核酸的降解和核苷酸的代谢

一、核酸的酶促降解二、核苷酸的生物降解三、核苷酸的生物合成主要内容

本章重点讨论核酸酶的类别和特点，对核苷酸的生物合成和分解代谢作一般介绍。当前第1页\共有43页\编于星期五\10点核酸核酸酶单核苷酸磷酸单脂酶核苷嘧啶（嘌呤）核苷酶核苷磷酸化酶嘧啶（嘌呤）核糖-1-磷酸脱氧核糖-1-磷酸核糖-5-磷酸磷酸戊糖途径醛缩酶乙醛甘油醛-3-磷酸

核酸是核苷酸以3’、5’-磷酸二酯键连成的高聚物，核酸分解代谢的第一步就是分解为核苷酸，作用于磷酸二酯键的酶称核酸酶（实质是磷酸二脂酶），即水解核酸的酶。当前第2页\共有43页\编于星期五\10点根据对底物的专一性分为核糖核酸酶(RNase)：只水解RNA磷酸二酯键的酶（RNase）脱氧核糖核酸酶(DNase)：只能水解DNA磷酸二酯键的酶。非特异性核酸酶：既可水解RNA，又可水解DNA磷酸二酯键的核酸酶根据切割位点分为核酸内切酶核酸外切酶1.核酸酶核酸酶的分类当前第3页\共有43页\编于星期五\10点蛇毒磷酸二酯酶能从RNA或DNA链的游离的3’-OH逐个水解，生成5’-核苷酸。牛脾磷酸二酯酶从游离的5’-OH开始逐个水解，生成3’-核苷酸。

非特异性核酸酶,核酸外切酶2、核酸酶的作用特点当前第4页\共有43页\编于星期五\10点内切核酸酶对RNA的水解位点示意图5´

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pOHPyPuPyPy1´

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pGA3´RNAaseIRNAaseIRNAaseT1RNAaseT1Pu：嘌呤Py：嘧啶

当前第5页\共有43页\编于星期五\10点将核酸从内部分解成较小的核苷酸链。很多核酸内切酶无选择性。但在某些细菌和蓝藻中，存在一类特殊的核酸内切酶，称为限制性核酸内切酶。这类酶在双链DNA上能识别特殊的核苷酸序列。限制性核酸内切酶（restrictionendounuclease）是一类具有极高专一性，在特殊核苷酸序列（4~8碱基回文序列）处，识别并切割外源双链DNA，形成黏性末端（由限制性内切酶切割后，在双链DNA的切口处产生交错互补的单链末端）或平齐末端的核酸外切酶，是基因工程的重要工具。生物学功能：降解外源侵入的DNA，但不降解经修饰酶甲基化保护的自身DNA。

核酸内切酶当前第6页\共有43页\编于星期五\10点作用类别：核酸内切酶：磷酸二酯酶，作用点在核酸内部，产物是寡核苷酸链。核酸外切酶：磷酸单酯酶，作用于核酸两端，产物是单核苷酸。RNA:RNase(酶稳定、耐高温)DNA:DNase(种类多、工具酶)当前第7页\共有43页\编于星期五\10点限制性内切酶

类型命名意义

原核生物中存在着一类能识别外源DNA双螺旋中4-8个碱基对所组成的特异的具有二重旋转对称性的回文序列，并在此序列的某位点水解DNA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（ristrictionendonuclease）。发现：1952，SmithHuman用T4phage感染E.coli.提出了限制与修饰现象。当前第8页\共有43页\编于星期五\10点限制性内切酶类型

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.内切、修饰，识别与切割位点不一致

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。识别与切割位点统一

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.切割方式基本同Ⅱ类当前第9页\共有43页\编于星期五\10点限制性内切酶的命名和意义EcoRI序号属名种名株名例：EcoRI，这是从大肠杆菌（Ecoli）R菌珠中分离出的一种限制性内切酶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，是一把天赐的神刀，用来解剖纤细的DNA分子。当前第10页\共有43页\编于星期五\10点核酸酶核酸5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸当前第11页\共有43页\编于星期五\10点核酸的降解和重新利用

核酸的分解产物碱基和戊糖可被直接吸收，未被分解的核苷也可以直接吸收。核酸的消化产物吸收后，由门静脉进入肝脏。戊糖可以被分解或合成体内的核酸肠道吸收的碱基只有很少量可以用于合成体内的核酸，绝大部分碱基被分解排除体外。虽然食物来源的碱基几乎不能掺入到组织的核酸中，但非肠道输入的化合物却可能掺入组织的核酸中。例如注射的脱氧胸苷可以掺入新合成的DNA中。当前第12页\共有43页\编于星期五\10点1、嘌呤的分解嘌呤碱包括：A-腺嘌呤、G-鸟嘌呤不同动物嘌呤代谢的最终产物也不同人、猿以及鸟类、爬虫类和大多数昆虫：尿酸其他哺乳动物、双翅目昆虫：尿囊素硬骨鱼类：尿囊酸大多数鱼类、两栖类：尿素尿酸酶尿囊素酶尿囊酸酶二、核苷酸的生物降解当前第13页\共有43页\编于星期五\10点某些低等动物能将尿素进一步分解成NH3和CO2排出。植物分解嘌呤的途径与动物相似，产生各种中间产物（尿囊素、尿囊酸、尿素、NH3）。微生物分解嘌呤类物质，生成NH3、CO2及有机酸（甲酸、乙酸、乳酸、等）。当前第14页\共有43页\编于星期五\10点（人类和灵长类动物）（灵长类以外的哺乳动物）嘌呤碱的分解脱氨氧化水解当前第15页\共有43页\编于星期五\10点痛风(gout)：是尿酸过量生产或尿酸排泻不充分引起的尿酸堆积造成的，尿酸结晶堆积在软骨，软组织，肾脏以及关节处。在关节处的沉积会造成剧烈的疼痛。当前第16页\共有43页\编于星期五\10点痛风症的治疗机制别嘌呤醇别嘌呤醇次黄嘌呤尿酸鸟嘌呤次黄嘌呤黄嘌呤黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶别黄嘌呤自杀抑制作用（suicidesubstrate）:底物类似物物经酶催化生成的产物变成了该酶的抑制剂，例如别嘌呤醇对黄嘌呤氧化酶的抑制就属于这种类型。当前第17页\共有43页\编于星期五\10点2、嘧啶的分解脱氨还原水解乙酸+3NH3+2CO2排出体外或进入有机酸代谢。当前第18页\共有43页\编于星期五\10点当前第19页\共有43页\编于星期五\10点1、嘌呤核苷酸的生物合成从头合成途径补救途径2、嘧啶核苷酸的生物合成从头合成途径补救合成途径三、核苷酸的生物合成3、脱氧核苷酸的合成当前第20页\共有43页\编于星期五\10点（1）嘌呤环上各原子的来源N3N9N7N1C2C6C4C5C8来自谷氨酰胺的酰胺氮来自甲酸来自甲酸来自天冬氨酸来自甘氨酸来自CO23.1嘌呤核苷酸的生物合成（AMP、GMP)合成嘌呤核苷酸，先合成IMP（次黄嘌呤核苷酸），再转化为AMP、GMP。1、从头合成当前第21页\共有43页\编于星期五\10点IMP的合成是从5-磷酸核糖开始的，先与ATP反应生成5’-磷酸核糖-1’-焦磷酸（PRPP），然后嘌呤环的各原子在PRPP的C-1位置上逐渐加上去。（2）

IMP的合成当前第22页\共有43页\编于星期五\10点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的生物合成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THFA5-磷酸核糖+ATP磷酸核糖焦磷酸激酶Mg2+当前第23页\共有43页\编于星期五\10点（3）IMP转变为GMP和AMP当前第24页\共有43页\编于星期五\10点主要发生在肝脏，常因各种抑制物甚至生理紧张导致其中的某些酶缺乏，影响细胞生长。“从头合成”途径（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”途径(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高康复速度由嘌呤碱和核苷合成核苷酸当前第25页\共有43页\编于星期五\10点(利用已有的碱基和核苷合成核苷酸)当前第26页\共有43页\编于星期五\10点生物体内只发现有腺苷激酶）当前第27页\共有43页\编于星期五\10点嘌呤磷酸核糖转移酶在人类嘌呤核苷酸的合成代谢中起重要作用自毁容貌症患者脑中缺乏次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶，使嘌呤核苷酸补救途径受阻，导致中枢神经系统功能失常，自我毁伤等。当前第28页\共有43页\编于星期五\10点“从头合成”中碱基各原子来源通过放射性同位素法推断嘌呤碱天冬氨酸谷氨酰胺甘氨酸甲酸甲酸磷酸核糖C1上逐个安插成嘌呤碱成分，形成A(G)MP。CO2当前第29页\共有43页\编于星期五\10点与嘌呤核苷酸合成不同，在合成嘧啶核苷酸时，首先合成嘧啶环，再与磷酸核糖结合，生成尿嘧啶核苷酸，最后由尿嘧啶核苷酸转化为胞嘧啶核苷酸。二、嘧啶核苷酸的合成1、

从头合成当前第30页\共有43页\编于星期五\10点（1）嘧啶环上各原子的来源

来自天冬氨酸来自CO2来自NH3NNCCCC654321氨甲酰磷酸当前第31页\共有43页\编于星期五\10点当前第32页\共有43页\编于星期五\10点当前第33页\共有43页\编于星期五\10点（2）尿嘧啶核苷酸的合成天冬氨酸转氨甲酰酶二氢乳清酸酶二氢乳清酸脱氢酶乳清苷酸焦磷酸化酶／Mg2+乳清苷酸脱羧酶当前第34页\共有43页\编于星期五\10点乳清酸尿症：是一种遗传性疾病。由于患者体内缺乏乳清磷酸核糖转移酶和乳清酸核苷酸脱羧酶，是嘧啶合成的中间产物乳清酸不能进一步代谢而堆积所致，为罕见的常染色体隐性遗传病。症状:患儿出生时无异常，生后2—6个月开始逐渐出现体格及智能发育落后。伴面色苍白、蓝色巩膜、斜视、肌张力低及脾肿大，巨幼细胞性贫血、白细胞低下。

当前第35页\共有43页\编于星期五\10点尿嘧啶核苷三磷酸可直接与NH3（细菌）或Gln（动物）反应，生成胞嘧啶核苷三磷酸。UMP+ATP尿嘧啶核苷酸激酶／Mg2+UDP+ADPUDP+ATP核苷二磷酸激酶／Mg2+UTP+ADPCTP合成酶UTP+Gln（NH4+）+ATP+H2OCTP+Glu+ADP+Pi（3）胞嘧啶核苷酸的合成当前第36页\共有43页\编于星期五\10点嘧啶碱与1-磷酸核糖生成嘧啶核苷，然后由尿苷激酶催化尿苷和胞苷形成UMP和CMP。嘧啶碱+1-磷酸核糖核苷磷酸化酶嘧啶核苷+Pi尿苷（胞苷）+ATP尿苷激酶／Mg2+UMP（CMP）+ADP（2）磷酸核糖转移酶途径（胞嘧啶不行）尿嘧啶磷酸核糖转移酶尿嘧啶+5-PRPPUMP+PPi2、

补救途径（1）

嘧啶核苷激酶途径（重要途径）当前第37页\共有43页\编于星期五\10点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补救途径从头合成当前第38页\共有43页\编于星期五\10点当前第39页\共有43页\编于星期五\10点脱氧核糖核苷酸是由相应的核糖核苷酸衍生而来的。三、脱氧核苷酸的合成（自学）当前第40页\共有43页\编于星期五\10点核苷酸的合成及相互关系当前第41页\共有43页\编于星期五\10点核苷酸磷酸化酶（nuclosidephosphoryalse）：能分解核苷生成含氮碱和戊糖的磷酸酯的酶。

核苷水解酶（nuclosidehydrolase）：能分解核苷生成含氮碱和戊糖的酶。

从头合成（denovosynthesis）：生物体内用简单的前体物质合成生物分子的途径，例如核苷酸的从头合成。

补救途径（salvagepathway）：与从头合成途径不同，生物分子，例如核苷酸，可以由该类分子降解形成的中间代谢物，如碱基等来合成，该途径是一个再循环途径。

痛风(gout)：是尿酸过量生产