核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座

第九章核酸降解

与核苷酸代谢核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第1页教学纲领了解：核酸酶促水解；核苷酸合成有两种方式：从头合成路径及补救路径；核酸合成调整掌握：嘌呤和嘧啶环原子起源；嘌呤与嘧啶分解代谢终产物；脱氧核糖核苷酸生成方式(主要是在二磷酸水平生成)重点、难点：嘌呤和嘧啶分解及代谢终产物；核苷酸从头合成路径元素起源核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第2页核苷酸(nucleotide)是组成核酸(nucleicacid)基本单位，人体所需核苷酸都是由机体本身合成。食物中核酸或核苷酸类物质基本上不能被人体所利用。在核酸类物质水解产物中，只有磷酸和戊糖可被吸收利用。第一节核酸降解与核酸酶类核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第3页小肠单核苷酸胰核酸酶食物中核酸消化核苷酶小肠戊糖含氮碱核苷酸酶磷酸核苷小肠核蛋白胃HCl蛋白质核酸核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第4页核苷酸核酸核酸酶核苷酸酶磷酸+核苷核苷磷酸化酶碱基+戊糖-1-磷酸核苷水解酶碱基+核糖核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第5页核苷酸类物质在人体含有多方面生理功用：

①作为合成核酸原料：如ATP，GTP，CTP，UTP用于合成RNA，dATP，dGTP，dCTP，dTTP用于合成DNA。

②作为能量贮存和供给形式：除ATP之外，还有GTP，UTP，CTP等。

③参加代谢或生理活动调整：如环核苷酸cAMP和cGMP作为激素第二信使。核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第6页④参加组成酶辅酶或辅基：如在NAD+，NADP+，FAD，FMN，CoA中均含有核苷酸成份。

⑤

作为代谢中间物载体：如用UDP携带糖基，用CDP携带胆碱，乙醇胺或甘油二酯，用腺苷携带蛋氨酸（形成SAM）等。核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第7页1、核酸酶定义及分类核酸酶是指作用于核酸磷酸二酯键酶依据底物不一样分类DNA酶(deoxyribonuclease,DNase)：专一降解DNARNA酶(ribonuclease,RNase)：专一降解RNA二、核酸酶（Nuclease）核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第8页依据切割部位不一样核酸内切酶：分为限制性核酸内切酶和非特异性限制性核酸内切酶。

限制性内切酶：在细菌细胞内存在一类能识别并水解外源双链DNA核酸内切酶，可用于特异切割DNA，常作为工具酶。核酸外切酶：5´→3´或3´→5´核酸外切酶核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第9页参加DNA合成与修复及RNA合成后剪接等主要基因复制和基因表示过程负责去除多出、结构和功效异常核酸，同时也能够去除侵入细胞外源性核酸在消化液中降解食物中核酸以利吸收体外重组DNA技术中主要工具酶生物体内核酸酶负责催化细胞内外核酸降解2、核酸酶功效核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第10页一、核苷酸代谢动态单核苷酸库氨基酸葡萄糖磷酸核苷酸从头合成核酸降解核苷酸降解产物再利用核苷酸降解核酸合成第二节核苷酸代谢核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第11页嘌呤核苷酸结构GMPAMP二、嘌呤核苷酸分解代谢核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第12页（一）嘌呤核苷酸分解代谢核苷酸核苷核苷酸酶Pi核苷磷酸化酶碱基1-磷酸核糖核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第13页嘌呤碱最终共同代谢产物AMPGMPI（次黄嘌呤）GX（黄嘌呤）黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第14页嘌呤核苷酸分解代谢详细过程核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第15页嘌呤碱分解代谢核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第16页核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第17页（二）嘌呤核苷酸合成代谢从头合成路径：(denovosynthesispathway):经过利用一些简单前体物，如5-磷酸核糖，氨基酸，一碳单位及CO2等，逐步合成嘌呤核苷酸过程。这一路径主要见于肝，其次为小肠和胸腺。全部合成反应在胞液中进行。补救合成路径(salvagesynthesispathway)：又称再利用合成路径(salvagepathway)。指利用分解代谢产生自由游离嘌呤碱合成嘌呤核苷酸过程。这一路径可在大多数组织细胞中进行。核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第18页主要发生在肝脏，常因各种抑制物甚至生理担心造成其中一些酶缺乏，影响细胞生长。“从头合成”路径（通常情况下占95%）核糖、氨基酸、CO2、NH3、Pi核糖核苷酸辅酶RNA脱氧核糖核苷酸DNA“补救”路径(脑和骨髓)内外源核酸分解核苷碱基、Pi脱氧核苷核酸类补品原理所在可提升康复速度核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第19页核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第20页嘌呤核苷酸从头合成路径是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸路径。肝是体内从头合成嘌呤核苷酸主要器官，其次是小肠和胸腺，而脑、骨髓则无法进行此合成路径。1、嘌呤核苷酸从头合成定义合成部位核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第21页嘌呤碱合成元素起源CO2天冬氨酸甲酰基（一碳单位）甘氨酸甲酰基（一碳单位）谷氨酰胺（酰胺基）甘氨坐中间，谷碳站两边，左手开天门，头顶二氧碳。核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第22页合成原料：天冬氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、一碳基团、CO2、磷酸核糖。核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第23页过程1.IMP合成2.AMP和GMP生成核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第24页R-5-P（5-磷酸核糖）ATPAMPPRPP合成酶PP-1-R-5-P（5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸）PRPP在谷氨酰胺、甘氨酸、一碳单位、二氧化碳及天冬氨酸逐步参加下IMPAMPGMPH2N-1-R-5´-P（5´-磷酸核糖胺）谷氨酰胺谷氨酸酰胺转移酶核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第25页5-磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖胺甘氨酸甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甲酰甘氨咪核苷酸5-氨基咪唑核苷酸5-氨基咪唑-4-羧核苷酸IMP生物合成5-氨基咪唑-4-琥珀基-甲酰胺核苷酸5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸5-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸次黄嘌呤核苷酸（IMP）甲酰THFA核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第26页(3)IMP转变为GMP和AMP核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第27页AMPADPATPADPATP激酶ADPATP激酶GMPGDPGTPADPATP激酶ADPATP激酶核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第28页从头合成调整R-5-PATPPRPP合成酶PRPP酰胺转移酶PRAIMP腺苷酸代琥珀酸AMPADPATPXMPGMPGDPGTP++_____IMP腺苷酸代琥珀酸XMPAMPADPATPGMPGDPGTPATPGTP__++调整方式：反馈调整和交叉调整核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第29页

合成特点：①参加从头合成路径酶均在胞液中②以磷酸戊糖路径中合成5’-磷酸核糖（5’-PR）为原料，经11步反应生成次黄嘌呤核苷酸（IMP）。③在合成IMP过程中，由氨基酸，CO2，一碳单位逐步提供元素或基团，在5’-磷酸核糖分子上完成嘌呤碱基合成.④从IMP出发再合成AMP和GMP。⑤嘌呤核苷酸是在磷酸核糖分子上逐步合成。⑥IMP合成需5个ATP，6个高能磷酸键。AMP或GMP合成又需1个ATP.核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第30页

利用体内游离嘌呤或嘌呤核苷，经过简单反应，合成嘌呤核苷酸过程，称为补救合成（或重新利用）路径。2、嘌呤核苷酸补救合成路径定义核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第31页1.腺嘌呤磷酸核糖转移酶(adeninephosphoribosyltransferase,APRT)2.次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(hypoxanthine-guaninephosphoribosyltransferase,HGPRT)3.腺苷激酶(adenosinekinase)参加补救合成酶核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第32页腺嘌呤+

PRPPAMP+PPiAPRT次黄嘌呤+PRPPIMP+PPiHGPRT鸟嘌呤+

PRPPHGPRTGMP+PPi合成过程腺嘌呤核苷腺苷激酶ATPADPAMP核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第33页补救合成生理意义补救合成节约从头合成时能量和一些氨基酸消耗。体内一些组织器官，如脑、骨髓等只能进行补救合成。核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第34页嘌呤核苷酸合成总结：

核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第35页嘧啶核苷酸结构三、嘧啶核苷酸代谢核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第36页（一）嘧啶核苷酸分解代谢嘧啶碱1-磷酸核糖嘧啶核苷酸核苷核苷酸酶PPi核苷磷酸化酶核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第37页胞嘧啶NH3尿嘧啶二氢尿嘧啶H2OCO2+NH3β-丙氨酸胸腺嘧啶β-脲基异丁酸β-氨基异丁酸H2O丙二酸单酰CoA乙酰CoATCA肝尿素甲基丙二酸单酰CoA琥珀酰CoATCA糖异生核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第38页从头合成路径补救合成路径（二）嘧啶核苷酸合成代谢核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第39页1、嘧啶核苷酸从头合成主要是肝细胞胞液嘧啶核苷酸从头合成是指利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘧啶核苷酸路径。定义合成部位核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第40页嘧啶合成元素起源氨基甲酰磷酸天冬氨酸核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第41页合成原料：谷氨酰胺、天冬氨酸、CO2、磷酸核糖。合成部位：主要在肝细胞胞液中进行,二氢乳清酸脱氢酶位于线粒体内合成特点：1用原料先合成嘧啶环，然后再与磷酸核糖连接生成嘧啶核苷酸;2先合成UMP，再转变成其它嘧啶核苷酸。核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第42页合成过程（1）尿嘧啶核苷酸合成谷氨酰胺+HCO3-氨基甲酰磷酸合成酶II2ATP2ADP+Pi谷氨酸+氨基甲酰磷酸核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第43页核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第44页UMP合成过程核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第45页

氨基甲酰磷酸合成酶I、II区分CPSⅠCPSⅡ分布

线粒体（肝脏)

胞液(全部细胞)氮源

NH3

Gln

别构激活剂

N-乙酰谷氨酸

无

反馈抑制剂

无

UMP(哺乳类动物)

功效尿素合成

嘧啶合成

核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第46页（2）胞嘧啶核苷酸合成ATPADP尿苷酸激酶UDP二磷酸核苷激酶ATPADPUTPCTP合成酶谷氨酰胺ATP谷氨酸ADP+Pi核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第47页⑵胞苷酸合成：

CTPGln+ATPGlu+ADP+PiCTP合成酶UMPUDPATPADP核苷单磷酸激酶UTPATPADP核苷二磷酸激酶合成RNA核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第48页dTMP合成：是在核苷一磷酸水平上进行UDP脱氧核苷酸还原酶dUDPCTPCDPdCDPdCMP核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第49页⑶脱氧嘧啶核苷酸合成：

磷酸酶CTPCDPH2OPi核糖核苷酸还原酶dCDPNADPH+H+NADP++H2ON5,N10-CH2-FH4FH2dTMP胸苷酸合酶dUMPH2ONH3脱氨酶dCMPH2OPi磷酸酶核苷二磷酸激酶dCTPATPADPUDPdUDP磷酸酶核糖核苷酸还原酶核苷单磷酸激酶dTDPdTTP核苷二磷酸激酶合成DNA核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第50页---ATP+CO2+谷氨酰胺氨基甲酰磷酸UMP氨基甲酸天冬氨酸UTPCTP天冬氨酸嘌呤核苷酸ATP+5-磷酸核糖嘧啶核苷酸PRPP-从头合成调整核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第51页2、嘧啶核苷酸补救合成嘧啶+

PRPP磷酸嘧啶核苷+PPi嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶核苷+ATP尿苷激酶UMP+ADP胸腺嘧啶核苷+ATP胸苷激酶TMP+ADP核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第52页(三)脱氧核糖核苷酸合成脱氢普通经过核糖核苷酸还原酶★实现多在二磷酸核苷★水平上发生，有些原核生物在三磷酸核苷水平进行核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第53页核糖核苷酸还原反应核糖核苷酸还原酶NADP+NADPH+H+硫氧还蛋白还原酶FADATP、Mg2+硫氧还蛋白（还原型）SHSH硫氧还蛋白（氧化型）SSOP-P-CH2NOHOH核糖核苷二磷酸NDPOP-P-CH2NOHH+H2O脱氧核糖核苷二磷酸dNDP核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第54页硫/谷氧还蛋白核糖核酸还原酶系硫氧还蛋白/谷胱甘肽还原酶核糖核苷酸还原酶核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第55页核糖核苷酸还原反应FAD核糖核苷酸还原酶ATP、Mg2+硫氧还蛋白SHSH硫氧还蛋白SS硫氧还蛋白还原酶核糖核苷二磷酸+H2O脱氧核糖核苷二磷酸FADH2谷氧还蛋白SS谷氧还蛋白SHSHNADP+NADPH+H+谷氧还蛋白还原酶OP-P-CH2NOHOHOP-P-CH2NOHHGSSG2GSH谷胱甘肽还原酶核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第56页核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第57页核糖核苷酸还原酶示意图底物特异性调整位点酶活性调整位点活性位点R1亚基R2亚基核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第58页嘧啶核苷酸合成总结：

核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第59页

第三节

核苷酸代谢障碍和抗代谢物核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第60页一.核苷酸代谢障碍-----疾病

参加核苷酸代谢一些酶缺失或调整失常，都会引发核苷酸代谢障碍和疾病。当前已经发觉核苷酸代谢障碍能引发各种疾病。它们大多是嘌呤核苷酸代谢障碍引发疾病。核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第61页

核苷酸代谢障碍引发疾病

临床疾病缺点酶原因临床特点遗传类型1．嘌呤核苷酸代谢障碍痛风①PRPP合成酶调整失常嘌呤产生和x-染色体连②HGPRT酶排谢过多锁，隐性遗传Lesch-Nyhan综合征HGPRT酶遗传缺点嘌呤产生排泄x-染色体连多,脑性瘫痪,锁，隐性遗传自毁容貌症免疫缺点症①腺苷脱氨酶遗传缺点B细胞免疫缺点,常染色体隐性遗传(ADA)缺乏脱氧腺苷尿症②嘌呤核苷磷酸化酶(PNP)肾结石APRT酶遗传缺点2，8-二羟基腺常染色体隐性遗传嘌呤肾结石黄嘌呤尿黄嘌呤氧化酶遗传缺点黄嘌呤肾结石，常染色体隐性遗传低尿酸血症2．嘧啶核苷酸代谢障碍先天性乳清乳清酸磷酸遗传缺点乳清酸排泄多常染色体隐性遗传酸尿症核糖转移酶红细胞性贫血乳清酸核苷酸遗传缺点乳清酸排泄较多常染色体隐性遗传脱羧酶核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第62页二.抗代谢物种类和功效有哪些？（一）抗代谢物种类人工合成核苷酸代谢类似物主要有6类。（1）嘌呤核苷酸代谢类物6-巯基鸟嘌呤（6-thioguanine，6-TG）6-巯基嘌呤（6-mercaptopurine，6-MP）8-氮杂鸟嘌呤（8-azaguanine，8-AG）氮杂硫嘌呤（azathiopurine，AZTP）别嘌呤醇（allopurinol，APO）等核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第63页能够抑制嘌呤核苷酸合成一些抗代谢药品，通常是属于嘌呤、氨基酸或叶酸类似物，主要经过对代谢酶竞争性抑制作用，来干扰或抑制嘌呤核苷酸合成，因而含有抗肿瘤治疗作用。（二）抗代谢药品对嘌呤核苷酸合成抑制：核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第64页核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第65页核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第66页嘌呤核苷酸代谢类似物核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第67页核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第68页核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第69页（2）嘧啶核苷酸代谢类似物5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-FU）：5-FU在体内可转变为F-dUMP，其结构与dUMP相同，可竞争性抑制胸苷酸合酶活性，从而抑制胸苷酸合成。

5-碘-2-脱氧尿嘧啶5-iodo-2-deoxyuridine，5-IDU6-氮杂尿嘧啶（6-azauridine，6-AU）核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第70页能够抑制嘧啶核苷酸合成抗代谢药品也是一些嘧啶核苷酸类似物，经过对酶竞争性抑制而干扰或抑制嘧啶核苷酸合成。主要抗代谢药品是5-氟尿嘧啶（5-FU）。5-FU在体内可转变为F-dUMP，其结构与dUMP相同，可竞争性抑制胸苷酸合成酶活性，从而抑制胸苷酸合成。核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第71页核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第72页嘧啶核苷酸代谢类似物核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第73页（3）氨基酸类似物主要有氮杂丝氨酸（azaserine，AS），类似谷氨酰胺，可抑制CTP合成。6-重氮-5-氧正亮氨酸（diazonorleucine，DAL），磷乙天冬氨酸（N-phosphoacetyl-l-asparate，PALA）等。这些氨基酸类似物分子结构与谷氨酰胺类似，因而可干扰谷氨酰胺在嘌呤核苷酸合成中作用，抑制嘌呤核苷酸合成。核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第74页核糖、氨基酸和叶酸代谢类似物核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第75页（4）叶酸类似物氨蝶呤(aminopterin，AP）氨甲蝶呤干扰叶酸代谢，使dUMP不能被甲基化生成dTMP。甲氨蝶呤（methotrexate，MTX）能竞争性抑制二氢叶酸还原酶，降低体内四氢叶酸生成，使嘌呤核苷酸合成过程中所需一碳单位供给受阻而抑制其合成。核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第76页（5）核苷类似物

如阿糖胞苷和环胞苷能抑制CDP还原成dCDP。核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第77页核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第78页

（6）作用于核糖核苷酸还原酶代谢类似物羟基脲（hydroxyurea，HU）羟基胍（hydroxyguanidine，HG）胍唑（guanazole，GZ）。核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第79页核糖核苷酸还原酶代谢类似物NH核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第80页(二)核苷酸代谢类似物功效

人工合成核苷酸代谢类似物大都是核苷酸代谢过程中必需代谢中间体类似物。它们化学结构与代谢中间体相类似。所以，它们能够“冒名顶替”，“以假乱真”，干扰、抑制或阻断核苷酸合成，进而干扰、抑制或阻断核酸及蛋白质合成，使细胞分裂和增殖无法进行。这些核苷酸代谢类似物不但是进行生化代谢路径研究工具，也是治疗疾病有效物药。许多核苷酸代谢类似物作为抗代谢药品已经在临床上广泛使用核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第81页一些抗代谢药品功效药品名称6-巯基嘌呤(6MP)正常代谢物嘌呤核苷酸治疗疾病①白血病②本身免疫性病③妊娠滋养细胞肿瘤等主要作用酶①IMP脱氢酶②腺苷酸代琥珀酸合成酶作用代谢路径嘌呤核核苷酸合成药品名称别嘌呤醇(APO)正常代谢物黄嘌呤、乌嘌呤、次黄嘌呤黄嘌呤氧化酶治疗疾病痛风主要作用酶黄嘌呤氧化酶作用代谢途嘌呤核苷酸分解核酸的降解和核苷酸代谢专家讲座第82页药品名称利巴韦林（病毒唑），5-氮基咪唑-4-羧酸核苷酸正常代谢物5-氨基咪唑-4-羧酸核苷酸治疗疾病广谱抗病毒药①呼吸道合胞病毒②流感病毒③甲肝病毒④腺病毒等主要作用酶5-磷酸核糖-5-氨基咪唑-4-N-琥珀基甲