第十章核苷酸代谢

第十章核酸的降解和核苷酸代谢1.掌握核酸的酶促降解。2.掌握嘌呤在不同生物中的分解代谢。3.了解核苷酸的生物合成过程。核酸的分解代谢

概况：

核酸核苷酸核苷+Pi碱基+戊糖-1-P)(磷酸二酯酶核酸酶¾¾®¾10.1核酸的酶促降解

一、降解方式核酸酶核酸+水核苷酸3′，5′-磷酸二酯键水解核酸水解：DNA稳定，耐酸碱；RNA易在碱中水解二、核酸酶：1.按底物分：核糖核酸酶（RNase）：酶稳定、耐高温，RNA；脱氧核糖核酸酶（DNase）：种类多、工具酶，DNA；非特异性核糖核酸酶：有的酶可作用于DNA和RNA2.按作用方式分：(1)核酸外切酶：从核酸链的一端逐个水解下核苷酸的酶。（非特异性）3′核酸外切酶：如蛇毒磷酸二酯酶从3′-OH端开始生成5′-核苷酸5′核酸外切酶：如牛脾磷酸二酯酶从5′-OH端开始生成3′-核苷酸（2）核酸内切酶：水解DNA或RNA分子内的磷酸二酯键的酶（特异性强）。如牛胰核糖核酸酶3′-磷酸与相邻核苷酸的3′，5′-磷酸二酯键。

外切核酸酶对核酸的水解位点5´

p

p

p

pOHB

p

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p

p3´BBBBBBB牛脾磷酸二酯酶（5´端外切5得3）蛇毒磷酸二酯酶（

3´端外切3得5）内切核酸酶对RNA的水解位点示意图5´

p

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pOHPyPuPyPy1´

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pGACU

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pGA3´RNAaseIRNAaseIRNAaseT1RNAaseT1Py嘧啶

Pu嘌呤RNAaseI作用于嘧啶与嘌呤、嘧啶与嘧啶间的二酯键RNAaseT1作用于嘌呤与嘌呤间的二酯键①限制性内切酶的命名：属名＋种名＋株名EcoRI序号属名种名株名例：EcoRI是从大肠杆菌（Ecoli）R菌珠中分离出的一种限制性内切酶意义：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。（3）限制性核酸内切酶

（Restrictionendonuclease）能够识别双链DNA分子中特定的核苷酸序列，并在特定位点切割DNA双链的核酸内切酶统称为限制性核酸内切酶限制性内切酶类型I型：分子量大于105，多亚基，需S-线苷蛋氨酸、ATP和Mg2+，识别位点与切割位点相差甚远，产物为异质，是限制与修饰相排斥的多功能酶.II型：分子量小于105，需Mg2+，切割位点位于识别位点上，产物为专一性片段，不具修饰酶功能。现在分子生物学研究所用的限制性内切酶均为此类。III型：识别位点为5-7bp的非对称序列

，切割位点在顺序之外离识别序列5-10bp，切割双链，个别也切割单链。是限制与修饰相多功能酶.②分类：

磷酸解

水解

核苷+H2O

核苷水解酶碱基+核糖核苷+Pi核苷磷酸化酶碱基+核糖-1-P一、核苷的分解代谢

10.2核苷酸的分解代谢不同种类的生物分解嘌呤的能力不同，产物也不同。人、灵长类、鸟类、某些爬虫类将嘌呤分解成尿酸，其他生物还可将尿酸进一步分解成尿囊素、尿囊酸、尿素、甚至CO2、NH3。核酸中的嘌呤主要是Ade、Gua首先脱氨，分别生成次黄嘌呤和黄嘌呤，再进一步代谢生成尿酸二、嘌呤的分解代谢腺嘌呤次黄苷脱氨酶次黄嘌呤核苷酶黄嘌呤氧化酶黄嘌呤黄嘌呤氧化酶核苷酶脱氨酶核苷酸酶鸟苷鸟嘌呤尿酸尿酸氧化酶尿囊素尿囊素酶尿囊酸尿囊酸酶尿素酶乙醛酸灵长类鸟类爬虫类昆虫硬骨鱼两栖类软骨鱼海洋瓣腮类甲壳类灵长类外的哺乳类尿酸过多导致痛风（gout）

高尿酸血症是痛风的前奏曲，喜欢吃肉喝酒的患者，必须多加节制。否则，痛风发作时，拇趾、足背、足跟、踝、指、腕等小关节都有可能红肿剧痛，反复发作，关节畸形，形成‘痛风石’。

血液中的尿酸浓度过高，形成尿酸结晶沉积在组织中。如沉积在关节就会引起关节炎，沉积在肾脏就会导致肾结石。痛风多发生于中老年人、肥胖者和脑力劳动者

结构与次黄嘌呤很相似的别嘌呤醇（allopurinol）对黄嘌呤氧化酶有很强的抑制作用（竞争性抑制），可用来治疗痛风。

别嘌呤醇次黄嘌呤RNA：Cyt、Ura

三、嘧啶碱的分解代谢胞嘧啶尿嘧啶CO2DNA：Thy

胸腺嘧啶β-氨基异丁酸CO210.3核苷酸的生物合成概述：从头合成基本途径半合成（补救合成）（CO2/NH3/AA/戊糖）核苷酸dNDP分解的现成嘌呤、嘧啶ATP核苷酸合成的两条途径核糖、氨基酸、CO2、NH3核糖核苷酸脱氧核苷酸辅酶RNA核苷碱基脱氧核苷DNA补救途径从头合成一、嘌呤核苷酸的合成

1．从头合成途径（Denovosynthesis）

（1）IMP的合成Asp一碳单位Gln甘氨酸一碳单位AMP

GMPIMPN5,N10-次甲基四氢叶酸purine环各原子的来源：AspGln甲酸酰胺氮IMP合成过程：

R-5-P→5-氨基咪唑核苷酸，形成了咪唑环，包括反应（1）～（6）

第一阶段:5-磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸合成酶嘌呤核苷酸从头合成的关键步骤（Thecommittedstepinthedonovosynthesisofpurinenucleotides

磷酸核糖焦磷酸酰胺转移酶核糖胺-5-磷酸Gln5-磷酸-核糖磷酸核糖焦磷酸合成酶5-磷酸核糖焦磷酸核糖胺-5-磷酸磷酸核糖焦磷酸酰胺转移酶GlnGluGly甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸合成酶ppi限速反应甘氨酰胺核苷酸次甲基THF甘氨酰胺核苷酸甲酰基转移酶甲酰甘氨酰胺核苷酸ATP+Gln+H2O甲酰甘氨咪唑核苷酸5-氨基咪唑核苷酸氨基咪唑核苷酸合成酶甲酰甘氨脒核苷酸合成酶5-氨基咪唑核苷酸→IMP，在5-氨基咪唑核苷酸分子上形成另一个环状结构（嘧啶环），获得IMP。

第二阶段:5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸氨基咪唑甲酰胺核苷酸甲酰基转移酶N10甲酰THF5-甲酰胺基咪唑-4-甲酰胺核苷酸次黄苷酸环水解酶次黄苷酸(IMP)5-氨基咪唑核苷酸5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸氨基咪唑核苷酸羧化酶CO2Asp氨基咪唑琥珀酸氨甲酰核苷酸合成酶5-氨基咪唑-4-(N-琥珀酸)甲酰胺核苷酸延胡索酸腺苷酸裂解酶Gln是合成嘌呤核的氮原子供体，与Gln结构相似的一些化合物如氮丝氨酸（azaserine）和6-重氮-5-氧代正亮氨酸（6-diazo-5-oxonorleucine,DON）是Gln的拮抗物，阻止生物体利用Gln合成嘌呤核苷酸（即阻止反应5），从而阻止核苷酸的合成。FH4­是一碳单位的载体，叶酸的拮抗物如氨基喋呤（aminoprotein）、氨甲蝶呤（amethopterin）抑制反应4,10，阻止嘌呤核苷酸的合成。PurineBiosynthesis(denovo)IMP(InosineMonophosphate)ATPGTPFeedbackInhibitionGMPAMP次黄苷一磷酸（2）IMPAMP和GMP腺苷琥珀酸合成酶腺苷琥珀酸腺苷琥珀酸裂合酶延胡索酸IMP脱氢酶黄嘌呤GlnGlu(2)核糖磷酸转移酶（phosphoribosyltransferase）

(1)Pu

嘌呤核苷嘌呤核苷酸R-1-PPiATPADP2．补救途径（salvagepathway）5-磷酸核糖焦磷酸嘌呤核苷酸嘌呤磷酸核糖转移酶(adeninephosohoribosyltransferase)(hypoxanthine-guaninephosohoribosyltransferase)节约能量和一些氨基酸的消耗。有些组织（如脑、骨髓）不能从头合成嘌呤核苷酸，只能进行嘌呤核苷酸的补救合成。HGPRT完全缺失的患儿，表现为自毁容貌综合症。嘌呤核苷酸补救合成的生理意义Lesch-NyhanSyndrome自毁容貌综合症

HGPRTase

缺失与X连锁(Gene位于X染色体上)

早期发生在男性症状:

尿酸升高痉挛神经失常攻击行为自残嘌呤核苷酸生物合成的调控

磷酸核糖焦磷酸酰胺转移酶腺苷琥珀酸合成酶IMP脱氢酶显著不同处：先合成嘧啶环,然后再和PRPP作用形成核苷酸。

相同处：都有从头合成途径和补救途径。

UMP

CMPTMP与嘌呤核苷酸合成的二、嘧啶核苷酸的生物合成第一阶段：合成氨甲酰磷酸

第二阶段:嘧啶核的形成，包括反应2，3，4

第三阶段：形成尿苷酸,包括反应5，6

1．尿苷酸（UMP）的合成

（1）从头合成途径（Denovosynthesis）

NH3或Gln的酰胺氮Thepyrimidinebiosyntheticpathway转氨甲酰酶氨甲酰天冬氨酸二氢乳清酸酶二氢乳清酸乳清酸二氢乳清酸脱氢酶乳清苷酸焦磷酸化酶乳清苷酸乳清苷酸脱羧酶氨甲酰磷酸合成酶尿苷磷酸化酶UraR-1-PPiU（尿苷）尿苷激酶UMPATPADP尿嘧啶磷酸核糖转移酶

UraPRPPPPi（2）补救途径（salvagepathway）尿嘧啶UMPCMP

+NH32.胞苷酸（CMP）的合成嘧啶核苷酸生物合成的调控

氨甲酰磷酸合成酶转氨甲酰酶嘧啶和嘌呤生物合成的比较在PRPP基础上合成受GTP/ATP调节生成IMP需要能量合成后再加上PRPP

受UTP调节生成UMP/CMP

需要能量三、脱氧核苷酸的生物合成

1.核苷二磷酸的还原

核苷酸还原酶硫氧还蛋白为还原剂，NADPH.H+提供还原力谷胱甘肽还原酶谷氧还蛋白还原酶谷氧还蛋白核苷酸还原酶硫氧还蛋白硫氧还蛋白还原酶黄素蛋白酶辅基硫氧还蛋白还原酶硫氧还蛋白核苷酸还原酶专一性抑制核苷酸还原酶NDPdNDP抑制DNA合成，对RNA无效羟基尿素（Hydroxyurea）UMP→dTMP

要解决二个问题:（1）糖基的脱氧