第十一章核苷酸代谢

1、第十一章第十一章 核苷酸代谢核苷酸代谢 第一节第一节 核酸的酶促降解核酸的酶促降解生物体内普遍存在着水解核酸的酶系，核酸的酶促生物体内普遍存在着水解核酸的酶系，核酸的酶促降解如下：降解如下：核酸核酸 核苷酸核苷酸 核苷核苷 碱基碱基+ +戊糖戊糖-1-P-1-P核酸酶核酸酶 核苷酸酶核苷酸酶 核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶核糖核酸酶核糖核酸酶(RNase(RNase) )核酸外切酶核酸外切酶外切核酸酶对核酸的水解位点外切核酸酶对核酸的水解位点 p p p p p pBBBBBBOH5 牛脾磷酸二酯酶牛脾磷酸二酯酶（ 5 5 端外切端外切5 5得得3 3）蛇毒磷酸二酯酶蛇毒磷酸二酯酶（ 3 3 端外切

2、端外切3 3得得5 5）内切核酸酶对内切核酸酶对RNARNA的水解位点示意图的水解位点示意图5 p p p pOHPyPuPyPy1 p p pGACU p p pGA3 RNAase IRNAase T1Pu ：嘌呤：嘌呤 Py：嘧啶：嘧啶原核生物中存在着一类能识别外源原核生物中存在着一类能识别外源DNADNA双螺旋中双螺旋中4-84-8个碱个碱基对所组成的特异的具有基对所组成的特异的具有二重旋转对称性二重旋转对称性的的回文序列回文序列，并在此序列的某位点水解并在此序列的某位点水解DNADNA双螺旋链，产生粘性末端双螺旋链，产生粘性末端或平末端，这类酶称为限制性内切酶。或平末端，这类酶称为限

3、制性内切酶。常用的常用的DNADNA限制性内切酶的专一性限制性内切酶的专一性辨认的序列和切口辨认的序列和切口说明说明 A G C T T C G A G G A T C C C C T A G G A G A T C T T C T A G A G A A T T C C T T A A G A A G C T T T T C G A A 六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口 C C C G G G G G G C C C 四核苷酸，平端切口四核苷酸，平端切口四核苷酸，平端切口四核苷酸，平端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，

4、粘端切口六核苷酸，粘端切口六核苷酸，粘端切口种名种名 第二节第二节 嘌呤和嘧啶的分解代谢嘌呤和嘧啶的分解代谢一、嘌呤的分解代谢一、嘌呤的分解代谢不同种类的生物分解嘌呤的能力不同，因此嘌呤分不同种类的生物分解嘌呤的能力不同，因此嘌呤分解代谢的产物亦各异。动物的肝脏，肾脏和小肠中黄解代谢的产物亦各异。动物的肝脏，肾脏和小肠中黄嘌呤氧化酶活力很高，因此嘌呤的分解代谢主要在肝嘌呤氧化酶活力很高，因此嘌呤的分解代谢主要在肝脏，小肠粘膜，肾脏中进行。脏，小肠粘膜，肾脏中进行。核苷酸核苷酸 核苷核苷 碱基碱基+ +（脱氧）戊糖（脱氧）戊糖-1-P-1-P核苷酸酶核苷酸酶 核苷磷酸化酶核苷磷酸化酶磷酸磷酸一、

5、一、嘌呤的降解嘌呤的降解嘌呤的分解在核苷酸，核苷和碱基水平上均可发生。嘌呤的分解在核苷酸，核苷和碱基水平上均可发生。研究发现，体内腺嘌呤的分解主要是在研究发现，体内腺嘌呤的分解主要是在腺苷脱氨酶腺苷脱氨酶和和腺苷酸脱氨酶腺苷酸脱氨酶作用下进行的。作用下进行的。鸟嘌呤的分解则是在鸟嘌呤的分解则是在鸟嘌呤脱氨酶鸟嘌呤脱氨酶作用下进行的。作用下进行的。嘌呤的分解首先是脱氨基。嘌呤的分解首先是脱氨基。NNNHNOOONH2NNHNOOOH2NCNHCNH2NHCOOCOOHH2NCCHOOCOOHNH2NH3 + 2CO21/2O2 + H2OCO2H2OH2O尿酸是人类嘌呤类化合物分解代谢的最终产物

6、。在正尿酸是人类嘌呤类化合物分解代谢的最终产物。在正常身体条件下，血液中尿酸含量为常身体条件下，血液中尿酸含量为202060mg/L60mg/L，超过，超过80mg/L80mg/L后，因为尿酸的溶解度很低，其后，因为尿酸的溶解度很低，其NaNa盐和盐和K K盐易形盐易形成结晶沉积于软组织，软骨及关节处，形成尿酸结石及成结晶沉积于软组织，软骨及关节处，形成尿酸结石及关节炎（由尿酸盐结晶形成的关节炎称痛风症）；此外，关节炎（由尿酸盐结晶形成的关节炎称痛风症）；此外，尿酸盐沉积也在肾上发生，成为肾结石。而治疗痛风病尿酸盐沉积也在肾上发生，成为肾结石。而治疗痛风病的药物别嘌呤醇是次黄嘌呤的类似物，可与

7、次黄嘌呤竞的药物别嘌呤醇是次黄嘌呤的类似物，可与次黄嘌呤竞争黄嘌呤氧化酶的结合部位；别嘌呤醇的氧化产物又是争黄嘌呤氧化酶的结合部位；别嘌呤醇的氧化产物又是黄嘌呤的类似物，进一步与次黄嘌呤竞争黄嘌呤氧化酶黄嘌呤的类似物，进一步与次黄嘌呤竞争黄嘌呤氧化酶的活性中心，从而抑制该酶活性，减少尿酸生成不能形的活性中心，从而抑制该酶活性，减少尿酸生成不能形成结石，达到治疗目的。成结石，达到治疗目的。嘧啶的分解代谢过程与嘌呤分解相似，包括脱氨基嘧啶的分解代谢过程与嘌呤分解相似，包括脱氨基作用，氧化，还原，水解和脱氨基作用等。在哺乳作用，氧化，还原，水解和脱氨基作用等。在哺乳动物中，嘧啶的分解代谢主要发生在肝

8、脏，其代谢动物中，嘧啶的分解代谢主要发生在肝脏，其代谢过程见过程见P234P234，水解生成，水解生成COCO2 2，NHNH3 3，-丙氨酸，丙氨酸，-氨基异丁酸。后者脱氨基后进入有机酸代谢或直接氨基异丁酸。后者脱氨基后进入有机酸代谢或直接排出。排出。第三节第三节 核苷酸的生物合成核苷酸的生物合成 一、核甘酸生物合成的基本途径一、核甘酸生物合成的基本途径动物、植物和微生物都能合成各种嘌呤和嘧啶核苷酸动物、植物和微生物都能合成各种嘌呤和嘧啶核苷酸 。合成。合成核核苷苷酸的基本途径有两条。酸的基本途径有两条。一条是以小分子的氨基酸，氨，二氧化碳为原料进行全合成，一条是以小分子的氨基酸，氨，二氧化

9、碳为原料进行全合成，即从头合成或从无到有途径；在肝脏中利用食物原料以从头合即从头合成或从无到有途径；在肝脏中利用食物原料以从头合成为主；成为主；另一条是利用体内游离的碱基或核苷合成核甘酸，称为补救另一条是利用体内游离的碱基或核苷合成核甘酸，称为补救途径。脑，骨髓等只能补救合成。途径。脑，骨髓等只能补救合成。正常情况下，以肝脏的合成为主，仅在病理等特殊条件下，正常情况下，以肝脏的合成为主，仅在病理等特殊条件下，补救途径才有意义。补救途径才有意义。嘌呤环上各原子的来源嘌呤环上各原子的来源来自来自COCO2 2来自天冬氨酸来自天冬氨酸来自来自“甲酸盐甲酸盐”来自来自“甲酸盐甲酸盐”来自甘氨酸来自甘氨

10、酸来自谷氨酰胺的酰胺氮来自谷氨酰胺的酰胺氮次次黄黄嘌嘌呤呤的的生生物物合合成成5-5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸5-5-磷酸核糖胺磷酸核糖胺甲酰甘氨咪核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸5-5-氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-羧核苷酸羧核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-琥珀琥珀基基- -甲酰胺核苷酸甲酰胺核苷酸次黄嘌呤次黄嘌呤核苷酸核苷酸（IMPIMP）5-5-甲酰氨基咪唑甲酰氨基咪唑-4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸5-5-氨基咪唑氨基咪唑-4-4-氨甲酰核苷酸氨甲酰核苷酸嘌呤核苷酸合成补救途径嘌呤核苷酸

11、合成补救途径嘌呤嘌呤+PRPPA(G)MP+PPi磷酸核糖转移酶磷酸核糖转移酶嘌呤嘌呤+1-P-+1-P-核糖核糖嘌呤核苷嘌呤核苷A(G)MPATP ADP嘧啶核苷酸从头合成途径嘧啶核苷酸从头合成途径n与嘌呤合成不同，嘧啶的合成是先合成尿嘧啶与嘌呤合成不同，嘧啶的合成是先合成尿嘧啶环，再分别与核糖和磷酸结合形成尿嘧啶核苷环，再分别与核糖和磷酸结合形成尿嘧啶核苷酸，再转变成其他核苷酸。酸，再转变成其他核苷酸。n见见P240P240嘧啶环上原子的来源嘧啶环上原子的来源4CCCC5H2N-CO-P氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸NH3CO2天冬氨酸天冬氨酸NNn由乳清苷酸合成胞嘧啶核苷酸见由乳清苷酸合成胞嘧啶核

12、苷酸见n合成脱氧胸腺嘧啶核苷酸见合成脱氧胸腺嘧啶核苷酸见嘧啶核苷酸补救合成途径嘧啶核苷酸补救合成途径尿嘧啶尿嘧啶+PRPP+PRPPUMP+PPi尿嘧啶尿嘧啶+1-P-+1-P-核糖核糖尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷+Pi+Pi尿嘧啶核苷尿嘧啶核苷+ATPUMP+ADP四、核四、核苷苷酸转化成核苷三磷酸酸转化成核苷三磷酸核核苷苷酸不能参加核酸的生物合成，必须先转变为核苷酸不能参加核酸的生物合成，必须先转变为核苷三磷酸后才能成为活化原料。三磷酸后才能成为活化原料。分别由其专一的激酶催化见分别由其专一的激酶催化见P241P241（反应通式）（反应通式）以核苷二磷酸为原料还原而成以核苷二磷酸为原料还原而成该反

13、应由核糖核甘酸还原酶（核苷二磷酸还该反应由核糖核甘酸还原酶（核苷二磷酸还原酶）作用下完成。原酶）作用下完成。大肠杆菌的核苷二磷酸还原酶结构描述见大肠杆菌的核苷二磷酸还原酶结构描述见。R1亚基亚基R2亚基亚基底物特异性底物特异性调节位点调节位点酶酶 活活 性性调节位点调节位点活性位点活性位点核糖核苷酸还原酶示意图核糖核苷酸还原酶示意图NADP+NADPH+H+硫氧还蛋白硫氧还蛋白还原酶还原酶FADATP 、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核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶OP-

14、P-CH2NOHH+ H2O脱氧核糖核苷二磷酸脱氧核糖核苷二磷酸OP-P-CH2NOH OH核糖核苷二磷酸核糖核苷二磷酸OP-P-CH2NOH H+ H2O脱氧核糖核苷二磷酸脱氧核糖核苷二磷酸ATP 、Mg2+核糖核苷酸还原酶核糖核苷酸还原酶硫氧还蛋白硫氧还蛋白SHSH硫氧还蛋白硫氧还蛋白SS硫氧还蛋硫氧还蛋白还原酶白还原酶FADFADH2NADPH+H+NADP+谷胱甘肽谷胱甘肽还原酶还原酶GSSG2GSH谷氧还蛋白谷氧还蛋白还原酶还原酶谷氧还蛋白谷氧还蛋白SS谷氧还蛋白谷氧还蛋白SHSH核核苷苷酸酸的的合合成成及及相相互互关关系系六、核甘酸从头合成的调节六、核甘酸从头合成的调节嘌呤嘌呤rR

15、-5-PATPPRPPPRAIMPAMPADPATPXMPGMPGDPGTPPRPPIM PAM PADPATPXM PGM PGDPGTP嘧啶嘧啶高等生物中，嘧啶核苷酸合成主要控制点高等生物中，嘧啶核苷酸合成主要控制点是氨甲酰磷酸合成酶是氨甲酰磷酸合成酶，该酶受到，该酶受到UMPUMP的反馈的反馈抑制；原核生物则是天冬氨酸转甲酰酶抑制；原核生物则是天冬氨酸转甲酰酶嘌呤和嘧啶合成调节的关键点是磷酸核糖嘌呤和嘧啶合成调节的关键点是磷酸核糖焦磷酸合成酶，该酶既受嘌呤核苷酸调节，焦磷酸合成酶，该酶既受嘌呤核苷酸调节，又受嘧啶核又受嘧啶核苷苷酸调节。酸调节。ATP + CO2 + UMPUTPCTPPRPPATP七、核苷酸从头合成的抗代谢物七、核苷酸从头合成的抗代谢物嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、氨基酸或嘌呤核苷酸的抗代谢物是一些嘌呤、氨基酸或叶酸的类似物。它们主要以竞争性抑制或以假叶酸的类似物。它们主要以竞争性抑制或以假乱真等方式干扰或阻断嘌呤核苷酸