生物化学核酸分解代谢

生物化学核酸分解代谢第一页，共八十六页，编辑于2023年，星期日第十一章、核苷酸代谢第二页，共八十六页，编辑于2023年，星期日第一节、核苷酸的分解代谢

生物体普遍存在的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’-Nt或5’-Nt。

催化核苷水解的酶有2类，即核苷磷酸化酶和核苷水解酶

Nsphosphorylase Ns+PiPuorPy+pentose-1-P

Nshydrolase Ns+H2OPuorPy+pentose Nsphosphorylase存在广泛，反应可逆

Nshydrolase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。

第三页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

核酸酶(Nuclease)

核酸酶是作用于核酸磷酸二酯键的水解酶，包括：1、核糖核酸酶(RNase)，2、脱氧核糖核酸酶(DNase)，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)。第四页，共八十六页，编辑于2023年，星期日

食物核酸与蛋白结合为核蛋白体（Nucleoproteins）的形式，在胃中受胃酸作用水解为NAs和Proteins，NA在小肠被胰nuclease（包括DNase、RNase）降解为Pu-Nt、Py-Nt和Oligonucleotide。肠黏膜释放的phosphodiesterase并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nucleotidase(phosphomonoesterase)，水解Nt为Ns和Pi。脾、肝等组织中的nucleosidase进一步水解Ns为戊糖和碱基。

第五页，共八十六页，编辑于2023年，星期日一、核苷酸分解第六页，共八十六页，编辑于2023年，星期日二、核苷酸三级水平的降解第七页，共八十六页，编辑于2023年，星期日三、嘌呤核苷酸分解的三级脱氨第八页，共八十六页，编辑于2023年，星期日（一）、嘌呤碱的分解

不同生物嘌呤碱的分解能力不同，代谢产物也不同，人和猿类及一些排尿酸的动物（鸟类、某些爬行类和昆虫）嘌呤的代谢产物为尿酸。

第九页，共八十六页，编辑于2023年，星期日1、嘌呤分解中的脱氨作用

嘌呤碱的分解首先在各种脱氨酶的作用下水解脱氨，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。第十页，共八十六页，编辑于2023年，星期日（1）、鸟嘌呤脱氨第十一页，共八十六页，编辑于2023年，星期日（2）、黄嘌呤的分解第十二页，共八十六页，编辑于2023年，星期日（3）、尿酸生成第十三页，共八十六页，编辑于2023年，星期日（二）、嘌呤核苷酸的分解第十四页，共八十六页，编辑于2023年，星期日1、不同生物嘌呤核苷酸的

分解产物不同鸟、昆虫、人类非灵长类哺乳动物硬骨鱼鱼、两栖类甲壳类、无脊椎第十五页，共八十六页，编辑于2023年，星期日2、黄嘌呤氧化酶

(XanthineOxidase)

催化次黄嘌呤和黄嘌呤氧化生产尿酸。酶为复合黄素酶，由两个相同的亚基组成，分子量260,000，每个亚基含一个FAD、一个钼原子和一个Fe4S4中心。反应要求分子氧作为电子受体，还原产物是H2O2，进入尿酸的氧来自水。底物与酶结合后，Mo(VI)被还原为Mo(IV)，电子经黄素、铁硫中心等传给O2，与氢离子生成H2O2，Mo(IV)氧化为Mo(VI)。第十六页，共八十六页，编辑于2023年，星期日3、痛风(Gout)

嘌呤碱分解代谢产生过多的尿酸，由于其溶解性很差，易形成尿酸钠结晶，沉积于男性的关节部位引起疼痛或灼痛――痛风和肾结石。

第十七页，共八十六页，编辑于2023年，星期日痛风的尿酸钠晶体第十八页，共八十六页，编辑于2023年，星期日4、别嘌呤醇与次黄嘌呤第十九页，共八十六页，编辑于2023年，星期日（1）、别嘌呤醇的作用别嘌呤醇别黄嘌呤第二十页，共八十六页，编辑于2023年，星期日（2）、别嘌呤醇的作用机理第二十一页，共八十六页，编辑于2023年，星期日（3）、自杀底物(SuicideSubstrate)

结构与次黄嘌呤很相似的别嘌呤醇(allopurinol)，在黄嘌呤氧化酶的作用下氧化为别黄嘌呤(alloxanthine)，后者与酶中心的Mo(IV)牢固结合，使Mo(IV)不易转变成Mo(VI)而成为酶的灭活物，这种底物类似物被称为自杀作用（底）物，这种作用被称为自杀作用。第二十二页，共八十六页，编辑于2023年，星期日四、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。

第二十三页，共八十六页，编辑于2023年，星期日（一）、嘧啶还原途径的分解第二十四页，共八十六页，编辑于2023年，星期日（二）、嘧啶氧化途径的分解第二十五页，共八十六页，编辑于2023年，星期日1、尿嘧啶、胞嘧啶分解第二十六页，共八十六页，编辑于2023年，星期日2、胸腺嘧啶的分解返回第二十七页，共八十六页，编辑于2023年，星期日第二节、核苷酸生物合成

可以通过两条完全不同的途径进行，1、从头合成途径：由磷酸戊糖先和尚未完成的Pu或Py环结合，在未完成的环上添加必要的部分，然后闭合成环。

2、补救途径：由现成的Pu,Py,Pentose及Pi在酶的作用下直接合成核苷酸（Nt——SalvagePathway）；第二十八页，共八十六页，编辑于2023年，星期日一、嘌呤核苷酸的从头合成途径

碳14标记的HCOOH和氮15标记的氨基酸与鸽肝匀浆物共培养，得到Pu各元素的来源，1950s由J.Buchanan和G.RobertGreenberg提出Hypoxanthinedenovosynthesis假说，并证明HypoxanthineNt是Ade-Nt及Gua-Nt合成的前体。第二十九页，共八十六页，编辑于2023年，星期日一、嘌呤核苷酸的从头合成途径

合成所需物质： -D-ribose-5-P,ATP,Gln,Asp,GTP,N5,N10-methyleneTHFA,CO2。

另需辅助因子：

Mg2+,Mn2+,NAD+,THFA-CHO

合成中先生成IMP，然后转变为AMP和GMP。第三十页，共八十六页，编辑于2023年，星期日1、嘌呤环元素的来源第三十一页，共八十六页，编辑于2023年，星期日2、嘌呤核苷酸的全程合成总图第三十二页，共八十六页，编辑于2023年，星期日嘌呤核苷酸的全程

合成（反应1）5-磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖胺第三十三页，共八十六页，编辑于2023年，星期日嘌呤核苷酸的全程

合成（反应2）甘氨酰胺核甘酸5-磷酸核糖胺第三十四页，共八十六页，编辑于2023年，星期日嘌呤核苷酸的全程

合成（反应3）1甲酰甘氨酰胺核甘酸甘氨酰胺核甘酸第三十五页，共八十六页，编辑于2023年，星期日嘌呤核苷酸的全程

合成（反应4）甲酰甘氨酰胺核甘酸甲酰甘氨咪唑核甘酸第三十六页，共八十六页，编辑于2023年，星期日嘌呤核苷酸的全程

合成（反应5）甲酰甘氨咪唑核甘酸5-氨基咪唑核甘酸第三十七页，共八十六页，编辑于2023年，星期日嘌呤核苷酸的全程

合成（反应6）5-氨基咪唑4-羧基核甘酸

5-氨基咪唑4-N琥珀酸氨甲酰核甘酸第三十八页，共八十六页，编辑于2023年，星期日嘌呤核苷酸的全程合成（反应7）

5-氨基咪唑4-N琥珀酸氨甲酰核甘酸115-氨基咪唑甲酰胺核甘酸第三十九页，共八十六页，编辑于2023年，星期日嘌呤核苷酸的全程合成(反应8)

5-氨基咪唑甲酰胺核甘酸5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核甘酸第四十页，共八十六页，编辑于2023年，星期日嘌呤核苷酸的全程

合成（反应9）

5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核甘酸次黄嘌呤核甘酸第四十一页，共八十六页，编辑于2023年，星期日3、由IMP合成AMP和GMP第四十二页，共八十六页，编辑于2023年，星期日磷酸核糖基焦磷酸（PRPP）第四十三页，共八十六页，编辑于2023年，星期日5、嘌呤核苷酸合成的调节第四十四页，共八十六页，编辑于2023年，星期日（1）、大肠杆菌腺苷酸和鸟苷酸合成的调节第四十五页，共八十六页，编辑于2023年，星期日（2）、氨甲蝶呤第四十六页，共八十六页，编辑于2023年，星期日（3）氮丝氨酸等Gln类似物第四十七页，共八十六页，编辑于2023年，星期日二、补救途径

利用现成的嘌呤、嘧啶碱基、核甘通过腺嘌呤磷酸核糖基转移酶（APRT)及次黄嘌呤－鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶（HGPRT)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。第四十八页，共八十六页，编辑于2023年，星期日（一）、嘌呤核苷酸的补救合成第四十九页，共八十六页，编辑于2023年，星期日（二）、Lesch-NyhanSyndrome（自毁容貌综合症）

HGPRT（次黄嘌呤－鸟嘌呤磷酸核糖基转移酶）缺陷的男性儿童表现为一种自毁容貌综合症，为先天性遗传疾病（缺乏HGPRT)，行为对立，侵略性强，自咬手指、脚趾、嘴唇等，智力低下。第五十页，共八十六页，编辑于2023年，星期日自毁容貌综合症机理第五十一页，共八十六页，编辑于2023年，星期日三、嘧啶核苷酸的合成从头合成途径生物有机体利用CO2、NH3及天冬氨酸合成核苷酸的途径。嘧啶核苷酸的合成包括：补救途径生物有机体利用碱基或核苷和磷酸核糖合成核苷酸的途径。第五十二页，共八十六页，编辑于2023年，星期日（一）、从头合成途径1、嘧啶环元素的来源第五十三页，共八十六页，编辑于2023年，星期日2、氨甲酰磷酸合成氨甲酰Asp第五十四页，共八十六页，编辑于2023年，星期日3、乳清酸的合成第五十五页，共八十六页，编辑于2023年，星期日4、乳清酸合成UMP第五十六页，共八十六页，编辑于2023年，星期日5、嘧啶核苷酸的全程合成：由乳清酸合成

UTP和CTP第五十七页，共八十六页，编辑于2023年，星期日6、UTP合成CTP第五十八页，共八十六页，编辑于2023年，星期日7、嘧啶核苷酸合成的调节第五十九页，共八十六页，编辑于2023年，星期日8、嘧啶核苷酸的合成受到反馈抑制的调节

细菌嘧啶核苷酸合成速度的调节很大程度受到Asp羧甲基转移酶（ATCase）的调节，产物CTP对反应为抑制作用。细菌ATCase分子有6个催化亚基和6个调节亚基组成，催化亚基与底物分子结合，变构调节亚基与变构调节物CTP结合。与亚基一样，整个酶分子有两种构象：活性形式和非活性形式，CTP未与调节亚基结合时，酶的活性最大；CTP积累并与调节亚基结合时，调节亚基构象改变并带动催化亚基构象改变，酶变为无活性形式。ATP阻止由CTP所引起改变的改变。第六十页，共八十六页，编辑于2023年，星期日CTP和ATP对天门冬氨酸羧甲基转移酶的变构调节第六十一页，共八十六页，编辑于2023年，星期日（二）、嘧啶核苷酸的补救合成

UMP磷酸核糖基转移酶

Ura+PRPPUMP+PPi

尿嘧啶磷酸化酶

Ura+1-P-RUridine+Pi

尿苷激酶

Uridine+ATPUMP+ADP

Cytosine不能与PRPP作用。第六十二页，共八十六页，编辑于2023年，星期日三、三磷酸核苷酸的合成1.AMP生成ATP

核甘酸激酶

AMP+ATP2ADP

glycolyticenzymesoroxidativephosphorylation ADPATP2.ATP通过核苷单磷酸激酶生成其他NDP

ATP+NMPADP+NDP3.NTP的生成

Nsdiphosphatekinase NTPD+NDPANDPD+NTPA第六十三页，共八十六页，编辑于2023年，星期日四、脱氧核糖核苷酸的合成

以核糖核苷酸为原料，通过NDP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水平。 除需还原酶外，还需另两种氧还蛋白参与，即硫氧还蛋白(thioredoxin)和谷氧还蛋白(glutaredoxin)。 产物为dNDP。 进一步在激酶的作用下形成相应的dNTP。第六十四页，共八十六页，编辑于2023年，星期日（一）、脱氧核苷酸的合成第六十五页，共八十六页，编辑于2023年，星期日1、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第六十六页，共八十六页，编辑于2023年，星期日2、核糖核苷酸还原酶TyrFe2+第六十七页，共八十六页，编辑于2023年，星期日3、核糖核苷酸还原酶作用的可能机制第六十八页，共八十六页，编辑于2023年，星期日4、脱氧核苷酸合成机理第六十九页，共八十六页，编辑于2023年，星期日5、硫氧还蛋白第七十页，共八十六页，编辑于2023年，星期日7、硫氧还蛋白还原酶第七十一页，共八十六页，编辑于2023年，星期日8、谷氧还蛋白还原酶第七十二页，共八十六页，编辑于2023年，星期日9、脱氧核苷三磷酸对核糖核苷酸还原酶的调节第七十三页，共八十六页，编辑于2023年，星期日（二）、dTMP的生物合成