苏维恒)核酸的降 解与核苷酸代谢PPT课件
目
CONTENCT
录
• 引言 • 核酸的降解 • 核苷酸的代谢 • 核苷酸代谢的调控 • 核苷酸代谢异常与疾病 • 总结与展望
01
引言
第八章 核酸的酶促降解
平齐末端 5ˊ突出的粘性末端 3ˊ突出的粘性末端 粘性末端： 经限制性内切酶水解后形成的线状双链 DNA 中每条单链的一端带有 识别顺序中的几个互补碱基，这样的末端称为粘性末端。 d.由于Ⅱ型限制性内切酶识别并切割特定顺序，使大分子 DNA 产生特定片段， 这是重组 DNA 技术和快速测序法得以建立的重要基础。作为分子生物学技术的工具，
生物化学: 核酸的酶促降解和核苷酸代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 1 页 共 8 页
第八章 核酸的酶促降解和核苷酸代谢
第一节 核酸的酶促降解 第二节 核苷酸的降解代谢 第三节 核苷酸的合成代谢
1
生物化学: 核酸的酶促降解和核苷酸代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 2 页 共 8 页
一、降解方式
3
生物化学: 核酸的酶促降解和核苷酸代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 4 页 共 8 页
应用极广。
限制性内切酶的命名较为特殊：如大肠杆菌的一种限制性内切 E——EcoRI
E coR I
细菌属
酶编号
菌名 菌株
5ˊ pGAATTCp
3ˊ 5ˊ pG pAATTCp
3ˊ
3ˊ pCTTAAG
5ˊ 3ˊ pCTTAAp Gp 5ˊ
5
生物化学: 核酸的酶促降解和核苷酸代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 6 页 共 8 页
R5 P ATP
Gln Gly
甲酸
CO2 甲酸 Gln Asp
G TP A sp
AMP
PRPPP P OCH2 O P P
IMP GMP
G ln A T P
二、嘧啶核苷酸的合成
（一）嘧啶环组成成分来源
氨甲酰磷酸 Asp
UDP
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第八章 核酸的酶促降解和核苷酸代谢
第一节 核酸的酶促降解 第二节 核苷酸的降解代谢 第三节 核苷酸的合成代谢
1
生物化学: 核酸的酶促降解和核苷酸代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 2 页 共 8 页
一、降解方式
3
生物化学: 核酸的酶促降解和核苷酸代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 4 页 共 8 页
应用极广。
限制性内切酶的命名较为特殊：如大肠杆菌的一种限制性内切 E——EcoRI
E coR I
细菌属
酶编号
菌名 菌株
5ˊ pGAATTCp
3ˊ 5ˊ pG pAATTCp
3ˊ
3ˊ pCTTAAG
5ˊ 3ˊ pCTTAAp Gp 5ˊ
5
生物化学: 核酸的酶促降解和核苷酸代谢 山农大生物化学与分子生物学系 第 6 页 共 8 页
R5 P ATP
Gln Gly
甲酸
CO2 甲酸 Gln Asp
G TP A sp
AMP
PRPPP P OCH2 O P P
IMP GMP
G ln A T P
二、嘧啶核苷酸的合成
（一）嘧啶环组成成分来源
氨甲酰磷酸 Asp
UDP
核酸的降解和核苷酸代谢
甲酰FH4
合成酶
关键酶
18
⑵ IMP → → →AMP﹑GMP
6
2
6
2 19
（二） 嘌呤核苷酸的补救合成
两个酶：① 腺嘌呤磷酸核糖转移酶（APRT）
② 次黄嘌呤(鸟嘌呤)磷酸核糖转移酶（HGPRT） 反应： 腺嘌呤 ＋ PRPP APRT AMP ＋ PPi
次黄嘌呤 ＋ PRPP HGPRT IMP ＋ PPi
2. 补救合成途径（salvage pathway）: 利用游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应过程，
合成嘌呤核苷酸的过程。 （脑﹑骨髓等只能进行此途径）
14
（一）嘌呤核苷酸的从头合成
组织：肝﹑小肠粘膜及胸腺 细胞内定位：细胞液 嘌呤环中各 碳、氮原子的来源： 甲酸盐
甲酸盐 15
⒈ 合成途径 两个阶段： ⑴ 5-磷酸核糖→ → →次黄嘌呤核苷酸（IMP） ⑵ IMP → → →AMP﹑GMP
源双链DNA的核酸内切酶，可用于特异切割 DNA,常作为工具酶。
4
核酸外切酶对核酸的水解位点
BBBBBBBB
5´ p
p
p
p
p
p
p
p
OH 3´
牛脾磷酸二酯酶
（ 5´端外切5得3）
DNA/RNA
蛇毒磷酸二酯酶
（ 3´端外切3得5） DNA/RNA
5
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。
六核苷酸，粘端切口 六核苷酸，粘端切口
Eco R I Hind Ⅲ
核酸的酶促降解与苷酸代谢
C
HN
CH
C O
CH
N H
尿嘧啶
NADPH
+ H+
NADP +
O
C
HN
C H2
C
CH 2
O
N H 二氢尿嘧啶
H 2O
H 2N
C O
CO OH C H2
CH 2 N H
H 2O
H 2N
CH 2 CH 2 CO OH
β-丙 氨 酸
HN C
O
HN C
O
O
C C CH 3
CH N H
NADPH
胸腺嘧啶 + H+
两栖类------尿素、乙醛酸
医学ppt
10
最终产物
人、灵长类、鸟类、爬行类等------尿酸 其他哺乳动物----尿囊素 硬骨鱼类------尿囊酸 两栖类------尿素、乙醛酸 植物---------尿囊酸
医学ppt
11
二
嘧 啶 的 分 解
N
C O
NH 2 C
CH
CH
N H
胞嘧啶
NH 2
O
医学ppt
6
第二节 核苷酸的分解代谢
一、核苷酸的分解代谢 二、嘌呤的分解代谢 三、嘧啶的分解代谢
医学ppt
7
一、核苷酸的分解代谢
核苷酸 核苷酸酶 核苷 核苷酶 碱基 ＋ 核糖
Pi
核苷磷酸化酶
1-磷酸核糖 碱基
医学ppt
8
二、嘌呤的分解
NH2
N
N
N
N H
O HN
N O
HN
H2N
N
O
N
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从头合成
ATP
（CO2/NH3/AA/戊糖）
核苷酸
半合成（补救合成）
的两条途径
补救途径
从头合成
核苷 碱基
核糖、氨基酸、CO2、NH3
辅酶
核糖核苷酸
脱氧核苷
脱氧核苷酸
RNA
DNA
1. 嘌呤核苷酸的合成
CO2
Asp 一碳单位
6
N
15
7
8C
24
3
9
N
Gln
甘氨酸 一碳单位
降解
核酸
核苷酸
Pi
核苷
戊糖
碱基
二、核苷酸的分解代谢
1.嘌呤碱的分解
NH 2 N
N
N H
N
次黄嘌呤
黄嘌呤
NH3 + CO2
（微生物）
G
R NH2
尿酸（醇式）
尿素
2.嘧啶碱的分解
NH 2 N
N
O
H
NH2
O
NH
还原 二氢尿嘧啶
N
O
H
（开环）
H2O
Β－丙AA
H2O
Β－脲基丙酸
三、核苷酸的生物合成
概述： 基本途径
N5,N10-次甲基四氢叶酸
2. 嘧啶核苷酸的合成
Gln Asp
CO2
第八章核酸的降解和核苷酸代谢
一、核酸的酶促降解
1.核酸水解：
DNA 稳定，耐酸碱
RNA 易水解：碱中水解
2. 酶促水解：
RNA:
RNase(酶稳定、耐高温)
DNA:
DNase(种类多、工具酶)
作用类别：
核酸内切酶 磷酸二酯酶 核酸外切酶 磷酸单酯酶
非特异性 特异性
3.限制性核酸内切酶
（Restriction endonuclease）
具有识别双链DNA分子中特定核苷酸序 列，并由此切割DNA双链的核酸内切酶 统称为限制性核酸内切酶
发现： 1952， Smith Human 用T4 phage 感染E.coli. 提出了限制与修饰现象。
命名：
三字母： 属名＋种名＋株名
Ⅰ类：内切、修饰，识别与切割位点不一致 Ⅱ类：识别与切割位点统一 Ⅲ类：切割方式基本同Ⅱ类