主要含氮化合物的代谢.pptx

第八章第八章 主要含氮化合物的代谢主要含氮化合物的代谢n蛋白质的酶促降解蛋白质的酶促降解n氨基酸的降解和转化氨基酸的降解和转化n氨同化及氨基酸的生物合成氨同化及氨基酸的生物合成n核酸的酶促降解核酸的酶促降解n核苷酸的生物降解核苷酸的生物降解n核苷酸的生物合成核苷酸的生物合成第一节第一节 蛋白质的酶促降解蛋白质的酶促降解n肽酶肽酶(PeptidasePeptidase)末端末端n蛋白酶蛋白酶（肽链内切酶）（肽链内切酶）肽链内部肽链内部羧基末端羧基末端羧肽酶羧肽酶氨基末端氨基末端氨肽酶氨肽酶一个一个AA或二肽或二肽含含AA较少的肽链较少的肽链蛋白质蛋白质小片段小片段氨基酸氨基酸蛋白酶蛋白酶肽酶肽酶一、水解蛋白质的酶一、水解蛋白质的酶消化道内几种蛋白酶的专一性消化道内几种蛋白酶的专一性（Phe.Tyr.Trp）（Arg.Lys）（脂肪族）（脂肪族）胰凝乳胰凝乳蛋白酶蛋白酶胃蛋白酶胃蛋白酶弹性蛋白酶弹性蛋白酶羧肽酶羧肽酶胰蛋白酶胰蛋白酶氨肽酶氨肽酶羧肽酶羧肽酶（Phe.Trp）二、细胞内蛋白质降解的重要性二、细胞内蛋白质降解的重要性n排除异常蛋白质（排除异常蛋白质（翻译出错的蛋白翻译出错的蛋白）n排除积累过多的酶或调节蛋白排除积累过多的酶或调节蛋白（1 1）不不依依赖赖ATPATP的的溶溶酶酶体体途途径径，没没有有选选择择性性，主主要要降降解解细细胞胞通通过过胞胞吞吞作作用用摄摄取取的的外外源源蛋蛋白白、膜膜蛋蛋白白及及长长寿寿命命的细胞内蛋白。（蛋白酶的的细胞内蛋白。（蛋白酶的pHpH偏低，偏低，5 5左右）左右）（2 2）依依赖赖ATPATP的的泛泛素素途途径径，在在胞胞质质中中进进行行，主主要要降降解解异异常常蛋蛋白白和和短短寿寿命命蛋蛋白白（调调节节蛋蛋白白），此此途途径径在在不不含含溶溶酶酶体的红细胞中尤为重要体的红细胞中尤为重要。（选择性降解）（选择性降解）真核细胞中蛋白质的降解途径意义：意义：（1 1）清除异常蛋白；清除异常蛋白；（2 2）细胞对代谢进行调控的一种方式）细胞对代谢进行调控的一种方式三、三、细胞内蛋白质降解的机制细胞内蛋白质降解的机制n泛素泛素是一种是一种8.5KD8.5KD（76a.a.76a.a.残基）的小分子残基）的小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞内。一级结蛋白质，普遍存在于真核细胞内。一级结构高度保守，酵母与人只相差构高度保守，酵母与人只相差3 3个个aaaa残基，残基，它能与被降解的蛋白质共价结合，使后者它能与被降解的蛋白质共价结合，使后者活化，然后被蛋白酶降解。活化，然后被蛋白酶降解。n蛋白质是否被泛素结合而选择性降解与该蛋白质是否被泛素结合而选择性降解与该蛋白蛋白N N端的端的AAAA有关，有关，N N端为端为Asp Arg Leu Lys Asp Arg Leu Lys PhePhe时，蛋白质的半寿期为时，蛋白质的半寿期为2-32-3分钟。泛素分钟。泛素化的蛋白质在化的蛋白质在ATPATP参与下被蛋白酶水解。参与下被蛋白酶水解。n20042004年年6 6日瑞典皇家科学院宣布，日瑞典皇家科学院宣布，20042004年年诺贝尔化学奖授予以色列科学家诺贝尔化学奖授予以色列科学家阿龙阿龙切哈切哈诺沃诺沃、阿夫拉姆阿夫拉姆赫什科和赫什科和美国科学家美国科学家欧文欧文罗斯罗斯，以表彰他们发现了泛素调节的蛋白，以表彰他们发现了泛素调节的蛋白质降解。质降解。第二节第二节 氨基酸的降解和转化氨基酸的降解和转化n脱氨基作用脱氨基作用n脱羧基作用脱羧基作用一一 、脱氨基作用脱氨基作用n定义：定义：氨基酸失去氨基的作用叫氨基酸失去氨基的作用叫脱氨基作用。脱氨基作用。n脱氨基作用包括：脱氨基作用包括：氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用 非氧化脱氨基作用非氧化脱氨基作用 脱酰胺作用脱酰胺作用 转氨基作用转氨基作用 联合联合脱氨基作用脱氨基作用 氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用n定义：定义：-AA-AA在酶的作用下，在酶的作用下，氧化生成氧化生成-酮酸，酮酸，并产生氨的过程。并产生氨的过程。nAAAA氧化酶的种类氧化酶的种类 L-AAL-AA氧化酶：氧化酶：催化催化L-AAL-AA氧化脱氨，体内分布不广泛，最氧化脱氨，体内分布不广泛，最适适pH10pH10左右，以左右，以FADFAD或或FMNFMN为辅基。为辅基。D-AAD-AA氧化酶：氧化酶：体内分布广泛，以体内分布广泛，以FADFAD为辅基。但体内为辅基。但体内D-D-AAAA不多。不多。L-L-谷氨酸脱氢酶：谷氨酸脱氢酶：专一性强，分布广泛（动、植、微生专一性强，分布广泛（动、植、微生物），活力强，以物），活力强，以NAD+NAD+或或NADP+NADP+为辅酶。为辅酶。三种酶的催化作用均不是体内三种酶的催化作用均不是体内理想的脱氨基方式理想的脱氨基方式n反应通式：反应通式：HNH2R-C-COOH-+O2+H2OR-C-COOH+H2O2+NH3AAAA氧化酶氧化酶OHNH2R-C-COOH-AAAA氧化酶氧化酶R-C-COO-NH2H2OR-C-COOHO+NH3FPFPH2FPH2+O2FP+H2O2+NAD(P)H+NH3CH2-COOHCHNH2-CH2COOH-+NAD(P)+H2O谷氨酸谷氨酸脱氢酶脱氢酶ATP GTP NADHATP GTP NADH变构抑制变构抑制ADP GDPADP GDP变构激活变构激活CH2-COOHC=O-CH2COOH-谷氨酸谷氨酸脱氢酶：脱氢酶：体内（正）体内（正）体外（反）体外（反）还原脱氨基、脱水脱氨基、水解脱氨基、脱硫氢基脱氨基等。还原脱氨基、脱水脱氨基、水解脱氨基、脱硫氢基脱氨基等。（在微生物中个别在微生物中个别AAAA进行进行,但不普遍但不普遍）非氧化脱氨非氧化脱氨L-丝氨酸CH2COO-C-NH3+=-CH3COO-C=NH2+-COOHCH2OHNH2-C-H-COOHCH3C=O-丝氨酸脱水酶+NH3丙酮酸-H2O+H2O-氨基丙烯酸亚氨基丙酸由解氨酶催化由解氨酶催化CH2-CHNH2-COOH(OH)CH=CH-COOH(OH)+NH3L-苯丙氨酸苯丙氨酸(酪氨酸酪氨酸)反式肉桂酸反式肉桂酸(反式香豆酸反式香豆酸)单宁等次生物单宁等次生物辅酶辅酶QPAL 氨基酸的脱酰胺作用氨基酸的脱酰胺作用 CH2-CONH2CH2-CHNH3+COO-+H2OCH2-COO-CH2-CHNH3+COO-+NH3谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶CH2-CONH2CHNH3+COO-+H2O天冬酰胺酶天冬酰胺酶CH2-COO-CHNH3+COO-+NH3两种酶广泛存在于微生物、动物、植物中，有相当高的两种酶广泛存在于微生物、动物、植物中，有相当高的专一性专一性。（四）（四）转氨基作用转氨基作用n指指-AA-AA和酮酸之间氨基的转移作用，和酮酸之间氨基的转移作用，-AA-AA的的-氨基氨基借助借助转氨酶转氨酶的催化作用转移到酮酸的酮基上，结果原来的催化作用转移到酮酸的酮基上，结果原来的的AAAA生成相应的酮酸，而原来的酮酸则形成相应的氨基生成相应的酮酸，而原来的酮酸则形成相应的氨基酸。酸。OR2-C-COOH=R1-C-COOH+NH2OR1-C-COOH=R2-C-COOH-+HNH2H迄今发现的迄今发现的转氨酶转氨酶都以都以磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛（PLP）为）为辅基，它与酶蛋白以牢固的共价键形式结合。辅基，它与酶蛋白以牢固的共价键形式结合。单单靠靠转转氨氨基基作作用用不不能能最最终终脱脱掉掉氨氨基基，单单靠靠氧氧化化脱脱氨氨基基作作用用也也不不能能满满足足机机体体脱脱氨氨基基的的需需要要，因因为为只只有有GluGlu脱脱氢氢酶酶活活力力最最高高，其其余余L-L-氨氨基基酸酸氧氧化化酶酶的的活活力都低。力都低。机体借助联合脱氨基作用可以迅速脱去氨基机体借助联合脱氨基作用可以迅速脱去氨基 。(五五)联合脱氨基联合脱氨基类型类型a、转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联b、转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联n大多数转氨酶，优先利用-酮戊二酸作为氨基的受体，生成Glu。n因为生成的谷氨酸可在谷氨酸脱氢酶的催化下氧化脱氨，使-酮戊二酸再生。转氨酶与转氨酶与L-L-谷氨酸脱氢酶作用相偶联谷氨酸脱氢酶作用相偶联转氨基作用与嘌呤核苷酸循环相偶联 (骨骼肌骨骼肌 心脏心脏 肝脏肝脏 脑组织中脑组织中)-氨基酸氨基酸-酮酸酮酸-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸腺苷酰琥珀酸腺苷酰琥珀酸苹果酸苹果酸延胡索酸延胡索酸腺苷酸腺苷酸次黄苷酸次黄苷酸脱氨基作用脱氨基作用n氧化脱氨氧化脱氨n非氧化脱氨非氧化脱氨n氨基酸的脱酰胺作用氨基酸的脱酰胺作用n转氨基作用转氨基作用n联合脱氨基联合脱氨基（两个内容）（两个内容）小小结结二二 脱脱 羧羧 基基 作作 用用AA胺类化合物脱羧酶（辅酶为磷酸吡哆醛）R1COOHH-C-NH2-HR2O=C-+AA胺类化合物脱羧酶脱羧酶（辅酶为磷酸吡哆醛辅酶为磷酸吡哆醛）磷酸吡哆醛R1COOHH-C-N=C-H-R2醛亚胺+H2OR1HH-C-N=C-H-R2CO2H2OHR2O=C-+R1HH-C-NH2-专一性强专一性强胺胺谷谷AA AA -氨基丁酸氨基丁酸+CO+CO2 2天冬天冬AA AA -丙丙AAAA+CO+CO2 2赖赖AA AA 尸胺尸胺+CO+CO2 2鸟鸟AA AA 腐胺腐胺+CO+CO2 2丝氨酸丝氨酸 乙醇胺乙醇胺 胆碱胆碱 卵磷脂卵磷脂色氨酸色氨酸 吲哚丙酮酸吲哚丙酮酸 吲哚乙醛吲哚乙醛 吲哚乙酸吲哚乙酸 胺类胺类有一定作用，但有些胺类化合物有害（尤其对人），应有一定作用，但有些胺类化合物有害（尤其对人），应维持在一定水平，体内胺氧化酶可将多余的胺氧化成醛，进一维持在一定水平，体内胺氧化酶可将多余的胺氧化成醛，进一步氧化成脂肪酸。步氧化成脂肪酸。RCH2NH2+O2+H2ORCHO+H2O2+NH3RCHO+1/2O2RCOOHCO2+H2OAA尿素尿素三、氨基酸分解产物的代谢三、氨基酸分解产物的代谢1 1、氨氨的去路：的去路：排氨生物：排氨生物：NH3NH3转变成酰胺（转变成酰胺（GlnGln），运），运到排泄部位后再分解。（原生动物、线到排泄部位后再分解。（原生动物、线虫和鱼类）虫和鱼类）以尿酸排出：以尿酸排出：将将NH3NH3转变为溶解度较小转变为溶解度较小的尿酸排出。的尿酸排出。通过消耗大量能量而保存通过消耗大量能量而保存体内水分。体内水分。（陆生爬虫及鸟类）（陆生爬虫及鸟类）以尿素排出以尿素排出：经经尿素循环尿素循环（肝脏）将（肝脏）将NH3NH3转变为尿素而排出。（哺乳动物）转变为尿素而排出。（哺乳动物）重新利用合成重新利用合成AAAA：合成酰胺合成酰胺（高等植物中）（高等植物中）嘧啶环的合成嘧啶环的合成（细菌）（细菌）生成铵盐生成铵盐尿 素 的 生 成概念 在排尿动物体内由在排尿动物体内由在排尿动物体内由NHNHNH3 33合成尿素是在肝脏合成尿素是在肝脏合成尿素是在肝脏中通过一个循环机制完中通过一个循环机制完中通过一个循环机制完成的，这一个循环称为成的，这一个循环称为成的，这一个循环称为尿素循环尿素循环尿素循环(the urea yclethe urea yclethe urea yclethe urea yclethe urea yclethe urea ycle)。氨基酸氨基酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸精氨琥珀酸鸟氨酸鸟氨酸精氨酸精氨酸延胡索酸延胡索酸草酰乙酸草酰乙酸氨基酸氨基酸谷氨酸谷氨酸-酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸ATPAMP+PPiH2O2ATP+CO2+H2O2ADP+Pi基质基质线线粒粒体体胞液胞液NHNH2 2-C-NH-C-NH2 2OO尿素尿素1 12 23 34 45 5PiNH3-酮戊二酸酮戊二酸尿素形成后由尿素形成后由血液运到肾脏血液运到肾脏随尿排除。随尿排除。-酮戊二酸酮戊二酸尿素循环（1 1）形形成成一一分分子子尿尿素素消耗消耗4 4个高能磷酸键个高能磷酸键（2 2）两两个个氨氨基基分分别别来来自自游游离离氨氨和和AspAsp，一一个个COCO2 2来自来自TCATCA循环循环.总反应和过程总反应和过程NHNH3 3+CO+CO2 2+3ATP+3ATP+天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸+2H+2H2 2OO NHNH2 2-CO-NH-CO-NH22+2ADP+2Pi+2ADP+2Pi+AMP+PPi+AMP+PPi+延胡索酸延胡索酸延胡索酸延胡索酸是动物细胞排是动物细胞排NHNHNHNH3 3 3 3+CO+CO+CO+CO2 2 2 2的方式的方式的方式的方式2 2、AAAA碳骨架的去路碳骨架的去路（AAAA脱氨基的意义）脱氨基的意义）nAAAA分解产生分解产生7 7种产物进入种产物进入TCATCA循环循环，进行彻底的氧化分解。，进行彻底的氧化分解。七种产物为七种产物为：丙酮酸、乙酰乙酰：丙酮酸、乙酰乙酰CoACoA、乙酰、乙酰CoACoA、-酮酮戊二酸、琥珀酰戊二酸、琥珀酰CoACoA、延胡索酸、草酰乙酸、延胡索酸、草酰乙酸n再合成再合成AAAA转变成糖和脂肪转变成糖和脂肪 生糖生糖AAAA：凡能生成丙酮酸、琥珀酸、草酰乙酸和凡能生成丙酮酸、琥珀酸、草酰乙酸和-酮戊酮戊二酸的二酸的AAAA。（。（Ala Thr Gly Ser Cys Asp Asn Arg His Ala Thr Gly Ser Cys Asp Asn Arg His Gln Pro Ile Met ValGln Pro Ile Met Val、Phe Phe、Tyr Tyr、TrpTrp ）转变成酮体转变成酮体 生酮生酮AAAA：凡能生成乙酰乙酸、凡能生成乙酰乙酸、-羟羟-丁酸的丁酸的AAAA。（。（PhePhe TyrTyr Leu Lys Leu Lys TrpTrp,在动物肝脏中）在动物肝脏中）氨基酸碳骨架进入氨基酸碳骨架进入TCATCA四、四、AAAA与其它含氮化合物的关系与其它含氮化合物的关系许多许多AAAA可以作为一碳单位的来源，在各种化合可以作为一碳单位的来源，在各种化合物发生甲基化时作为甲基的供体。物发生甲基化时作为甲基的供体。一碳单位：一碳单位：AAAA在分解过程中可产生具有一个碳原子的活在分解过程中可产生具有一个碳原子的活性基团，称为一碳基团或一碳单位。性基团，称为一碳基团或一碳单位。一般了解：一碳单位的种类和相互转变一般了解：一碳单位的种类和相互转变 一碳单位一碳单位:亚氨甲基（亚氨甲基（-CH=NH-CH=NH），），甲酰基（甲酰基（HC=O-HC=O-），），羟甲基（羟甲基（-CH-CH2 2OHOH），），亚甲基（又称甲叉基，亚甲基（又称甲叉基，-CH-CH2 2），），次甲基（又称甲川基，次甲基（又称甲川基，-CH=-CH=），），甲基（甲基（-CH-CH3 3）nGlyGly、SerSer、ThrThr、HisHis、Met Met 等可以提供一碳单位。等可以提供一碳单位。n一碳基团的利用：参与合成反应，一碳基团的利用：参与合成反应，如磷脂、如磷脂、核苷酸核苷酸等的合成。等的合成。n一碳单位的转移靠四氢叶酸一碳单位的转移靠四氢叶酸FH4第三节第三节 氨的同化及氨基酸的生物合成氨的同化及氨基酸的生物合成n氨同化氨同化n氨基酸的合成氨基酸的合成一一 氨的同化氨的同化定义：定义：生物体将无机态的生物体将无机态的氨氨转化为转化为含氮有机化合物含氮有机化合物的过程的过程（N N素亦称生命元素）素亦称生命元素）生物体生物体N N的来源的来源食物来源的食物来源的N N食物中的蛋白质和氨基酸可以作为人和食物中的蛋白质和氨基酸可以作为人和动物的动物的N N源源生物固生物固N N（某些微生物和藻类通过体内固氮酶系的作用（某些微生物和藻类通过体内固氮酶系的作用将分子氮转变成氨将分子氮转变成氨的过程，的过程，18621862年发现）年发现）植物体中的植物体中的N N源源(硝酸还原生成）硝酸还原生成）NONO3 3-植物直接吸收氨植物直接吸收氨v氨同化的途径氨同化的途径 谷谷AAAA的形成途径的形成途径 氨甲酰磷酸形成途径氨甲酰磷酸形成途径硝酸还原酶硝酸还原酶NONO2 2-亚硝酸还原酶亚硝酸还原酶NHNH3 3AAPro其它含其它含N N化合物化合物 谷谷AAAA合成途径合成途径谷谷AA脱氢酶脱氢酶（细菌）（细菌）NH3谷谷AA其它其它AACH2-COOHCH2-C=OCOOH-CH2-COOHCH2-CHNH2COOH-+NH3+NADH+NAD+H2O-酮戊二酸（TCA循环产生的）此反应要求有较高浓度的此反应要求有较高浓度的NHNH3 3，足以使光合磷酸化解偶联，不足以使光合磷酸化解偶联，不可能是无机氨转为有机氮的主要可能是无机氨转为有机氮的主要途径途径 谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶（高等植物的主要途径）（高等植物的主要途径）CH2-COOHCH2-CHNH2COOH-CH2-CONH2CH2-CHNH2COOH-+NH3+ATP+ADP+Pi+H2O谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺可做为可做为可做为可做为NH3的的的的供体将供体将供体将供体将其其转移转移转移转移CH2-CONH2CH2-CHNH2COOH-CH2-COOHCH2-C=OCOOH-+NADPH+H+CH2-COOHCH2-CHNH2COOH-2总反应:NH3+ATP+-酮戊二酸酮戊二酸+2H谷谷AA+ADP+H2O+Pi谷谷AAAA合酶合酶 NADP+氨甲酰磷酸合成途径氨甲酰磷酸合成途径（微生物和（微生物和动物动物）原料：原料：NH3 CO2 ATP氨甲酰激酶氨甲酰激酶NH3+CO2+ATPMg2+OH2N-C-OPO3H2+ADP=氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶NH3+CO2+2ATPMg2+辅因子辅因子OH2N-C-OPO3H2+2ADP+Pi在植物体中，氨甲酰磷酸中的氮来自在植物体中，氨甲酰磷酸中的氮来自在植物体中，氨甲酰磷酸中的氮来自在植物体中，氨甲酰磷酸中的氮来自谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺的的的的酰胺基，不是由氨来的。酰胺基，不是由氨来的。酰胺基，不是由氨来的。酰胺基，不是由氨来的。利用体内代谢的氨利用体内代谢的氨二二 氨氨 基基 酸酸 的的 合合 成成v主要通过转氨基作用主要通过转氨基作用AA-R1-酮酸酮酸R1转氨酶AA-R2-酮酸酮酸R2v许多氨基酸可以作为氨基的供体，其中最主许多氨基酸可以作为氨基的供体，其中最主要的是谷氨酸，其被称为氨基的要的是谷氨酸，其被称为氨基的“转换站转换站”，先先 Glu Glu 其它其它AAAA。氨基酸的合成氨基酸的合成有有AA提供氨基提供氨基(最主要为谷最主要为谷AA，领头领头AA)有有C架（架（-酮酸）酮酸）直接碳架是相应的直接碳架是相应的-酮酸：酮酸：主要来源：主要来源：糖酵解糖酵解丙酮酸丙酮酸 TCATCA草酰乙酸、草酰乙酸、-酮戊二酸酮戊二酸 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径磷酸核糖磷酸核糖包括：丙包括：丙(Ala)(Ala)、缬、缬(Val)(Val)、亮、亮(Leu)(Leu)丙氨酸族氨基酸的合成丙氨酸族氨基酸的合成共同碳架：共同碳架：EMP中的中的丙酮酸丙酮酸COOHCH3C=O-CH2-COOHCH2-CHNH2COOH-COOHCH3CHNH2-CH2-COOHCH2-C=OCOOH-谷丙转氨酶谷丙转氨酶+丙酮酸丙酮酸谷谷AA丙丙AA-酮戊二酸酮戊二酸 丙氨酸族其它氨基酸的合成丙氨酸族其它氨基酸的合成2丙酮酸丙酮酸-酮异戊酸缩合CO2转氨基缬氨酸-酮异己酸亮氨酸转氨基-CH3C=OCOO-CH2-CH3CH3-CH-C=OCOOH-CH3-CH-酮异戊酸 丝氨酸族氨基酸的合成丝氨酸族氨基酸的合成包括：丝包括：丝(Ser)(Ser)、甘、甘(Gly)(Gly)、半胱、半胱(Cys)(Cys)甘甘AA碳架：光呼吸乙醇酸途径中的碳架：光呼吸乙醇酸途径中的乙醛酸乙醛酸CH2-COOHCH2-CHNH2COOH-COOHCHO-+COOHCH2NH2-CH2-COOHCH2-C=OCOOH-+-酮戊二酸甘甘AA谷AA乙醛酸乙醛酸COOHCH2NH2-COOHCH2OHCHNH2-+NH3+CO2+2H+2e-2H2O丝丝AA甘AA碳架碳架:EMP中的中的3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丝丝AA还有其它合成途径还有其它合成途径COOHHO-CHCH2O-P-COOHC=OCH2O-P-COOHCHNH2CH2O-P-COOHCH2OHCHNH2-COOHC=OCH2O-P-COOHHO-CHCH2OH-COOHC=OCH2OH-H2OPi磷酸酶转氨基氧化H2OPi转氨磷酸化途径磷酸化途径非磷酸化途径非磷酸化途径3-磷磷酸酸甘甘油油酸酸3-磷酸羟基丙酮酸3-磷酸羟基丙酮酸3-磷酸丝氨酸甘油酸3-羟基丙酮酸丝氨酸丝氨酸 半胱氨酸的合成途径半胱氨酸的合成途径（植物或微生物中）（植物或微生物中）丝丝AA+乙酰乙酰-COAO-乙酰丝乙酰丝AA+COAO-乙酰丝乙酰丝AA+硫化物硫化物半胱氨酸半胱氨酸+乙酸乙酸 三种氨基酸的关系三种氨基酸的关系乙醛酸乙醛酸甘AA丝丝AA半胱AA3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸转乙酰基酶转乙酰基酶磷酸化途径磷酸化途径非磷酸化途径非磷酸化途径半胱氨酸的合成途径半胱氨酸的合成途径（动物中）（动物中）nL-L-高半胱氨酸高半胱氨酸+丝氨酸丝氨酸L L，L L胱硫醚胱硫醚水解水解L-L-半胱氨酸半胱氨酸H2O 天冬氨酸族氨基酸的合成天冬氨酸族氨基酸的合成包括：天冬包括：天冬AA(Asp)AA(Asp)、天冬酰胺、天冬酰胺(Asn)(Asn)、赖、赖(Lys)(Lys)、苏、苏(Thr)(Thr)、甲硫、甲硫(Met)(Met)、异亮、异亮(Ile)(Ile)共同碳架：共同碳架：TCA中的中的草酰乙酸草酰乙酸CH2-COO-C=OCOO-CH2-COO-CH2-CH+NH3COO-CH2-COO-CH+NH3COO-CH2-COO-CH2-C=OCOO-+天冬天冬AA天冬酰天冬酰胺合成酶胺合成酶Mg2+Mg2+天冬天冬AA+NH3+ATP天冬酰胺天冬酰胺+H2O+AMP+PPi天冬天冬AA+谷氨酰胺谷氨酰胺+ATP天冬酰胺天冬酰胺+谷谷AA+AMP+PPi（植物，细菌）（植物，细菌）（动）（动）谷草转氨酶谷草转氨酶CH2-COOHCHNH2COOH-天冬氨酸族其它氨基酸的合成天冬氨酸族其它氨基酸的合成ATPADP天冬氨酸激酶CH2-C-O-P=OCHNH2COOH-O=OHOHNADPH+H+NADP+天冬氨酸激酶天冬氨酰磷酸CH2-CHOCHNH2COOH-天冬氨酸半醛L-高丝氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸苏氨酸苏氨酸异亮氨酸异亮氨酸（4个个C来自来自Asp,2个个C来自丙酮酸）来自丙酮酸）,-二氨基庚二酸赖氨酸赖氨酸CO2天冬氨酸 谷氨酸族氨基酸的合成谷氨酸族氨基酸的合成包括：谷包括：谷AA(Glu)AA(Glu)、谷氨酰胺、谷氨酰胺(Gln)(Gln)、脯、脯(Pro)(Pro)、羟脯、羟脯(Hyp)(Hyp)、精、精(Arg)(Arg)共同碳架：共同碳架：TCA中的中的-酮戊二酸酮戊二酸-酮戊二酸酮戊二酸Glu为还原同化作用为还原同化作用+NH3+NADH+NAD+H2O谷AA脱H酶（动物和真菌，不普遍不普遍）谷氨酰胺谷氨酰胺+-酮戊二酸酮戊二酸2谷AA（普遍普遍）-酮戊二酸酮戊二酸谷AA+NH3+ATP谷氨酰胺+ADP+Pi+H2O合成酶合成酶Glu合酶NADPH+H+NADP+由谷由谷AA 脯脯AACH2-COOHCH2-CHNH2COOH-CH2-COOHCH2-CHNH2CHO-NAD(P)H NAD(P)+ATPADPMg2+H2CCH2HCNCHCOOHNADHNAD+H2CCH2H2CNHCHCOOH1/2O2CCH2H2CNHCHCOOHHHO(谷谷AA)(谷氨酰半醛谷氨酰半醛)(-二氢吡咯-5-羧酸)(脯脯AA)(羟脯羟脯AA)由谷AA 其它AACH2-COOHCH2-CHNH2COOH-CH2-CH2NH2CH2-CHNH2COOH-CH2-COOHCH2-HC-NH-C-CH3COOH-O=CH2-CHOCH2-HC-NH-C-CH3COOH-O=-C=OCH2-CH2CH2-CHNH2COOH-NHNH2-CH2-CH2CH2-CHNH2COOH-NHNH2-CH2-CH2CH2-CHNH2COOH-NHNH-C=N-CH-C-NH2-COOHCH2COOH-转乙酰酶乙酰COA COANADPH+H+NADP+转氨作用转甲酰酶氨甲酰磷酸磷酸天冬氨酸延胡索酸裂解酶精氨酸精氨酸精氨酰琥珀酸瓜氨酸瓜氨酸鸟氨酸鸟氨酸N-乙酰谷氨酰半醛 几种氨基酸的关系几种氨基酸的关系-酮戊二酸酮戊二酸谷AA谷氨酰胺谷氨酰胺脯AA 羟脯羟脯AA鸟AA瓜AA精精AA 组氨酸族和芳香族氨基酸的合成组氨酸族和芳香族氨基酸的合成包括：组包括：组AA(His)AA(His)、色、色AA(Trp)AA(Trp)、酪、酪AA(Tyr)AA(Tyr)、苯丙、苯丙AA(Phe)AA(Phe)组组AAAA族碳架：族碳架：PPPPPP中的中的磷酸核糖磷酸核糖芳香族芳香族AA碳架：碳架：4-磷酸磷酸-赤藓糖赤藓糖(PPP)和和PEP(EMP)CH2HCCCH-NH2COOH-NHCHN来自核糖来自谷氨酰胺的酰胺基来自谷氨酰胺的酰胺基从谷氨酸经转氨作用而来从谷氨酸经转氨作用而来来自来自ATPTrp芳香族氨基酸芳香族氨基酸的关系的关系若将若将莽草酸莽草酸看作看作芳香族氨基酸合成的前体芳香族氨基酸合成的前体，因此芳香族氨基酸合成时相同的一段，因此芳香族氨基酸合成时相同的一段过程叫过程叫莽草酸途径莽草酸途径色氨酸色氨酸PEP4-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖莽草酸莽草酸分支酸分支酸预苯酸预苯酸酪氨酸酪氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸S 核酸的酶促降解核酸的酶促降解S 核苷酸的降解核苷酸的降解S 核苷酸的合成核苷酸的合成第四节第四节 核酸的酶促降解核酸的酶促降解第四节 核酸的酶促降解核酸酶核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶称为核酸酶：作用于核酸的磷酸二酯酶称为核酸酶,按按 其作用位置分为其作用位置分为:核酸外切酶核酸外切酶：作用于核酸链的末端（作用于核酸链的末端（3 3 端或端或5 5 端），端），逐个水解下核苷酸。逐个水解下核苷酸。脱氧核糖核酸外切酶：只作用于脱氧核糖核酸外切酶：只作用于DNADNA 核糖核酸外切酶核糖核酸外切酶:只作用于只作用于RNARNA核酸内切酶核酸内切酶:从核酸分子内部切断从核酸分子内部切断3 3 ，5 5 -磷酸二酯键。磷酸二酯键。限制性内切酶限制性内切酶：在细菌细胞内存在的一类能识别并水在细菌细胞内存在的一类能识别并水解外源双链解外源双链DNADNA的核酸内切酶，可用于特异切割的核酸内切酶，可用于特异切割DNA,DNA,常作常作为工具酶。为工具酶。一、核糖核酸酶v只水解RNA磷酸二酯键的酶（RNase），不同的 RNase专一性不同。牛胰核糖核酸酶I（RNaseI），作用位点是嘧啶核苷-3-磷酸与其它核苷酸间的连接键。（内切核酸酶）核糖核酸酶T1（RNaseT1），作用位点是3-鸟苷酸与其它核苷酸的5-OH间的键。（内切核酸酶）5ppppOHPyPuPyPu1pppGACUpppGA3RNAaseIRNAaseT1只能水解DNA磷酸二酯键的酶。牛胰脱氧核糖核酸酶（DNase），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。限制性核酸内切酶：细菌体内能识别并水解外源双源DNA的核酸内切酶，可特异切割外源DNA特定序列中的磷酸二脂键(对碱基序列专一），切断双键，常作为工具酶。二、脱氧核糖核酸酶既可水解RNA，又可水解DNA磷酸二酯键的核酸酶。小球菌核酸酶（内切酶），可作用于RNA或变性的DNA，产生3-核苷酸或寡核苷酸。蛇毒磷酸二酯酶和牛脾磷酸二酯酶（外切酶）。三、非特异性核酸酶某些核酸某些核酸外切酶外切酶对对RNARNA、DNADNA均有作用：均有作用：牛脾磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶 3-核苷酸核苷酸蛇毒磷酸二酯酶蛇毒磷酸二酯酶 5-核苷酸核苷酸生物体内核酸的合成原料来自生物体内核酸的合成原料来自”从头合成从头合成”,并非取自食物并非取自食物第五节 核苷酸的生物降解核酸酶（磷酸二酯酶）核酸酶（磷酸二酯酶）核苷酸酶（磷酸单酯酶）核苷酸酶（磷酸单酯酶）核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶核酸核酸核苷酸核苷酸核苷核苷磷酸磷酸嘌呤或嘧啶嘌呤或嘧啶戊糖戊糖-1-磷酸磷酸一、核苷酸的降解一、核苷酸的降解 核苷酸+H2O 核苷+Pi 核苷+H2O 嘌呤（或嘧啶）+戊糖 （核苷水解酶核苷水解酶主要存在于植物和微生物体内，并且只能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核糖核苷起作用，对脱氧核糖核苷不起作用。），对脱氧核糖核苷不起作用。）核苷+H3PO4 嘌呤（或嘧啶）+1-磷酸戊糖（核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶存在广泛）存在广泛）核苷酸酶核苷水解酶核苷水解酶核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶 二、嘌呤的降解二、嘌呤的降解：这是一个这是一个氧化氧化降解过程，降解过程，不同生物降解的产物不同。不同生物降解的产物不同。腺嘌呤 鸟嘌呤 H2O H2O NH3 NH3 次黄嘌呤次黄嘌呤 黄嘌呤黄嘌呤 H2O+O2 H2O2 H2O+O2 H2O2 尿囊素 尿酸 H2O CO2+H2O2 2H2O+O2 尿囊酸 尿素 +乙醛酸 H2O 2H2O 4NH3+2CO2 （人类和灵长类动物、（人类和灵长类动物、爬虫、鸟类）爬虫、鸟类）（灵长类以外的哺乳动物）（灵长类以外的哺乳动物）（植物）（植物）（鱼类、两栖类）（鱼类、两栖类）（海洋无脊椎动物）（海洋无脊椎动物）腺嘌呤脱氨酶腺嘌呤脱氨酶鸟嘌呤脱氨酶鸟嘌呤脱氨酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤黄嘌呤氧化酶氧化酶尿酸氧化酶尿酸氧化酶尿囊尿囊素酶素酶尿囊酸酶尿囊酸酶脲酶脲酶(硬骨鱼硬骨鱼)脱氨脱氨氧化氧化水解水解三、嘧啶的降解三、嘧啶的降解：这是一个还原降解过程这是一个还原降解过程。n 胞嘧啶胞嘧啶 尿嘧啶 二氢尿嘧啶 H2O NH3 NAD(P)H+H+NAD(P)+H2O -丙氨酸丙氨酸 -脲基丙酸 H2O n 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 二氢胸腺嘧啶 NAD(P)H+H+NAD(P)+H2O -氨基异丁酸氨基异丁酸 -脲基异丁酸 H2O 胞嘧啶脱氨酶胞嘧啶脱氨酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧二氢嘧啶酶啶酶脲基丙酸酶脲基丙酸酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢尿嘧啶脱氢酶二氢嘧啶酶二氢嘧啶酶脲基丙酸酶脲基丙酸酶NH3+CO2+NH3+CO2+NADPH+H+-哺乳动物哺乳动物NADH+H+-细细 菌菌脱氨脱氨还原还原水解水解一、嘌呤核苷酸的生物合成从头合成途径补救途径二、嘧啶核苷酸的生物合成从头合成途径补救合成途径第六节 核苷酸的生物合成三、脱氧核苷酸的合成 （1）嘌呤环上各原子的来源N3N9N7N1C2C6C4C5C8来自谷氨酰胺的酰胺氮来自谷氨酰胺的酰胺氮来自甲酸来自甲酸来自甲酸来自甲酸来自天冬氨酸来自天冬氨酸来自甘氨酸来自甘氨酸来自来自CO2一、嘌呤核苷酸的生物合成（AMP、GMP)v合成嘌呤核合成嘌呤核苷酸，先合成苷酸，先合成IMPIMP，再转化为，再转化为AMPAMP、GMPGMP 。1、从头合成利用简单的原始材料从头合成核苷酸的过程，此过程不包利用简单的原始材料从头合成核苷酸的过程，此过程不包括碱基和核苷等中间物，也是核苷酸合成的主要途径括碱基和核苷等中间物，也是核苷酸合成的主要途径nIMP的合成是从5-磷酸核糖开始的，先与ATP反应生成5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP），然后嘌呤环的各原子在PRPP的C-1位置上逐渐加上去。（2）IMP的合成的合成PRPPPRPPIMPIMPFH49N4C、5C，7N3N6C1N2C8C（3 3）IMPIMP转变为转变为GMPGMP和和AMPAMP羽田杀菌素羽田杀菌素（AspAsp的类似物）的类似物）嘌呤核苷酸的生物合成嘌呤核苷酸的生物合成（从头合成）（从头合成）：n嘌呤核苷酸的合成结果直接形成嘌呤核苷酸的合成结果直接形成IMPIMPnIMPIMP合成从合成从5 5-P-P-核糖开始的，在核糖开始的，在ATPATP参与下先形成参与下先形成PRPPPRPPn嘌呤的各个原子是在嘌呤的各个原子是在PRPPPRPP的的C1C1上逐渐加上去的。由上逐渐加上去的。由GlnGln、AspAsp、GlyGly、甲酸、甲酸、COCO2 2 提供提供N N和和C Cn四氢叶酸（四氢叶酸（FH4FH4）是一碳单位的载体）是一碳单位的载体 治癌药物：治癌药物：嘌呤类似物（嘌呤类似物（6-6-巯基嘌呤）、谷胺酰胺类似物、叶酸类似巯基嘌呤）、谷胺酰胺类似物、叶酸类似物（氨基蝶呤）物（氨基蝶呤）2、补救途径、补救途径（1 1）PRPP+嘌呤嘌呤嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸+PPi+PPi 腺嘌呤磷酸核糖转移酶腺嘌呤磷酸核糖转移酶 鸟嘌呤磷酸核糖转移酶鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（2）碱基）碱基+1-磷酸核糖磷酸核糖 核苷核苷+Pi (核苷磷酸酶核苷磷酸酶)核苷核苷+ATP+ATP 核苷酸核苷酸+ADP(核苷磷酸激酶核苷磷酸激酶)只发现腺苷酸激酶只发现腺苷酸激酶嘧啶核苷酸的嘧啶环是由氨甲酰磷酸嘧啶核苷酸的嘧啶环是由氨甲酰磷酸 和天冬氨酸合成的。和天冬氨酸合成的。二、嘧啶核苷酸的生物合成二、嘧啶核苷酸的生物合成氨甲酰磷酸天冬氨酸1、尿苷酸、尿苷酸的从头合成的从头合成其合成与嘌呤核苷酸的合成不同，先利用其合成与嘌呤核苷酸的合成不同，先利用小分子化合物形成小分子化合物形成嘧啶环嘧啶环，再与核糖磷酸，再与核糖磷酸（PRPPPRPP）结合形成）结合形成UMPUMP，其关键的中产物，其关键的中产物是是乳清酸乳清酸。其他嘧啶核苷酸由。其他嘧啶核苷酸由尿苷酸尿苷酸转变而来转变而来（1 1）尿嘧啶核苷酸的合成）尿嘧啶核苷酸的合成天冬氨酸转氨甲酰酶天冬氨酸转氨甲酰酶二氢乳清酸酶二氢乳清酸酶二氢乳清酸脱氢酶氢乳清酸脱氢酶乳清苷酸焦磷酸化酶乳清苷酸焦磷酸化酶Mg2+乳清苷酸脱羧酶乳清苷酸脱羧酶 （2）胞苷酸的生物合成）胞苷酸的生物合成 UMP UDP UTP ATP ADP ATP ADP UTP+NH3+ATP CTP+ADP+Pi(细细菌体内菌体内)在动物体内在动物体内,由谷氨酰胺代替氨参加反应提供氨基由谷氨酰胺代替氨参加反应提供氨基 UTP UTP+谷氨酰胺谷氨酰胺 +ATP+H+ATP+H2 2O CTP+O CTP+谷氨酸谷氨酸+ADP+Pi+ADP+Pi 核苷二磷酸激酶CTP合成酶Mg2+尿嘧啶核苷酸激酶CTP合成酶嘧啶碱与1-磷酸核糖生成嘧啶核苷，然后由尿苷激酶催化尿苷和胞苷形成UMP和CMP。嘧啶碱+1-磷酸核糖核苷磷酸化酶嘧啶核苷+Pi尿苷（胞苷）+ATP尿苷激酶尿苷激酶Mg2+UMP（CMP）+ADP （2）磷酸核糖转移酶途径（胞嘧啶不行）尿嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶+5-PRPPUMP+PPi2 2、补救途径补救途径（1）嘧啶核苷激酶途径（重要途径）（1）核糖核苷酸的还原反应）核糖核苷酸的还原反应NADP+NADPH+H+硫氧还蛋白硫氧还蛋白还原酶还原酶FAD核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶（B1和和B2）ATP、Mg2+硫氧还蛋白硫氧还蛋白（还原型）（还原型）SHSH硫氧还蛋白硫氧还蛋白（氧化型）（氧化型）SSOP-P-CH2NOHOH核糖核苷二磷酸核糖核苷二磷酸OP-P-CH2NOHH+H2O脱氧核糖核苷二磷酸脱氧核糖核苷二磷酸ADP、GDP、CDP、UDP腺嘌呤、鸟嘌呤腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶核糖核和胞嘧啶核糖核苷酸经还原，将苷酸经还原，将核糖第二位碳原核糖第二位碳原子的氧脱去，即子的氧脱去，即成为相应的脱氧成为相应的脱氧核糖核苷酸。核糖核苷酸。还原反应一般在还原反应一般在核苷二磷酸核苷二磷酸（NDPNDP）水平上）水平上进行进行三、脱氧核糖核苷酸的生物合成（三、脱氧核糖核苷酸的生物合成（大肠杆菌、动物、植物大肠杆菌、动物、植物）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。（2）胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合成）胸腺嘧啶脱氧核苷酸的合