12 核酸降解与核苷酸代谢

1、第六章 核酸降解与核苷酸代谢,一核酸酶促降解 二核苷酸的分解代谢 三核苷酸的生物合成,一、核酸降解,在胃中核蛋白酸水解为核酸和蛋白质，核酸在小肠被胰核酸酶（包括DNase、RNase）降解为嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸和寡核苷酸。磷酸二酯酶协同胰核酸酶进行消化，水解为单核苷酸。 肠黏膜细胞中还有核苷酸酶 (磷酸单酯酶)，水解核苷酸为核苷和Pi。 脾、肝等组织中的核苷酶进一步水解核苷为戊糖和碱基。,核酸,核苷酸,磷酸,核苷,戊糖,碱基,（嘌呤碱，嘧啶碱）,核酸酶,核苷酸酶,核苷酶,核酸酶(Nuclease),核酸酶是作用于核酸磷酸二酯键的水解酶，包括核糖核酸酶(RNase)和脱氧核糖核酸酶(DNase

2、)，其中能水解核酸分子内磷酸二酯键的酶又称为核酸内切酶(endonuclease)，从核酸的一端逐个水解下核苷酸的酶称为核酸外切酶(exonuclease)。,核酸酶(Nuclease),RNA: RNase(酶稳定、耐高温) DNA: DNase(种类多、工具酶),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,作用类别：,二、核苷酸的分解代谢,磷酸单酯酶或核苷酸酶可催化核苷酸的水解，而特异性强的磷酸单酯酶只能水解3-核苷酸或5-核苷酸。 催化核苷水解的酶有两类，即核苷磷酸化酶和核苷水解酶 （核苷磷酸化酶） 核苷 + Pi 嘌呤或嘧啶 + 戊糖-1-P （核苷水解酶） 核苷

3、 + H2O 嘌呤或嘧啶 + 戊糖 核苷磷酸化酶存在广泛，反应可逆 核苷磷酸化酶主要存在于植物和微生物，只对核糖核苷起作用，对脱氧核糖核苷无作用。,核苷酸分解,1.嘌呤碱的分解,次黄嘌呤,黄嘌呤,尿酸（醇式）,G,NH3,尿素,NH3+ CO2,（微生物）,嘌呤核苷酸三级水平的降解,嘌呤核苷酸分解的三级脱氨,嘌呤分解中的脱氨作用,嘌呤碱的分解首先是水解脱氨，脱氨作用也可以在核苷或核苷酸的水平上进行。动物组织腺嘌呤脱氨酶含量极少，而腺嘌呤核苷脱氨酶及腺嘌呤核苷酸脱氨酶的活性较高，因此腺嘌呤的脱氨分解主要在核苷或核苷酸水平上进行。鸟嘌呤脱氨酶分布广，脱氨分解主要在该酶的作用下进行。,嘌呤的分解,尿

4、酸生成,正常人血浆中尿酸含量为20-60mg/L，超过80mg/L时，尿酸盐晶体会沉积在关节、软组织、软骨、肾等部位，导致关节炎、尿路结石以及肾脏疾病，即“痛风症”。 摄取大量嘌呤食物或尿酸排泄障碍时易患痛风症。 临床上用“别嘌呤醇”治疗痛风症，机理：别嘌呤醇的结构与次黄嘌呤相似，是黄嘌呤氧化酶的竞争性抑制剂。,嘧啶碱的分解,不同生物嘧啶碱的分解过程也不一样，一般情况下含氨基的嘧啶要先水解脱去氨基，脱氨基也可以在核苷或核苷酸水平上进行。,2.嘧啶碱的分解,-NH2,二氢尿嘧啶,脲基丙酸,丙氨酸,H2O,H2O,（开环）,嘧啶还原途径的分解,-CH3,嘧啶分解,其中二氧化碳经呼吸道排出体外，氨在

5、肝脏合成尿素经肾脏排出，-丙氨酸经转氨、氧化以及脱羧作用生成乙酰CoA进入TCA循环。一部分-氨基异丁酸经肾脏排出，另一部分经转氨、氧化等作用生成琥珀酰CoA进入TCA循环.,三、核苷酸生物合成,基本途径,从头合成,半合成（补救合成）,（CO2/NH3/AA/戊糖） 核苷酸 dNTP,分解的现成嘌呤、嘧啶,核苷酸合成的两条途径,补救途径 从头合成,核苷,碱基,脱氧核苷,核糖、氨基酸、CO2、NH3,核糖核苷酸,脱氧核苷酸,DNA,辅酶,RNA,嘌呤环元素的来源,（一）嘌呤核苷酸的生物合成,N5,N10-次甲基 四氢叶酸,磷酸核糖基焦磷酸（PRPP）,嘌呤核苷酸的全程合成（反应1）,5磷酸核糖焦

6、磷酸,5磷酸核糖胺,嘌呤核苷酸的全程合成（反应2）,5磷酸核糖胺,甘氨酰胺核苷酸,嘌呤核苷酸的全程合成（反应3）,甘氨酰胺核苷酸,甲酰甘氨酰胺核苷酸,嘌呤核苷酸的全程合成（反应4）,甲酰甘氨酰胺核苷酸,甲酰甘氨咪唑核苷酸,嘌呤核苷酸的全程合成（反应5）,甲酰甘氨咪唑核苷酸,5氨基咪唑核苷酸,嘌呤核苷酸的全程合成（反应6）,5氨基咪唑核苷酸,5亚氨基咪唑4羧酸核苷酸,嘌呤核苷酸的全程合成（反应7）,5氨基咪唑4羧酸核苷酸,5亚氨基咪唑4羧酸核苷酸,嘌呤核苷酸的全程合成（反应8）,5氨基咪唑4羧酸核苷酸,5氨基咪唑4甲酰胺核苷酸,嘌呤核苷酸的全程合成（反应9）,5氨基咪唑4甲酰胺核苷酸,5氨基咪唑

7、4氨甲酰核苷酸,嘌呤核苷酸的全程合成(反应10),5氨基咪唑4氨甲酰核苷酸,5甲酰氨基咪唑4氨甲酰核苷酸,嘌呤核苷酸的全程合成（反应11）,5甲酰氨基咪唑 4氨甲酰核苷酸,次黄嘌呤核苷酸,嘌呤核苷酸的全程合成总图,由IMP合成AMP和GMP,嘌呤核苷酸的补救途径Salvage Synthesis of Pu-Nt,利用现成的腺嘌呤、次黄嘌呤和鸟嘌呤通过磷酸核糖基转移酶实现AMP、IMP、GMP的补救合成。 人体细胞大多为全程合成，但脑中多通过补救途径合成。,嘌呤核苷酸的补救合成,腺嘌呤 + PRPP AMP + PPi,次黄嘌呤 + PRPP IMP + PPi,鸟嘌呤 + PRPP GMP

8、+ PPi,磷酸核糖基转移酶催化,嘌呤核苷酸的补救合成,（二）嘧啶核苷酸的生物合成嘧啶环元素的来源,氨甲酰磷酸,天冬氨酸,氨甲酰磷酸合成氨甲酰Asp,乳清酸的合成,氨甲酰Asp,二氢乳清酸,乳清酸,乳清酸合成UMP,乳清酸,乳清苷酸,嘧啶核苷酸的全程合成：由乳清酸合成UMP,p397,UTP合成CTP,CTP合成酶,嘧啶核苷酸的补救合成,UMP磷酸核糖基转移酶 尿嘧啶 + PRPP UMP + PPi 尿嘧啶磷酸化酶 尿嘧啶 + 1-P-R 尿嘧啶核苷+ Pi 尿苷激酶 尿嘧啶核苷+ ATP UMP + ADP 胞嘧啶不能与PRPP作用。但 尿苷激酶 胞嘧啶核苷 ATP CMP+ADP,（三）

9、磷酸核苷酸的合成,1 .AMP生成ATP AMP激酶 AMP + ATP 2ADP glycolytic enzymes or oxidative phosphorylation ADP ATP 2 .ATP通过核苷单磷酸激酶生成其他NDP ATP + NMP ADP + NDP 3.NTP的生成 核苷二磷酸激酶 XTP + NDP XDP + NTP,（四）脱氧核糖核苷酸的合成,以核糖核苷酸为原料，通过核糖核苷酸还原酶 将核糖分子还原为脱氧核糖。核糖核苷酸必须先行转化为二磷酸核苷酸(NDP)水平，再还原为脱氧核苷二磷酸. 除需还原酶外，还需另两种氧还蛋白参与，即硫氧还蛋白和谷氧还蛋白。 产物

10、为dNDP。 进一步在激酶的作用下形成相应的dNTP。,脱氧核苷酸的合成,核糖核苷酸还原酶,核糖核苷酸还原酶催化核糖核苷酸还原为脱氧核糖核苷酸,p399,核糖核苷酸还原酶,谷氧还蛋白,FAD,FADH2,GSSG,2GSH,NADPH+H+,NADP+,核糖核苷酸还原酶,核糖核苷二磷酸,脱氧核糖核苷二磷酸,硫氧还蛋白 还原酶,谷氧还蛋白 还原酶,谷胱甘肽还原酶,dTMP的生物合成,存在两种不同途径：补救和全程合成 补救途径以完成的胸腺嘧啶为原料，先生成dT，再形成dTMP。 胸苷酸磷酸化酶 胸腺嘧啶+脱氧核糖-1-P dT+pi dT kinase dT+ATPdTMP+ADP,胸苷酸的合成,dTMP的生物合成,全程合成途径以dUMP为原料 N5,N10-亚甲基 THFA为甲基供体，由dTMP 合酶催化生成。,dNTP的生成,1 核酸的酶促降解 核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、限制性内切酶 2 核苷酸的降解 3 核苷酸的合成代谢 （1）核糖核苷酸的生物合成 嘌呤核苷酸的合成：从头合成和补救途径 嘧啶核苷酸的合成：从头合成和补救途径 （2）脱氧核苷酸