第十一章 核苷酸代谢

第一节核酸的酶促降解生物体内普遍存在着水解核酸的酶系，核酸的酶促降解如下：核酸核苷酸核苷碱基+戊糖-1-P核酸酶核苷酸酶核苷磷酸化酶当前第1页\共有37页\编于星期五\23点核酸酶（1）根据对底物的专一性分为核糖核酸酶(RNase)脱氧核糖核酸酶(DNase)非特异性核酸酶（2）根据切割位点分为核酸内切酶核酸外切酶当前第2页\共有37页\编于星期五\23点核酸酶的作用特点外切核酸酶对核酸的水解位点

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pBBBBBBOH5´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）当前第3页\共有37页\编于星期五\23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´RNAaseIRNAaseT1Pu：嘌呤Py：嘧啶当前第4页\共有37页\编于星期五\23点限制性内切酶

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。当前第5页\共有37页\编于星期五\23点常用的DNA限制性内切酶的专一性辨认的序列和切口说明‥‥AGCT‥‥‥‥TCGA‥‥‥GGATCC‥‥‥‥CCTAGG‥‥‥‥AGATCT‥‥‥‥TCTAGA‥‥GAATTC‥‥‥‥CTTAAG‥‥‥‥AAGCTT‥‥‥‥TTCGAA‥‥六核苷酸，粘端切口‥‥CCCGGG‥‥‥‥GGGCCC‥‥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，粘端切口当前第6页\共有37页\编于星期五\23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。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。当前第7页\共有37页\编于星期五\23点限制性内切酶的命名和意义例：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EcoRI属名种名株名序号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。当前第8页\共有37页\编于星期五\23点

第二节嘌呤和嘧啶的分解代谢一、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脏，小肠粘膜，肾脏中进行。当前第9页\共有37页\编于星期五\23点核苷酸核苷碱基+（脱氧）戊糖-1-P核苷酸酶核苷磷酸化酶磷酸一、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。研究发现，体内腺嘌呤的分解主要是在腺苷脱氨酶和腺苷酸脱氨酶作用下进行的。鸟嘌呤的分解则是在鸟嘌呤脱氨酶作用下进行的。嘌呤的分解首先是脱氨基。当前第10页\共有37页\编于星期五\23点当前第11页\共有37页\编于星期五\23点当前第12页\共有37页\编于星期五\23点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20—60mg/L，超过80mg/L后，因为尿酸的溶解度很低，其Na盐和K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成结石，达到治疗目的。当前第13页\共有37页\编于星期五\23点二、嘧啶的降解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。在哺乳动物中，嘧啶的分解代谢主要发生在肝脏，其代谢过程见P234，水解生成CO2，NH3，β-丙氨酸，β-氨基异丁酸。后者脱氨基后进入有机酸代谢或直接排出。当前第14页\共有37页\编于星期五\23点当前第15页\共有37页\编于星期五\23点当前第16页\共有37页\编于星期五\23点第三节核苷酸的生物合成

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。合成核苷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，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；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。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。当前第17页\共有37页\编于星期五\23点嘌呤环上各原子的来源来自CO2来自天冬氨酸来自“甲酸盐”来自“甲酸盐”来自甘氨酸来自谷氨酰胺的酰胺氮当前第18页\共有37页\编于星期五\23点次黄嘌呤的生物合成5-磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖胺甲酰甘氨咪核苷酸甲酰甘氨酰胺核苷酸甘氨酰胺核苷酸5-氨基咪唑核苷酸5-氨基咪唑-4-羧核苷酸5-氨基咪唑-4-琥珀基-甲酰胺核苷酸次黄嘌呤核苷酸（IMP）5-甲酰氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸5-氨基咪唑-4-氨甲酰核苷酸当前第19页\共有37页\编于星期五\23点当前第20页\共有37页\编于星期五\23点嘌呤核苷酸合成补救途径嘌呤+PRPPA(G)MP+PPi磷酸核糖转移酶嘌呤+1-P-核糖嘌呤核苷A(G)MPATPADP当前第21页\共有37页\编于星期五\23点嘧啶核苷酸从头合成途径与嘌呤合成不同，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酸，再转变成其他核苷酸。见P240当前第22页\共有37页\编于星期五\23点嘧啶环上原子的来源4CCCC5６３２１H2N-CO-P氨甲酰磷酸NH3CO2天冬氨酸NN当前第23页\共有37页\编于星期五\23点当前第24页\共有37页\编于星期五\23点由乳清苷酸合成胞嘧啶核苷酸见Ｐ２４０合成脱氧胸腺嘧啶核苷酸见Ｐ２４２当前第25页\共有37页\编于星期五\23点嘧啶核苷酸补救合成途径尿嘧啶+PRPPUMP+PPi尿嘧啶+1-P-核糖尿嘧啶核苷+Pi尿嘧啶核苷+ATPUMP+ADP当前第26页\共有37页\编于星期五\23点四、核苷酸转化成核苷三磷酸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。分别由其专一的激酶催化见P241（反应通式）ＮＭＰ＋ＡＴＰＮＤＰ＋ＡＤＰＡＭＰ＋ＡＴＰＡＤＰ＋ＡＤＰ当前第27页\共有37页\编于星期五\23点五脱氧核苷酸的合成以核苷二磷酸为原料还原而成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。大肠杆菌的核苷二磷酸还原酶结构描述见Ｐ２４１。当前第28页\共有37页\编于星期五\23点R1亚基R2亚基底物特异性调节位点酶活性调节位点活性位点核糖核苷酸还原酶示意图当前第29页\共有37页\编于星期五\23点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核糖核苷二磷酸核糖核苷酸还原酶OP-P-CH2NOHH+H2O脱氧核糖核苷二磷酸当前第30页\共有37页\编于星期五\23点OP-P-CH2NOHOH核糖核苷二磷酸OP-P-CH2NOHH+H2O脱氧核糖核苷二磷酸ATP、Mg2+核糖核苷酸还原酶硫氧还蛋白SHSH硫氧还蛋白SS硫氧还蛋白还原酶FADFADH2NADPH+H+NADP+谷胱甘肽还原酶GSSG2GSH谷氧还蛋白还原酶谷氧还蛋白SS谷氧还蛋白SHSH当前第31页\共有37页\编于星期五\23点核苷酸的合成及相互关系当前第32页\共有37页\编于星期五\23点六、核甘酸从头合成的调节⒈嘌呤当前第33页\共有37页\编于星期五\23点⒉嘧啶高等生物中，嘧啶核苷酸合成主要控制点是氨甲酰磷酸合成酶Ⅱ，该酶受到UMP的反馈抑制；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焦磷酸合成酶，该酶既受嘌呤核苷酸调节，又受嘧啶核苷酸调节。当