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第十一章核酸的代谢

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生物化学-核酸的代谢

生物化学-核酸的代谢

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RNA的合成和降解
RNA合成
RNA的合成是指以DNA的一条链为模板，合成RNA的过程。在RNA聚合酶的作用下，按照碱基互补配对原则， 逐个添加核糖核苷酸形成RNA链。
RNA降解
RNA降解是指RNA在细胞内的分解过程。RNA降解由多种酶催化，包括核糖核酸酶和脱氨酶等。这些酶能够将 RNA分解成单核苷酸或更小的片段，以便重新利用或排出体外。
核酸具有紫外吸收特性，最大吸收峰 在260nm处，可用于核酸的定量分析。
核酸分子具有变性和复性的特点，在 一定条件下可以发生解旋和复性过程。
核酸分子具有黏性，可以形成DNA双 螺旋结构，这种黏性与DNA的长度和 浓度有关。
02
核酸的合成
DNA的复制
01
02
03
复制的起始
DNA复制起始于特定的起 始点，称为复制子或复制 起始点。
通过研究DNA损伤修复机制 的异常，可以更好地了解癌 症的发病机制，并开发出更 有效的预防和早期诊断方法 。此外，这种机制的研究也 有助于发现新的治疗靶点， 为癌症治疗提供新的思路。
病毒感染与RNA复制
要点一
总结词
RNA复制是病毒生命周期的重要环节，也是抗病毒药物的 主要作用靶点。
要点二
详细描述
病毒是一种非细胞生物，它们必须寄生在宿主细胞内才能 进行复制和繁殖。RNA复制是病毒生命周期中的关键步骤 之一，它涉及到病毒RNA的合成和转录。这个过程是由病 毒自身的酶催化完成的，而这些酶也成为抗病毒药物的主 要作用靶点。通过抑制病毒RNA复制酶的活性，可以有效 地阻止病毒的复制和传播，从而达到治疗疾病的目的。
05
核酸代谢异常与疾病
基因突变与疾病

第十一章 核苷酸代谢

第十一章 核苷酸代谢


续；
叶酸结构类似物
阅读：

氨甲蝶呤是一类重要的抗肿瘤药物，对急性白血病、绒 毛膜上皮癌等有一定疗效。这类药物能够抑制肿瘤细胞 核酸的合成，但对正常细胞亦有影响，故毒性较大，限 制了临床上的运用；

作为二氢叶酸还原酶特异抑制剂，在实验室可用于配制
选择培养基，筛选抗性基因或鉴定胸腺嘧啶核苷激酶基
因，十分有用。
UMP是胞苷酸（CMP）和胸苷酸（TMP）的前体； 合成嘧啶核苷酸时首先形成嘧啶环（与嘌呤核苷酸不
同），再与PRPP结合成为UMP；

关键中间化合物 —— 乳清酸；
生物利用CO2、NH3、Asp、PRPP首先合成尿苷酸(UMP)
P240图11-9
UMP是胞苷酸（CMP）和胸苷酸（TMP）的前体
P240图11-10194 Nhomakorabea年 结论：DNA是生命的遗传物质

更有说服力的噬菌体实验
1952 年 ， Hershey 和 Chase 病毒（噬菌体） 放射性同位素 35S标记病毒 的蛋白质外壳， 32P标记病 毒的DNA内核，感染细菌。 新复制的病毒，检测到了 32P标记的DNA，没有检测到 35S标记的蛋白质， DNA在病毒和生物体复制或 繁殖中的关键作用。 8年的时间
结果说明：加热杀死的S型肺炎球菌中一定有某种特 殊的生物分子或遗传物质，可以使无害的R型肺炎球 菌转化为有害的S型肺炎球菌 这种生物分子或遗传物质是什么呢？
纽约洛克非勒研究所
Avery
从加热杀死的S型肺炎球菌将蛋白质、核酸、多糖、脂 类分离出来，分别加入到无害的R型肺炎球菌中，
结果发现，惟独只有核酸可以使无害的R型肺炎球菌转 化为有害的S型肺炎球菌。

生物化学第十一章

生物化学第十一章

氨甲酰磷酸
嘧啶核苷酸合成途径
2.胞苷酸的合成：
3.脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成：
嘧啶核苷酸的补救合成途径：
补救合成途径： 由分解代谢产生的嘧啶/ 嘧啶核苷转变为嘧啶核苷酸的过程称为补 救合成途径(salvage pathway)。以 嘧啶核苷的补救合成途径较重要。
嘧啶核苷酸补救合成途径
尿嘧啶+PRPP UMP+PPi
二、嘌呤类似物和嘧啶类似物
1、嘌呤类似物主要有6-巯基嘌呤（6-MP）、2， 6-二氨基嘌呤、8-氮鸟嘌呤等。 2、嘧啶类似物主要有5-氟尿嘧啶（5-FU）和6氮尿嘧啶（6-AU）等。
6-巯基嘌呤（6-MP）的作用机理是什么？
6-MP其结构与次黄嘌呤类似（C6上巯基取代了羟 基），它可进入体内竞争性地抑制次黄嘌呤-鸟 嘌呤磷酸核糖转移酶，抑制了IMP 和GMP 的补 救合成。 6-MP还可经磷酸核糖化而转变为6-巯基嘌呤核苷 酸，从而抑制IMP 转变成AMP 和GMP。 6-巯基嘌呤核苷酸还可反馈抑制嘌呤核苷酸从头 合成的调节酶（磷酸核糖酰胺转移酶），使 PRA合成受阻，从而干扰IMP、AMP 和GMP 的合成。
限制性核酸内切酶：分为3种类型
（1）Ⅰ类：由3种不同亚基构成，兼具修饰酶活 性和依赖于ATP 的限制性内切酶活性，需要 Mg2+、S-腺苷甲硫氨酸及ATP的参与。复杂的 多功能酶，在基因工程上的应用价值不大。 （2）Ⅱ类：相对分子量较小，能识别双链DNA 上特异的核苷酸序列，底物作用的专一性强， 且识别序列与切断序列相一致，在分子生物学 中应用最广。 （3）Ⅲ类：只由一条肽链构成，仅需Mg2+，切 割DNA 特异性最强。
Recognize site
1-1.5kb

第十一章核酸的降解与核苷酸代谢

第十一章核酸的降解与核苷酸代谢

（3）5-磷酸核糖胺在ATP参与下与甘氨酸 合成甘氨酰胺核苷酸。催化此反应的酶 是甘氨酰胺核苷酸合成酶。
（4）甘胺酰胺核苷酸在甘胺酰胺核苷酸甲 酰基转移酶作用下生成甲酰甘胺酰胺核 苷酸。
（5）甲酰甘胺酰胺核苷酸与谷氨酰胺、 ATP作用，闭环之前在第3位上加上氮原 子。催化此反应的酶是甲酰甘氨咪唑核 苷酸合成酶。
（6）闭环
在氨基咪唑核苷酸合成酶作用下生成5氨基咪唑核苷酸。
（7）六员环的合成开始
在氨基咪唑核苷酸羧化酶催化下， 5氨基咪唑核苷酸与二氧化碳生成5-氨基 咪唑-4-羧酸核苷酸。
（8）嘌呤环的第1位氮的固定
在氨基咪唑琥珀酸氨甲酰核苷酸合成 酶催化下， 5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸与 天冬氨酸和ATP生成5-氨基咪唑-4-琥珀 酸甲酰胺核苷酸。
途径二：
尿嘧啶 + 5-磷酸核糖焦磷酸 UMP磷酸核糖转移酶
尿嘧啶核苷酸+PPi
胞苷酸
胞苷磷酸化酶
胞嘧啶 + 1-磷酸核糖
胞嘧啶核苷 + Pi
尿苷激酶
胞嘧啶核苷 + ATP
胞嘧啶核苷酸 + ADP
二 脱氧核糖核苷酸的合成
(一)、 二磷酸脱氧核糖核苷的生成：
即：dADP、dGDP、dCDP、dUDP 需一步完成，dTDP需二步完成。 在生物体内，A、G、C、U四种核糖核苷酸均可被还原成相应的脱氧核糖核
一、核糖核苷酸的生物合成
（一）嘌呤核糖核苷酸的合成
1、从头合成路线
原料：CO2、甲酸盐、甘氨酸、天冬氨酸、谷 氨酰胺
核糖碳架来源：5—P核糖+ATP 核糖—1—焦磷酸 （PRPP）
5—磷酸
过程：先直接合成次黄嘌呤核苷酸（IMP，肌 苷酸），不先形成嘌呤环，再转变为腺苷酸AMP、 黄苷酸XMP、尿苷酸GMP。

第十一章核酸的降解和核甘酸代谢ppt课件

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（植物）
H2O尿囊
素酶
尿囊酸
CO2+H2O2
尿囊酸酶
2H2O+O2
爬虫、鸟类）
（鱼类、两栖类）
尿素 + 乙醛酸
(硬骨鱼)
H2O
2H2O
脲酶
脱氨 氧化 水解
4NH3 + 2CO2
（海洋无脊椎动物）
痛风症的治疗机制
鸟嘌呤 次黄嘌呤
黄嘌呤氧化酶
黄嘌呤
尿酸
别嘌呤醇
三、嘧啶的降解：
胞嘧啶胞嘧啶脱氨酶 尿嘧啶 二氢尿嘧啶脱氢酶
P-P-CH2
O
N
ATP 、Mg2+
核糖核苷酸还原酶 （B1和B2）
P-P-CH2
O
N
+ H2O
OH OH 核糖核苷二磷酸ADP、GDP、CDP、UDP
OH H 脱氧核糖核苷二磷酸
（2）胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成
➢ 由尿嘧啶脱氧核苷酸（dUMP）经甲基化生成。 Ser提供甲基，NADPH提供还原当量。
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。
第二节 核苷酸的分解代谢
一、核苷酸的降解
核苷酸 + H2O 核苷酸核酶 苷+Pi 核苷 + H2O 核苷水解嘌酶呤（或嘧啶）+戊糖 （核苷水解酶主要存在于植物和微生物体内，并且 只能对核糖核苷起作用，对脱氧核糖核苷不起作 用。） 核苷+ H3PO核4苷磷酸嘌化酶呤（或嘧啶）+1-磷酸戊糖
二氢尿嘧啶
H2O NH3
NAD(P)H+H+ NAD(P)+

第十一章物质代谢的相互联系及其调节

第十一章物质代谢的相互联系及其调节

CTP
血红素合成 ALA合成酶
血红素
（2）变构酶的特点及作用机制
变构酶常由多个亚基构成； 变构效应剂可通过非共价键与调节亚基结合，引起酶构
象改变（T态和R态）或亚基的聚合、分离从而影响酶 的活性； 变构酶的酶促反应动力学不符合米曼氏方程式； 变构效应剂常常是酶的底物、产物或其他小分子中间代 谢物。 变构调节过程不需要能量。
(CH2)4CO HS Co
OH
AO
CH
3
CO
P
丙酮酸脱氢 酶
O CH HC TT
S
二氢硫辛酸 转乙酰酶
C C S Co
H3
A
H SH
(CH2)4CO OH
2 3
HP
S
(CH2)4CO OH
S
S
FAD H2
二氢硫辛酸
脱氢酶 FA D
丙酮酸氧化脱羧
NFAA
D+
NADH +H+
乙酰 丙二酸单 β-酮脂酰转移酶 酰转移酶 合成酶
第一节
物质代谢的相互联系
一、物质代谢的特点
物质代谢的整体性 物质代谢的可调节性 组织器官代谢的特色性 不同来源代谢物代谢的共同性 能量储存的特殊性 NADPH为合成代谢提供还原当量
二、物质代谢的相互联系
（一）能量代谢上的相互联系
物质代谢过程中所伴随的能量的贮存、释放、转移和利 用等称为能量代谢。
现出激素的生物学效应。 根据激素作用受体部位不同，激素可分为：细胞膜受
体激素和细胞内受体激素。
三、整体水平的代谢调节
1.应激状态下的代谢调节
应激是机体在一些特殊的情况下，如严重创伤、感染、中 毒、剧烈的情绪变化等所作出的应答性反应。

11章核苷酸代谢

11章核苷酸代谢

二、嘧啶核苷酸的生物合成
嘧啶环原子的来源
4 3 2
NH3 CO2
C
N C
1
5
C
天冬氨酸
6
C
N
嘧啶环原子来源：NH3、CO2、Asp 特点： 先利用小分子化合物形成嘧啶环，再与核糖 磷酸（PRPP提供）结合成乳清酸，(与嘌呤核苷 合成的区别)然后生成UMP。其他嘧啶核苷酸由 尿苷酸转变而成。
此过程主要在肝细胞的胞液中进行。除了二氢乳清酸脱 氢酶位于线粒体内膜上外，其余均位于胞液中。
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）。
PP-1-R-5-P
5’－磷酸核糖－1’－焦磷酸
AMP ATP PRPP合成酶
（5-磷酸核糖）
R-5-P
PRPP
酰胺转移酶
谷氨酰胺
谷氨酸 在谷氨酰胺、甘氨酸、一 碳单位、二氧化碳及天冬 氨酸的逐步参与下
二、嘌呤核苷酸的从头合成 嘌呤环上原子的来源
甘氨酸
天冬氨 酸
甲 酸 或甲酰基
甲 酸 谷 酰 氨 胺
嘌呤环原子来源：Asp、Gln、 Gly、甲酸、CO2 合成部位：胞液 特点： 嘌呤最初不是以游离碱基的形式合成，而 是从5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP) 开始，经一系 列酶促反应，先生成次黄嘌呤核苷酸(肌苷酸, IMP)，然后再转变为AMP和GMP。
甲酰甘氨脒核苷酸FGAM
－5′－P
磷酸核糖甲酰 甘氨脒合成酶
－5′－P
⑤甲酰甘氨脒核苷酸FGAM
5-氨基咪唑核苷酸(AIR)
－5′－P
氨基咪唑核 苷酸合成酶
－5′－P
⑥ ⑦ 5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸的生成：

《生物化学》第十一章

《生物化学》第十一章
- 17 -
第一节
核苷酸的合成代谢 二、嘧啶核苷酸的合成代谢
2．CTP 的合成 UMP 是所有其他嘧啶核苷酸的前体。由尿嘧啶核苷酸转变成胞嘧啶核苷酸是 在核苷三磷酸水平上进行的。UMP 经尿苷酸激酶和二磷酸核苷激酶的作用， 先生成 UTP（三磷酸尿苷），然后在 CTP 合成酶的催化下，由谷氨酰胺提供 氨基，使 UTP 转变为 CTP（三磷酸胞苷）。此过程消耗 1 分子 ATP 。
- 18 -
第一节
核苷酸的合成代谢 二、嘧啶核苷酸的合成代谢
3．dTMP的合成 脱氧胸腺嘧啶核苷酸（dTMP）由脱氧尿嘧啶核苷酸（dUMP）甲基化生成。催 化此反应的酶是胸苷酸合酶，N5, N10-甲烯四氢叶酸为甲基供体。 在正常的肝细胞中，胸苷酸合酶活性很低，当肝里出现恶性肿瘤时，此酶活性 升高。而且，肿瘤的恶性程度与胸苷酸合酶的活性值成正相关。
- 32 -
第三节 核苷酸的抗代谢物
四、核苷类似物
阿糖胞苷、环胞苷是改变了核糖结 构的核苷类似物。阿糖胞苷能抑制 CDP （二磷酸胞苷）还原成 dCDP（二磷酸脱 氧胞苷），进而影响 DNA 的合成，它是 重要的抗癌药。
的 6 位酮基被氨基取代即为 AMP。此反应分为两步： ① 由腺苷酸代琥珀酸合成酶催化，GTP（三磷酸鸟苷）水解供能，天冬氨酸的氨基 与IMP相连生成腺苷酸代琥珀酸。 ② 腺苷酸代琥珀酸在腺苷酸代琥珀酸裂解酶作用下脱去延胡索酸生成 AMP。
-9-
第一节
核苷酸的合成代谢 一、嘌呤核苷酸的合成代谢
GMP 的生成过程也包含了两步反应：
APRT 受 AMP 的反馈抑制，HGPRT 受 IMP 与 GMP 的反馈抑制。
- 12 -
第一节
核苷酸的合成代谢 一、嘌呤核苷酸的合成代谢

第十一章 核苷酸代谢

第十一章 核苷酸代谢

第十一章核苷酸代谢一、名词解释1、核苷酸的从头合成2、核苷酸的补救合成3、核酸酶4、限制性核酸内切酶二、填空1、嘌呤、嘧啶核苷酸合成过程中共同需要的酶是______。

2、嘌呤核苷酸合成的原料是CO2、______、______、甘氨酸、______和5-磷酸核糖，嘧啶核苷酸合成的原料是CO2、______、______。

3、嘌呤核苷酸从头合成的第一个核苷酸是，嘧啶核苷酸从头合成的第一个核苷酸是。

4、嘌呤核苷酸的合成中由IMP可转变成和，过量的ATP导致GMP合成，过量的GTP导致AMP合成。

5、人体内嘌呤核苷酸分解代谢的终产物是。

6、嘧啶碱分解最终产物为______、______、______或______。

7、参与嘌呤核苷酸合成的氨基酸有、和。

8、尿苷酸转变为胞苷酸是在水平上进行的。

9、生物体中的脱氧核苷酸的合成是由还原生成的。

在动物细胞中，还原反应以为还原剂，以为底物。

10、在嘌呤核苷酸的合成中，腺苷酸的C-6氨基来自；鸟苷酸的C-2氨基来自。

11、对某些碱基顺序有专一性的核酸内切酶称为。

12、核苷水解的产物是和；核苷磷酸解的产物是和。

三、单项选择题1、合成嘌呤和嘧啶都需要的一种氨基酸是：A．Asp B．Gln C．Gly D．Asn2、生物体嘌呤核苷酸合成途径中首先合成的核苷酸是：A．AMP B．GMP C．IMP D．XMP3、人类和灵长类嘌呤代谢的终产物是：A．尿酸B．尿囊素C．尿囊酸D．尿素4、动植物从核糖核苷酸生成脱氧核糖核苷酸的反应发生在：A．一磷酸水平B．二磷酸水平C．三磷酸水平D．以上都不是5、在嘧啶核苷酸的生物合成中不需要下列哪种物质：A．氨甲酰磷酸B．天冬氨酸C．谷氨酰氨D．核糖焦磷酸6、嘧啶合成需要：A. 氨基甲酰磷酸合成酶IB. 氨基甲酰磷酸合成酶IIC. HMG-CoA还原酶D. HMG-CoA裂解酶7、关于嘌呤核苷酸的合成描述正确的是：A．利用氨基酸、一碳单位和CO2为原料，首先合成嘌呤环再与5-磷酸核糖结合而成B．核-5-磷酸为起始物，在酶的催化下与ATP作用生成PRPP，再与氨基酸、CO2和一碳单位作用，逐步形成嘌呤核苷酸C．在氨基甲酰磷酸的基础上，逐步合成嘌呤核苷酸D．首先合成黄嘌呤核苷酸（XMP），再转变成AMP和GMP8、由dUMP转变成dTMP的甲基化反应中，甲基供给体是：A．S-腺苷甲硫氨酸B．S-腺苷同型半胱氨酸C．N5，N10-亚甲基四氢叶酸D．N5-甲基四氢叶酸9、体内脱氧核苷酸由核糖核苷酸还原生成时，其供氢体是：A. FADH2 B．NADH+H+ C．FMNH2 D．NADPH+ H+10、下列哪种物质不是嘌呤核苷酸从头合成的直接原料？A．甘氨酸B．天冬氨酸C．谷氨酸D．CO211、GMP和AMP分解过程中产生的共同中间产物是：A．XMP B．X C．IMP D．A12、dTMP合成的直接前体是：A．dUMP B．TMP C．TDP D．dUDP13、下列转变哪项不能直接进行？A．IMP→AMP B．AMP→IMP C．AMP→GMP D．IMP→XMP 14、合成嘌呤和嘧啶环的共同原料是：A．一碳单位B．甘氨酸C．谷氨酸D．天冬氨酸15、嘌呤核苷酸从头合成时，嘌呤环第4和第5位碳原子来自：A．甘氨酸B．谷氨酰胺C．CO2D．一碳单位16、人体内嘌呤核苷酸分解代谢的主要终产物是：A．尿素B．肌酸C．尿酸D．β-丙氨酸17、胸腺嘧啶的甲基来自：A．N l0-CHO -FH4B．N5,N l0=CH-FH4 C．N5，N l 0-CH2-FH4D．N5-CH3-FH4 18、磷酸核糖焦磷酸的英文缩写是：A．IMP B．PRPP C．PRA D．GAR19、嘧啶核苷酸合成特点是：A．在5-磷酸核糖上合成碱基 B. 由四氢叶酸提供一碳单位C．甘氨酸完整地掺入分子中 D. 先合成氨基甲酰磷酸20、为嘌呤环C8提供碳原子的是：A．N5-CH3-FH4 B．N5,N10-CH2-FH4 C．N5,N10=CH-FH4 D．N10-CHO-FH4 21、在哺乳动物，嘧啶核苷酸从头合成的主要调节酶是：A．PRPP合成酶B．乳清酸酶C．氨基甲酰磷酸合成酶II D．天冬氨酸氨基甲酰转移酶四、是非判断题（）1、尿嘧啶的分解产物β-丙氨酸能转化成脂肪酸。

核酸的代谢

核酸的代谢

第十一章核酸的代谢第一节核酸降解和核苷酸代谢⏹核酸的基本结构单位是核苷酸，核酸代谢与核苷酸代谢密切相关，细胞内存在多种游离的核苷酸，是代谢中极为重要的物质，几乎参加细胞内所有的生化过程：⏹ 1、核苷酸是核酸生物合成的前体。

⏹ 2、核苷酸衍生物是许多生物合成的中间物。

如：UDP-葡萄糖是糖原合成的中间物。

CDP-二脂酰甘油是磷酸甘油酯合成的中间物。

⏹ 3、ATP是生物能量代谢中通用的高能化合物。

⏹ 4、腺苷酸是三种重要辅酶：烟酰胺核苷酸（NAD NADP)、黄素嘌呤二核苷酸（FAD)和辅酶A的组分。

⏹ 5、某些核苷酸是代谢的调节物质。

⏹ cAMP,cGMP是许多激素引起的胞内信使⏹核酸降解为核苷酸，核苷酸还能进一步分解，在生物体内核苷酸可由其他化合物合成，某些辅酶的合成与核酸的代谢亦有关。

⏹讲授内容：核糖核酸、脱氧核糖核酸的分解与合成。

一. 核酸的解聚和核苷酸的降解⏹核酸降解酶种类⏹核酸外切酶: 催化核酸从3’端或5’端解聚,形成5’-核苷酸和3’-核苷酸。

⏹核酸内切酶: 水解核酸分子内的磷酸二酯键。

⏹限制性内切酶: 专一识别并水解外源双链DNA上特定位点的核酸内切酶。

⏹核苷酸降解酶：⏹核苷酸酶:核苷酸水解为核苷和磷酸。

⏹核苷酸 + H2O 核苷+Pi⏹核苷磷酸化酶: 水解核苷为碱基和戊糖-1-磷酸。

核苷 + 磷酸核苷磷酸化酶碱基 + 戊糖-1-磷酸⏹核苷水解酶: 水解核苷为碱基和戊糖。

⏹存在于植物和微生物中。

核糖核苷 + H2O 核苷水解酶碱基 + 戊糖只对核糖核苷作用，反应不可逆。

二. 碱基降解⏹㈠. 嘌呤碱的分解⏹⒈ 脱氨⏹动物组织腺嘌呤脱氨酶含量极少，而腺嘌呤核苷酸脱氨酶和腺嘌呤核苷脱氨酶的活性高，腺嘌呤的脱氨可在其核苷和核苷酸水平上进行。

⏹鸟嘌呤脱氨在鸟嘌呤水平上。

⏹鸟嘌呤核苷鸟嘌呤黄嘌呤尿酸⏹⒉ 转变为尿酸⏹鸟嘌呤 + H2O 鸟嘌呤脱氨酶黄嘌呤 + NH3⏹次黄嘌呤 + O2 + H2O 黄嘌呤氧化酶黄嘌呤 + H2O2⏹黄嘌呤 + O2 + H2 O 黄嘌呤氧化酶尿酸 + H2O2痛风：嘌呤代谢障碍有关,正常血液：2-6mg /100ml, 大于8mg/100ml,尿酸钾盐或钠盐沉积于软组织、软骨及关节等处,形成尿酸结石及关节炎,沉积于肾脏为肾结石,基本特征为高尿酸血症。

代谢的相互关系及调控

代谢的相互关系及调控

第十一章代谢的相互关系及调节控制I 主要内容本章重点讲了两个方面问题，一是生物体内不同物质代谢的相互联系，二是生物体内物质代谢的调控。

一、物质代谢的相互联系糖代谢、脂代谢、蛋白质代谢和核酸代谢是广泛存在于各种生物体内的四大物质代谢途径，不同途径之间的相互关系集中体现为各有所重，相互转化，又相互制约的关系。

二、代谢调节的一般原理代谢的调节控制方式有分子水平调节、细胞水平调节、激素水平调节和神经水平调节四种，其中神经水平调节是高等动物所特有的，细胞水平是所有生物体共有的，各种类型的调节都是由细胞水平来实现的。

细胞水平调控是一切调控的最重要基础，细胞水平调节主要分为酶的区域化分布调节、底物的可利用性、辅因子的可利用性调节、酶活性的调节、酶量调节五种形式。

（一）酶的区域化分布调节（二）底物的可利用性（三）辅助因子的可利用性（四）酶活性调节酶活性调节是通过对现有酶催化能力的调节，最基本的方式是酶的反馈调节，亦即通过代谢物浓度对自身代谢速度的调节作用，反馈调节作用根据其效应的不同分为正反馈调节和负反馈调节。

反馈是结果对行为本身的调节或输出对输入的调节，在物质代谢调节中引用反馈是指产物的积累对本身代谢速度的调节。

反馈抵制调节包括顺序反馈调节、积累反馈调节、协同反馈调节和同功酶调节四种。

(五) 酶量的调节细胞内的酶可以根据其是否随外界环境条件的改变而改变分为组成酶和诱导酶。

组成酶是催化细胞内各种代谢反应的酶，如糖酵解、三羧酸循环等。

诱导酶则是其含量可以随外界条件发生变化的一些酶类。

它的产生或消失可以使细胞获得或失去代谢某一种物质的能力。

1.原核生物基因表达调控操纵子学说是F. Jacob 和 J. Monod 于1961年首先提出来用于解释原核生物基因表达调控的一个理论。

该理论认为一个转录调控单位包括：结构基因、调节基因、启动子和操纵基因四个部分，其中操纵基因加上它所控制的一个或几个结构基因构成的转录调控功能单位称为操纵子。

第十一章 物质代谢的相互联系及其调节(编写)

第十一章 物质代谢的相互联系及其调节(编写)

第十一章物质代谢的相互联系及其调节第一节物质代谢的相互联系一、糖、脂、蛋白质在能量代谢上的相互联系二、糖、脂、蛋白质及核酸代谢之间的相互联系第二节物质代谢的调节一、细胞水平的代谢调节二、激素水平的代谢调节三、整体水平的代谢调节第十一章物质代谢的相互联系及其调节物质代谢、能量代谢与代谢调节是生命存在的三大要素。

生命体都是由糖类、脂类、蛋白质、核酸四大类基本物质和一些小分子物质构成的。

虽然这些物质化学性质不同，功能各异，但它们在生物体内的代谢过程并不是彼此孤立、互不影响的，而是互相联系、互相制约、彼此交织在一起的。

机体代谢之所以能够顺利进行，生命之所以能够健康延续，并能适应千变万化的体内、外环境，除了具备完整的糖、脂类、蛋白质与氨基酸、核苷酸与核酸代谢和与之偶联的能量代谢以外，机体还存在着复杂完善的代谢调节网络，以保证各种代谢井然有序、有条不紊地进行。

第一节物质代谢的相互联系一、糖、脂、蛋白质在能量代谢上的相互联系糖类、脂类及蛋白质都是能源物质均可在体内氧化供能。

尽管三大营养物质在体内氧化分解的代谢途径各不相同，但乙酰CoA是它们代谢的中间产物，三羧酸循环和氧化磷酸化是它们代谢的共同途径，而且都能生成可利用的化学能ATP。

从能量供给的角度来看，三大营养物质的利用可相互替代。

一般情况下，机体利用能源物质的次序是糖（或糖原）、脂肪和蛋白质（主要为肌肉蛋白），糖是机体主要供能物质（占总热量50％～70％），脂肪是机体储能的主要形式（肥胖者可多达30％～40％）。

机体以糖、脂供能为主，能节约蛋白质的消耗，因为蛋白质是组织细胞的重要结构成分。

由于糖、脂、蛋白质分解代谢有共同的代谢途径限制了进入该代谢途径的代谢物的总量，因而各营养物质的氧化分解又相互制约，并根据机体的不同状态来调整各营养物质氧化分解的代谢速度以适应机体的需要。

若任一种供能物质的分解代谢增强，通常能代谢调节抑制和节约其它供能物质的降解，如在正常情况下，机体主要依赖葡萄糖氧化供能，而脂肪动员及蛋白质分解往往受到抑制；在饥饿状态时，由于糖供应不足，则需动员脂肪或动用蛋白质而获得能量。

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第十一章核酸的代谢第一节核酸降解和核苷酸代谢⏹核酸的基本结构单位是核苷酸，核酸代谢与核苷酸代谢密切相关，细胞内存在多种游离的核苷酸，是代谢中极为重要的物质，几乎参加细胞内所有的生化过程：⏹1、核苷酸是核酸生物合成的前体。

⏹2、核苷酸衍生物是许多生物合成的中间物。

如：UDP-葡萄糖是糖原合成的中间物。

CDP-二脂酰甘油是磷酸甘油酯合成的中间物。

⏹3、A TP是生物能量代谢中通用的高能化合物。

⏹4、腺苷酸是三种重要辅酶：烟酰胺核苷酸（NAD NADP)、黄素嘌呤二核苷酸（FAD)和辅酶A的组分。

⏹5、某些核苷酸是代谢的调节物质。

⏹cAMP,cGMP是许多激素引起的胞内信使⏹核酸降解为核苷酸，核苷酸还能进一步分解，在生物体内核苷酸可由其他化合物合成，某些辅酶的合成与核酸的代谢亦有关。

⏹讲授内容：核糖核酸、脱氧核糖核酸的分解与合成。

一. 核酸的解聚和核苷酸的降解⏹核酸降解酶种类⏹核酸外切酶: 催化核酸从3’端或5’端解聚,形成5’-核苷酸和3’-核苷酸。

⏹核酸内切酶: 水解核酸分子内的磷酸二酯键。

⏹限制性内切酶: 专一识别并水解外源双链DNA上特定位点的核酸内切酶。

⏹核苷酸降解酶：⏹核苷酸酶:核苷酸水解为核苷和磷酸。

⏹核苷酸+ H2O 核苷+Pi⏹核苷磷酸化酶: 水解核苷为碱基和戊糖-1-磷酸。

核苷+ 磷酸核苷磷酸化酶碱基+ 戊糖-1-磷酸⏹核苷水解酶: 水解核苷为碱基和戊糖。

⏹存在于植物和微生物中。

核糖核苷+ H2O 核苷水解酶碱基+ 戊糖只对核糖核苷作用，反应不可逆。

二. 碱基降解⏹㈠. 嘌呤碱的分解⏹⒈脱氨⏹动物组织腺嘌呤脱氨酶含量极少，而腺嘌呤核苷酸脱氨酶和腺嘌呤核苷脱氨酶的活性高，腺嘌呤的脱氨可在其核苷和核苷酸水平上进行。

⏹鸟嘌呤脱氨在鸟嘌呤水平上。

⏹鸟嘌呤核苷鸟嘌呤黄嘌呤尿酸⏹⒉转变为尿酸⏹鸟嘌呤+ H2O 鸟嘌呤脱氨酶黄嘌呤+ NH3⏹次黄嘌呤+ O2 + H2O 黄嘌呤氧化酶黄嘌呤+ H2O2⏹黄嘌呤+ O2 + H2 O 黄嘌呤氧化酶尿酸+ H2O2痛风：嘌呤代谢障碍有关,正常血液：2-6mg /100ml, 大于8mg/100ml,尿酸钾盐或钠盐沉积于软组织、软骨及关节等处,形成尿酸结石及关节炎,沉积于肾脏为肾结石,基本特征为高尿酸血症。

引起血尿酸升高的原因:疾病引起体内嘌呤类物质大量分解;肾脏疾病使尿酸排出受阻;长期摄入富含核酸的食物,甜面包,肝,酵母,沙丁鱼等。

药物：别嘌呤醇别嘌呤醇结构与次黄嘌呤相似，对黄嘌呤氧化酶有很强的抑制作用，与酶活性中心Mo(IV)牢固结合，自杀底物，成为酶的灭活物，经别嘌呤醇治疗的患者排泄黄嘌呤和次黄嘌呤以代替尿酸。

⏹⒊尿酸降解途径因物种存在差异⏹灵长类,鸟类,爬行类动物尿酸⏹哺乳类(除灵长类),腹足类尿囊素⏹硬骨鱼尿囊酸⏹大多数鱼类,两栖类尿素⏹甲壳类,咸水瓣鳃类氨⏹植物多种产物㈡. 嘧啶碱⏹核苷酸分解产物嘧啶碱可以在生物体内进一步被分解，不同种类生物对嘧啶分解过程也不完全相同，一般具有氨基的嘧啶需先水解脱氨。

胞嘧啶脱氨酶尿嘧啶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢尿嘧啶开环β-脲基丙氨酸NH3+ CO2 +β-丙氨酸胸腺嘧啶分解与尿嘧啶相似胸腺嘧啶二氢胸腺嘧啶β-尿基异丁酸NH3 + CO2+ β- 氨基异丁酸㈠. 嘌呤核糖核苷酸的合成5-磷酸核糖焦磷酸开始逐步合成次黄嘌呤核苷酸转变为腺嘌呤核糖核苷酸和鸟嘌呤核糖核苷酸。

三. 核苷酸的生物合成⏹1.次黄嘌呤核苷酸的生成.⏹次黄嘌呤核苷酸的酶促合成过程，主要是以鸽肝的酶系统为材料研究清楚的。

以后在其他动物、植物、微生物中也找到类似的酶和中间产物，由此可以推测它们的合成过程也大致相同，⏹.次黄嘌呤核苷酸的合成首先需要由5-磷酸核糖焦磷酸供给核苷酸的磷酸核糖部分，在其上再完成嘌呤环的装配。

⏹核糖-5-P +ATP 磷酸核糖焦磷酸激酶5-P-核糖焦磷酸+ AMP次黄嘌呤核苷酸的合成过程共有十步反应，分成二个阶段。

第一阶段:5-氨基咪唑核苷酸的合成⏹（1）5-磷酸核糖焦磷酸+ 谷氨酰胺转酰胺酶5-磷酸核糖胺+谷氨酸+PPi⏹(2) 5-磷酸核糖胺+ 甘氨酸+ ATP 合成酶甘氨酰胺核苷酸+ADP +Pi⏹(3) 甘氨酰胺核苷酸+N10-甲酰四氢叶酸+水转甲酰基酶甲酰甘氨酰胺核苷酸+四氢叶酸⏹(4)甲酰甘氨酰胺核苷酸+谷氨酰胺+ATP+水合成酶甲酰甘氨脒核苷酸+谷氨酸+ADP+Pi⏹(5)甲酰甘氨脒核苷酸+A TP 合成酶⏹5-氨基咪唑核苷酸+ ADP +Pi第二阶段：形成次黄嘌呤核苷酸⏹(6)5-氨基咪唑核苷酸+ CO2羧化酶5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸⏹(7) 5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸+天冬氨酸+ATP 合成酶5-氨基咪唑-4-(N-琥珀基）氨甲酰核苷酸⏹(8) 5-氨基咪唑-4 -(N-琥珀基）氨甲酰核苷酸裂解酶5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+延胡索酸⏹(9) 5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸⏹+ N 10 -甲酰四氢叶酸转甲酰基酶5-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸+ 四氢叶酸⏹(10) 5-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸合酶次黄嘌呤核苷酸+水⏹脱水环化掌握嘌呤环元素的来源⏹3. 嘌呤碱和核苷合成核糖核苷酸⏹生物体内除以简单前体物质“从头合成”核苷酸外，可由碱基和核苷合成核苷酸，“补救途径”。

⏹主要的补救途径：⏹嘌呤碱与5-磷酸核糖焦磷酸在磷酸核糖转移酶催化作用下形成嘌呤核苷酸⏹腺嘌呤+5-磷酸核糖焦磷酸⏹腺嘌呤核苷酸+PPi⏹次黄嘌呤+5-磷酸核糖焦磷酸⏹次黄嘌呤核苷酸+PPi⏹鸟嘌呤+5-磷酸核糖焦磷酸⏹鸟嘌呤核苷酸+PPi⏹人类该途径具重要的作用，大脑中腺嘌呤和次黄嘌呤核苷酸合成主要依赖该途径。

⏹⒋嘌呤核糖核苷酸生物合成的调节⏹AMP ，GMP ，IMP反馈抑制磷酸核糖焦磷酸转酰氨酶活性。

⏹AMP ，GMP分别反馈抑制从IMP开始的分支部位的酶。

㈡. 嘧啶核糖核苷酸的合成⏹嘧啶核苷酸与嘌呤核苷酸合成不同。

⏹先合成嘧啶环。

⏹嘧啶环+磷酸核糖乳氢苷酸尿嘧啶核苷酸⏹⒈尿嘧啶核苷酸的生物合成⏹（1）氨甲酰磷酸的形成⏹Gln+2ATP+HCO3-合成酶氨甲酰磷酸+2ADP+Pi+Glu⏹（2）氨甲酰磷酸+Asp转氨甲酰酶⏹氨甲酰天冬氨酸+ Pi⏹（3 ）氨甲酰天冬氨酸二氢乳清酸酶二氢乳清酸+H2O⏹（4）二氢乳清酸+NAD+ 二氢乳清酸脱氢酶乳清酸+ NADH + H+⏹（5）乳清酸+ 5-磷酸核糖焦磷酸焦磷酸化酶⏹乳清苷酸尿嘧啶核苷酸嘧啶核糖核苷酸的合成⏹⒉胞嘧啶核糖核苷酸的合成⏹尿嘧啶核苷酸转变为胞嘧啶核苷酸在尿嘧啶核苷三磷酸水平上进行.⏹UMP+ATP 尿嘧啶核苷酸激酶UDP+ADP⏹UDP+A TP 核苷二磷酸激酶UTP+ADP⏹UTP+ 谷氨酰胺+ ATP +H2O CTP合成酶CTP+谷氨酸+ ADP+ Pi⏹细菌直接利用氨合成胞嘧啶核苷三磷酸,动物组织由Glu供给氨基。

⏹3、嘧啶碱和核苷合成核糖核苷酸—补救途径⏹生物体利用外源或分解代谢中产生的嘧啶碱、核苷或嘧啶核苷合成嘧啶核苷酸。

⏹尿嘧啶核苷酸：⏹（１）UMP磷酸核糖转移酶催化生成尿嘧啶核苷酸⏹U+5-磷酸核糖焦磷酸ＵＭＰ磷酸核糖转移酶⏹尿嘧啶核苷酸+PPi⏹(2)尿苷磷酸化酶和尿苷激酶催化形成尿嘧啶核苷酸⏹U+1-磷酸核糖尿苷磷酸化酶⏹尿嘧啶核苷+Pi⏹尿嘧啶核苷+ATP 尿苷激酶⏹尿嘧啶核苷酸+ADP⏹胞嘧啶核苷酸⏹胞嘧啶不能直接与5-磷酸核糖焦磷酸生成胞嘧啶核苷酸⏹胞嘧啶核苷+ATP 尿苷激酶胞嘧啶核苷酸+ADP⏹⒋嘧啶核糖核苷酸合成的调节⏹反馈抑制⏹氨甲酰磷酸合成酶UMP⏹天冬氨酸转氨甲酰酶CTP⏹CTP合酶⏹⏹㈢脱氧核糖核苷酸的合成⏹⒈核糖核苷酸还原⏹核糖核苷酸还原酶⏹核糖核苷酸还原为脱氧核糖核苷酸，多在二磷酸核糖核苷酸水平上进行。

⒊利用已有碱基和戊糖合成⏹(1)碱基+脱氧核糖-1-P 核苷磷酸化酶⏹脱氧核糖核苷⏹(2)脱氧核糖核苷+ATP 脱氧核糖核苷激酶⏹脱氧核糖核苷酸(3)碱基间互换合成新的脱氧核苷酸⏹dXDP + dYTP 核苷二磷酸激酶dXTP + dYDP第二节DNA的复制⏹DNA生物合成概述:⏹核酸的生物合成是模板指导下进行的，模板有DNA 和RNA. 因此, DNA合成分为DNA为模板的DNA复制和RNA为模板的逆转录。

⏹DNA合成主要原料：四种脱氧核苷三磷酸，酶系和辅助因子的参与。

⏹本章主要讲解DNA复制：以原来DNA分子为模板合成出具有相同分子的过程。

⏹自我复制⏹一、DNA的半保留复制⏹以双链DNA 分子的每一条链为模板，按照碱基配对的原则，合成出两个与原DNA分子碱基顺序完全一样的新DNA分子，其中每个子代分子的一条链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的，这种复制方式为半保留复制。

⏹1963年，Cairns 用放射自显影的方法观察到完整的正在复制的大肠杆菌染色体DNA⏹二. DNA的半不连续复制⏹复制叉:复制开始,两条链解开,形成的叉形结构。

⏹随着复制叉的延伸,DNA的两条母链分别合成与其互补的子链,目前分离到的催化DNA形成的聚合酶的合成方向都是5’→3’,DNA在复制时如何同时作为模板合成其互补链？⏹半不连续复制：DNA合成的一种模式，以两条亲本链为模板合成子链时，一条子链的合成是连续的，另一条是不连续。

⏹先导链、后滞链：DNA双链复制时，一条子链沿5’→3’方向连续合成，即前导链，而另一条链的合成是不连续的，即后滞链。

⏹冈崎片段：后滞链合成时，先以亲本链为模板按5’→3’方向合成许多1kb-2kb的不连续片段，这些片段称为冈崎片段，然后这些短片段共价连接成一条完整的后滞链，后滞链的成长方向与其片段的饿合成方向相反。

DNA 复制是半不连续复制Okazaki实验证实DNA 复制是半不连续复制•前导链(leading strand)•滞后链(trailing strand or lagging strand)•冈崎片段(okazaki fragment三. DNA复制有关的酶和蛋白质⏹ 1. DNA聚合酶⏹DNA的复制、校对和修复．⏹1956年Kornberg从大肠杆菌中发现DNA聚合酶,其他生物找到该种类型的酶．⏹在有模板和Mg2+存在下，催化四种脱氧核糖核苷三磷酸合成DNA．⏹DNA聚合酶只能催化dNTP加到已有核酸链的游离3-羟基上,合成需要引物链存在，合成需要模板指导,合成的DNA链只与模板有关,与底物比例无关．⏹催化方向为5’ 3’小结:DNA 聚合酶的特性⏹A、底物必须是dNTP．⏹B、以DNA为模板，链延伸功能，不能从头合成，需要引物。

⏹C、合成方向只能从5’ 3’．大肠杆菌DNA聚合酶⏹大肠杆菌有多种DNA聚合酶，其中只有聚合酶III是DNA复制必需，作用是随复制叉移动延长新生链；⏹聚合酶I主要是添补后滞链的间隙及负责损伤DNA的修复等功能；⏹DNA聚合酶I具有5‘→3’方向核酸外切酶活性，能切除引物RNA⏹DNA聚合酶I⏹单链多肽，103kD, 400个/细胞．⏹三个活性中心:⏹DNA聚合酶活力,1000bp/min;3’→5’：核酸外切酶活力,校对．5’→3’：核酸外切酶活力,修复、引物链去除．⏹用蛋白酶将DNA聚合酶作有限水解,得到两个片段,大片段具有聚合酶和3’→5’核酸外切酶活力,小片段具有5’→3’核酸外切酶活力．⏹聚合酶I合成速度太慢,复制叉移动速度的1/20;持续合成能力差,合成50bp与模板分离．⏹遗传分析,缺陷型DNA复制基本正常．⏹不是主要的复制酶,修复酶．⏹DNA聚合酶II⏹多亚基酶,聚合活力较DNA聚合酶I稍高,需带缺口的双链DNA作为模板-引物,无5’→3’外切酶活性，100个/细胞．⏹小缺口〈100 核苷酸⏹功能：可能在DNA的修复中起重要作用．⏹DNA聚合酶III⏹多亚基组成,催化聚合速度高,10-20个/细胞。